楊 令,沈增濤

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043； 2.陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院),西安 710043)

地鐵作為一種大運(yùn)量、準(zhǔn)時(shí)、快捷的交通方式,已成為各大城市交通系統(tǒng)的重要組成部分,是城市公共交通系統(tǒng)的骨干。根據(jù)國(guó)內(nèi)外發(fā)達(dá)城市的經(jīng)驗(yàn),城市軌道交通一般要經(jīng)歷“初步成網(wǎng)、補(bǔ)充加密、外圍延伸”三個(gè)階段,近年來(lái)各大城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模不斷突破,截止2017年末,我國(guó)共有62個(gè)城市的城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃獲批,規(guī)劃線路總長(zhǎng)7 321 km[1]。然而線網(wǎng)規(guī)模通?；谛枨鬁y(cè)算,與國(guó)家政策及城市發(fā)展難以契合,進(jìn)而導(dǎo)致客流預(yù)測(cè)結(jié)果穩(wěn)定性差、線網(wǎng)規(guī)模不易確定等[2]。為了適應(yīng)城市發(fā)展與交通需求,各大城市線網(wǎng)規(guī)劃持續(xù)間斷性修編,在規(guī)模、層次等方面不斷突破。線網(wǎng)規(guī)模增大,線路數(shù)量增加,使得部分車站功能發(fā)生變化,進(jìn)而導(dǎo)致車站預(yù)留節(jié)點(diǎn)的廢棄或者標(biāo)準(zhǔn)站改造為換乘站的問(wèn)題出現(xiàn)[3-4],為應(yīng)對(duì)這種變化,需要在新的線網(wǎng)背景下分析車站客流變化情況,提出既有車站的改造方案,并論證改造方案與新客流的匹配性,為后期運(yùn)營(yíng)提供指導(dǎo)。以西安地鐵2號(hào)線南稍門站為例,探討該站由標(biāo)準(zhǔn)站調(diào)整為換乘站的車站改造方案以及客流適應(yīng)性。

1 南稍門站概況

西安地鐵2號(hào)線設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)《西安市城市快速軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》,地鐵2號(hào)線、5號(hào)線于會(huì)展中心站換乘,南稍門站為標(biāo)準(zhǔn)站,采用地下二層島式站臺(tái)形式,站臺(tái)寬度10 m,車站于2011年投入運(yùn)營(yíng)。隨著城市發(fā)展、人口規(guī)模增長(zhǎng)及用地布局的變化,線網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,地鐵2號(hào)線、5號(hào)線換乘站調(diào)整至南稍門站。由于地鐵2號(hào)線南稍門站未預(yù)留換乘接口,為5號(hào)線車站設(shè)計(jì)帶來(lái)很大難度,經(jīng)過(guò)對(duì)站位設(shè)置、換乘方式、換乘空間及客流進(jìn)行重點(diǎn)研究[5-6],最終確定拆除2號(hào)線Ⅰ號(hào)出入口、新建換乘廳、換乘通道的方案[7],見圖1。

圖1 南稍門站方案示意

2 車站客流

西安地鐵2號(hào)線南稍門站于2011年投入運(yùn)營(yíng),車站周邊基本實(shí)現(xiàn)規(guī)劃,現(xiàn)狀運(yùn)營(yíng)客流特征較為穩(wěn)定,5號(hào)線設(shè)計(jì)時(shí)在當(dāng)時(shí)18條線網(wǎng)的基礎(chǔ)上對(duì)兩線換乘客流進(jìn)行預(yù)測(cè)[8],隨著線網(wǎng)的進(jìn)一步調(diào)整,網(wǎng)絡(luò)換乘關(guān)系發(fā)生變化,車站客流隨之變動(dòng)。

2.1 現(xiàn)狀運(yùn)營(yíng)客流

現(xiàn)狀運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)如圖2所示,據(jù)統(tǒng)計(jì),南稍門站客流時(shí)段為5：30～23：30,車站客流呈明顯的雙峰特征,早高峰出現(xiàn)在8：00～9：00,高峰小時(shí)進(jìn)出站客流約為8 600人,以出站客流為主,占比約75%,晚高峰出現(xiàn)在18：00～19：00,高峰小時(shí)進(jìn)出站客流約為7 500人,進(jìn)出站客流占比較為均衡。根據(jù)2號(hào)線最新運(yùn)營(yíng)時(shí)刻表,高峰時(shí)段最小行車間隔為2 min 28 s,單向運(yùn)能提升至3.57萬(wàn)人次,南稍門站各項(xiàng)設(shè)施均能滿足現(xiàn)狀客流需要,運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平較高。

數(shù)據(jù)來(lái)源：西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營(yíng)分公司(2018年)。

2.2 原設(shè)計(jì)客流

依據(jù)西安地鐵2號(hào)線、5號(hào)線南稍門站設(shè)計(jì)客流報(bào)告,遠(yuǎn)期高峰小時(shí)進(jìn)出站客流見表1,兩線高峰小時(shí)換乘客流見表2。目前南稍門站周邊用地基本已實(shí)現(xiàn)規(guī)劃,結(jié)合地鐵2號(hào)線南稍門站實(shí)際運(yùn)營(yíng)客流,車站進(jìn)出站客流總量合理,進(jìn)、出站客流占比有所偏差。

表1 遠(yuǎn)期高峰小時(shí)南稍門站設(shè)計(jì)客流 人/h

表2 地鐵2號(hào)線與5號(hào)線高峰小時(shí)換乘客流 人/h

2.3 客流預(yù)測(cè)修正

鑒于地鐵2號(hào)線、5號(hào)線設(shè)計(jì)客流是在原線網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)得到,與現(xiàn)狀線網(wǎng)基礎(chǔ)變化較大,依據(jù)現(xiàn)狀線網(wǎng)規(guī)劃對(duì)兩線客流進(jìn)一步梳理,結(jié)果見表3、表4[9]。

表3 遠(yuǎn)期高峰小時(shí)南稍門站設(shè)計(jì)客流 人/h

表4 地鐵2號(hào)線與5號(hào)線高峰小時(shí)換乘客流 人/h

3 客流模擬分析

在新的客流背景下,需要驗(yàn)證車站方案能否滿足運(yùn)營(yíng)需要,且車站由一般站調(diào)整為換乘站后,客流量大幅增加,客流組織復(fù)雜化[10-11],傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法難以真實(shí)表現(xiàn)出客流動(dòng)態(tài)特征,采用動(dòng)態(tài)客流模擬方法可以反映車站的整體運(yùn)行情況,并明確各區(qū)域的服務(wù)水平,特別是對(duì)站內(nèi)設(shè)施的使用情況,可以通過(guò)空間密度、行人速度等指標(biāo)體現(xiàn),行人流線及沖突點(diǎn)也較為直觀[12]。目前在國(guó)內(nèi)外使用廣泛的動(dòng)態(tài)模擬軟件是Legion仿真模擬平臺(tái),包括建模、仿真、數(shù)據(jù)結(jié)果分析和校核4個(gè)部分[13]。仿真采用Fruin服務(wù)等級(jí)指標(biāo),評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案的合理性。仿真區(qū)域的服務(wù)水平可通過(guò)受挫感、不便感及不適感來(lái)衡量,仿真過(guò)程中將行人走行路徑及動(dòng)態(tài)信息記錄下來(lái),通過(guò)計(jì)算得到衡量站內(nèi)設(shè)施的相關(guān)指標(biāo),如流量、走行時(shí)間、客流密度、走行速度等[14-15]。Fruin服務(wù)等級(jí)指標(biāo)見表5。

表5 Fruin服務(wù)等級(jí)指標(biāo)[16]

西安地鐵5號(hào)線南稍門站設(shè)計(jì)階段為滿足與2號(hào)線的換乘需要,將地鐵2號(hào)線Ⅰ號(hào)出入口拆除后新建換乘廳、換乘通道,并與5號(hào)線主體同步實(shí)施。以最新客流預(yù)測(cè)結(jié)果作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ),以新增換乘廳、換乘通道的車站方案作為模型基礎(chǔ),運(yùn)用Legion軟件對(duì)車站進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,分析得到高峰時(shí)段車站運(yùn)行整體情況如圖3所示。

仿真結(jié)果表明：(1)地鐵5號(hào)線站內(nèi)設(shè)施能夠滿足客流需求；(2)地鐵2號(hào)線站臺(tái)與站廳設(shè)施能力不足,扶梯前擁堵人數(shù)超過(guò)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),站臺(tái)人流密度過(guò)高,出現(xiàn)“超負(fù)荷”現(xiàn)象[17]；(3)采用通道換乘方式,換乘時(shí)間較長(zhǎng),換乘便捷性較差；(4)地鐵2號(hào)線站廳層換乘客流存在沖突。地鐵5號(hào)線車站設(shè)計(jì)考慮了換乘客流,站內(nèi)設(shè)施滿足客流需要,但就地鐵2號(hào)線南稍門站而言,車站功能發(fā)生變化,在換乘客流沖擊下,原站廳、站臺(tái)公共區(qū)設(shè)施能力不能滿足運(yùn)營(yíng)需要。

4 車站改造方案研究

根據(jù)地鐵2號(hào)線南稍門站公共區(qū)布置及既有條件,結(jié)合客流仿真結(jié)果,綜合各方條件提出兩種改造方案：不甩站運(yùn)營(yíng)方案和甩站運(yùn)營(yíng)方案,具體見表6。

表6 西安地鐵2號(hào)線南稍門站改造方案

5 客流適應(yīng)性分析

運(yùn)用動(dòng)態(tài)模擬能夠掌握車站的整體運(yùn)行狀況,同時(shí)可以對(duì)站廳、站臺(tái)、進(jìn)出站閘機(jī)、樓扶梯局部行人密度、走行速度等指標(biāo)進(jìn)行量化和分級(jí),在分析車站功能變化后客流適應(yīng)性的問(wèn)題上具有直觀性優(yōu)勢(shì)[18]。就改造前方案、不甩站運(yùn)營(yíng)方案和甩站運(yùn)營(yíng)方案分別建立動(dòng)態(tài)模擬模型,由于地鐵5號(hào)線南稍門站設(shè)計(jì)階段已考慮換乘客流,且通過(guò)客流模擬表明站內(nèi)設(shè)施滿足運(yùn)營(yíng)需要,重點(diǎn)對(duì)地鐵2號(hào)線南稍門站內(nèi)動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析地鐵2號(hào)線南稍門站由標(biāo)準(zhǔn)站調(diào)整為換乘站后站內(nèi)設(shè)施的客流適應(yīng)性。

5.1 站廳評(píng)價(jià)

站廳層是連接車站與外部及與他線換乘的重要場(chǎng)所,其中進(jìn)站客流要達(dá)到具有隨機(jī)性,且經(jīng)過(guò)售檢票、安檢等環(huán)節(jié),呈離散分布,換進(jìn)站客流經(jīng)由換乘通道緩沖,對(duì)站廳沖擊性較小；出站客流經(jīng)由樓扶梯從站臺(tái)層達(dá)到站廳層,受樓扶梯設(shè)施能力限制,呈連續(xù)性分布[19],因此站廳層使用熱力圖定性分析整體運(yùn)行情況,對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)可進(jìn)一步進(jìn)行指標(biāo)量化。

如圖4對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),站廳層非付費(fèi)區(qū)改造前后運(yùn)行水平無(wú)明顯差異,且均處于較高服務(wù)水平,付費(fèi)區(qū)由于增加了地鐵5號(hào)線換乘2號(hào)線的客流,在下行樓梯處出現(xiàn)擁堵,兩個(gè)改造方案增加樓扶梯設(shè)施,提高了換乘客流疏解能力,擁堵消除,兩個(gè)方案的站廳整體處于A～C級(jí)。

圖4 改造前后站廳層平均客流密度云圖

5.2 站臺(tái)評(píng)價(jià)

站臺(tái)層客流到達(dá)與列車運(yùn)行直接相關(guān),具有短時(shí)沖擊性,且地鐵2號(hào)線運(yùn)行間隔時(shí)間短,熱力圖整體服務(wù)水平處于D～F級(jí),如圖5所示。為進(jìn)一步對(duì)比分析站臺(tái)層客流適應(yīng)性,選取站臺(tái)層行人密度、走行速度兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析,如圖6、圖7所示。

圖5 改造前后站臺(tái)層平均客流密度云圖

圖6 改造前后站臺(tái)層行人走行速度曲線

圖7 改造前后站臺(tái)層行人密度曲線

隨著仿真時(shí)間的增加,站臺(tái)層行人走行速度呈下降趨勢(shì),改造前速度下降幅度最大,甩站方案雖然整體呈下降趨勢(shì),但是隨著列車到達(dá)和離開穩(wěn)定波動(dòng)；行人密度則隨著仿真時(shí)間的增加呈上升趨勢(shì),改造前方案增幅最大,且波動(dòng)性較小,說(shuō)明客流達(dá)到速度大于疏散速度,發(fā)生客流推擠,不甩站方案雖然整體呈上升趨勢(shì),但隨著列車到達(dá)和離開同樣處于穩(wěn)定波動(dòng)狀態(tài)。同時(shí),行人密度、走行速度兩項(xiàng)指標(biāo)的變化趨勢(shì)與站臺(tái)層熱力圖反映出的運(yùn)行狀況相匹配,說(shuō)明改造方案對(duì)站臺(tái)層的客流疏散有所提高,且甩站方案優(yōu)于不甩站方案。

5.3 換乘評(píng)價(jià)

兩線采用通道換乘方式,單向換乘通道寬度為5 m,按照GB50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算通道通過(guò)能力約為2.2萬(wàn)人/h,根據(jù)表4可知單向最大換乘客流為5 039人/h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于通道通過(guò)能力,不存在客流擁堵。分析各方向換乘客流可知，地鐵2號(hào)線下行方向換乘地鐵5號(hào)線下行方向客流量最大,以該部分客流為樣本,計(jì)算換乘時(shí)間和距離,評(píng)價(jià)換乘便捷性[20]。

由圖8、圖9可知,改造前后換乘時(shí)間及換乘距離差距較小,換乘時(shí)間在300 s上下波動(dòng),換乘距離在250 m上下波動(dòng),其中不甩站方案波動(dòng)性較小,換乘過(guò)程連續(xù)且平穩(wěn)。

圖8 改造前后地鐵2號(hào)線下行至5號(hào)線下行換乘時(shí)間

圖9 改造前后地鐵2號(hào)線下行至5號(hào)線下行換乘距離

通過(guò)上述分析得出如下結(jié)論和建議。

(1)對(duì)于未預(yù)留換乘接口的一般站,當(dāng)其功能調(diào)整為換乘站時(shí),采用新增換乘廳、換乘通道是營(yíng)造換乘空間的有效方式,與新線車站同步實(shí)施可滿足換乘需要,且工程難度較小。

(2)線網(wǎng)變化及車站功能變化直接導(dǎo)致車站客流隨之變化,在換乘客流沖擊下,既有車站設(shè)施難以滿足運(yùn)營(yíng)需要,一般反映在站內(nèi)設(shè)施不足、站內(nèi)行人密度較高、疏散困難等,進(jìn)而發(fā)生客流擁堵。

(3)車站功能性改造會(huì)對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)帶來(lái)較大影響,但是考慮長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)需要,進(jìn)行甩站方案改造,優(yōu)化站內(nèi)設(shè)施是較為可行的方案。

(4)未預(yù)留接口的車站功能性改造后,由于既有車站規(guī)模限制、換乘通道過(guò)長(zhǎng)等客觀因素帶來(lái)的服務(wù)水平較低、換乘便捷性較差的問(wèn)題不可回避。

(5)對(duì)既有站改造期間應(yīng)做好社會(huì)宣傳,避免產(chǎn)生社會(huì)輿情,提出其他公共交通方式疏解方案,同時(shí)預(yù)測(cè)停站期間向相鄰車站轉(zhuǎn)移的客流量,為相鄰車站的運(yùn)營(yíng)管理提供參考。

6 結(jié)論

地鐵車站作為軌道交通網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)工程,其功能變化將引起工程方案的重大調(diào)整,尤其是已實(shí)施車站,由于車站主體輪廓已定,大幅度改擴(kuò)建將影響全線的運(yùn)營(yíng),對(duì)社會(huì)公眾出行帶來(lái)嚴(yán)重影響。以本文提及南稍門站為例,許多一般站隨著線網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整為換乘站,車站客流及站內(nèi)行人組織變化較大,且未預(yù)留換乘接口,采用通道換乘可以解決兩線換乘客流的聯(lián)通需求,但存在換乘距離長(zhǎng),換乘不便捷的問(wèn)題。同時(shí),在換乘客流的沖擊下,既有車站站內(nèi)設(shè)施嚴(yán)重不足,通過(guò)局部增設(shè)樓扶梯僅能提高客流疏散能力,既有車站規(guī)模小帶來(lái)的客流擁堵、整體服務(wù)水平較低的現(xiàn)實(shí)不可回避。因此,在后續(xù)車站設(shè)計(jì)過(guò)程中,依據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃而不局限于此,綜合網(wǎng)絡(luò)整體布局,認(rèn)真研究車站換乘的可能性,提前做好規(guī)模匡算及換乘接口預(yù)留十分必要。