北苑交通枢纽行人仿真模拟研究

赵光华 张广厚

（北京市市政工程设计研究总院1） 北京 100082）

（北京工业大学北京市交通工程重点实验室2） 北京 100022）

0 引 言

发展以轨道交通为骨干、地面公交为主体、多种交通方式相互协调的综合客运体系是我国大城市解决日益严重的交通问题的关键．交通枢纽作为不同交通方式、不同方向客流的转换点，在复杂而多元化的城市交通系统中具有举足轻重的作用［1］．设计方便、快捷的综合交通枢纽行人运动空间，科学、合理地组织各交通方式间客流换乘，可以提高枢纽站运营管理水平和旅客服务质量．

近年来，随着城市交通枢纽地位的日益增强，有关城市交通枢纽仿真方面的研究也越来越多，主要包括：北京交通大学的张建勋等人，利用VISSIM软件对地铁枢纽客流进行微观仿真分析；北京工业大学，利用Legion行人仿真软件对奥运场馆周边地铁站观众到达／离开进行微观仿真分析．总的来说，利用计算机仿真研究枢纽交通问题越来越受到重视．本文利用英国Legion Studio 2006步行人流模拟软件为平台，对北苑枢纽内部行人交通组织与空间换乘情况进行了仿真模拟研究．

1 北苑交通枢纽概述

北苑交通枢纽位于北京城中心区的北部，昌平区北苑边缘集团（天通西苑）的北侧，与现状地铁5号线终点站天通苑北站相接，是一处集地铁、长途汽车、公共汽车、快速公交、出租汽车、小汽车等多种交通方式于一体的综合客运枢纽［2］．

图1 北苑枢纽位置示意图

2 微观行人交通仿真技术

2．1 Legion行人交通仿真软件

英国Legion公司开发的Legion Studio 2006步行人流模拟软件，目前被业内认为是最有效的行人仿真与分析工具，广泛用于交通枢纽、地铁车站、奥运场馆、机场和大型活动等人流聚集区域的步行人流模拟．该技术在2000年悉尼奥运会、2004年雅典奥运会、2008年北京奥运会、2012年伦敦申奥、纽约地铁规划和香港地铁站规划等项目中得到广泛的应用，收到了非常好的效果，得到了国际奥委会及业内专家的充分认可和肯定．

Legion人流模拟软件，由 Model Builder，Simulator和Analyser 3个应用模块组成，具有直观友好的可视化人机交互界面，软件模拟系统具有强大的数据和图形输出接口，能够获得人流密度、步行时间、观众输散时间、最大排队长度、最大等候时间等分析数据．

行人仿真测试工作步骤见图2．

图2 行人仿真测试工作步骤图

2．2 行人仿真建模关键参数

行人需求数据是行人仿真建模的基础．根据调查交通枢纽上下班高峰时段行人到达量分布数据积累，归纳、总结相关地铁车站需求数据规律．行人仿真建模关键参数，见表1．

表1 行人仿真建模关键参数列表

2．3 仿真结果分析与评价

Legion仿真模拟系统具有强大的数据和图形输出接口，能够获得人流密度、步行时间、观众疏散时间、最大排队长度、最大等候时间等分析数据，同时，也可以输出行人活动区域内的人流密度分布和最大密度的持续时间分布等直观图形，仿真输出结果如表2所示，在此基础上，依据相关设计规范及规定，对行人空间进行密度、步行速度、步行时间以及应急疏散时间等指标进行评价．

表2 仿真输出结果分析表

3 北苑交通枢纽行人仿真模拟

在本文的研究中，对现有地铁天通苑北站进行仿真分析，仿真输出结果验证了天通苑北站现况的站台、楼梯、进出站闸机服务水平无法满足远期交通功能的需求，需要对车站的相应部分进行改造．对北苑枢纽设计方案运用仿真手段进行验证，得到枢纽设计方案行人密度均在E级以上服务水平，各类设施通行能力满足换乘及运营需求．

3．1 地铁天通苑北站仿真分析

图3 现况天通苑北站站仿真最大人流密度图

依据《地铁设计规范》、Fruin的行人服务水平评价体系［3］，以及北京市地方标准《公共汽电车场站建设标准》，站台、楼梯设计应达到D级以上服务水平［4］．如图3所示，天通苑北站现况的站台、楼梯、进出站闸机服务水平无法满足远期交通功能的需要，最大密度图中灰度区域表示部分楼梯、站台服务水平已接近F级．在这种状况下，行人行走、等候过程中感觉极不舒适，存在安全隐患，因此需要对车站的相应部分进行改造．

3．2 北苑枢纽设计方案仿真分析

3．2．1 仿真区域 仿真区域主要为北苑枢纽一层、二层换乘大厅，见图4．面积约23 700 m2．

3．2．2 仿真基本参数设置及标定

表3 地铁站行人设施的参数表

地铁站内行人步速，为了使Legion软件更好地适应中国地区项目的需要，项目组对北京多个地铁站及枢纽采集了大量的中国行人实测数据并进行了统计分析，在此基础上对Legion模型行人步速进行了标定，确定了中国行人的一些重要参数值，并与国外相关研究得到的参数值进行了对比．例如：地铁站内封闭空间调查结果表明，中国行人自由流速度大致为1．3 m／s，比美国ITE推荐的1．2 m／s略高；地铁站内楼梯上下行乘客速度统计，速度均值上行为0．73 m／s，下行为0．77 m／s，均与国外相关测试结果相当．

3．2．3 仿真结果与分析 输出仿真测试界面如图4所示，行人最大密度见图5．依据Fruin的行人运动、等候区域服务水平评价体系，换乘枢纽内部行人密度均在E级以上服务水平，各类设施通行能力基本满足换乘需要，设施之间衔接有序，没有较为明显的拥堵区域，高峰小时期间，枢纽内部行人空间整体运行效果良好．

图4 仿真测试图

图5 枢纽空间行人最大密度图

本文简要列举枢纽地铁站西侧站台及北楼梯分析图表情况．

如图6为枢纽地铁站西侧站台等候区密度情况，等候区行人最大密度为1．25人／m2，大于D级服务水平，整体情况良好，但由于局部点人群聚集，造成站台乘客分布不均匀，局部区域密度偏大．建议在早高峰期间适量增加工作人员对乘客进行引导，避免乘客积聚．

图7为枢纽北侧站台密度情况，楼梯处行人最大密度为1．6人／m2，处于E级服务水平以上，没有明显的拥堵现象，基本满足早高峰期间大量公交乘客的换乘需要，楼梯与公交站台、进口闸机之间的衔接良好．

图6 西侧站台等候区密度组成图

图7 北侧楼梯密度组成图

4 结束语

本研究对北京北苑交通枢纽方案设计内部行人空间的微观人流仿真建模与分析，介绍了北苑枢纽方案设计概括及现状天通苑北站基本情况，以及Legion行人交通仿真技术及微观行人仿真搭建流程．在此基础上，对现有地铁天通苑北站和北苑枢纽设计方案进行仿真分析，仿真输出结果验证了天通苑北站现况部分设施服务水平无法满足远期交通功能的需求，以及枢纽设计方案行人密度均在D级以上服务水平，各类设施通行能力满足换乘及运营需求．

通过对综合交通枢纽进行人流仿真研究，可以发现枢纽设计方案人流系统、换乘系统、不同交通设施的问题和不足，帮助相关人员从设施设计和运营方面做出相应的改进．随着计算机仿真技术在国际交通工程界的推广，微观人流仿真作为一种有效的研究方法［5］，将更好地为综合交通枢纽规划与设计相关工作提供有力的技术支持分析策依据．

［1］史建港．大型活动行人交通特性研究［D］．北京：北京工业大学北京市交通工程重点实验室，2007．

［2］北京市市政工程设计研究总院．北苑客运交通枢纽设计方案［Z］．北京：北京市市政工程设计研究总院，2008．

［3］Fruin J J．Pedestrian and planning design［M］．New York：Metropolitan Association of Urban Designers and Environmental Planners，United States，1971．

［4］Davis A L．Managing large events and perturbations at stations．passenger flow modeling technical review RS021／R．03［R］．Rail Safety and Standards Board，2003．

［5］商 蕾．城市道路交通流仿真系统研究［J］．武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2010，34（3）：587－590．