基于AnyLogic的铁路车站仿真应用研究——以昆明站南广场为例

游玲君、张赢、李博艺、杨颖

（1.昆明铁道职业技术学院，云南 昆明 650208；2.中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司，云南 昆明 650011）

1 概述

昆明站南广场提质改造工程于2020年10月1日完成。此后，昆明地铁与国铁之间的换乘无须再绕行昆明站西侧下穿隧道，轨道交通与铁路实现无缝换乘，大大缩短时间，方便旅客出行。

2 仿真模型和仿真软件的选择

目前，对行人交通微观仿真研究较多，已有不少成果。下面介绍主要的行人仿真模型和仿真软件，选择合适的模型和软件用于轨道交通站台排队行为的仿真。

2.1 仿真模型的选择

微观仿真模型主要有两种，分别是连续型仿真模型和离散型仿真模型两种，连续型仿真模型的时间、行人坐标还有空间都是连续的，并没有离散，利用微分方程联系相关量的变化情况。离散型仿真模型的空间、时间还有状态都呈现离散化，最为出名的就是元胞自动机模型。在满足仿真模型所需的条件后，能够对所需的状况进行模拟，如社会力模型[1]。

利用社会力模型，对行人的行为进行真实模拟，而且对人群的非线性自组织现象进行仿真，从而对行人的运动本质进行解释。因此，社会力模型的应用极其广泛[2]。

Anderslz[3]、Helbing 和Molnar[4]这几位著名物理学家曾经提出了“社会力”这一著名模型，从牛顿力学的角度出发对行人的行为社会学进行描述。

在考虑模型适用性与可操作性的基础上，选择了运用社会力模型进行仿真。

2.2 仿真软件的选择

在客流组织软件仿真方面，城市交通仿真、行人仿真、列车运行仿真等都有成熟的商业仿真软件。

AnyLogic 可输出密度、速度、行人数量、停留时间等统计数据，还可以生成模拟动画[5，6]。

AnyLogic 具有优秀的分析组件和优化工具，可以直接在建模环境中使用，建模过程相对简单和快速。AnyLogic 具有开放的体系结构，支持基于主体建模和二次开发，并且可以与Java 或其他语言编写的软件、定制模块一起工作，为行人交通仿真建模提供了更大的灵活性。也可以与办公软件或某些企业软件集成，如电子表格、数据库、ERP、CRM 等[7]。

几款仿真软件的对比见表1。

表1 四款仿真软件技术性能对比

基于以上优点，决定采用AnyLogic 软件进行仿真模拟。

3 车站仿真关键流程

针对昆明站南广场入口大厅客流组织的复杂性，分析了车站功能定位和客流线路，采用任意微动态模拟软件模拟客流，分析模拟结果，提出了客流组织优化方案，为实际运营管理提供决策支持。

3.1 车站仿真技术流程

在通常情况下，交通设施系统内部的仿真分为基础资料获取、模型建立（二维/三维）、仿真效果展示和仿真评估优化4 个主要过程[8]。

3.2 站内功能区位布局分析

昆明站南广场经过提质改造工程，在既有南广场站前广场一层上新建了集散厅。二层进站厅包含实名验票、安检大厅，设有20 台实名验票机、13 台安检机，另预留3 台安检机的安装空间。改造工程新建了16m 宽通道平接既有二层高架候车厅。

3.3 站内客流组织流线分析

流线，即客运站中乘客、行包、交通车等的流动行进的路线。在此例中，主要为不同目的旅客的行进路线。昆明站南广场的旅客流线主要有进站流线、出站流线和换乘流线。

3.3.1 进站流线

进站流线如图1所示（南广场进站预售客流达到约6 万人时，西验证口电梯开放）。

图1 进站流线

3.3.2 出站流线

出站流线如图2所示。

图2 出站流线

3.3.3 换乘流线

换乘流线如图3、图4所示。

图3 换乘流线1

图4 换乘流线2

4 客流组织仿真方法及评价指标研究分析

4.1 AnyLogic 仿真软件分析研究

AnyLogic 仿真模型是利用行人库实现的。在行人库当中，主要有环境对象、全局参数设置对象Ped-Comguration 以及行人对象，算法为社会力模型。AnyLogic 中的行人仿真建模过程如图5所示。

图5 仿真建模过程

4.2 客流组织评价指标研究

主要从旅客换乘的流畅性和设备综合利用率这两个方面来评价客流组织方案的优劣。其评价指标分析如下所示：

4.2.1 平均逗留时间

平均逗留时间t-，是指一段时间内从某条流线上经过的若干旅客所花费的时间的平均值。在距离相同的情况下，其结果越大说明这条流线越拥堵，旅客走行越不顺畅，从而发现流线的瓶颈所在。

式（1）中：ti为站内某条主要流线上某旅客的逗留时间；n 为某条流线上旅客的数量。

4.2.2 平均排队长度

式（2）中：Li为站内每条主要流线上排队的长度；n 为站内主要流线的数量。

5 昆明站南广场客流组织实例仿真分析

5.1 仿真设备参数分析

昆明站南广场由一层集散厅、地下一层出站厅及二层进站厅组成，各层之间由电扶梯与楼梯相连。一层集散厅主要办理人工售票、自助售票机售票、问询等业务；地下一层出站厅设出站闸机、补票处、警卫室以及安检查验健康码等；二层进站厅设进站闸机、人工验证通道、绿色通道、安检、警卫室等。出站厅与集散厅主要由扶梯与楼梯相连；进站厅与集散厅主要由扶梯、楼梯以及无障碍电梯相连。南广场分南验证口与西验证口，平时主要开放南验证口，周末、节假日客流增多时，开放西验证口。

在南广场中，所设计的设备主要有售票机、安检口、楼梯、扶梯还有闸机。闸机标准如下：宽0.53m，长1.86m，速度1.37m/s，服务时间3～8s，通过安检时间约为10～15s；南广场工作日人流量约2 万人；节假日约4～6 万人。

5.2 建立仿真模型

按照实际情况，依据一定比例来进行仿真底图的绘制，如图6所示。

图6 仿真动画界面

按照南广场的流线，利用AnyLogic 仿真软件表现模块关系图，并且构建地下仿真图，设置各模块的属性。

6 仿真评价分析

6.1 仿真数据输入

根据2021年1月8日实际采集数据，同时在3 个观测点，通过视频法获取进站厅高峰期旅客到达人数、出站厅旅客集中到达人数、地铁与国铁换乘人数，根据到达人数波动情况，设定高峰期观测时间为45min。

6.2 仿真结果分析

在仿真模型中，将仿真结果中各达口对应的时间参数代入公式（1）进行计算从而得出在各个流线上旅客的逗留时间平均值，并分析结果。

通过对各达口相对流线旅客所逗留时间平均值的比较。可知，“进站流线”与“换乘流线1”上存在阻碍旅客走行的瓶颈。

6.3 优化建议

通过分析导致瓶颈的主要原因，以此为基础提出相关决策，对设备平均排队长度进行分析，然后优化，从而合理配置设施。

6.3.1 进站流线优化

（1）在进站流线沿途，采用图像与广播方式表明前端安检验证的方法，提示旅客提前打开相应程序。

（2）增设集散厅平面示意图，标明各功能区位置。

6.3.2 换乘流线优化

（1）设置隔离栏杆，隔离进、出站旅客，使其不发生交叉干扰。

（2）在闸机口增设值守人员，引导旅客快速过闸，引导部分旅客从人工验证通道和绿色通道进站。增设安检人员，部分没有行李的旅客由人工安检。

（3）增大指示标志，突出绿色通道，安排专人寻找重点旅客，引导旅客走绿色通道。

6.3.3 出站流线优化

（1）在站台、出站通道设置地图，标明南北出站口以及周边设施和可换乘的交通工具。

（2）优化闸机设置，标明刷身份证的位置，同时增加值守人员，提高过闸效率。

7 结语

利用AnyLogic 仿真软件，仿真分析昆明站南广场的客流组织，包括仿真建模、仿真运行、仿真环境分析和仿真结果输出分析。

通过对仿真数据进行分析，结果发现进站厅的瓶颈在于“换乘流线1”和“进站流线”，提出相应的对策，解决瓶颈问题。

通过进行仿真分析，为昆明站南广场的运营管理提供决策支持，不断提高流线的通过能力和设备的利用率。