李世民 安栓莊 賀臘妮

(中國(guó)地鐵工程咨詢有限責(zé)任公司 北京100037)

1 研究背景

西安地鐵現(xiàn)狀已經(jīng)開通2條線路，分別是1號(hào)線和2號(hào)線，北大街站為1號(hào)線和2號(hào)線的十字相交換乘站，也是目前西安地鐵網(wǎng)絡(luò)中唯一的換乘車站。1號(hào)線和2號(hào)線是西安地鐵網(wǎng)絡(luò)中的骨干線路，骨干線相交意味著換乘客流量相對(duì)較高，現(xiàn)狀換乘站已經(jīng)出現(xiàn)人流密度過高，設(shè)施前擁擠嚴(yán)重等問題，為了深入剖析換乘站問題，筆者采用動(dòng)態(tài)模擬的方法評(píng)價(jià)北大街站的換乘功能。

選擇北大街站進(jìn)行換乘功能評(píng)價(jià)，主要原因是北大街站具有這樣幾個(gè)特征:

1)網(wǎng)絡(luò)中的最重要兩條骨干線路相交，具有客流量大，沖擊性大的特點(diǎn);

圖1 北大街站在西安地鐵網(wǎng)絡(luò)中的位置

2)車站已經(jīng)開通，可以在分析現(xiàn)狀車站存在問題的基礎(chǔ)上提出改造建議;

3)車站非常典型，研究北大街站換乘問題對(duì)同類換乘站具有借鑒意義，車站換乘形式為上側(cè)下島，同類型車站在應(yīng)對(duì)大客流中表現(xiàn)出類似問題，例如北京的惠新西街南口。

2 換乘站動(dòng)態(tài)模擬關(guān)鍵點(diǎn)

軌道交通換乘站具有客流量大，客流組織復(fù)雜的特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的換乘設(shè)計(jì)方法難以真實(shí)地表現(xiàn)出換乘站的客流動(dòng)態(tài)特征，尤其是換乘站客流對(duì)設(shè)施的沖擊性，采用動(dòng)態(tài)模擬方法可以對(duì)未來?yè)Q乘站的使用狀況進(jìn)行較為真實(shí)的再現(xiàn)，尤其適用于設(shè)計(jì)車站方案比選。

相對(duì)其他換乘站評(píng)價(jià)方式，采用動(dòng)態(tài)模擬對(duì)換乘站進(jìn)行研究具有以下幾個(gè)特點(diǎn):

1)全面系統(tǒng)地反映車站所有設(shè)施(換乘及進(jìn)出站)在復(fù)雜客流條件下的使用狀況，主要通過飽和度和設(shè)施前擁堵人數(shù)等指標(biāo)來體現(xiàn);

2)有針對(duì)性地對(duì)流線分析中發(fā)現(xiàn)的沖突點(diǎn)進(jìn)行深入的動(dòng)態(tài)分析，沖突點(diǎn)是否影響乘客的正常使用與客流量和沖突角度等因素相關(guān)，是否存在嚴(yán)重問題必須通過動(dòng)態(tài)模擬方式進(jìn)行分析。

3)生動(dòng)表現(xiàn)不同空間的服務(wù)水平，主要通過空間平均密度圖等指標(biāo)來表現(xiàn)。

進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬采用國(guó)內(nèi)外廣泛使用的較為成熟的Legion仿真模擬平臺(tái)，動(dòng)態(tài)模擬過程包括建模、仿真、數(shù)據(jù)結(jié)果分析和校核4個(gè)部分，具體見圖2。

圖2 動(dòng)態(tài)模擬過程

對(duì)于動(dòng)態(tài)模擬4個(gè)部分中最重要的是建模部分，建模過程中設(shè)定的參數(shù)是否合理影響整個(gè)模擬結(jié)果的合理性，所以校核部分也是針對(duì)參數(shù)設(shè)置的合理性進(jìn)行的。經(jīng)過校核后的模型才能用于遠(yuǎn)期客流的動(dòng)態(tài)模擬。

3 北大街站模擬評(píng)價(jià)

3.1 車站方案

北大街站為1號(hào)線和2號(hào)線十字相交換乘車站，換乘形式為上側(cè)下島，1號(hào)線在上，為側(cè)式站臺(tái)，位于地下2層;2號(hào)線為島式站臺(tái)，位于地下3層;地下1層為1號(hào)線和2號(hào)線的公用站廳。1號(hào)線與2號(hào)線的客流通過連接1號(hào)線和2號(hào)線的樓扶梯換乘，具體見圖3，2號(hào)線進(jìn)出站也使用圖中樓扶梯。北大街站換乘設(shè)施僅有2組樓扶梯，整體換乘設(shè)施能力較小，并且由于1號(hào)線為側(cè)式站臺(tái)，如果1號(hào)線(上行或下行)與2號(hào)線換乘客流不均衡性較大，則可能出現(xiàn)某一側(cè)設(shè)施能力緊張，而另一側(cè)設(shè)施能力富余較大的情況。島側(cè)換乘方式應(yīng)對(duì)客流不均衡性的能力較差。

圖3 北大街站換乘關(guān)系及流線圖

3.2 預(yù)測(cè)客流

為了研究車站換乘設(shè)施應(yīng)對(duì)大客流的能力，選取遠(yuǎn)期的高峰小時(shí)預(yù)測(cè)進(jìn)行評(píng)價(jià)。預(yù)測(cè)客流受到諸多因素影響，預(yù)測(cè)結(jié)果存在不確定性，因此需要對(duì)預(yù)測(cè)客流進(jìn)行分析。本站遠(yuǎn)期高峰小時(shí)預(yù)測(cè)客流見表1、2。

表1 北大街站遠(yuǎn)期早高峰換乘客流量 人次

表2 遠(yuǎn)期早高峰進(jìn)出站客流量 人次

1)預(yù)測(cè)換乘客流分析。通過類比分析得出，本站預(yù)測(cè)換乘客流量級(jí)基本合理。由于在城市空間結(jié)構(gòu)和地鐵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上西安與北京存在一定的相似性，因此類比北京地鐵網(wǎng)絡(luò)內(nèi)類似區(qū)位車站的現(xiàn)狀客流量。根據(jù)北大街站的特征，選取北京地鐵網(wǎng)絡(luò)中骨干線路相交的換乘站，并且位于城市中心地區(qū)，通過篩選有東單站和西單站符合要求?，F(xiàn)狀東單站和西單站高峰小時(shí)單向換乘量約1.2萬(wàn)人次，考慮西安遠(yuǎn)期人口規(guī)模應(yīng)略低于現(xiàn)狀北京人口規(guī)模，單向約1萬(wàn)人次的換乘量基本合理。

2)預(yù)測(cè)進(jìn)出站量分析。遠(yuǎn)期高峰小時(shí)進(jìn)出站量略大于現(xiàn)狀實(shí)際運(yùn)營(yíng)客流，由于車站周邊為建成區(qū)，遠(yuǎn)期客流增加幅度不大符合客流增長(zhǎng)規(guī)律。

通過以上分析北大街站預(yù)測(cè)換乘量和進(jìn)出站量在量級(jí)上符合客流規(guī)律，可以作為模擬評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.3 車站換乘功能評(píng)價(jià)

3.3.1 評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)

本文采用建立評(píng)價(jià)體系的方法，對(duì)換乘站進(jìn)行全面系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。根據(jù)現(xiàn)狀西安換乘站調(diào)查及北京等城市的經(jīng)驗(yàn)，從4個(gè)方面對(duì)換乘站進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果確定評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，具體見表3。

表3 換乘站評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

應(yīng)用換乘站評(píng)價(jià)體系的關(guān)鍵是確定評(píng)價(jià)指標(biāo)是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，一般來說，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的方法有靜態(tài)計(jì)算和動(dòng)態(tài)模擬，兩種方法都可以用于換乘站評(píng)價(jià)工作，本文綜合采用兩種方法，例如:對(duì)于設(shè)施超高峰飽和度采用靜態(tài)計(jì)算方法，這樣可以在較短時(shí)間內(nèi)確定設(shè)施能力是否滿足客流要求;設(shè)施擁堵人數(shù)則采用動(dòng)態(tài)模擬，更加形象表現(xiàn)設(shè)施前擁堵情況的動(dòng)態(tài)變化過程。

3.3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)模擬結(jié)果

根據(jù)評(píng)價(jià)方法體系，采用靜態(tài)計(jì)算和動(dòng)態(tài)模擬兩種方法對(duì)評(píng)價(jià)體系內(nèi)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1)設(shè)施飽和度見表4。1號(hào)線換乘2號(hào)線設(shè)施能力不滿足需求，存在大量乘客難以疏散的問題。

2)設(shè)施擁堵人數(shù)(2換1)。本站主要擁堵發(fā)生在2號(hào)線站臺(tái)上行樓扶梯前，因此重點(diǎn)給出2號(hào)線站臺(tái)的設(shè)施擁擠情況，見圖4。

表4 換乘設(shè)施飽和度

由圖4可以看到，上行設(shè)施擁堵人數(shù)達(dá)到120人以上，雖然未超過評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但由于在發(fā)車間隔內(nèi)存在乘客疏散不掉的問題，說明該指標(biāo)不符合要求。通過飽和度來看設(shè)施飽和度剛剛超過1.0，但由于扶梯前擁堵人數(shù)較多，影響樓梯使用，同時(shí)由于流線沖突也影響扶梯能力的發(fā)揮，在實(shí)際模擬動(dòng)畫中發(fā)現(xiàn)樓扶梯難以達(dá)到飽和工作狀態(tài)。

3)流線分析。由本站流線分析發(fā)現(xiàn)主要問題發(fā)生在2號(hào)線樓扶梯前，具體見圖5，圖中綠色流線為2號(hào)線換乘1號(hào)線，藍(lán)色為1號(hào)線換乘2號(hào)線，兩種換乘流線在樓扶梯前多處發(fā)生交叉沖突，影響人流的通過。

圖4 2號(hào)線站廳人流密度及樓扶梯前擁堵情況

通過CAD圖的流線分析可以找出沖突點(diǎn)，但沖突點(diǎn)是否存在嚴(yán)重問題則需要在動(dòng)態(tài)模擬中進(jìn)行分析，見圖6(藍(lán)色為進(jìn)站乘客，紅、粉色為出站乘客)。通過圖6可以看出，圖5中有3個(gè)沖突點(diǎn)存在乘客通過困難，沖突點(diǎn)存在問題，對(duì)模擬視頻進(jìn)行截圖可以看到客流沖突點(diǎn)對(duì)客流通過所產(chǎn)生的影響。

4)站臺(tái)服務(wù)水平。評(píng)價(jià)站臺(tái)服務(wù)水平采用2種方式，一種是整體人流密度，另一種是站臺(tái)人流密度分布，對(duì)站臺(tái)人流密度采用不同顏色代表不同等級(jí)的服務(wù)水平(見表5)。

圖5 換乘流線圖

圖6 模擬動(dòng)畫中沖突點(diǎn)

表5 排隊(duì)空間服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn) 人/m1

地鐵規(guī)范中對(duì)車站人流密度的規(guī)定是:站臺(tái)上人流密度為0.33～0.75 m1/人，按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)站臺(tái)空間的C、D兩級(jí)水平，也就是小于E級(jí)服務(wù)水平。

對(duì)本站模擬后發(fā)現(xiàn)主要問題發(fā)生在2號(hào)線站臺(tái)，重點(diǎn)對(duì)2號(hào)線站臺(tái)人流密度進(jìn)行分析，從2號(hào)線站臺(tái)人流密度分布來看，高密度區(qū)域主要集中在2座樓扶梯前，大面積區(qū)域服務(wù)水平大于E級(jí)，甚至已經(jīng)影響到候車區(qū)域的正常使用，當(dāng)然這主要是上行樓扶梯能力不足的結(jié)果，具體見圖7。

整體2號(hào)線站臺(tái)服務(wù)水平通過測(cè)試站臺(tái)總?cè)肆髅芏冗M(jìn)行評(píng)價(jià)，由于擁堵客流的不斷增加，2號(hào)線總?cè)肆髅芏戎鸩浇咏u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(1人/m1)，存在一定程度上整體密度過高的問題，具體見圖7。

3.3.3 換乘便捷性評(píng)價(jià)

換乘便捷性采用換乘時(shí)間進(jìn)行評(píng)價(jià)，由于本站是上側(cè)下島的換乘形式，便捷性非常好，模擬出來的換乘時(shí)間都小于3 min，具體見表6。

表6 換乘便捷性評(píng)價(jià)

3.4 存在問題

根據(jù)以上評(píng)價(jià)指標(biāo)分析，本站存在問題主要包括:2號(hào)線站臺(tái)換乘1號(hào)線上行扶梯能力不足;2號(hào)線站臺(tái)樓扶梯前擁堵人數(shù)過多，影響候車區(qū)、進(jìn)站及換乘客流的進(jìn)入;2號(hào)線站臺(tái)人流密度超過評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，站臺(tái)擁擠，安全性差;兩處安檢設(shè)施能力不足，在超高峰時(shí)段存在排隊(duì)問題。

3.5 優(yōu)化方案再評(píng)價(jià)

根據(jù)車站仿真發(fā)現(xiàn)問題提出2種改進(jìn)方案。

3.5.1 調(diào)整運(yùn)營(yíng)組織方案(方案1)

調(diào)整客流組織方式，1換2采用站廳換乘，2換1不變;2號(hào)線站臺(tái)混行樓梯調(diào)整為上行;站廳與換乘平臺(tái)之間樓扶梯按照?qǐng)D中組織沒有流線沖突;當(dāng)單向進(jìn)站和換乘客流超過7 300人/h時(shí)，站廳換乘客流沖擊性較大，對(duì)樓扶梯增加圍欄，樓梯僅上行。

對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行再模擬，對(duì)比改進(jìn)前后2號(hào)線站臺(tái)使用情況見圖8。

圖8 2號(hào)線站臺(tái)改進(jìn)前后的使用情況

可以發(fā)現(xiàn)，樓扶梯擁堵情況有較為明顯的改善，原因是增加了上行設(shè)施能力，但同時(shí)下行設(shè)施能力降低，1號(hào)線換乘2號(hào)線的設(shè)施飽和度過高，在下行扶梯前產(chǎn)生一定擁堵。該方案可緩解2號(hào)線站臺(tái)擁堵問題，緩沖客流對(duì)樓扶梯的沖擊，但未改變?cè)O(shè)施能力緊張的問題。

3.5.2 增加換乘設(shè)施(方案2)

針對(duì)方案1設(shè)施能力依然緊張的問題，提出增加扶梯方案，在2號(hào)線站臺(tái)增加2部扶梯，全部設(shè)置為上行，目的為快速疏散2號(hào)線站臺(tái)上的換乘客流，具體見圖9、10。

圖9 2號(hào)線增加設(shè)施方案

圖10 增加扶梯后2號(hào)線站臺(tái)人流密度

增加扶梯方案能夠很好地改善2號(hào)線站臺(tái)人流密度過高和樓扶梯前擁堵的問題，2號(hào)線站臺(tái)人流密度達(dá)到F級(jí)面積很小。既有線改造增加扶梯方案存在影響運(yùn)營(yíng)和工程代價(jià)較大的問題，建議遠(yuǎn)期客流增大后擇機(jī)實(shí)施，近期建議采用方案1以緩解2號(hào)線站臺(tái)問題。

4 結(jié)論及建議

北大街站為典型的上側(cè)下島換乘站，車站設(shè)計(jì)規(guī)模較大，島站臺(tái)為14 m寬，側(cè)站臺(tái)為7 m寬，并且側(cè)站臺(tái)連接的換乘平臺(tái)空間較大，有利于緩沖側(cè)站臺(tái)換乘客流對(duì)樓扶梯的沖擊。上側(cè)下島的換乘形式是一種便捷性非常高的換乘方式，但便捷性與沖擊性往往是一對(duì)矛盾，所以本站客流沖擊性較大的問題十分突出，而且2號(hào)線站臺(tái)只有2組樓扶梯，其承擔(dān)了雙向換乘客流和2號(hào)線進(jìn)出站客流，并且樓扶梯前存在換乘客流的交叉沖突，通過動(dòng)態(tài)模擬評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)本站客流瓶頸點(diǎn)在2號(hào)線站臺(tái)的2組樓扶梯前，通過方案1的客流組織優(yōu)化可以緩解客流沖擊，但難以滿足遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)客流需要;方案2增加扶梯后能夠滿足遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)客流的需要，但實(shí)施改造成本較大，并且可能會(huì)影響車站的正常運(yùn)營(yíng)。

通過對(duì)北大街站的換乘功能評(píng)價(jià)提出以下幾點(diǎn)建議:

1)城市軌道交通骨干線相交的重要換乘站點(diǎn)客流量一般較大，不僅有西安北大街站，成都天府廣場(chǎng)站的換乘客流也較大。

2)采用2組樓扶梯的設(shè)計(jì)方案在使用過程中可能存在能力不足等一系列問題，所以類似車站設(shè)計(jì)方案應(yīng)盡量保證3組樓扶梯。

3)上側(cè)下島的換乘形式應(yīng)對(duì)客流方向不均衡性能力較差，北大街站在1個(gè)方向有1組樓扶梯，可能出現(xiàn)一側(cè)緊張另一側(cè)富余較大的問題;北京的惠新西街南口設(shè)有3組樓扶梯，一側(cè)有2組樓扶梯，另一側(cè)有1組樓扶梯，但依然存在早晚高峰一側(cè)不足的問題。

4)換乘站設(shè)計(jì)階段應(yīng)對(duì)方案換乘功能評(píng)價(jià)，避免車站投入運(yùn)營(yíng)后再去進(jìn)行設(shè)施改造升級(jí)，運(yùn)營(yíng)后再進(jìn)行改造不僅使投資遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)階段的修改完善，而且會(huì)帶來較大的社會(huì)影響。

5)通過動(dòng)態(tài)模擬發(fā)現(xiàn)換乘設(shè)施能力在一定情況下應(yīng)該進(jìn)行折減，主要包括設(shè)施前流線沖突嚴(yán)重程度、設(shè)施前空間較小、擁堵人數(shù)較多等，對(duì)于交通樞紐還應(yīng)該考慮乘客攜帶大包比例過高的情況，對(duì)設(shè)施能力造成一定程度的折減。

［1］GB 50157—2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

［2］建標(biāo)104—2008城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

［3］張金偉.基于行人仿真模擬技術(shù)與既有地鐵車站換乘設(shè)計(jì)研究［J］.隧道建設(shè)，2013，33(4):287-294.

［4］趙光華，張廣厚.北苑交通樞紐行人仿真模擬研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，36(1):120-123.

［5］羅雁云，董國(guó)鵬，陳薇萍.關(guān)于城市軌道交通換乘的幾點(diǎn)思考［J］.城市軌道交通研究，2004(6):14-16.

［6］何利英，王忠岳，蔣麗華.行人仿真技術(shù)在軌道交通車站設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［C］//中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)隧道及地下工程分會(huì)隧道及地下空間運(yùn)營(yíng)安全研討會(huì)論文集.北京，2010.

［7］王子甲，陳峰，羅誠(chéng).軌道交通車站檢票閘機(jī)布局的仿真優(yōu)化［J］.北京交通大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2012，35(6):28-32.

［8］鄭鵬杰，王佟，楊東.基于改進(jìn)DEA的高速鐵路樞紐站與市內(nèi)交通換乘效率研究［J］.鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2014，36(9):81-87.

［9］周繼彪，陳紅，閆彬，等.地鐵換乘樞紐行人交通特性實(shí)證研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36(4):92-99.

［10］王子甲，陳峰，李小紅.地鐵車站站臺(tái)寬度計(jì)算方法改進(jìn)及仿真評(píng)價(jià)［J］.交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2012，12(5):168-170.