胥 旋，劉國林，史聰靈

(1.中國安全生產科學研究院，北京 100012； 2.地鐵火災及客流疏運安全北京市重點實驗室，北京 100012)

0 引言

我國城市快速發(fā)展，地鐵成為城市居民出行的重要交通工具。隨城市地鐵線路增加，換乘車站數(shù)量逐漸增加，作為地鐵大客流匯集主要節(jié)點，部分換乘車站的換乘客流數(shù)量遠超車站出入口進出站客流。地鐵換乘車站會根據(jù)客流預測結果，設計理論最大輸運能力,但在實際運營中會面臨早晚高峰客流、突發(fā)性大客流等情況，若客流組織方式不當，會造成人員聚集、客流交叉、通道堵塞，嚴重時可能引發(fā)客流踩踏等安全事故[1-3]。因此，制定合理的換乘車站客流組織方案，是保障地鐵安全運營的重要環(huán)節(jié)。針對地鐵換乘車站客流組織，部分學者開展相關研究：艾忠華[4]對北京地鐵2，4號線的換乘車站-宣武門站改造方案進行詳細設計，并對改造前后換乘服務水平、進出站服務水平及站廳服務水平進行對比；霍揚[5]將客流仿真模擬技術引入沈陽地鐵1，2號線換乘站改造設計中，總結該站的擁堵原因，并為車站改造提供設計思路；孫元廣等[6]利用行人仿真動力學，對廣州地鐵多線換乘車站-天河公園站客流組織進行仿真，發(fā)現(xiàn)貫通式方案的客流組織效果較好；史聰靈等[7]通過對某單通道換乘車站客流進行分析，提出優(yōu)化的客流流線；劉雋雅[8]對西安地鐵小寨站流線組織、導向標識等進行分析，為改善該區(qū)域乘客的出行效率提供依據(jù)；白濤[9]分析將紡織城站設置為三線換乘站的必要性，通過綜合比較各項技術條件，確定該換乘站的車站布置方案。

目前，針對車站換乘方案的研究以定性分析為主，在定量化指標方面研究相對較少。因此，本文在Fruin設施服務水平劃分標準基礎上，提出通過比較各級服務水平累積時間以評估車站客流風險的方法，并以北京地鐵1，5號線的換乘站-東單站為研究對象，對單向換乘和雙向換乘2種方案進行比較，以期為運營單位制定相關客流組織方案提供參考。

1 車站換乘場景設置

1.1 車站建筑結構

北京地鐵東單站是5號線與1號線換乘車站，其中，5號線東單站為雙層結構的地下端頭廳式車站、島式站臺。地下1層為站廳層，共有4個出入口(北側為E、F口，南側為G、H口)，北側和南側站廳與站臺均通過1臺上行扶梯和1部樓梯連接。在北站廳設置1條換乘通道，與1號線東單站站廳相連，通道內設置1臺上行扶梯、1部樓梯以及1臺水平自動步道；在南站廳設置1條換乘通道，與1號線東單站站廳相連，通道內設置1臺下行扶梯、1部樓梯。站臺、站廳層結構示意如圖1所示。

圖1 東單站站廳、站臺層結構示意Fig.1 Structure Schematic diagram of station hall and platform layer in Dongdan station

1.2 車站客流

本文選取某工作日早高峰7∶30～8∶30的客流數(shù)據(jù)，地鐵5號線東單站進站客流、出站客流、換乘客流及斷面客流情況見表1。其中，崇文門站→東單站→燈市口站為5號線上行方向，燈市口站→東單站→崇文門站為下行方向。

表1 地鐵5號線東單站早高峰客流情況Table 1 Passenger flow in morning rush hour at Dongdan station of Metro Line 5 person 人

1.3 車站行車組織

列車到站時間決定出站客流及換乘客流的時間分布，早高峰東單站列車到達時刻表見表2。

表2 東單站列車到達時刻表Table 2 Train arrival schedule of Dongdan station

1.4 關鍵位置通行參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場實測結果，該車站進出站閘機、電扶梯運行速度等關鍵位置通行參數(shù)設置情況如下：進站檢票機通行能力為25人/(min·通道)，出站檢票機通行能力為20人/(min·通道)，電扶梯運行速度為0.65 m/s，自動步道運行速度為0.65 m/s。

2 模擬方案

本文對單向換乘及雙向換乘2種方案早高峰1 h的客流疏運過程進行模擬，對由單向換乘方案變?yōu)殡p向換乘方案的安全性及可行性進行對比。

在單向換乘方案中，與5號線車站北站廳相連的通道作為1號線換乘5號線的單向換乘通道，與5號線車站南站廳相連的通道作為5號線換乘1號線的單向換乘通道，如圖2所示。雙向換乘方案中，南北通道均可用于5號線換乘1號線以及1號線換乘5號線，由于換乘通道與1號線站廳相連的2個通道口相距較近，認為從1號線換乘5號線的換乘客流平均分配。

圖2 地鐵5號線東單站客流流線(單向換乘方案)Fig.2 Passenger flow streamline at Dongdan station of Metro Line 5 (one-way transfer scheme)

由表1可知，在單向換乘方案中，北通道客流共5 260人(即1號線換乘5號線的單向客流)，南通道客流共9 618人(即5號線換乘1號線的單向客流)；在雙向換乘方案中，由于5號線車站具有對稱結構，且換乘通道與1號線站廳相連的2個通道口相距較近，因此，假設上述單向客流被平均分配到2個通道，北通道客流和南通道客流均為7 439人(即1號線換乘5號線的2 630人與5號線換乘1號線的4 809人之和)。

本文采用行人動力學軟件Legion模擬疏散過程，Legion軟件是基于社會力模型的行人仿真軟件，社會力模型屬于受力驅動的矢量模型，能夠體現(xiàn)個體間的受力作用，精確反映行人微觀運動。

針對車站容易出現(xiàn)擁堵的位置，在2種方案下共設置12處區(qū)域，重點考察該區(qū)域內人員密度及持續(xù)時間情況，如圖3所示。

圖3 模擬分析區(qū)域Fig.3 Area of simulation analysis

3 結果分析

3.1 客流平均密度

2種方案下各區(qū)域人員平均密度見表3。由表3可知，采用雙向換乘方案后，站臺北端上行扶梯多接納5號線換乘至1號線的4 809人，此處客流平均密度由1.10人/m2突增至3.76人/m2；采用雙向換乘方案后，雖然站臺南端上行扶梯相對于單向換乘方案少接納5號線換乘1號線的4 809人，但該客流量足以使上行扶梯長時間保持飽和運行狀態(tài)，此處客流平均密度由3.73人/m2下降至3.61人/m2，下降不明顯；采用雙向換乘方案后，站廳北端樓扶梯附近形成較明顯的相向客流，該處客流平均密度由1.17人/m2增加至1.61人/m2，同理，站廳南端樓扶梯附近客流平均密度由0.94人/m2增加至1.02人/m2；采用雙向換乘方案后，由于北通道客流總量由5 260人增加至7 439人，使得北通道N1，N2，N3區(qū)域客流密度均有所上升，但北通道N4，N5區(qū)域客流密度下降，這是由于采用該方案后，雖然北通道客流總量增加，但增加部分主要是5號線換乘1號線的客流，當增量客流到達N4，N5區(qū)域時，并未與1號線換乘到5號線的客流構成重疊，對N4，N5局部而言，客流量反而下降，因此N4，N5區(qū)域客流密度下降；采用雙向換乘方案后，由于南通道客流總量從9 618人減少至7 439人，因此，南通道S1，S2區(qū)域的客流密度均有所下降。但南通道S3區(qū)域的客流密度增加，這是由于S3區(qū)域靠近1號線站廳，當1號線車輛到達后，換乘客流短時間內涌入換乘通道，造成S3區(qū)域客流密度瞬間增加。

表3 各區(qū)域客流平均密度Table 3 Average density of passenger flow in each area

3.2 車站設施服務水平累積時間

本文在Fruin設施服務水平劃分標準基礎上，計算各級服務水平累積時間，分析不同換乘方案的客流風險點。Fruin建立步行通道、樓梯、排隊區(qū)域等行人設施的服務水平等級劃分標準，主要影響因素有步速、行人空間和沖突幾率等，該服務標準劃分依據(jù)為行人密度，步行通道的服務水平劃分標準見表4，其中，行人感到最舒適的是A級水平，感到最不舒適的是F級水平。

表4 行人設施服務水平分級標準(步行通道)Table 4 Grading standard for service level of pedestrian facilities (pedestrian passage)

高密度人群會帶來潛在的安全風險，但高密度區(qū)域持續(xù)時間更為重要，綜合這2項因素作為車站客流風險的評判依據(jù)。利用模擬結果，統(tǒng)計換乘通道內，各區(qū)域在1 h內E，F(xiàn)服務水平的累積時間，如表5所示。由表5可知，采用雙向換乘后，由于站臺北端上行扶梯相對單向換乘方案多接納4 809人由5號線換乘1號線的客流，站臺北端上行扶梯入口的E，F(xiàn)服務水平累積時間共增加68.5倍；站廳北端樓扶梯附近形成明顯的相向客流，E，F(xiàn)服務水平累積時間共增加4.9倍。其他區(qū)域E，F(xiàn)服務水平累積時間沒有明顯增加。因此，采用雙向換乘方案后，應重點關注站臺北端上行扶梯入口和站廳北端樓扶梯附近新增的客流風險，在早高峰期間，該區(qū)域應適當增加客流疏導人員。

表5 各區(qū)域服務水平(D、E、F)累積時間Table 5 Cumulative time of service levels (D,E,F) in each area

表5(續(xù))

北通道N4，N5區(qū)域的F服務水平累積時間分別由15.7 min和4.02 min幾乎降為0 min；南通道S2區(qū)域的F服務水平累積時間由52.51 min降為0.15 min，降低97.8%，可減少該區(qū)域的早高峰值守人員。

4 結論

1)采用雙向換乘方案后，客流平均密度高峰值對應區(qū)域發(fā)生變化，運營單位可對應調整疏導監(jiān)控策略。

2)采用雙向換乘方案后，站臺北端上行扶梯入口的E，F(xiàn)服務水平累積時間共增加68.5倍，站臺北端扶梯附近的E，F(xiàn)服務水平累積時間共增加4.9倍，成為新的客流風險點，早高峰期間應在該區(qū)域加強客流疏導。

3)采用雙向換乘方案后，北通道N4，N5區(qū)域的F服務水平累積時間分別由15.7 min和4.02 min幾乎降為0 min；南通道S2區(qū)域的F服務水平累積時間由52.51 min降為0.15 min，降低97.8%，說明可以減少該區(qū)域的值守人員。

4)提出的研究方法和結論，可為地鐵換乘站的車站設計和運營時期客運組織方案的制定提供依據(jù)，為保障地鐵運營安全提供參考。