北大街站基于設施設備能力的客流應對淺析
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摘 要：隨著西安市城市軌道交通線網的逐漸成型，更多市民乘坐城市軌道交通[1]。本文主要針對西安市軌道交通北大街站現有設施設備高峰時段客流密度、速度、流量等分布特征分析，以尋求目前客流應對關鍵點和安全風險點，進而分析大客流應對的重點和方向，給出優化建議。
關鍵詞：大客流；土建空間；設施設備
中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0132-02
0 引言
隨著西安地鐵四號線的開通，西安地鐵逐步形成網絡化。2015年西安地鐵日均客運量為95.1萬人次，2016年西安地鐵日均客運量為111.52萬人次，2019年元宵節，受“西安年·最中國”系列活動助力，西安地鐵線網客流創新高，運送乘客299.17萬人次，客流強度位居全國內地第一。在線路運輸能力如此高的情況下，早晚高峰時段部分車站異常擁擠，對城市軌道交通系統安全性造成很大的威脅。迫使一條線甚至多條線在高峰時段采取限流措施，增加城市居民出行時間，造成服務水平降低。合理分析大客流車站的客流特點，結合車站設備能力等提出相應的大客流客運組織就顯得尤其重要。
1 城市軌道交通設備分類
城市軌道交通設施設備分為三類：服務型設施；功能性設備；聯通設施[2]。
1.1 服務型設施
城市軌道交通車站服務型設施包括站臺、站廳和出入口。站臺是指提供乘客候車或上下車的平臺。站廳連接通道和站臺，是車站內乘客最主要的活動區域，為乘客提供出行信息及票務運作空間。地鐵出入口及通道是指連接地面人行道至車站非付費區間，供乘客進出站使用的區域。
1.2 功能型設備
功能型設備包括自動售票機、進出站閘機及安檢機。自動售票機是城市軌道交通自動驗票系統的重要組成，幫助乘客購票、充值等。進站閘機是AFC系統中的關鍵設備，乘客出入車站均需經過閘機。安檢機能有效阻止乘客攜帶違禁品、危險品等進站乘車，是安全的保證。
1.3 聯通設施
聯通設施分為樓梯及自動扶梯，通道可以連接站廳與站臺、出入口以及不同線路的站臺，引導乘客進出站、乘車、換乘等行為。目前地鐵車站配置是根據車站高峰時段預測雙向進出客流量，當乘客流量超過4000人/h時，除必要的樓梯通道外，上下樓均應提供自動扶梯以方便乘客進出；當高峰時段乘客少于4000人/h時，可考慮只對上樓乘客提供自動扶梯，下樓乘客使用樓梯；當乘客流量少于2000人/h時，則僅提供樓梯供乘客使用即可。
2 站臺客流特征及通過能力
2.1 站臺客流時空特征
站臺是供乘客上下車的區域，包括集散區和乘降區兩部分。乘降區是靠近屏蔽門的區域，供乘客候車和上下車；集散區在站臺中部，為下車乘客集散提供空間。站臺行人速度是衡量站臺是否擁擠的一個重要指標。站臺上乘客的速度與站臺密度密切相關，在密度較低時，乘客以期望速度1.2m/s-1.5m/s之間行走，當人群密度達到1.5-4人/m2，行人速度降低，緩慢向前，當人群密度達到4人/m2，人群會停滯不前。
2.2 北大街二號線站臺乘客速度-密度分布特征
通過在站臺選取寬1m，長3m的乘客通行區域，通過錄像，每隔3s統計畫面中的乘客數，可得到客流密度數據；選定某位乘客，計算在通行區域的通行時間，這樣就可得到一組包含乘客速度-密度關系的數據，并且利用相關軟件將客流密度與客流行走速度進行多曲線擬合，選定多項式擬合。
2.3 站臺寬度計算
通過實地客流數據調查得知，高峰期二號線平均每趟列車到站后，下車人數約為432人次左右，一號線平均每列下車換乘二號線乘客約為218人次，二號線平均每趟列車接受進站人數為265人次，假設一號線換乘二號線及進站乘客全部被一趟車接收，計算所需站臺寬度，其中Q上下為遠期或客流控制期每列車超高峰小時單側上、下車客流量；ρ為站臺上人流密度，取0.5人/m2；k為超高峰系數，取1.2；實地對北大街二號線站臺進行測量，得島式站臺兩側屏蔽門寬度為13m；z為縱梁寬度（含裝飾層厚度），取1.2m；L為站臺有效長度，取118m；M為站臺邊緣至站臺門立柱內側距離，有屏蔽門時取0.3m；t為每組人行樓梯與自動扶梯寬度之和（含與縱梁間所留空隙），取5.4m。
側站臺寬度計算：
b=+M=+0.3=4.9m
站臺寬度計算：
B=2b+n·z+t=2×4.9+2×1.2+5.4=17.6m>13m
故北大街二號線站臺不滿足高峰時段客流承載量。
3 換乘通道客流時空特征及通過能力
3.1 換乘通道時空特征
換乘通道是指不同線路之間為連接設置的供乘客到達另一站廳或站臺的通道。換乘通道的主要作用是站臺或站廳之間的連接，緩沖聚集在某一站臺或站廳的人群。通道寬度是行人走行的主要影響因素。乘客的速度是反應通道乘客交通特性的重要指標，可以認為乘客的步速符合正態分布。通道速度-密度關系曲線通常采用一元三次或一元高次曲線擬合，即V=aK3+bK2+cK+d，其中V為通道速度，K為通道密度，a、b、c、d為模型參數，需要根據車站及通道的具體情況而定。當通道乘客密度達到3人/m2時，極易發生踩踏等事故[2]。
3.2 北大街二號線換乘通道乘客速度-密度分布特征
通過在換乘通道選取寬2m，長3m的乘客通行區域，通過錄像，可得到一組包含乘客速度-密度關系的數據，繪出散點圖，并且利用相關軟件將客流密度與客流行走速度進行多曲線擬合，選定多項式擬合。
用EXCEL繪制散點圖如上，得到乘客密度-速度得擬合一元四項式：
y=-0.0031x3+0.0574x2-0.435x+1.2687 其中，y為客流速度（m/s）；
x為客流密度（人/m2）。
根據散點圖1可知速度均值為0.67m/s，最大值為1.21m/s，最小值為0.27m/s。換乘通道得乘客走行速度低于西安市民期望走行速度。
4 樓扶梯客流時空特征及通過能力
4.1 樓扶梯客流時空特征
樓梯是架設在樓層之間的移動設施，是行人在空間層面實現轉換的主要功能設施之一。樓梯主要受到寬度、樓梯利用率、樓梯走行方向、行人走行速度等影響。一般情況下，與站臺銜接的樓梯處最容易產生瓶頸，因為列車到達時會產生瞬時大客流，呈現乘客滯留現象。行人在樓梯上以隊列方式前進，使單方向上行人的行動一致性較好，但樓梯上的對向交通流會產生客流沖突，導致通行能力下降。樓梯上乘客速度-密度關系曲線通常采用一元四次或一元高次曲線擬合，即V=aK4+bK3+cK2+dK+e，其中V為樓梯乘客速度，K為樓梯乘客密度，a、b、c、d、e為模型參數，需要根據車站及樓梯的具體情況而定。當樓梯乘客密度達到3人/m2時，極易發生安全事故，對換乘量較大的車站應進行重點監控，及時疏導客流，緩解客流壓力。
4.2 北大街二號線上行樓梯乘客速度-密度分布特征
北大街二號線站臺通往換乘平臺層有2部樓梯、2部上行扶梯、2部下行扶梯，扶梯寬度為1m，樓梯寬度為1.4m。對于上行樓梯，分析其客流速度與密度關系，通過在樓梯選取寬1m，長3m的乘客通行區域，通過錄像，每隔3s統計畫面中的乘客數，可得到客流密度數據；選定某位乘客，計算在通行區域的通行時間，這樣就可得到一組包含乘客速度-密度關系的數據，并且利用相關軟件將客流密度與客流行走速度進行多曲線擬合，選定多項式擬合。
5 自動扶梯通過能力
自動扶梯是城市軌道交通車站中一類特別的設備設施，其自身有運載機制，可以實現位置的移動。自動扶梯具有耗能底、走行時間比樓梯少，舒適性比樓梯要高的特點。在樓梯與自動扶梯并聯的環節，自動扶梯是大多乘客首先選擇的方式。乘客在自動扶梯上沒有相互作用，自動扶梯的疏散能力為理論通過能力，但據現場觀察，自動扶梯利用率會有折損，則自動扶梯高峰時每小時能通過6552人次/h。
6 結語
本文調取北大街站實地數據，繪制各個設施設備的乘客密度-速度關系，橫向比較不同設施設備的乘客通行速度，分析得出樓扶梯、換乘通道為影響車站客流通過能力的瓶頸設施，考慮到換乘客流的沖擊，北大街二號線站臺亦不滿足現實需求，北大街二號線島式站臺的疏散能力成為制約全線的瓶頸。
6.1 初期優化方案
為改善瓶頸問題，解決北大街客流擁堵問題，車站前期首先進行了進出站閘機的調整，通過閘機修改，擴大了車站付費區的空間，使大客流情況下車站站廳客流緩沖能力得到了一定程度的提升。
閘機調整修改后，車站運營組織模式如下：
車站日常客流情況下，換乘一號線及二號線由乘客自行換乘（通過站廳或換乘平臺），車站不會采取強制客流走行。
大客流情況下，一號線換乘二號線上至站廳，通過“幾”字型鐵馬到二號線兩側樓扶梯處，通過樓梯換乘至二號線；二號線換乘一號線通過換乘平臺進行。閘機改造方案不僅可增加站廳層付費區站內繞行距離，在突發大客流情況下，還可根據客流情況打開部分閘機，增加非付費區繞行通路，將乘客疏解至出入口通道內進行繞行，增加站廳層換乘客流緩沖能力；同時在大客流情況下在閘機前方（有必要時關閉部分閘機）區域增加鐵馬來增加繞行距離，以緩解2號線站臺的壓力。
經過改造后，對二號線站臺客流擁堵有適當的緩解，同時一號線換乘二號線乘客在站廳繞行長度加長，對換乘通道的擁堵具有很大的緩解。但由于空間增加有限，也未新增任何提升設備或疏導路徑，改造后站內的擁堵情況緩解有限。
6.2 進一步的優化改造方案
目前針對北大街站尚未得到有效改善的瓶頸問題，結合最新的線網規劃情況及建設情況，首先需對后續逐步開通線路對北大街換整體客流的影響進行預測，根據客流預測情況研究對北大街站車站主體部分公共區、設備區進行土建、裝飾裝修、相關設備等的改造。尤其二號線站臺通往換乘平臺的樓、扶梯通行能力進行增大改造。其次考慮一號線站臺上行樓扶梯的通行能力增大改造，第三考慮北大街站付費區整體乘客容納區域的擴展改造。
通過對車站公共區的改造，達到改變目前的運營組織模式的目的，目前二號線換乘一號線乘客上至站廳層后選擇路徑換乘，一號線換乘二號線通過換乘平臺實現。
參考文獻
[1] 毛保華.城市軌道交通運營管理[M].人民交通出版社，2006.
[2] 余杰.城市軌道交通車站客流承載力研究[D].北京交通大學，2018.
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