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user: 3. 仿真客流模拟实验及方案优化 3.1. 仿真客流模拟中的假设 1) 设施假设：自动售票机的平均交易时间为30秒；闸机的通过能力采用30人/分钟；自动扶梯运行速度为上行0.55米/秒，下行0.5米/秒；自动扶梯的通过能力上行约为110人/分钟，下行约为95人/分钟(取值略低于中国地铁站设计的标准，但这是通过对国内几个繁忙的地铁站点的现场观测而确定的)；单向/双向楼梯、通道的通过能力不超过相关规范的最大通过能力，见《地铁设计规范》(GB50157-2013)。 2) 客流特征假设：车型采用6B编组；模型中选用中国通勤乘客的速度分布曲线；火车站来向进站客流的购票比例为30%，其他来向进站购票比例为10%；过街不进入付费区穿越客流为进出站的5%；远期班次30对/小时；客流含行李比例10%。 3.2. 客流分析及静态计算 根据设计设计说明，地铁4号线出入客流，考虑加入5%的过街客流，加入地铁2号线部分出入客流和超高峰系数1.35后，可以得到如表1所示的交通需求矩阵。依照交通需求矩阵，对初步方案的垂直设施进行静态计算(表2)，在正常工况下超高峰客流量情况下站厅层到站台层扶梯饱和度高达130%，不能满足要求。在一部扶梯检修的情况下高峰客流已经达到较为饱和的状态(表3)，且分布不均衡，主要是下行扶梯不能满足要求。依据换乘客流，对地铁4号线到地铁2号线换乘通道进行了静态计算，换乘能力满足要求。 3.3. 方案优化 依据以上分析，针对初期方案的静态计算和仿真客流模拟情况，对初始方案进行了优化。由于既有地下换乘大厅在运营使用中，且铁路客流较多，因此改造可能性较小，因此本次优化方案组要针对地铁4号线车站。并且地下换乘大厅由于连通地下灯饰城和既有地下餐饮等商业片区，客流集散能力尚能满足要求。 Table 1 Matrix of traffic deman 4号线上行 4号线下行 2号线上行 2号线下行 E出入口 H1出入口 H3出入口 F出入口 总计 4号线上行 0 0 1211 833 2129 2129 2129 2129 10，561 4号线下行 0 0 2137 1079 2208 2129 2129 2129 12，049 2号线上行 1319 266 0 0 0 0 1418 1418 4422 2号线下行 163 1692 0 0 0 0 1418 1418 4692 E出入口 2155 1113 0 0 0 0 127 127 3648 H1出入口 2155 1113 0 0 127 0 127 127 3648 H3出入口 2155 1113 1418 1418 127 127 0 127 6485 F出入口 2155 1113 1418 1418 127 127 127 0 6485 总计 10，102 6410 6185 4718 4718 4718 7555 7555 51，990 表1. 交通需求矩阵 Table 2 Vertical facilities calculation under normal conditio 垂直设施方向 扶梯数量 楼梯宽度(米) 垂直通行能力 (人/小时) 高峰客流量 (人/小时) 扶梯饱和度 超高峰客流量 (人/小时) 扶梯饱和度 B1-B2 2 1.7 15，156 7544 50% 10，184 67% B2-B1 2 1.7 16，776 9921 59% 13，393 80% B2-B4 2 0.85 12，708 12231 96% 16，512 130% B4-B2 5 0.85 32，148 16748 52% 22，610 70% 表2. 正常工况下垂直设施静态计算 Table 3 Vertical facilities calculation under the condition of escalator maintenanc 垂直设施方向 扶梯数量 楼梯宽度(米) 垂直通行能力 (人/小时) 高峰客流量 (人/小时) 扶梯饱和度 超高峰客流量 (人/小时) 扶梯饱和度 B1-B2 1 1.7 10，026 7544 75% 10，184 102% B2-B1 1 1.7 10836 9921 92% 13，393 124% B2-B4 1 0.85 7578 12，231 161% 16，512 218% B4-B2 4 0.85 26，208 16，748 64% 22，610 86% 表3. 一部扶梯检修情况下，垂直设施静态计算 交通设施：站厅层将原有的7部扶梯增加为8部，将原有的5部向上、2部向下，优化为4部向上、4部向下。扶梯数量增多，且分布更加均匀。站台层扶梯口部仍然分布不均衡，但这是由于站台长度较短决定的，无法通过设计改变，后期建议运营人员增加导流设施引导乘客到通过站台中部扶梯出站。闸机：将原有站厅层右端处垂直电梯与扶梯中间的闸机取消，增加缓冲区域，避免人流冲突。安检机：将原有的两部安检机增加为4部，提升通过能力，避免其成为进站客流瓶颈(表4)。优化后地铁4号线沈阳北站新方案各层如图11所示。 Table 4 Vertical facilities calculation of optimized schem 垂直设施方向 扶梯数量 楼梯宽度(米) 垂直通行能力 (人/小时) 高峰客流量 (人/小时) 扶梯饱和度 超高峰客流量 (人/小时) 扶梯饱和度 B1-B2 2 1.7 15，156 7544 50% 10，184 67% B2-B1 2 1.7 16，776 9921 59% 13，393 80% B2-B4 4 0.85 26，208 12231 47% 16，512 63% B4-B2 4 0.85 26，208 16748 64% 22，610 87% 表4. 优化后方案垂直设施静态计算 图11. 优化后各层平面图 3.4. 优化方案仿真客流模拟模型分析 用的分析指标体系为：最高密度、平均密度、空间使用率、换乘时间、重要的楼扶梯流率、设施的能力及分布、行走路线与交织状况、紧急疏散时间图。图12展示了部分仿真模拟分析结果云图。 1) 交通厅超高峰小时模型成果及分析。交通厅–换乘大厅层通过优化后，模型显示人流密度较为合理，平均密度下拥挤度较低，走行环境较为宽松，最大密度下仅有个别点位密度达到最高级，空间使用较为宽裕且比较均衡。2) 站厅层超高峰小时模型成果及分析。站厅层通过优化后，模型显示人流密度比原方案合理，平均密度下拥挤度适中，仅在右侧扶梯口部出现小面积拥堵，最大密度下在每个楼扶梯口部均出现最高级且全部空间内较为拥堵，空间使用较为宽裕且使用均衡。3) 设备层超高峰小时模型成果及分析。设备层转换空间在平均密度时拥挤度较低，扶梯口部出现小面积拥堵，最大密度时出现大面积拥堵，但基本能满足要求，空间较为宽裕。4) 站台层超高峰小时模型成果及分析。站台层通过优化后，模型显示人流密度比原方案合理，能够完成客流仿真模拟全过程。平均密度下在站台门附近拥挤度较高，楼扶梯口部小面积拥堵，，最大密度下站台层拥堵度基本全部为最高级，但能够完成客流集散。空间使用较为均衡。 此外，考虑到实际情况一般比计算情况更为复杂，因此利用模型进行紧急疏散测试。4号线紧急疏散工况下，依据仿真模拟结果，站台层，自事故发生时刻起，乘客清空时间在4.5 min以内。转换层，自事故发生时刻起，乘客清空时间在5.5 min以内。站厅层，所有乘客离开站厅层的时间在7 min以内。交通厅层，所有乘客自事故发生时刻起，到达最近出口的时间在8 min以内。 图12. 各层仿真客流模拟结果 通过对4号线沈阳北站的交通层、站厅层、转换层、站台层及与2号线的换乘通道开展的静态计算与动态仿真行人研究。发现在远期超高峰客流条件下，初步方案设计存在较大的运营压力，经过调整优化，方案有了明显的改善，整体服务水平提升。紧急疏散工况下，站台层4分25秒可清空(满足规范要求)，站厅层(付费区)需要6分钟，满足规范要求。