城市轨道交通车站客流仿真系统功能分析

　　
目前上海轨道交通网络已运营的车站共有161座，根据规划，远景网络将有车站455座，其中

换乘枢纽109座。车站作为城市客流的主要集散地和城市轨道交通系统的基层生产单位，人群集中、流动性大。车站客运设施布局以及工作组织水平直接关系到城市轨道交通系统的运输安全、效益和服务水平。为优化车站客运设施布局和车站客运组织、提高轨道交通运营安全和可靠性，研究乘客在站内运动情况以及各设施设备的利用率具有十分重要的作用。
　　
目前，我国城市轨道交通车站设计中所确定其规模和布局的主要方法是根据《地下铁道设计

规范》（GR50157-92）等设计规范和相关经验，其计算方法和考虑因素比较简单。此外，车站客流变化的随机性、乘客在站内运动规律的不确定性、客流变化的多峰性以及突发事件发生的不可预见性等因素的影响，对车站的设计规模和布局提出了更高的要求。需要掌握设计车站的空间利用情况，并考虑到各设备能力、设施布局间的相互影响关系，提高车站设计的科学性。因此，有必要开发出一个车站客流仿真系统软件来对车站设计规模、站内设施布局、设备利用程度等情况进行分析和评价，并提供相应的评价指标。
　　
1、客流仿真系统现状分析
　　
1.1 国外客流仿真系统
　　
城市轨道交通车站客流仿真系统在国外已有较多的研究，并开发了相应的软件，其中有：
　　
（1）英国Mott MacDonald Limited Company的STEPS软件运用“元胞自动机”理论，针对车

站正常情况下和紧急事件发生情况下乘客的决策和运动进行模拟，研究不同情况下的乘客疏散，

评价车站的可靠性和设备的设计效果。
　　
（2）日本铁道综合技术研究所开发的旅客流动仿真软件根据列车运行和客流量变化模拟车站

客流的分布和疏散问题。可以同时实现面积约2万平方米的平面空间、乘客人数达到数万人的车站客流步行仿真。
　　
（3）荷兰Delft University of Technology开发的SimPed软件采用微观仿真的方法模拟乘客

在站台上的分布，评价和优化站台的设计，并建立了微观行人步行流模型，研究换乘车站乘客流

动和车站的优化设计。
　　
（4）英国Pedroute软件用色块来表示客流的密度和流量，评价通道和设备的通过能力和合理

性。
　　
（5）英国的Legion软件基于人群动态学的相关模型开发的，主要用于场馆、车站的人群疏散

评价。
　　
但多侧重于把轨道交通车站作为普通的大型公共场所进行研究，与轨道交通车站的特点结合

得不够紧密，未能考虑其车站特殊性。
　　
1.2 开发客流仿真系统的必要性分析
　　
国内目前还未见有关车站客流仿真的软件系统以及相关的研究成果，有关部门往往采用委托

国外咨询公司进行客流分布的仿真分析和咨询。但国外已有仿真系统还不能适应我国城市轨道交

通的运营管理模式、乘客出行特点，并且国外的仿真系统软件价格十分昂贵。
　　
客流仿真系统的自主研发可为规划设计人员以及运营管理部门提供枢纽客流组织、运营与客

流联动、应急预案编制提供辅助工具和技术支撑，应对国内城市轨道交通网络化运营的挑战，提

升网络化运营管理的水平和效益；可进一步形成乘客引导、地下空间合理开发和布局优化等相关

辅助决策系统，为乘客出行提供优质的服务，将产生重大的社会效益。
　　
在开发客流仿真系统之前需要对该系统的功能进行分析，根据车站设计人员和运营管理人员

的实际工作需要，提供以下几点功能需求。
　　
2、城市轨道交通车站客流仿真系统功能分析
　　
2.1 系统总体功能需求及架构
　　
城市轨道交通车站客流仿真系统的功能需求应包含三大体系：评价体系、参数体系和验证体

系。
　　
评价体系体现的是全，即能为决策者和管理者提供一系列比较全面的数量指标；
　　
参数体系体现的是准，即软件系统里所设的参数数据应准确无误，从而保证仿真结果的真实；验证体系体现的是真，即软件系统的仿真效果应能比较真实地反映乘客的运动行为，从而来

验证系统的真实度和可信度。
　　
2.2 评价体系
　　
（1）评价内容
　　
城市轨道交通车站客流仿真系统的评价内容既可以从不同方面、不同情况和不同目的三个角

度进行分析说明。
　　
轨道交通车站内各设备的通行能力将影响到乘客的通过速度，设施设备的布局的合理与否将

会影响到乘客在站内的排队情况和运动状态。评价体系可从能力和布局这两个方面对软件的仿真

效果进行评价。
　　
正常情况下的各设施设备的通行能力与非正常情况下的是不一样的，非正常情况下主要考虑

拥堵情况和疏散能力。根据两种不同的情况，针对不同的评价内容需建立不同的评体指标。
　　
软件系统最终的用户是工程设计者和运营管理员，因此，该系统最终的评价内容应既能指导

设计又能服务运营。
　　
（2）评价对象
　　
城市轨道交通车站的站型可分为单一车站和换乘车站两大类。其中单一车站按站台的布置形

式不同可分为岛式车站、侧式车站、一岛一侧式车站、双岛式车站等几种；换乘车站根据换乘线

路数目的不同可分为两线换乘车站、大型换乘枢纽（3条及3条以上轨道交通线路）、综合换乘枢

纽（包含有国铁等其它交通模式）。
　　
单一车站内部的客流流向和客流组织较为简单，而换乘车站的换乘通道的数目和布置方式对

客流的流向和站内客流分布具有较大影响，因此，为了更加真实准确地模拟乘客在车站内的运动

情况，有必要针对不同的车站给乘客建立不同的基础运动空间，本文共建立9种评价对象类型。
　　
（3）指标体系
　　
指标体系主要考虑车站空间利用、车站设备利用、车站客流路径、乘客服务水平四个方面。
　　
1）车站空间利用：主要是评价车站内某些层面或某些区域的利用率，改进设备的布局和数量

。相关指标有以下几种：
　　
① 车站密度：车站各区域最高（平均）密度、车站各区域实时密度。
　
② 密度持续时间：车站各区域的实时密度值达到某一程度（范围）所持续的时间，如密度在

0.5人/平方米以上的区域所持续时间分布情况。
　　
③ 密度变化规律：车站最高（平均）密度随时间变化规律、局部区域密度随时间变化规律。
　　
④ 局部拥挤度：匝机、楼扶梯、出入口附近的乘客拥挤度。
　　
2）车站设备利用：主要分析流程中各环节设备服务的匹配程度，反映设备的利用率和服务强

度，为设备的合理布局和配置提供依据和参考，分析时应综合考虑车站空间利用。具体指标有设

备利用率、服务能力、服务强度、匹配程度。
　　
① 设备利用率：分析售票机、匝机、楼扶梯等各设备的利用率，合理配置设备。
　　
② 服务能力：售票机、匝机、楼扶梯的服务能力及所能接受的最大服务能力。
　　
③ 服务强度：售票机、匝机、楼扶梯的服务强度，用来检验设备是否超负荷运转，为设备的

合理配置提供依据。
　　
④ 匹配程度：售票机、匝机、楼扶梯的服务能力与客流的匹配程度，匹配程度较差时，提供

合理化的解决措施。
　　
3）车站客流路径：用来反映乘客在车站内的运动路径，找出交叉干扰点，采取客流引导措施

和调整站内设施布局来减少冲突，提高乘客在车站内的运动速度，使之顺畅流动。具体指标有通

畅程度、交叉干扰、阻塞绕行等。
　　
① 通畅程度：用来反映乘客在车站内运动的速度和效率。
　　
② 交叉干扰：交叉干扰的路径及其影响范围分析，包括干扰的判断、干扰的程度、干扰的持

续时间、干扰的减少措施、干扰路径等。
　　
③ 阻塞绕行：各区域阻塞客流的拥挤度的变化分析，包括阻塞的判断、阻塞量的程度、阻塞

的持续时间、阻塞的减少措施、绕行路径等。
　　
4）乘客服务水平：用来反映车站对乘客的服务水平，评价乘客接受服务的效率和舒适度。具

体的指标包括接受服务时间、排队等待时间、乘客在站时间。
　　
① 接受服务时间：乘客接受售票机、匝机、楼扶梯的服务时间（均值和极值），乘客接受售

票机、匝机、楼扶梯服务的随时间变化规律。
　　
② 排队等待时间：乘客排队买票等待时间、匝机排队检票等待时间、候车时间（均值和极值

），乘客排队等待的随时间变化规律。
　　
③ 乘客在站时间：从乘客进站至上车的时间间隔、乘客下车至出站的时间间隔（均值和极值

），以及在站时间的变化规律。
　　
（4）评价方法
　　
静态评价与动态评价相结合、平均指标与极端指标相结合、个体指标与整体指标相结合，找

出设施设备布局设置不合理之处，提出改进措施。
　　
采用概率统计方法，对个体乘客、整体乘客、单一设施和多个设施的时间和空间数据进行统

计分析，得出具有一定实际意义的数量指标。部分综合指标可采用层次分析法或模糊综合评价法

等方法来得到。
　　
（5）评价结果
　　
评价结果不仅包括图表形式，还包括各种数据输出和指标分析。
　　
1）基本图表
　　
基本图表内容众多，主要有乘客主要流线交叉图、整体上的瞬时车站密度分布图、车站局部

区域的乘客密度的时间变化图等。
　　
① 乘客主要流线交叉图：反映某一仿真时段内的乘客主要流线路径，路径的流量，交叉点的

人数、密度和范围，可用不同颜色和粗细表示。
　　
② 整体上的瞬时车站密度分布图：可显示仿真过程中任一时刻的站厅层或站台层的乘客密度

（均值和极值）分布图，密度以不同颜色区分。
　　
③ 车站局部区域的乘客密度的时间变化曲线图：反映车站某一个局部区域的乘客密度变化情

况，横坐标表示时间，纵坐标表示乘客密度。
　　
2）综合评价图
　　
多项指标在同一图面上的对比，如综合趋势变化图、综合分布图等。
　　
3）智能判断的决策支持功能
　　
对仿真结果的各项指标进行智能判断，提出相关合理性建议，为设计人员、运营人员提供参

考。
　　
2.3  参数体系
　　
在车站客流仿真软件设计中，为了体现客流仿真效果的真实性，仿真前需要输入一系列基础

参数数据，该参数主要包括行人参数、设备参数和其它参数。该参数设置的合理性将影响到的仿

真效果，因此需要系统地考虑和分析。
　　
（1）行人参数
　　
行人参数主要反映乘客在车站内的运动行为。行人参数有静态参数和动态参数两种，静态参

数反映乘客的个性特点；动态参数反映乘客的共性特点。
　　
（2）设备参数
　　
设备参数主要反映各设备的通过能力，有时间参数和空间参数两种。时间参数表示购票、接

受客服、进出匝机等过程所需的平均时间；空间参数主要指各设施的空间尺寸，其数值将会影响

到通行能力。
　　
（3）其它参数
　　
其它参数包括空间密度服务水平参数、通畅程度服务水平参数等。空间密度服务水平参数分6

个等级，分别对应着不同的密度范围；通畅程度服务水平可分5个等级，根据行人密度和人群移动速度两个指标确定。
　　
2.4  验证体系
　　
在车站客流仿真系统开发完成前，必须对其仿真的结果进行验证，其主要验证的角度从微观

到宏观主要包括行人个体验证、行人群体验证、行人整体验证三个方面。
　　
本文主要从评价体系、参数体系和验证体系三个角度分析了系统开发的功能需求。
　　
评价体系主要有评价对象、评价内容、指标体系和评价方法；参数体系从静态和动态两方面

设定了客流仿真系统的相关参数；验证体系从个体验证、群体验证和整体验证三个方面提出了需

要验证的相关过程。
　　
在规划设计和运营管理中，车站客流仿真系统作为一种工具软件，其仿真得出的评价指标相

对于动态效果来说更具有实际意义。该评价指标设置得是否合理将直接影响到用户的决策和判断

。
　　
本文提出的评价内容和指标体系有待于进一步的探讨和检验。