基于Anylogic的高速铁路换乘接续客流仿真优化

党维婧 宋嘉杰 李应兵

(兰州交通大学 交通运输学院 兰州 730070)

大型铁路客运枢纽汇集了来自各个方向，不同目的的出行旅客，使得站内流线错综复杂，形式多样。为了不同出行方式的功能设施在空间上实现无缝对接，真正意义上实现“零距离”换乘，所以车站内的行人流线是作为各个大型铁路客运站总体布局的主要依据。基于目前成熟的高铁站均衔接多条地铁线及公交线路，基本实现“零换乘”需求。然而接续换乘流线较为复杂，由于需求不同，可能会分别汇入其他流线造成交叉干扰，影响旅客出行舒适度。本文旨在从旅客需求[1-2]出发，针对接续换乘流线进行分析，利用微观仿真研究模拟在日常客流、大客流及突发客流三种情景下，现有的流线是否满足旅客需求，尽可能的避免接续换乘流线与进出站流线交叉，尽可能的减少旅客的走行和等待行为[3]。

1 西安北站旅客接续换乘流线分析

1.1 车站结构

西安北客运枢纽属于立体布置的高铁枢纽，主要结构为二层候车区，一层站台区，地下一层换乘区，以及地下二层地铁区共四层。站内共设有22个人工售票窗口，站外设86台自助取票机，南北广场分别衔接地铁二号线和地铁四号线、城际铁路线站外设10种接泊公交线路。因此单一的进站旅客和出站旅客基本可以实现出行“零换乘”[1]。

1.2 旅客换乘接续分析

旅客为了到达目的地往往要经过一次或多次换乘，本文将可以满足旅客进行换乘接续的两列列车分别定义为换乘列车和接续列车，其中换乘列车指中转换乘旅客完成前段旅程乘坐的列车，接续列车指中转换乘旅客完成后段旅程乘坐的列车[4]。根据换乘方式的不同，旅客在高速铁路车站内的换乘可分为三类，站外换乘：→站台扶梯→出站闸机→站前广场→实名制检票→安检仪→检票闸机→站台扶梯；站厅换乘：→站台无障碍电梯→候车厅反向检票闸机→检票闸机→站台扶梯；站台换乘：→站台1扶梯→站台2扶梯三种换乘方式[5]。

1.3 设施设备

站厅换乘方式，便捷换乘通道共两架无障碍电梯，每个通道口进入候车厅开放一个反向闸机，无扶手电梯，进入候车厅有三个售票窗口供乘客取票或改签，据实际观测，日常只开放一个窗口[6]；站外换乘方式，出站闸机为6到8台，换乘厅内布置有大量自动取票机和南北各4个人工售票窗口，乘客经由南1，南2两出口乘扶手电梯进入站前广场进行换乘。

2 客流组织评价及指标

2.1 平均排队长度

主要测量出站闸机、反向闸机、直梯及售取票口等设备处的排队人数，每条流线处的排队人数取平均值，其中L排队越大代表排队人数越多，便于设备能力分析和不同换乘方式比对。式中Li为每个设备前每条流线的排队人数，n为流线的数量。

(1)

2.2 平均设备利用能力

换乘通道内的设备利用情况如式(2):

Sk=Qk/Pk×100%

(2)

式中Sk为设备利用率，Qk为通过该设备的总客流量，Pk为该设备的固有通过能力。

本文主要通过换乘通道设备利用率的对比，反应设备利用率是否足够甚至均衡。

2.3 服务等级划分

本文主要研究从换乘列车下车起至候车厅检票通过闸机止，认为这一时间为旅客的关注点，从而影响旅客的选择行为。旅客在此期间的总消耗时间如式(3):

T=T服+T等候+T走行

(3)

式中T为旅客换乘总消耗时间，T服为旅客接受服务时间，T等候为旅客排队等候时间，T走行为旅客走行行为所消耗的时间。

据现场调研显示，影响旅客换乘行为的关键性因素是排队时间，因此本文以排队时间作为服务水平评价标准，为旅客服务划分等级。接续换乘要求尽可能短的换乘时间，通常旅客能忍耐时间为20分钟，超过此限度可能会引起旅客的烦躁或不满。因此本文将服务水平由高到低划分为A、B、C、D、E五个等级，随消耗时间递增，服务水平依次递减[7]，如表1所示。

表1 服务等级划分标准

3 基于Anylogic的仿真建模过程

3.1 建立仿真环境

本文利用Anylogic软件的行人库模块对旅客行为进行仿真，通过社会力模型进行建模。西安北站现有的接续换乘流线主要分为站厅换乘和站外换乘。站外换乘的旅客主要由站台下车，通过扶梯和楼梯等连接设备进入负一层经由出站闸机(每个出站口设有6台出站闸机)进入换乘大厅，可进行购票、购物、咨询等活动。后经由南1、南2、北1、北二四个出站口出站进入站前广场；站厅换乘的旅客通过直梯和两处楼梯通往候车大厅，经由一台反向闸机进入候车厅，可根据车票信息进入指定区域候车或在开放的三个售票窗口处进行购取票工作后进入指定区域候车[8]。

表1 仿真参数表

3.2 系统参数设定

3.3 仿真环境建立

建立仿真模型，并设置相关属性如图2。

4 仿真场景研究数据

4.1 场景一：日常客流高峰时段接续换乘研究

选取2020年九月进行调研，经调查显示除节假日外西安北站的高峰日在9月19日，发送旅客共计96182人、下车人数102680。选取11:30至12:30一个小时的客流时段，运行仿真模型，经过一定时间并达到稳定后输出后可得到如下数据。

如图1所示分别为站厅换乘和站外换乘的时间分布，代入公式(3)由图可知站厅换乘时间从300s至1520s均值约为700s可达到C级服务水平；站外换乘的时间分布从650s至2450s均值为1460s，达到E级服务水平，乘客易产生不满情绪。如图2分析直梯等待人数最大值为3人，图3分析出站闸机处排队人数和反向闸机处等待人数，均代入公式(1)可知站内换乘设施满足旅客换乘需求。带入公式(2)的仿真结果分析得总利用率为100%的条件下，高架层设备利用率为26.9%，出发层设备利用率为73.1%，约为高架层的3倍。无论是检票设备还是取票设备的利用率，出站换乘流线的设备利用明显高于站厅换乘流线。

图1 不同换乘方式时间分布图

图3 直梯等待人数 图3 检票设备等待人数

以上数据分析可知西安北站的两种接续换乘流线上的设备能力充足，二层反向闸机及购取票设备的利用率较低，大部分换乘旅客选择站外换乘的方式，通过实地走访发现站台上“由此出站”的广播和标识相比站厅换乘更为醒目和便于理解，通过一定量的调查问卷得出出行旅客尤其是第一次到达该客运枢纽的旅客由于对站内布置不够清楚，列车接续时间过长，导致旅客选择站外换乘这种走行距离最长，换乘时间最长的换乘方式。

由此得由于大型客运站流量大，旅客需求不同，要求车站客运服务设备配置时充分考虑到旅客需求，增加旅客对于流线的识别性充分给与旅客心理上的认同感和视觉上的方向感[9]。

4.2 场景二：大客流高峰时段接续换乘研究

选取2020年10月1日为研究日期，发送旅客共计177413人，其中下车144098万人次。选取11:30至12:30一个小时的客流时段，运行仿真模型，经过一定时间并达到稳定后输出后可得到如下数据。在列车到站900s内，旅客分别对扶梯、出站闸机造成一定的压力，与出站流线交叉。900s之后会对进站流线的旅客购取票设备造成压力，增加旅客的等待时间[10]。

如图4所示为检票设备排队人数折线图，大客流时期，负一层和二层的检票设备均有增加，出站闸机处的排队人数增幅明显。如图5所示为直梯等待人数折线统计图，对比日常客流时期图5并无明显增加。将图4-5的数据带入公式(1)结果大于场景一计算结果，但仍能满足旅客需求。

图4 检票设备等待人数 图5 直梯等待人数

4.3 场景三：特殊情况旅客接续换乘研究

本文主要针对雨雪天气等特殊情况下造成旅客列车晚点情况下，研究现有的旅客流线能否在15min甚至更短的时间内实现换乘[11]。

参考场景一图1，站厅换乘需平均消耗时间为1460s，站台换乘平均消耗时间为700s。分析数据可知两种换乘方式均无法满足旅客换乘需求，很可能造成大批乘客改签或退票现象，为旅客造成极大的不便。因此特殊情况下可提前告知接续列车站台，旅客直接经由站台换乘流线实现快速换乘。

5 仿真优化及输出

5.1 针对旅客行为选择进行的站内布置优化结果输出

分析数据可知西安北高铁客运枢纽站作为新建车站，站内设备能力能够满足正常运营需求。分析场景一场景二均由于旅客对站内设备及通道不够了解，导致大量换乘旅客涌入出站通道，造成日常情况下便捷换乘通道设备虚糜，大客流情况下对进站客流产生影响。不仅增加旅客寻路行为、走行行为、排队行为和等候行为，影响旅客下一次出行的行为选择。同时对站内换乘大厅的设备利用及空间承载能力造成不利的影响。因此，针对此类现象可通过完善站内导向标识，增加媒体宣传和增加站厅换乘的连接设备(如通往候车厅的扶梯)等方式使得初次到达的旅客了解车站布局使用站厅换乘。

仿真实验表明通过站内设施改进、旅客正确引导后，站外换乘与站厅换乘设备利用率的理想状态，即出站闸机与反向闸机利用率相当，二层取票设备与负一层取票设备效率相当。

如场景三中，一旦列车晚点，或接续时间过短，这将大大影响到接续需换乘旅客的出行，如不能组织旅客快速高效换乘，则会有大批旅客因列车延误而退票改签行为，大大增加了出行阻碍及影响乘客的出行体验。因此，针对此类情景可做如下改进：

①控制合适站台接车

为使得旅客换乘时间最短，车站在接入列车时使得接续列车在距离换乘列车最近的站台停靠，尽可能的减少旅客走行时间和走行距离。如果可能的情况下，将接续列车与换乘列车停靠在同一站台，使得旅客从换乘列车下车直接进入接续列车，实现同站台换乘，有效减少换乘时间。

②组织旅客站台换乘

短时间内站厅换乘不足以满足旅客的换乘时间需求时，需设绿色通道，旅客不经由出站闸机，直接通过连接设备进入接续列车所停靠的站台入口，通过楼梯实现异站台换乘。

优化后的数据输出为旅客站台换乘的时间范围约为420s至850s，此实验最大换乘消耗时间为850s，均值为650s；站厅换乘由当前站台到目标站台所需的时间范围约380s至980s，均值为780s，大大减少旅客平均换乘时间。

6 结束语

本文利用Anylogic仿真软件对西安北站接续换乘旅客流线进行仿真优化研究。针对西安北站现有的两条接续换乘流线的时间分布，排队人数，设备利用率客流热力图进行分析。

得出在日常客流高峰时段和节假日大客流时段站内设备能够满足旅客换乘需求，但由于站内导向不足，站厅换乘流线的设备利用情况较为虚糜，在大客流时期会对出站流线的出站闸机和进站流线产生交叉，增加旅客等待时间，需加强站台旅客引导；在列车晚点的特殊情况下现有的两条流线不能满足旅客换乘需求，需增加站台换乘流线，可考虑控制接车站台同站台换乘或设置换乘绿色通道。从而提高旅客出行满意度。