基于客流仿真模拟的铁路客运站安检通道设计优化研究

Design Optimization of Security Check Channel at Railway Passenger Stations Based on Passenger Flow Simulation

摘要

铁路客运站的安检流程是保障旅客出行安全、提升铁路服务质量的重要举措。近年来，传统客运站的安检方式与高速铁路旅客方便快捷的出行需求间矛盾日益突出。以北京南站为例，结合历史客流数据，通过调查安检通道的具体参数、旅客在通过安检通道过程中的行为参数，利用Anylogic仿真软件建立铁路客运站旅客安检通道模型，对旅客的安检流程进行分析。根据仿真结果，得到旅客平均排队长度、旅客平均排队时长、旅客通过安检通道平均时间等参数，分析安检流程设置的瓶颈，得出采取增加检查点或替换新型X光机的优化方案后，旅客安检效率得到显著提升，旅客在各个队列的等待时间以及旅客在安检通道中花费的时间均优于以往的安检流程，从而对提升铁路客运服务质量、保障便捷高效的运输服务提供支撑与借鉴。

Abstract

The security check at railway passenger stations is the key to ensuring passengers' travel safety and enhancing railway service quality. In recent years, the contradiction between the traditional security check at railway passenger stations and the demand for convenient and fast passenger travel by high speed railway grows conspicuous. In this article, the Beijingnan Railway Station was used as an example. Combined with the historical passenger flow data, the specific parameters of the security check channel and the behavior parameters of passengers passing through the security check channel were investigated. Anylogic simulation software was used to establish the security check channel model at railway passenger stations and analyze the security check process of passengers. According to the simulation result, parameters such as the average queue length, the average queuing time, and the average time of passing through the security check channel were obtained, and the shortcomings of the security check process were analyzed. The corresponding optimization methods of adding checkpoints or installing the new X-ray machine were provided, and the efficiency of passenger security checks was significantly improved. The waiting time of passengers in each queue and the time spent in the security check channel were less than the previous security check process. The results provide support and reference for improving the quality of railway passenger service and ensuring convenient and efficient transportation service.

Graphical abstract

关键词

铁路客运安检 / 仿真试验 / 流程优化 / 服务品质提升 / 北京南站

Key words

Security Check at Railway Passenger Station / Simulation Test / Process Optimization / Service Quality Improvement / Beijingnan Railway Station

0　引言

随着我国高速铁路网络不断扩张，客流持续增长，铁路客运安全监管越来越受到旅客和公众的重视^[1-3]。“安全生产”是铁路行业各单位的首要任务，以确保铁路安全持续稳定^[4]。大客流如今已成为我国铁路大型客运站的常态^[5]，但传统客运站的安检方式与高速铁路客流方便快捷的出行需求间矛盾日益突出。如何基于既有安检模式，提出保证安全和提高效率的车站安检优化方法，成为重要的研究方向。

仿真是目前用来研究安检流程、改进客运站安检效率的主要方法之一，通过在虚拟环境中模拟大规模旅客流动，分析旅客到达率、安检通道数量、安检设备性能、安检人员培训水平等参数和变量的变化，来观察其对安检流程的影响。彭凯贝等^[5]运用Anylogic软件构建2种不同的安检方案仿真模拟实际安检流程，来探究最优化的风险阈值和安检通道配置数量。窦敏^[6]以北京南站地下层排队安检服务为例，通过建立M/M/C排队模型，对客流拥堵情况、排队等待情况以及客流队长等进行分析，提出安检通道设备优化配置与运营管理优化方案。赵振武等^[7]运用面向对象仿真技术和社会力模型，按照比例建立机场旅客安检通道仿真模型，通过仿真识别出安检环节的瓶颈问题在于旅客整理行李环节空间不足，从而造成安检效率低、单位时间内通过旅客数量少。常敏等^[8]通过调整仿真模型行李放置位和整理位数量以及输送带速度等参数，从而得到不同的仿真结果，得出了最优布局方案，为机场智能安检通道设备的布局优化提供借鉴。谢冰如^[9]通过对旅客排队过程中存在的交叉冲突情况及高峰时段车站安检能力紧张进行分析，提出了改变服务活跃数量、候车区改造等调整建议。龙忠洋^[10]从安全性、舒适性、便捷性三个方面构建大型客运站客运安检评价指标体系，对客运组织水平进行综合性评价。何倚霜^[11]通过对客流组织流线及客运设备配置进行分析，提出了对人工及自动售票窗口等设施的服务优化策略。Li^[12]建立了基于蒙特卡罗仿真的安检过程描述模型，通过数据仿真识别机场安检流程的瓶颈区域。Wang等^[13]使用Anylogic软件模拟南昌地铁到达、购票、安检、过闸机等过程，提出了动态调整安检检查点及差异化安检的建议措施。Wang等^[14]以芝加哥奥黑尔国际机场量身定制的登机口为案例，基于排队论以及执行蒙特卡罗模拟，提出了一种将平均等待时间显著减少的方法。

既有研究针对安检人员配置、安检设备更新等因素对安检作业流程的影响分析较少。基于此，针对高速铁路车站客流安检工作，以北京南站为例，利用Anylogic软件对安检通道进行仿真建模，并提出新的优化思路，在保障铁路客运安全可靠的同时，提升客运安检效率和铁路客运服务质量。

1　安检仿真设计

1.1　安检作业流程

北京南站是一座大型的铁路客运站，融合了多种交通接驳方式^[15]，近年来，随着京津冀区域铁路网建设的不断完善和客运组织的优化，北京南站的客流量逐步增加。针对北京南站客流组织的复杂特点，对其客流量及客流流线情况进行重点调查，并分析客运安检设施的布局，利用Anylogic软件对北京南站二层的客运安检流程进行仿真。

安检是旅客从检票口进入候车区域的关键步骤，专门为即将进入候车区域的旅客进行安全检查。旅客的安检流程通常如下：通过检票口后，进入安检区域；旅客将携带的行李放在安检仪的传送带后，通过安检门，并在门后接受人身检查，携带违禁品的旅客则需要接受额外的人身检查；通过检查后，在安检仪末端等待个人行李，拿到所有随身行李后，方可进入候车区域。进站安检流程如图1所示。

通过Anylogic仿真软件对安检作业流程进行模拟，按比例建立北京南站旅客安检通道的仿真模型。北京南站二层的安检布局通常是由一宽一窄2个检票口，加上1个安检仪和安检门组成；多个这样的组合共同组成一侧的安检口。由于各个安检通道的布局相似，研究仅针对单个通道的安检设施布局进行仿真设计。根据安检流程，仿真中旅客的停留点包括：检票口、安检仪放置行李处、安检门、人身检查处、安检仪取回行李处。旅客流线也将按照这些点的顺序进行设计，任意一处发生拥堵时，旅客将开始排队。

1.2　设计方案模拟仿真

1.2.1　仿真布局设计

在AnyLogic中安检通道布局示意如图2所示。在安检仪之前，有一宽一窄2个并排的通道，供旅客检票使用，其中宽通道主要为随身携带行李较多的旅客而设计。通过检票口后，旅客右手边是安检仪，用青色的方块表示。向前进入后，旅客左手边到达安检门；安检门后的左手边是供人身检查使用的平台，由黑色小型方块表示。由于一些旅客可能携带违禁品，这会导致人身检查过程更耗时。在安检仪末端的小方块处，旅客可以拿起并整理自身行李。部分旅客的行李可能含有违禁品，因此需要在安检仪末端进行开包检查。在此之后，旅客将完成整个安检流程，进入候车室。

1.2.2　仿真参数设计

仿真参数设计主要使用Anylogic中模拟行人的各类参数模块组合构建而成。在设计仿真流程的过程中，仿真参数需要根据现实情况和调查数据进行定量。针对安检流程，设计如下仿真参数。

（1）旅客到达率。2023年8月1日6：00—16：00，北京南站到发旅客17.2万人，其中发送9.3万人，到达7.9万人，处于正常水平，无旅客积压。北京南站平均到发1.72万人/h，其中发送0.93万人/h，到达0.79万人/h，高峰期11：00—12：00到发旅客2.2万人，其中发送1.2万人，到达1万人，未出现客流积压现象。二层候车大厅东西两侧共有10个安检通道。乘坐出租车的旅客通常会在二层检票进站，占总到达旅客的18%左右^[5]_，其他乘客可通过公共汽车或地铁、机场大巴、私家车到达地下换乘层，在该层进站检票。通过对北京南站的客流调研结果进行统计分析，以及参考行人流模拟的相关文献，拟定每小时300人次的旅客进入二层单个安检通道，即单个通道的旅客到达率为300人/h。

（2）将行李及随身携带物品放在传送带上的时间。在民航领域数据调查研究，旅客将托盘中物品放上传送带的时间在2~3 s^[6]。考虑到车站旅客也会携带大件行李进入车站，拟定车站旅客将行李及随身携带物品放在传送带上的时间为4~5 s。

（3）人身安检时间。单条安检通道平均每分钟通过人数为11人，故单条安检通道的平均安检速度为5.45 s/人。由于旅客行为的波动性，拟定人身安检时间为5~6 s。

（4）人身检查额外处理时间。在有违禁品的情况下，安检人员往往会重新进行更细致的检查，而额外的检查时间往往根据不同旅客和其对违禁品规章制度的熟悉程度而变化。根据调研数据，拟定人身检查额外处理时间为10~40 s。拟定需要进行额外处理的旅客比例为10%。

（5）整理行李时间。对应在X光机上放置行李的时间，拟定旅客整理行李时间为4~5 s。

（6）行李开包检查时间。根据调研数据，旅客会因为行李中携带违禁品而接受开包检查，时间通常在3~5 min内，故拟定旅客行李开包检查时间为180~300 s。拟定所有行李中开包率为5%。

（7）X光机传送带长度。国内车站和机场普遍使用的X光机传送带长度为2.5 m。部分车站会根据安检通道大小加装不同长度的额外传送带。在此拟定额外长度为2.5 m。

（8）传送带速度。目前，国内各个地铁和车站的安检仪传送带速度范围在0.2~0.4 m/s之间，而实际大多数的速度都设计在0.2 m/s左右。一种常用的型号为DX-8065D型车站X光安检仪的设计传送带速度为0.22 m/s。在该仿真参数设计中，取传送带速度为0.22 m/s。

Anylogic各模块对应参数值如表1所示。旅客不同状态下的走行速度采用Anylogic中的默认参数值，旅客仿真参数设置如表2所示。安检流程中还有部分环节需根据实际情况进行设计，包括行李传送长度(在旅客可以拿到行李之前)、旅客放置安检行李服务点、手检员人数、旅客整理行李点、开包检查服务点。Anylogic部分参数设置参数如表3所示。

1.3　仿真流线设计

安检环境的布局来自北京南站单个安检通道的设计，按照对应比例在Anylogic中将图2作为底图，进行流线设计和绘制。仿真布局及流线设计如图3所示。

图3中，旅客会由最下方的绿色实线生成，按照之前拟定的300人/h进行设置。生成后，旅客将通过一宽一窄2个安检通道，并按照附近2条绿色虚线的路径行进。之后旅客在安检仪处放置行李，如果旅客较多，他们会自动在虚线处排队等候。在放置完毕随身行李后，旅客会在安检门口处排队进入安检门，随后接受人身安检；同样，如果旅客较多，后续旅客将在安检门处的虚线排队等待。在旅客放置完毕行李后，行李会沿着传送带逐个通过X光机，最终停留在X光机末端，等到对应旅客拿取。在图3中，行李行进轨迹按照红色虚线从放置处到末端。人身安检通过后，旅客会匹配对应的随身行李，然后前往X光机末端拿取行李；待行李到达安检仪末端时，旅客会进行随身行李的整理。整理结束后，即可进入候车大厅。需要进行开包检查的旅客会在旁边接受行李开包检查，检查完成后同样进入候车大厅。在流线设计最后(图3中最上端)，绿色虚线表示统计旅客流量计数模块；绿色实线表示旅客流的最终去处，模拟为候车大厅。

2　安检流程指标分析与优化

2.1　安检流程仿真结果分析

在Anylogic中，仿真运行的时间通常为1 h，即3 600 s。得到仿真测试结果如表4所示。

2.1.1　旅客平均通过安检通道时间

根据结果显示，旅客通过安检区域的平均时间为81.9 s。通过对仿真运行过程的观察，发现旅客安检时间较长主要是由于随身行李需要开包检查，这通常会增加3~5 min的安检时间。由于开包检查只有1个安检员负责，在前一个旅客未完成开包检查时，如果有另一名乘客也需要进行开包检查，则可能需要较长时间的等待，这也是仿真结果中出现部分旅客安检时间较长的原因之一。

2.1.2　安检门前排队长度

安检门口排队人数较多，在1~6名旅客之间波动。这是由于在安检门口仅有1名安检员进行人身检查，导致后续旅客必须排队等待前方旅客完成人身检查后才能通过安检门。

2.1.3　X光机末端平均排队长度

在X光机末端排队的人数并不多，最多时仅有1名旅客。这是由于旅客只能逐个从人身安检处前往X光机末端，而且整理行李所花费的时间较短。

2.1.4　安检流程优化分析

（1）增加行李开包检查和人身检查工作人员。在整体安检流程时间的考虑中，行李开包检查对整体时间影响较大。受到开包检查的旅客通常需要额外花费几分钟到十几分钟在安检流程中，这极大地增加了整体的检查时间。因此，一个优化思路是增加行李开包检查的服务点数量，例如从1个增加到2个；通常，国内客运站安检人员的数量通常会随安检繁忙程度的变化而变化^[13]。这可以避免同样需要行李开包检查的旅客等候过长的时间，从而显著提高行李检查效率。类似的方法也可用于人身检查服务点。通过观察安检门口的排队长度，增加1个人身检查服务点同样可以很好地缓解旅客在安检门口的等待时间，从而减少平均排队长度。

（2）采用新型行李安检设备以提高作业效率和准确率。采用新型的X光机能更准确地识别旅客所携带的行李是否含有违禁品，并且能够确定违禁品在行李中的具体位置。这样有助于开包检查人员更快、更准确地找到违禁品，从而减少开包检查的时间；然而，这可能会增加旅客行李的开包检查率，从而导致更多的旅客需要在开包检查处等待。

2.2　安检流程优化方案设计

（1）方案一为增设服务点。在该方案中，将分别在人身安检处以及行李开包检查处增加1个服务点，以提高2处服务的速度及效率。方案一仿真测试结果如表5所示。根据结果显示，旅客通过安检区域的平均时间为61.3 s，相较于未优化之前的仿真平均等待时间有较大的下降。由于开包检查随身行李所导致的额外等待时间对比之前大幅度下降，其中等待时间最长的旅客在10 min以内；安检门口排队人数有所下降，在1~4名旅客之间波动，且大部分时间仅有1名或者没有旅客在排队；在X光机末端排队的人数对比未优化前方案有所增加，这是由安检门处旅客通过的速率加快造成的。在某些情况下会有2名旅客同时排队等候，大多数时候会有1名或者没有旅客排队等候。

（2）方案二为采用查验率更高的X光机。在该方案中，原本使用的X光机被替换为新型的X光机。该方案设定行李开包检查率提高至10%，并将旅客的开包行李检查时间降低至1~3 min，即开包检查服务的时间参数设定为60~180 s。其流线设计与原始方案一致，仿真运行时间同样为1 h，得到方案二仿真测试结果如表6所示。方案二中，旅客通过安检区域的平均时间为61.9 s，相较于原仿真平均等待时间有较大的下降。由于开包检查随身行李所导致的额外等待时间对比原方案大幅度下降，且与优化方案一相比，最长等待时间也有所下降；安检门口排队人数有略微上升，最多同一时间会有7名旅客在安检门口排队，这与原方案结果相似；在X光机末端排队的人数对比原方案变化不大。

2.3　仿真结果对比分析

各方案仿真结果对比如表7所示。从统计结果看，无论是方案一还是方案二，都在降低旅客整体安检时间方面发挥了显著的作用。方案一使得旅客通过安检区域平均时长下降了25.2%，方案二下降了24.4%。在开包检查方面，开包检查速度的提升相较于增加服务点，更有效地减少了旅客的等待时间，这从方案二中，旅客通过安检区域最大时长更小可以看出。方案一中，旅客通过安检区域最大时长下降了43.8%，方案二下降了50.6%。

方案一采用增加检查点的策略，使得人身检查或者开包检查能够更加高效地执行。这有效地减少了旅客在安检门口的平均排队长度。然而，由于从安检门处流出的旅客速率提高，导致旅客部分积压在X光机末端，进一步增加了在X光机末端等待整理行李的旅客排队数量。从仿真结果可以看出，X光机末端的旅客平均排队长度增加到了6人左右。

方案二采用新型X光机来增加行李检查的效率，其效果表现在增加旅客行李中违禁品的识别概率，并缩短了开包检查的时间。由于违禁品识别率提高，开包检查率由5%提升至10%，相较于方案一，旅客通过安检区域的平均时长增加。与此同时，旅客通过安检区域的最大时长有所降低，可以看出安检基础设备的更新有助于违禁品开包检查效率的提升。尽管该方案未有效减少安检门口的旅客排队长度，但在减少整体安检流程时间方面与方案一效用一致。

分析证明，在采取方案一或方案二后，旅客的安检效率明显得到提升，同时，旅客在安检门口的平均等待时间以及在整个安检通道中花费的总时间均优于原方案。

2.4　北京南站安检流程优化建议

根据北京南站仿真结果及安检优化结果分析，提出安检人员、安检设备2方面优化建议。

（1）安检人员方面，建议区分安检高峰/非高峰期人员安排。客流非高峰期建议采用安检人员3~4人一班、7人两班的作业模式，减少人力成本。客流高峰期建议采用安检人员5人一班的作业模式，配置引导控流员1名、值机员1名、手检员2名、处置员1名，以提高手检处置速率。

（2）安检设备方面，建议更新禁限物品辅助识别、集中判图、旅客识别、旅客和行李关联等智能化设备与信息化系统，提高安检作业质量及效率，同时便于安检管理和事后回溯；同时还可探索旅客信息关联与画像技术，建立旅客信用机制，实现安检差异化服务。

3　研究展望

旅客安检在维护铁路客运站公共安全方面不可或缺，我国高速铁路客运站安检流程比较合理，在安检人员配置、设备设施方面存在一定优化空间，关于铁路客运站安检仿真设计优化仍需要进一步研究。

（1）大中型车站往往设有多个安检通道，根据各安检通道的客流量情况，不同通道中的客流量会影响其对客流的吸引力；同时，安检通道的布局会影响旅客流线的交叉布局方式，从而对客流的行进速率产生影响。未来可进一步研究多个安检通道组合情况下旅客进站安检流程的仿真。

（2）安检优化调整措施需要考虑成本、效益及效率的平衡，未来可从成本-收益等方面综合开展安检流程优化措施研究。

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基金资助

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(K2023X010)