Fußgängersimulation für Bahnhöfe: So optimiert PTV Vissim den Personenfluss

Wie viele Rolltreppen werden benötigt? Sollte ein Verbindungstunnel verbreitert werden – oder ist die Fläche für Einzelhandel besser genutzt?

Für die Neugestaltung des Mobilitätshubs San José Diridon in Kalifornien entwickelten wir ein ein detailliertes Simulationsmodell. Es half diese Fragen auf Basis belastbarer Daten zu beantworten, anstatt Planungsentscheidungen auf Annahmen zu stützen.

Die Simulation kombinierte statische und dynamische Wegewahl, berücksichtigte mobilitätseingeschränkte Fahrgäste und verglich verschiedene Entwurfsvarianten hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Umsteigezeiten und Besucherströme.

Für dieses Projekt fiel die Wahl auf PTV Vissim, da sich damit Schienenverkehr, Stadtbahn, Bedarfsverkehre und Fußgängerverkehr gemeinsam in einem Modell abbilden lassen. Die dabei eingesetzten Methoden zur Fußgängersimulation lassen sich jedoch ebenso auf Projekte mit PTV Viswalk übertragen.

Projektziele

Der Bahnhof San José Diridon ist bereits heute einer der wichtigsten Verkehrsknotenpunkte der Region. Aktuell wird er unter anderem von Caltrain, Amtrak, ACE und der VTA Light Rail bedient. Künftig soll außerdem die Bay Area Rapid Transit (BART) im Rahmen der Silicon Valley Extension angebunden und mit dem kalifornischen Hochgeschwindigkeitsnetz (CAHSR) verknüpft werden.

Ziel des Umbaus ist es, den Bahnhof zu einem leistungsfähigen Mobilitätsknoten auszubauen, der deutlich höhere Fahrgastzahlen sowie komplexe Umsteigebeziehungen zuverlässig bewältigen kann.

Im Mittelpunkt standen dabei folgende Planungsziele:

• leistungsfähige multimodale Verknüpfungen,
• kurze und komfortable Umsteigewege,
• ein positives Fahrgasterlebnis,
• vollständige Barrierefreiheit,
• ausreichende Kapazitäten für zukünftige Nachfrage,
• ein reibungsloser Betriebsablauf sowie
• die Integration bereits geplanter Infrastrukturprojekte.

Was wurde bezüglich den Fußgängerströmen im Bahnhof simuliert?

Bis zum Jahr 2050 wird ein Anstieg der täglichen Fahrgastzahlen von derzeit rund 16.000 auf etwa 100.000 Personen erwartet.

Der geplante Bahnhof umfasst künftig 14 Bahnsteige auf drei Ebenen. Oberirdisch befinden sich die Bahnsteige, darunter eine großzügige Verteilerebene sowie die Stadtbahn. Zusätzlich entstehen zwei Anbindungen an die zukünftige BART-Station – entweder über einen oberirdischen Zugang oder einen Verbindungstunnel.

Für die Untersuchung wurde eine Spitzenstunde mit einer besonders stark belasteten 15-Minuten-Phase simuliert.

Dabei kamen zwei unterschiedliche Routingansätze zum Einsatz:

• Statische Wegewahl zur Abbildung der üblichen Laufwege.
• Dynamische Wegewahl, bei der Fahrgäste ihre Route anpassen, sobald sich aufgrund hoher Personendichten oder Warteschlangen attraktivere Alternativen ergeben.

Berücksichtigt wurden außerdem mobilitätseingeschränkte Personen sowie eine bedarfsorientierte Flughafenanbindung, die über ereignisgesteuerte Funktionen in PTV Vissim modelliert wurde.

Die dynamische Wegewahl basierte auf wahrgenommenen Wegkosten, die neben der Entfernung auch Personen­dichten und Wartezeiten berücksichtigten. Durch eine leichte Glättung der Berechnung konnten unrealistische Richtungswechsel vermieden werden.

Im Mittelpunkt der Analyse standen drei Fragestellungen:

• Wie verändern sich Umsteigezeiten und vertikale Wegebeziehungen?
• Wie wirken sich unterschiedliche Entwurfsvarianten auf Komfort, Personendichten und Wartezeiten aus?
• Wie zuverlässig funktionieren die Umstiege zwischen den verschiedenen Verkehrsmitteln?

Da künftig Caltrain, Amtrak, ACE, VTA Light Rail, BART und der California High-Speed Rail gemeinsam bedient werden, wurden sämtliche Schnittstellen unter identischen Nachfrage- und Fahrplanszenarien bewertet.

Ergebnisse auf einen Blick

Die Simulation zeigte deutliche Vorteile des neuen Bahnhofskonzepts.

Der größte Nutzen liegt in einer jährlichen Zeitersparnis von rund 404.000 Personenstunden, die sich aus kürzeren Laufwegen und geringeren Wartezeiten innerhalb des Bahnhofs ergibt. Das entspricht etwa 1.100 eingesparten Personenstunden pro Tag.

Im Vergleich zum heutigen Bahnhof verteilt die neue dreigeschossige Struktur die Personenströme deutlich gleichmäßiger. Während der bestehende Verbindungstunnel bei zukünftigem Fahrgastaufkommen schnell an seine Kapazitätsgrenzen stößt und sich Warteschlangen bilden, verbessert die neue Verteilerebene sowohl die Erreichbarkeit der Bahnsteige als auch die Anbindung an BART und Stadtbahn.

Auch die Barrierefreiheit profitierte von der Simulation. Die Analyse mobilitätseingeschränkter Fahrgäste machte deutlich, dass insbesondere vertikale Verbindungen einen kritischen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit haben. Daraus ergab sich die Empfehlung, mindestens eine zusätzliche Rolltreppe einzubauen und den Verbindungstunnel zu verbreitern. Dadurch bleibt der Bahnhof auch dann leistungsfähig, wenn einzelne Anlagen vorübergehend ausfallen.

Darüber hinaus zeigte die dynamische Wegewahl, an welchen Stellen sich Personenströme automatisch auf alternative Routen verteilen und wo zusätzliche Kapazitäten erforderlich sind. Die Simulation machte deutlich, dass zwei Rolltreppen an bestimmten Engstellen nicht ausreichen und ein breiterer Tunnel dazu beiträgt, Verzögerungen gar nicht erst entstehen zu lassen.

Auch bei den definierten Qualitätskennzahlen – darunter Umsteigezeiten, Räumungszeiten und Level of Service (LoS) – erfüllte beziehungsweise übertraf der neue Bahnhof die gesetzten Projektziele.

Vissim und Viswalk

Bei der Planung von Bahnhöfen stellt sich häufig die Frage, ob PTV Vissim oder PTV Viswalk die bessere Wahl ist.

PTV Viswalk eignet sich hervorragend für die detaillierte Analyse von Fußgängerströmen und bietet umfangreiche Möglichkeiten zur Bewertung von Personenbewegungen.

Im Projekt San José Diridon fiel die Wahl jedoch auf PTV Vissim, da neben dem Fußgängerverkehr auch Zug-, Stadtbahn- und Bedarfsverkehre gemeinsam modelliert werden mussten. Dadurch konnten sämtliche Verkehrssysteme in einem integrierten Modell betrachtet werden, ohne auf die detaillierte Simulation der Fußgängerbewegungen verzichten zu müssen.

Die zugrunde liegenden Methoden und Auswertungen lassen sich jedoch ebenso auf Projekte übertragen, die ausschließlich mit PTV Viswalk umgesetzt werden.

Praxistipps für Planer

Aus dem Projekt lassen sich mehrere Empfehlungen für die Planung großer Bahnhöfe und Verkehrsknoten ableiten:

• Spitzenbelastungen realistisch simulieren – einschließlich einer besonders stark frequentierten Spitzenphase.
• Heutige und zukünftige Nachfrage vergleichen, um die Leistungsfähigkeit neuer Konzepte zu bewerten.
• Wichtige Umsteigebeziehungen gezielt analysieren, beispielsweise zwischen Bahnsteigen, Stadtbahn oder weiteren Verkehrsmitteln.
• Barrierefreiheit frühzeitig berücksichtigen, etwa durch unterschiedliche Gehgeschwindigkeiten sowie die Nutzung von Aufzügen und Rolltreppen.
• Das Modell schrittweise entwickeln – zunächst mit statischer, anschließend mit dynamischer Wegewahl.
• Robustheit testen, indem beispielsweise der Ausfall einzelner Rolltreppen oder anderer Anlagen simuliert wird.
• Alle Verkehrssysteme gemeinsam betrachten, um realistische Betriebsabläufe abzubilden.
• Modelle sorgfältig kalibrieren, beispielsweise anhand beobachteter Personenströme und Räumungszeiten.
• Ergebnisse verständlich kommunizieren, etwa durch Umsteigezeiten, Räumungszeiten, Level of Service und den jährlichen Nutzen für Fahrgäste.

Fazit

Fußgängersimulationen helfen dabei, Engpässe bereits in der Planungsphase zu erkennen und verschiedene Entwurfsvarianten objektiv miteinander zu vergleichen.

Am Beispiel des Bahnhofs San José Diridon zeigt sich, wie sich Planungsentscheidungen mithilfe von PTV Vissim auf eine belastbare Datengrundlage stützen lassen. Verbesserungen bei Umsteigezeiten, Personenströmen und Barrierefreiheit werden dadurch messbar – und schaffen einen klaren Mehrwert sowohl für Fahrgäste als auch für Betreiber