基于anylogic的闸机扇门角度设计与通行能力研究

扈焕容 全佳 张海波

摘  要：传统闸机物理结构的设计依旧是限制闸机单位时间人流通过的重要因素;尤其是适用于地铁这种大客流量集散地点，物理结构在通过能力和通过体验方面都存在障碍。设计一种新型闸机，采用斜向内合式闭合方式通过使闸门和机箱的夹角为锐角，大大节约了闸摆开合时间，同时解决现有的摆闸结构限制了在有限空间内可安装的闸机数量的问题。利用anylogic软件建立模型，以地铁进站为例对比新型闸机与传统闸机通过速率以及优化效果，结果表明，该闸机能显著提高通过率，可缓解高峰时期地铁进站压力。

关键词：城市轨道交通;斜向内合式;摆闸;anylogic;通过效率

1.闸机总体方案设计

1.1 斜向内合式闸机简述

斜向内合式闸机设计目的在于解决现有的摆闸结构限制了在有限空间内可安装的闸机数量的问题，提供了斜向内合式闭合方式，使闸门和机箱的夹角为锐角，大大节约了闸摆开合时间，同时增大了有限空间内可安放闸机的数量。

斜向内合式闸机是用来控制乘客进出车站，开合距离短，技术要求低、建造成本低的新式闸机。针对地铁常用的摆闸，进行优化改良，对闸机闸门闭合角度进行调整，较小的闭合角度大大节约了闸摆开合时间，同时增大了有限空间内可安放闸机的数量。斜向闭合方式使闸机规模以及拓展功能更具有灵活性设计，减小闸摆的开合角度，特殊的传动方式同时可以实现闸机的双向通行，节约了控制系统的设置，并简化摆门传动装置，大大节约闸机制造成本。本闸机即具有优于翼闸的闭合速度，又具有摆闸的成本优势。图1.1是斜向内合式闸机俯视透视图。

1.2闸机创新

1、传动方式采用链式轴动方式，传动方式简单、造价成本极低。斜向内合式闸机减弱了控制系统的复杂度，并简化摆门传动装置，降低了成本。

2、通过设置挡杆和活动挡块，灵活地控制了闸机通道的宽度。方便了在有限空间内增加或者减少闸机的台数，使得空间中的闸机数量可以按照其对应的人流量来合理调控。

3、通过使闸门和机箱的夹角为锐角，大大节约了闸摆开合时间，同时增大了有限空间内可安放闸机的数量。

4、斜向内合式的打开方式，增加了闸摆的抗破坏性，且只需使用一套传动系统，就可实现双向通行，并且因为相对的两个闸门闭合路径朝着不同的两个方向，且行人右手边闸门的闭合方向始终和行人行走的方向相同大大的降低了闸机打到行人的概率。

2闸机通过能力研究

2.1 模型设计

2.1.1 仿真模型的构建

建立行人仿真模型及环境建模，直接调用any logic模型库中Subway Entrance Hall模型，地铁站厅层模型如图2.2。绿色箭头表示进站乘车流线和出站乘客流线，行人从A、B两入口进入，设置行人流线随机从1号闸机组或2号闸机组进站，闸机组1设置4台进站闸机，闸机组2设置2台进站闸机3台出站闸机通道宽度均为1米;根据此进站逻辑，利用行人库模块绘制行人进站逻辑图，如图2.2所示。在1号闸机口设置Vac人数统计，用于统计单位时间内经过闸机组1的人数。

2.1.2 评价指标的设计

如2.2.1所述斜向内合式闸机相较于传统的摆闸90度的闭合角度只有60度，根据简单公式f=ω/θ，角速度ω相同的情况下60度的闭合角度斜向闭合方式比传统摆闸摆动频率f高约2/3（取0.6）。为测定闸机通行能力，采用服务水平评价指标。设定行人从A口进站，通过闸机组1由非付费区进入付费区，在闸机组1处设置的Vac人数统计作为闸机通行能力的评价指标统计单位时间通过闸机组1的人数;对比运用斜向内合式闸机前后通过闸机组1的人数情况。

斜向内合式闸机具有可灵活地控制了闸机通道的宽度，方便了在有限空间内增加或者减少闸机的台数的特点。闸机组2两台闸机通道宽度为2米，应用斜向内合式闸机可改变通道宽度可移动的特点，可将通道宽度缩小为0.65米，在相同面积内可设置三台闸机。但是闸机通道的减小会在一定程度上影响乘客的通过效率，利用any logic软件行人“心理-行为”的设计特点可直观的体现出该效果。因此选用密度类评价指标来测评闸机在单位面积内的通过能力。利用any logic软件行人库中提供Pedestrian Density Map模块，可以直接观察到所选取仿真区域内的密度随时间的变化情况。对闸机组2进行行人平均密度测评，以便于对斜向内合式闸机使用效能做出评价。

2.1.3 参数设定

根据上述构建的场景模型，需设定的参数以模型参数和行人参数为主，其中行人参数根据轨道交通站内运动行人描述，包括行人数量和行人路径选择等参数设置。模型参数是地铁车站设备具体参数包括闸机通过能力、服务时间、通道通行能力等;模型结果详见下表3.2。

3仿真结果与优化分析

3.1 闸机组1通行能力结果分析

模型设置VAC人数用于统计单位时间通过闸机组1的人数，受站厅长度、乘客走行距离、乘客走行时间的影响，乘客从A口入站模拟时间为36秒时，闸站组1才开始有乘客通过。为较少站厅长度等因素对仿真数据的影响，截取模拟时间100-200秒时间段，统计通过闸机组1的乘客人数，仿真10次输出结果图3.1。只计算通过闸机闭合时间不考虑乘客减速、刷卡等时间的情况下，如图3.1所示设置斜向内合式闸机后的闸机组1的单位时间内通过人数8.8人明显高于传统闸机通过人数6人。由此可见，在单位面积内设置相同闸机数，只考虑扇门闭合的情况下斜向内合式闸机相较于传统闸机的通过速度提升接近46.7%。

3.2 闸机组2通行优化效果分析

乘客从B口进入车站站厅层，经过闸机组2进入车站付费区;通过Pedestion Density Map模块，直接地观察仿真区域地密度随时间的变化情况。如图3.2、3.3所示发现仿真时间为100秒时闸机组2处出现明显的乘客排队情况，当仿真时间进行到300秒时车站内出现明显拥堵情况。

如图3.3所示，在闸机组2改进原有方案设置斜向内合式闸机，同时缩小通道宽度，增加一台闸机后，当乘客到达时间到达速率相同的情况下当仿真进行到500秒后闸机口也不会有乘客排队滞留情况的产生;通道通过效率有明显提高。

4结论

斜向内合式闸机，包括机箱和闸门，其特征在于，闸门设置于机箱上，闸门闭合时和机箱之间形成的角度为锐角，机箱内设有旋转立柱，闸门固定于旋转立柱上，旋转立柱下端设有驱动电机，旋转立柱上端设有外壳，旋转立柱的上部嵌入外壳内，外壳内设有旋转角度调节环，旋转角度调节环和旋转立柱同轴设置，旋转角度调节环上设有固定挡块和活动挡块，旋转立柱上部设有垂直于旋转立柱的挡杆，挡杆一端固定于旋转立柱上，其另一端设置于固定挡块和活动挡块之间，活动挡块和档杆接触的面上设有行程开关，通过设置挡杆和活动挡块，灵活地控制了闸机通道的宽度，使得空间中的闸机数量可以按照其对应的人流量来合理调控。

将闸机应用于轨道交通系统中，通过AnyLogic仿真可明显对比出，闸机扇门闭合速度快的优势可提高地铁乘客进出站的通行能力。同时配合通过闭合角度的调整，减少通道宽度后增加单位面积内的闸机设置台数的优点，可缓解大客流情况下城市轨道交通站厅层的排队滞留问题。

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