行人仿真在轨道交通换乘枢纽设计中的应用

杨 良 覃 矞 闫 铭

(1.深圳市城市交通规划设计研究中心有限公司，广东深圳 518026;2.深圳市地铁集团，广东深圳 518026)

在轨道交通换乘枢纽规划建设中，如何评价、预测并提高其步行系统的效率及安全可靠性是非常重要的问题和研究内容。目前，轨道交通车站在设计过程中主要参考地铁设计规范及其他相关建筑设计规范，以客流总量预测值作为确定车站设施规模的标准，采用静态和均态计算方法。但是随着轨道交通网络的发展，多线换乘枢纽客流量大且构成复杂，传统的设计方法不能够充分考虑到行人的微观行为特征，无法明确评估复杂条件下车站设施设备布局对行人运动带来的影响，不易发现客流拥挤区域和冲突点，从而给后期客流组织带来隐患。而采用行人微观仿真辅助设计，运用计算机技术建立行人运动微观模型和空间宏观模型，再现行人在空间中的复杂运动现象，从微观角度对车站设施设备布局和客流组织方法进行动态评价，有助于发现设计缺陷，能够有效地对传统规划和设计方法进行补充。

本文探讨以行人仿真作为辅助规划手段，针对深圳市车公庙枢纽初步设计方案，借助行人仿真软件Legion，建立车站空间布局和设施设备配置模型以及相应行人运动模型，对设计方案进行仿真分析和评价，找出设计薄弱环节并提出相应优化方案。

1 仿真研究思路

枢纽行人仿真包括基础参数分析、建模、仿真分析及方案优化三个阶段。第一步，通过现状调查及对研究目标年城市轨道交通运行特征分析，确定建模基本参数;第二步，输入枢纽布局方案、客流数据等基础数据及相关参数，建立仿真模型;第三步，基于模型进行仿真并依据仿真结果(视频、客流密度分布图等)进行评价，在此基础上进行方案的优化并进一步进行仿真验证(见图1)。

图1 研究思路

2 仿真参数选取

1)设施设备服务时间。结合国内外经验分析调查数据及结果，并综合考虑到本次车站行人仿真客流年限为2041年，随着轨道网络的逐渐完善、相关设施设备技术的发展以及乘客对于深圳市轨道交通熟悉程度的提高对设施设备服务时间带来的影响，本研究采用相关设施设备服务时间指标见表1。

表1 设施设备服务时间 s

2)自动扶梯速度。自动扶梯与水平面夹角为30°，切线速度为0.65 m/s(参照《地铁设施规范(2003版)》)。

3)交通卡使用率。根据调查，目前深圳市各线路交通卡使用率已经达到70%左右，其中就业岗位集中区域使用率高于平均值。本研究认为，随着车公庙地区远期开发建设以商业和办公为主，就业岗位集中，客流主要以本地客流、就业客流为主。同时受到交通卡优惠的影响，远期车公庙枢纽深圳交通卡使用率将达到80%～85%。

4)仿真评价指标。根据行人仿真软件Legion所具有的分析功能，车站行人仿真主要以客流密度和区域内客流平均速度作为评估依据。客流密度指的是车站单位面积乘客的数量，客流平均速度是指区域内行人运动速度的平均值。本研究采用客流分布密度、步行速度为评价依据以及采用客流平均运动速度作为评价指标。参照地铁设计规范及其他城市经验，我们采用LOS标准(Fruin，1970)作为评价标准(见表2)。

表2 仿真评价指标(行人密度) ped/m2

3 仿真输入及模型构建

3.1 车站布局方案

总体布局为L形三层设计方案，枢纽主体位于深南大道和香蜜湖立交交叉口。1/11号线沿着深南路东西向平行布置，11号线在1号线南侧，共用站厅和付费区均在－1层，－2层为两线各自独立的站台层;7/9号线采用平行布置同站台换乘。－1层为站厅层，包括非付费区和付费区，－2层为设备层及7/9号线换乘站厅，－3层是7/9号线站台层。1/11号线与7/9号线采用“L”形站厅付费区换乘方式。站厅层中部为连通的付费区，供换乘客流通过，两侧为非付费区，供片区客流进出站和过街客流通过(见图2)。

图2 枢纽平面布局图

3.2 客流需求

仿真研究目标年为2041年，客流预测结果见表3，图3。

表3 晚高峰进出站客流

图3 晚高峰换乘客流

3.3 列车开行方案

依据相关设计方案，采用列车开行对数、列车编组方案，见表4。

表4 列车开行方案

3.4 客流组织方案

1/11号线换乘客流通过站厅换乘，7/9号线采用同站台换乘结合站厅换乘模式。1/11号线与7/9号线换乘客流通过－1层站厅及换乘通道进行换乘。各线路进出站客流依托于换乘客流流线就近进出进行组织，换乘客流流线组织方案见图4。

4 初步方案仿真分析

通过仿真可知，11号线站厅东侧1/11号线与7/9号线之间换乘客流优先选择穿越11号线站厅东侧两组相对布设的楼扶梯，从而与上下楼扶梯客流在其周边狭小范围内形成严重拥挤，无法有效自行疏散(见图5)。

图4 换乘客流流线

图5 晚高峰11号线站厅东侧仿真

由于换乘均在－1层站厅及换乘通道实现，换乘通道存在三个方向换乘客流，客流交织较为严重;同时7/9号线北侧站厅进出站客流与换乘客流无法有效分流，客流交织严重，运输组织难度大(见图6)。

图6 晚高峰换乘通道及7/9号线北侧站厅仿真

5 方案优化及仿真分析

5.1 优化思路及改善方法

方案总体优化思路是采用通道式单向换乘(见图7)，减少主要换乘方向客流交织与冲突，具体措施如下:1)换乘1/11号线客流沿换乘通道进入11号线北侧站厅后分流进入1/11号线站厅楼扶梯。2)1/11号线换乘7/9号线客流经11号线站厅与11号线换乘7/9号线客流交汇沿站厅南侧通道进入换乘通道，即换乘通道内只存在双向换乘客流。3)换乘7/9号线客流在换乘通道内进入－2层后分流至相应站台，即采用两层换乘模式。

图7 优化方案枢纽总体布局

客流组织方案调整为:1/11号线换乘7/9号线客流由通过－1层换乘通道经换乘楼扶梯到达－2层后分流至－3层各站台;7/9号线换乘1/11号线的客流由站台通过－1层站厅后通过换乘通道进行换乘。与原方案比较，7/9号线～1/11号线换乘客流通过换乘楼扶梯北侧通道进入11号线站厅后，分流进入11号线站厅至站台楼扶梯及1号线站厅。换乘通道内换乘客流为两个方向，客流组织易于实现(见图8)。

图8 换乘客流流线

5.2 优化方案仿真分析

通过仿真分析可知，换乘客流穿越11号线站厅东侧相对设置扶梯现象得以有效避免，整体仿真情况良好，11号线站厅东侧楼扶梯处严重拥堵现象得到疏解。换乘通道内三个方向换乘客流简化为两个方向客流，且利用换乘楼扶梯使得换乘客流不存在交织，仿真结果良好，无明显的交织和拥挤(见图9)。

图9 优化方案站厅层仿真

通过密度分析可知，站厅层客流平均密度基本保持在C级以下，客流运动顺畅;通道及11号线站厅东侧存在少部分区域最高密度超过E级，形成高密度运动状态，但未形成拥挤，高密度客流可在有效时间内疏散(见图10)。总体站台客流压力不强，各站台服务水平基本保持在C级以上，服务水平较高;站台楼扶梯口影响范围客流密度较高，站台等待区客流密度不均衡，对乘客疏散影响较小，必要时可采取措施引导乘客在站台上的分布。

图10 优化方案站厅层平均密度

6 结语

利用行人仿真方法进行步行系统规划设计的优势在于通过仿真模拟验证预先设计的行人设施或组织规划方案的合理性及不足点，发现弊端，从而预先解决问题，消除安全隐患。行人仿真方法的引入能够丰富大型公共空间和交通枢纽行人交通系统规划的研究基础和方法思路，并发挥重要的作用。本文在分析行人交通特性、把握多线换乘枢纽行人集散规律的基础上，收集和标定相关参数，设计仿真方法，以深圳市车公庙枢纽规划设计方案为例，分析高峰时段行人交通设施设计和客流组织方案，研究相应步行设施设备服务能力、运营方案效率与安全性，提出了相应的改善方案。

［1］ 覃 矞.车公庙综合交通枢纽工程交通规划咨询报告［R］.深圳:深圳城市交通规划设计研究中心有限公司，2012.

［2］ 覃 矞.深圳地铁二期开通初期重要车站行人仿真应用研究［R］.深圳:深圳城市交通规划设计研究中心有限公司，2011.

［3］ 许峻峰.行人仿真模拟在地铁换乘站设计中的应用［J］.隧道建设，2010(2):63-65.

［4］ 朱娜娜.行人仿真在奥运场馆中的应用［J］.交通运输系统工程与信息，2008(12):81-83.