西安地鐵北大街站換乘功能評價研究

李世民 安栓莊 賀臘妮

(中國地鐵工程咨詢有限責任公司 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號線和2號線，北大街站為1號線和2號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號線和2號線是西安地鐵網(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)施前擁擠嚴重等問題，為了深入剖析換乘站問題，筆者采用動態(tài)模擬的方法評價北大街站的換乘功能。

選擇北大街站進行換乘功能評價，主要原因是北大街站具有這樣幾個特征:

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;

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 換乘站動態(tài)模擬關(guān)鍵點

軌道交通換乘站具有客流量大，客流組織復(fù)雜的特點，采用傳統(tǒng)的換乘設(shè)計方法難以真實地表現(xiàn)出換乘站的客流動態(tài)特征，尤其是換乘站客流對設(shè)施的沖擊性，采用動態(tài)模擬方法可以對未來換乘站的使用狀況進行較為真實的再現(xiàn)，尤其適用于設(shè)計車站方案比選。

相對其他換乘站評價方式，采用動態(tài)模擬對換乘站進行研究具有以下幾個特點:

1)全面系統(tǒng)地反映車站所有設(shè)施(換乘及進出站)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)等指標來體現(xiàn);

2)有針對性地對流線分析中發(fā)現(xiàn)的沖突點進行深入的動態(tài)分析，沖突點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)，是否存在嚴重問題必須通過動態(tài)模擬方式進行分析。

3)生動表現(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來表現(xiàn)。

進行動態(tài)模擬采用國內(nèi)外廣泛使用的較為成熟的Legion仿真模擬平臺，動態(tài)模擬過程包括建模、仿真、數(shù)據(jù)結(jié)果分析和校核4個部分，具體見圖2。

圖2 動態(tài)模擬過程

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

3 北大街站模擬評價

3.1 車站方案

北大街站為1號線和2號線十字相交換乘車站，換乘形式為上側(cè)下島，1號線在上，為側(cè)式站臺，位于地下2層;2號線為島式站臺，位于地下3層;地下1層為1號線和2號線的公用站廳。1號線與2號線的客流通過連接1號線和2號線的樓扶梯換乘，具體見圖3，2號線進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號線為側(cè)式站臺，如果1號線(上行或下行)與2號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)測客流

為了研究車站換乘設(shè)施應(yīng)對大客流的能力，選取遠期的高峰小時預(yù)測進行評價。預(yù)測客流受到諸多因素影響，預(yù)測結(jié)果存在不確定性，因此需要對預(yù)測客流進行分析。本站遠期高峰小時預(yù)測客流見表1、2。

表1 北大街站遠期早高峰換乘客流量 人次

表2 遠期早高峰進出站客流量 人次

1)預(yù)測換乘客流分析。通過類比分析得出，本站預(yù)測換乘客流量級基本合理。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單向換乘量約1.2萬人次，考慮西安遠期人口規(guī)模應(yīng)略低于現(xiàn)狀北京人口規(guī)模，單向約1萬人次的換乘量基本合理。

2)預(yù)測進出站量分析。遠期高峰小時進出站量略大于現(xiàn)狀實際運營客流，由于車站周邊為建成區(qū)，遠期客流增加幅度不大符合客流增長規(guī)律。

通過以上分析北大街站預(yù)測換乘量和進出站量在量級上符合客流規(guī)律，可以作為模擬評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.3 車站換乘功能評價

3.3.1 評價方法及標準

本文采用建立評價體系的方法，對換乘站進行全面系統(tǒng)的評價。根據(jù)現(xiàn)狀西安換乘站調(diào)查及北京等城市的經(jīng)驗，從4個方面對換乘站進行評價，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果確定評價指標標準，具體見表3。

表3 換乘站評價指標體系

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

3.3.2 評價指標模擬結(jié)果

根據(jù)評價方法體系，采用靜態(tài)計算和動態(tài)模擬兩種方法對評價體系內(nèi)各個指標進行評價。

1)設(shè)施飽和度見表4。1號線換乘2號線設(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號線站臺上行樓扶梯前，因此重點給出2號線站臺的設(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)達到120人以上，雖然未超過評價標準，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，同時由于流線沖突也影響扶梯能力的發(fā)揮，在實際模擬動畫中發(fā)現(xiàn)樓扶梯難以達到飽和工作狀態(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號線樓扶梯前，具體見圖5，圖中綠色流線為2號線換乘1號線，藍色為1號線換乘2號線，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，但沖突點是否存在嚴重問題則需要在動態(tài)模擬中進行分析，見圖6(藍色為進站乘客，紅、粉色為出站乘客)。通過圖6可以看出，圖5中有3個沖突點存在乘客通過困難，沖突點存在問題，對模擬視頻進行截圖可以看到客流沖突點對客流通過所產(chǎn)生的影響。

4)站臺服務(wù)水平。評價站臺服務(wù)水平采用2種方式，一種是整體人流密度，另一種是站臺人流密度分布，對站臺人流密度采用不同顏色代表不同等級的服務(wù)水平(見表5)。

圖5 換乘流線圖

圖6 模擬動畫中沖突點

表5 排隊空間服務(wù)水平標準 人/m1

地鐵規(guī)范中對車站人流密度的規(guī)定是:站臺上人流密度為0.33～0.75 m1/人，按照規(guī)范標準對應(yīng)站臺空間的C、D兩級水平，也就是小于E級服務(wù)水平。

對本站模擬后發(fā)現(xiàn)主要問題發(fā)生在2號線站臺，重點對2號線站臺人流密度進行分析，從2號線站臺人流密度分布來看，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，甚至已經(jīng)影響到候車區(qū)域的正常使用，當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號線站臺服務(wù)水平通過測試站臺總?cè)肆髅芏冗M行評價，由于擁堵客流的不斷增加，2號線總?cè)肆髅芏戎鸩浇咏u價標準(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 換乘便捷性評價

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

表6 換乘便捷性評價

3.4 存在問題

根據(jù)以上評價指標分析，本站存在問題主要包括:2號線站臺換乘1號線上行扶梯能力不足;2號線站臺樓扶梯前擁堵人數(shù)過多，影響候車區(qū)、進站及換乘客流的進入;2號線站臺人流密度超過評價標準，站臺擁擠，安全性差;兩處安檢設(shè)施能力不足，在超高峰時段存在排隊問題。

3.5 優(yōu)化方案再評價

根據(jù)車站仿真發(fā)現(xiàn)問題提出2種改進方案。

3.5.1 調(diào)整運營組織方案(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號線站臺混行樓梯調(diào)整為上行;站廳與換乘平臺之間樓扶梯按照圖中組織沒有流線沖突;當單向進站和換乘客流超過7 300人/h時，站廳換乘客流沖擊性較大，對樓扶梯增加圍欄，樓梯僅上行。

對改進方案進行再模擬，對比改進前后2號線站臺使用情況見圖8。

圖8 2號線站臺改進前后的使用情況

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，但同時下行設(shè)施能力降低，1號線換乘2號線的設(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號線站臺擁堵問題，緩沖客流對樓扶梯的沖擊，但未改變設(shè)施能力緊張的問題。

3.5.2 增加換乘設(shè)施(方案2)

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

圖9 2號線增加設(shè)施方案

圖10 增加扶梯后2號線站臺人流密度

增加扶梯方案能夠很好地改善2號線站臺人流密度過高和樓扶梯前擁堵的問題，2號線站臺人流密度達到F級面積很小。既有線改造增加扶梯方案存在影響運營和工程代價較大的問題，建議遠期客流增大后擇機實施，近期建議采用方案1以緩解2號線站臺問題。

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)計規(guī)模較大，島站臺為14 m寬，側(cè)站臺為7 m寬，并且側(cè)站臺連接的換乘平臺空間較大，有利于緩沖側(cè)站臺換乘客流對樓扶梯的沖擊。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矛盾，所以本站客流沖擊性較大的問題十分突出，而且2號線站臺只有2組樓扶梯，其承擔了雙向換乘客流和2號線進出站客流，并且樓扶梯前存在換乘客流的交叉沖突，通過動態(tài)模擬評價發(fā)現(xiàn)本站客流瓶頸點在2號線站臺的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，但難以滿足遠期預(yù)測客流需要;方案2增加扶梯后能夠滿足遠期預(yù)測客流的需要，但實施改造成本較大，并且可能會影響車站的正常運營。

通過對北大街站的換乘功能評價提出以下幾點建議:

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

2)采用2組樓扶梯的設(shè)計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)對客流方向不均衡性能力較差，北大街站在1個方向有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)計階段應(yīng)對方案換乘功能評價，避免車站投入運營后再去進行設(shè)施改造升級，運營后再進行改造不僅使投資遠大于設(shè)計階段的修改完善，而且會帶來較大的社會影響。

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

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