基于社会力学模型的综合交通枢纽站动态仿真研究

魏鸿儒

【摘要】综合交通枢纽集散服务网络评价是枢纽设计和行人组织的核心问题之一，而目前在这方面缺乏相应的理论和技术支撑。本文利用社会力学模型动态仿真综合交通枢纽站内乘客集散行为，动态评价综合枢纽集散服务网络。以北京南站地下一层换乘大厅为研究背景，对未来高峰时段的客流集散进行仿真评价，分析集散的瓶颈点，提出改进方法。通过分析对比，证明改进方法具有实用性和有效性。

【关键词】综合交通枢纽；集散服务网络；北京南站

一、引言

综合交通枢纽集散服务网指建立在枢纽内部集散功能网络基础上，有多种客运组织流程共同构成，服务于枢纽内外客运交通需求的运输网络。国内在集散服务网络方面的评价研究还没有形成系统化理论，计算机仿真技术为这一理论技术的实现提供了可能。本文利用计算机仿真技术仿真不同强度客流输入情况下集散服务网络中乘客的集散行为，找出网络中的集散“瓶颈”，提出可行性解决办法，为枢纽设计和行人组织提供科学依据。

以上文献未能对枢纽集散网络系统化深入评价研究。本文以行人流的社会力学模型为基础：动态仿真北京南站地下一层换乘大厅乘客集散行为，分析了不同强度客流输入的情况下，乘客的集散时间，找出集散瓶颈点、提出改进措施，通过对比证明改进措施的有效性。

二、乘客行走模型

本文采用行人流的社会力学模型，其基本原理就是通过行人受力分析来建立行人基本行为趋向性的模型。从社会力学的角度，心理和物理上产生的影响共同构成行人行为的推动力，这一推动力将整合成行人移动过程中的物理参数——加速度。这些影响行人行为的力可以是行人对目的地的驱动力、周围行人对其影响以及障碍物对其干扰。因此周围行人对于行人对象同时具有吸引力和排斥力。

1、乘客走行参数

枢纽站内高峰时段大密度的客流的走行速度其他相关参数都有其自身的独特性。乘客走行模型是活动单元体模型，需要设置的参数包括：行人的运动速度1.37m/s～1.51m/s、期望加速度3.4m/s2减少至0、男人、女人最大加速度分别8.0m/s2、7.0m/s2，男人、女人最大减速度分别8m/s2、7.5m/s2、期望减速度3m/s2减至0。模型长度男人为0.44m，女人为0.40m。可以根据站内不同的交通环境，设置行走的参数，仿真乘客的走行。

2、乘客集散过程

枢纽内乘客集散过程的各种行为都可以看作是一种决策过程，决策可以宏观到对某种行为整体的把握，亦可以微观地渗透在每一个细小环节中，乘客的决策过程是研究枢纽内行人特性的基础。为了接近实际枢纽内乘客行为，乘客行为一般可以分为三个层次：战略层、策略层和行为层。战略层指行人依据目的地对路径规划，作出换乘交通方式的选择。策略层指乘客选择交通方式后进行路径选择，并产生初步路径决策。行为层指乘客实际行走行为，包括躲避对向行人、穿越人群、绕过障碍物或者只是简单地向目的地移动。

三、仿真分析

北京南站作为全国首座高标准现代化的客运大型客站，是集成高铁、地铁、市郊铁路、公交、出租“零距离”换乘的大型综合交通枢纽，北京南站的运营组织管理及客运服务系统必须适应和满足复杂的客运管理技术与高标准的客运服务要求。地下一层换乘大厅是整个枢纽集散服务网络的核心部位，建筑面积309388m2，设置了地铁4号线、14号线进出口以及穿越整个车场的地下进出站通道，衔接了整个枢纽集散服务网络。

按照Atkins China所做的北京南站《交通、客流专题报告》，到站乘客的交通模式划分为：地铁50%，公交车30%，社会车辆20%。男女出行比例近似1：1，乘客的到达服从泊松分布，评价分析地下一层的客流承担能力。

1、仿真区域

仿真区域以换乘大厅地铁为中心，包括东西两侧的高速列车进站厅、出站厅，城际与普速列车进出站客流流线的导入与导出功能区域，研究区域的设施功能及分布基础方案如图2所示。

2、结果分析

由上表可见，客流小于20000个/h，乘客能顺利实现换乘，不产生拥堵、滞留现象，当到达客流量为30000个/h，乘客到达换乘地点时间近似直线增长，可视为开始排队，有滞留现象。选取此到达客流量对地下一层换乘大厅流线进行仿真模拟，仿真时间为1800s，步长时间间隔为0.1s，仿真以后可以计算的平均行程时间，说明在地下一层换乘大厅中存在阻碍乘客走行的“瓶颈”。

四、结论

本文依据社会力学模型依据实际合理设置行人参数、考虑男女比例、交通流分配对北京南站地下一层进行仿真。找出集散的“瓶颈”，提出了地铁进出站闸机安放在地下二层和三层，加栏杆的建议，防止客流流线冲突和人流交织现象，相对增加了乘客在大厅内的活动空间，减少了乘客因为行动缓慢和排队而增加走行时间，以适应行高强度客流输入的情况。根据仿真结果证明，此措施实施后可以缩短乘客的换乘走行时间，降低乘客排队的长度，减少延误。

本文进行综合交通枢纽站换乘集散服務网络的核心部位动态仿真分析，通过对方案仿真结果的对比来验证其改进措施的有效性和可行性。今后可以开展对行人模型的深入研究，比如在社会力学模型基础上运用元胞自动机原理，这样可以与乘客集散仿真更好的结合，来反映实际情况，取得更好的效果。

【参考文献】

[1] 崔喜红， 李 强， 等. 公共场所人员疏散研究[J]. 自然灾害学报， 2005（12）.

[2] Tanaboriboon，Y and Guyano J A.Analysis of pedestrian movement in Bangkok[J]. Transportation Research Record， 1991： 1924.

[3] Daamen，W， Bovy， Hoogendoom， S，P， Pedestrian Behavior at Bottlenecks Transportation Science， 2005： 147-149.

[4] 张建勋， 韩宝明， 李得伟. Vissim在地铁枢纽站客流微观仿真应用[J]. 计算机仿真学报， 2006（7）.