大型综合交通客运站客流组织动态仿真研究

大型综合交通客运站客流组织动态仿真研究

闫法志1 梁英慧2

(1山东省路桥集团有限公司 山东济南 250021，工程师，2北京交通大学

交通运输学院 北京 100044, 博士生)

摘要：本文针对我国大型综合交通客运站客流换乘组织的复杂性，提出了换乘客流组织流线优化的模型与方法,并以北京南站为背景,采用VISSIM微观动态仿真软件，建立了客流组织动态仿真模型，进行了换乘客流流线的优化分析与设计，为实际运营管理提供了科学的决策参考依据。

关键词：大型综合交通客运站；客流组织；流线优化；动态仿真

Study on organizations dynamic simulation of passenger

flow of Large-scale integrated transport terminal

Yan Fazhi, Liang Yinghui

(1Shandong Luqiao Group CO.,LTD Shandong Jinan 250021, Engineer,2Beijing Institute of Traffic and Transportation, Beijing, 100044, 2 PhD students)

Abstract: In this paper, in allusion to complexity of large-scale integrated transport terminal organizations, the complexity of passenger transfer is proposed Transfer Passenger flow line Optimization models and methods, and to Beijing South Railway Station as the background, using dynamic simulation software VISSIM micro-established passenger organization simulation model for the transfer of passenger flow line Optimization and design of the actual operation and management provides a scientific basis for decision making.

Key words: large-scale integrated transport terminal; flow organizations; flow line optimization; dynamic simulationn

1前言

北京南站是我国最大的现代化大型客运站，涉及大量旅客的集散和在多种交通方式间的换乘客流组织问题。由于大型客运站的客流组织管理是一个复杂的动态时空排队服务系统，如何基于车站旅客的行为规律和车站的功能特点，以及站内各种客服设备环境条件，设计和优化客流换乘流线，实现大量客流的有效组织管理，是当前理论和实践都广泛关注的重大课题。

由于综合交通枢纽站内的客流来自不同的方向，有着不同目的，换乘不同的交通工具。在客流上具有到发量大而集中、多向集散和各小时段换乘客流不均衡性等特点。所以北京南大型综合枢纽站的客流组织是一项复杂的系统工程，必须从其整体概念和综合功能出发，以客流特点为依据，进行流线分析与研究，这样才能设计出适应于大运量、多方向的客流组织系统。

本文针对北京南站高架层客流换乘组织的复杂性，进行了换乘客流流线的分析与设计,提出了换乘客流组织流线优化方案，为实际运营管理提供了参考依据。

2 车站客流组织流线的设计及优化方法 2.1流线的概念

在综合交通枢纽内，由于各类人员、车辆、物品的集散活动，产生一定的流动过程和流动路线，通常称为流线。流线是综合交通枢纽的设计灵魂，流线设计、组织是否合理，不但影响交通枢纽的作业效率和能力，也直接关系到客运设备的运用及交通枢纽的服务质量和水平。流线分析正是进行流线设计、组织及交通枢纽功能分区、空间布局的基础，同时流线的时空特性、需求特性又是配置综合交通枢纽服务设施的重要依据。

2.2 客流流线的种类 2.2.1进站流线

车站的进站人流在检票前比较分散，不同的旅客在不同时间内进站办理各种履行手续，

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并在不同地点候车。多数客流进站的流程是：到站→问询→购票→托运行李→候车→检票→上车。部分已预购客票的旅客和不托运行李的旅客，不全按照上述流程进行。

2.2.2出站流线

出站旅客流线的特点是人流集中，密度大，走行速度快。在平面布置上应考虑通畅便利，使出站旅客迅速出站，并在站前广场前迅速疏散。出站旅客流线比进站旅客流线简单，旅客办理手续少，使用站房时间短。一般情况下，普通、市郊、中转旅客均在一个出站口出站。

2.3流线优化方法 2.3.1 交叉点的优化 (1)物理切割法

所谓物理切割法，就是将进站、出站等各流线分开，以减少交叉点。这可以通过高架、地道等立体交叉疏解方式来解决，也可以在同一平面上通过控制各种流线的方向来解决交叉问题，或是通过围栏将客流进行分割。

(2)功能布局优化法

所谓功能布局法，就是调整售票窗口、公交站、出租车停车场的位置等，来达到合理的布局，较少行人流与车流的交叉等。

2.3.2 设备能力的优化 (1)提高流速法

人流、车流的流线是在站前广场及周边人行、车行通道上产生，控制相应通道的秩序，提高人流、车流的流速是非常重要的，通过提高人流、车流的走行速度，相对的降低行人、车辆对车站设施、设备的占用时间，从而提高设备利用率，提高流线的通过能力。

(2)设备属性变换法

设备属性变换法是指通过改变站内换乘流线上一些设备的属性，来增加流线的通过能力，满足车站换乘的需求。设备的属性一般包括宽度、速度、方向等等。

3 车站客流组织流线优化仿真实现方法 3.1 仿真软件平台选择

枢纽站客流换乘组织仿真是采用计算机数学模型来反映城市客运枢纽换乘现象的交通分析技术和方法，是再现枢纽内换乘客流时间和空间变化的模拟技术。系统仿真的目的是运用计算机技术再现复杂的交通现象，并对这些现象进行解释、分析，找出问题的症结，最终对所研究的交通系统进行优化。本文将借助VISSIM微观交通软件进行城市公共交通枢纽换乘组织的仿真研究。

VISSIM软件是德国PTV公司开发的微观交通流仿真软件系统，用于交通系统微观运行状况分析。VISSIM软件能模拟设置不同道路类型、交通组成、交通信号控制等条件下的交通运行情况，具有分析、评价与优化交通网络和进行设计方案比较等功能，是分析交通问题的有效工具。

尽管VISSIM软件并非专门用于枢纽换乘组织仿真研究，但它在Wiedemann的车辆跟驰模型与车辆换道模型的基础上实现了对行人的运行仿真，可以近似地模拟行人在枢纽内的流动过程，同时，还可以借助对道路交通的模拟来研究行人流与机动车流在枢纽内的相互影响，因此，比较适合用于枢纽的换乘组织仿真研究。行人运动模型与车辆运动模型区别在于运动参数的设置：行人的运动速度在0～160km／h范围内，其期望加速度和最大加速度由3．5m／s 减少至0，最大减速度由7．5m／s 减少至6．5m／s ，期望减速度为2．8m／s ；行人重量取30kg 120kg，长度默认值为0．34米，宽度默认值为0．5米．

3.2 换乘客流组织优化仿真方法

换乘客流组织的仿真思路为：根据站内旅客和流线的特点，构建流线模型、旅客走行模型，进入仿真状态，经过参数读取生成模拟环境，开始对客流进行模拟，包括：旅客进站模拟、旅客出站模拟和旅客换乘模拟。之后得出相关的数据，再根据对这些数据的分析，做出相应的评价及调整措施,直到满意为止。

仿真步骤为：建立路段、配置设备（客服设备包括：票闸机、电扶梯和步行梯、客服点、引导标志）、设置检测路段和检测点、分配客流、动态仿真、查看结果、结束仿真。

4 北京南站高架层客流组织仿真分析 4.1仿真环境分析

北京南站是国内大型的综合交通枢纽站，采用五层立体交通换乘建筑结构，其高架层为

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旅客进站层，中央为独立的候车室，东西两侧是进站大厅，与高架环道落客平台相连，南北两侧为共享空间，与南北广场地面进站厅和地下换乘空间直接相通，西侧为站内出口，东侧为进出混行口。涉及到旅客的进站、购票、候车、换乘以及商务等活动行为，客流组织流线分布比较复杂。

北京南站的高架层是旅客候车的专区。进站厅面积是36480平方米，有4个独立候车室，总面积6301.38平方米。其中，东北侧有1个独立候车室（供13站台使用），面积为608.45平方米。中部有3个独立候车室，普速候车室面积为986.98平方米（包括1个软席候车室），供11、12站台使用。京沪高速候车室面积是3068.97平方米（包括2个软席候车室）。京津城际候车室1636.98平方米（包括1个软席候车室）。高架区内有8个安检口。

高架层设有70台票闸机，票闸机采用统一的标准，长度为1.86米，宽度为0.53米，通过速度为1.37米/秒，服务时间为2秒。设置位置和数量如表1所示。由于相关数据可能变更，仿真结果可能会与实际情况有出入。

表1高架层候车室参数表

Table 1 The waiting room parameters on the second floor 设备位置 数量（个） 设备位置 数量（个） 北侧普速进站梯票闸机 5 高速候车室四北侧票闸机 6 普速候车室三票闸机 3 高速候车室四西侧票闸机 6 普速候车室四票闸机 12 高速候车室四东侧票闸机 6 普速软席候车室票闸机 2 高速候车室四南侧票闸机 9 城际候车室三票闸机 15 高速软席候车室一票闸机 2 城际软席候车室票闸机 2 高速软席候车室二票闸机 2 高架层的流线分析。高架层共有东南西北4个入口，分别为北侧电扶梯入口、社会车辆西侧入口、社会车辆东侧入口、南侧电扶梯入口。从这些进站口进入后，可有两种去向，一种为乘电梯下到平层进站，南北两侧各有一个电扶梯，北侧还有一个步行梯；第二种为从候车室进站，有两个普速候车室，一个城际候车室，一个高速候车室，高速候车室东南西北四个方向都可以进站。高架层主要流线共38条。

高架层的检测点分析。在高架层的所有票闸机前设置检测点共8个，每个进出口处设置共6个，两种以上流线相交的冲突点处设置4个。

4.2动态仿真评价分析

改变旅客的到达量，分析高架层的客流承受能力，仿真的结果如表2所示。

表2高架层各项仿真结果

Table 2 The simulation results on the second floor 到达量 （个/小时） 10000 20000 30000 40000 平均停平均停平均排最大排总的排平均损失通过总量 滞时间止次数队长度队长度队人数时间（秒） （个/小时） （秒） （次） （米） （米） （个） 4.2 4.8 4.9 5.4 1.6 1.6 1.6 1.8 0.74 0.79 0.86 1.00 0 0.7 1.2 1.7 1.3 5.7 6.6 7.3 9.4 76.2 85.1 89.2 9993 19748 29585 39182 50000 6.4 2.0 1.20 2.2 7.5 90.5 45195 由上表可见，当到达客流量为30000个/小时，高架层平均排队长度由0.7m变为1.2m，可视为开始排队，因此，决定选取此到达客流量对高架层流线优化进行仿真模拟。

仿真以后得到旅客的平均行程时间见表3，可以看出平均行程时间并不是随着走行距离的增加成线性增长，而是有一定的增幅，不过增幅非常小。因此说明在高架层旅客流线中虽然存在阻碍旅客走行的“瓶颈”，但对旅客的走行影响并不大。

表3高架层各流线上旅客的平均行程时间（秒）

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Table 3 The average passenger travel time on the second floor（s） 北侧电扶社会车辆社会车辆南侧电扶梯入口 西侧入口 东侧入口 梯入口 北侧电扶梯出口 0 271.3 273.2 549.5 北侧步行梯出口 60.8 319.9 409.0 607.1 普速候车室三进站口 61.3 402.6 315.6 561.1 普速候车室四进站口 130.2 227.5 225.2 412.4 高速候车室四北侧进站口 212.6 192.8 191.7 392.7 高速候车室四西侧进站口 261.0 105.6 427.2 279.0 高速候车室四东侧进站口 268.9 445.6 107.5 271.8 高速候车室四南侧进站口 385.5 191.8 191.2 218.6 城际候车室三进站口 416.7 226.7 219.9 144.9 南侧电扶梯出口 557.2 276.2 291.4 0

统计高架层检测点，得出数据见表4，由此可见，站内流线的“瓶颈”多出现在两条流线的冲突点附近，此层的旅客拥堵情况不是很明显，需要解决的问题是如何优化流线，而不是疏导和缓解流线上的“瓶颈”。

表4高架层检测点的仿真结果

Table 4 The simulation results of detection points on the second floor 编平均排队长最大排队总的排队人检测点位置 号 度 （米） 长度（米） 数 （个） 1 北侧普速进站步行梯口票闸机 0 4 30 2 普速候车室三入口票闸机 2 6 43 3 普速候车室四入口票闸机 1 4 101 4 高速候车室四北侧入口票闸机 1 8 168 5 高速候车室四西侧入口票闸机 0 4 141 6 高速候车室四东侧入口票闸机 0 3 128 7 高速候车室四南侧入口票闸机 1 6 164 8 城际候车室三入口票闸机 1 6 114 9 北侧电扶梯入口 0 4 11 10 北侧电扶梯出口 0 10 25 11 社会车辆西侧入口 0 5 4 12 社会车辆东侧入口 0 4 2 13 南侧电扶梯入口 0 2 3 14 南侧电扶梯出口 0 5 37 15 西侧普速与高速的冲突点 3 10 112 16 东侧普速与高速的冲突点 3 9 149 17 西侧高速与城际的冲突点 6 17 167 18 东侧高速与城际的冲突点 4 12 134 4.3换乘客流流线优化分析 综合以上仿真数据，修改换乘设备的物理参数，提高设备的利用率，以此来优化站内的流线。

（1）改变候车室性质

设想在高峰时期，改变高架层候车室的性质，来提高候车室空间的利用率，方法如下：方法1保持候车室性质不变；方法2将所有软席候车室改为普通候车室。仿真结果如表5所示。

表5高架层改变候车室性质的仿真结果

Table 5 The simulation results of change the character of waiting room on the second

floor

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方法 1 平均损失时（秒） 4.9 平均停滞时间（秒） 1.6 平均停平均排最大排总的排止次数队长度队长度队人数（次） （米） （米） （个） 0.86 1.2 6.6 85.1 通过总量（个） 29585 2 4.9 1.5 0.82 1.2 6.4 82.3 29836 分析仿真结果可知，此方法实施后，高架层的通过总量有提高，而其他各项结果基本维持不变或略有减少。因此，在客流高峰时期，为了增加旅客的通过总量，提高候车室的使用效率，可以采取此措施，即将所有软席候车室改为普通候车室。

（2）改变票闸机台数

设想可以在保证高架层内旅客走行不受影响（即无拥堵和无排队现象）的情况下，适当减少进站入口处票闸机数量，以此来优化流线上的物理设备，做到高效和经济的使用设备的目的。

改变票闸机台数的方法如下： 方法1保持票闸机台数不变；

方法2将北侧步行梯进站入口及高速东西两侧入口票闸机台数减半； 方法3将高架层所有进站入口票闸机台数减半；

方法4将北侧步行梯入口及高速东西两侧进站入口票闸机台数减为四分之一，其余全部

减半；

方法5将高架层所有进站入口票闸机台数减为四分之一。 仿真结果如表6所示。

表6高架层改变票闸机台数的仿真结果

Table 6 The simulation results of change the number of AFC on the second floor 平均损平均停平均停平均排最大排总的排通过总量方法 失时间滞时间止次数队长度队长度 队人数（个） （秒） （秒） （次） （米） 米） （个） 1 2 3 4 5 4.9 4.8 5.5 6.3 6.6 1.6 1.6 1.9 2.6 2.7 0.86 0.91 1.13 1.36 1.43 1.2 1.2 1.3 1.7 1.8 6.6 6.7 7.0 9.1 9.1 85.1 87.3 87.5 131.2 137.5 29585 29763 29852 29871 29839 当方法2（将北侧步行梯入口及高速东西两侧进站入口票闸机台数减半）实施以后，旅客的平均损失时间达到了相对较小，之后随着票闸机台数的减少，平均损失时间开始略有增加。平均停滞时间、平均停止次数随着票闸机台数的减少而增加，尤其是方法4和方法5，较之前的方法时间增幅比较大。

由于进站口的票闸机数量减少，在高架层的旅客走行受到了限制，所以随着票闸机台数的减少，排队人数和长度不断增加，其中方法2、3略有增加，而方法4、5增幅加快。同时，当方法3（将高架层所有进站入口票闸机台数减半）和方法4实施时，通过的旅客总量比其他方法多。

综上所述，为了在各项结果最优，即在基本不影响旅客走行的前提下，实现站场内设备的有效利用，因此选择方法3即高架层所有进站入口票闸机台数减半为高架层票闸机数量设置措施。

5 结束语

本文应用VISSIM仿真软件对北京南站高架层进行了换乘组织方案动态仿真分析。针对高架层客流拥堵情况不明显，客流通行比较舒畅，有时站内设备，如票闸机、候车室会有空闲的情况出现，如何在不影响旅客走行的前提下，提高客服设备的使用率，提出了以下措施：措施一将所有软席候车室改为普通候车室。这样可以缓解客流密度比较集中的普通候车室的

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压力，而同时充分利用起相对比较空闲的软席候车室。措施二将高架层所有进站入口票闸机台数减半。仿真结果表明，措施二实施后，平均排队长度仅增加了0.1米，而旅客的通过总量增加了267人。

以上两种措施都是为了解决高架层的主要问题：如何有效利用设备，达到站内资源优化配置的目标而提出的。根据高架层的实际情况，两种措施可以同时使用，这样能更有效的提高整个枢纽站内的换乘效率和旅客通过量。

VISSIM仿真平台中的行人运动模型是基于机动车运动模型而建立的，目前已有较多研究探讨行人模型，比如基于元胞自动机原理的模型。今后可以开展对行人模型的深入研究，这样可以与流线仿真模型更好的结合，来反映实际情况。 参考文献

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