軌道交通車站大客流疏運能力理論及模擬仿真計算評價

馬　培

(北京中安質環(huán)技術評價中心有限公司，北京　100022)

軌道交通作為城市大運量交通運輸工具，在城市綜合交通運輸體系中的作用日益突顯。車站作為乘客進出地鐵線路的唯一節(jié)點，其自身的承載能力以及與線路運輸能力的匹配性，決定了車站的疏運能力能否滿足客流疏運需求。在早晚高峰或節(jié)假日、大型活動等期間突發(fā)大客流，若不能及時疏運出去，可能會造成踩踏、群死群傷事故[1]。準確評價車站大客流疏運能力，查找疏運瓶頸點，對運營行車及客流組織具有現(xiàn)實意義。

1　計算理論

乘客從出發(fā)站出入口進入，首先進行安檢，安檢之后檢票進站，進站后經(jīng)樓梯或扶梯下行到站臺層候車，列車進站后，候車乘客經(jīng)車門上車出行；到達目的站后出站，其流程與進站相反(如圖1所示)。從乘客出行過程來看，出入口、安檢機、AFC閘機、站臺樓扶梯、站臺候車區(qū)、進站列車容納能力等節(jié)點處的通行能力決定了整個的車站疏運能力。

應用經(jīng)濟學中的木桶原理，其核心內容是一個由長短不一的許多木板組成的木桶，盛水量多少并不取決于最長的那塊木板，或全部木板長度的平均值，而是由其中最短木板所決定的[2]。因此：

1)車站在各節(jié)點理論最大疏運能力應小于該節(jié)點需要疏運人數(shù)。

Qmax≥Qneed。

2)車站理論最大客流疏運能力由各設備設施最大疏運能力的最小值決定。

Qmax=min{Q1max，Q2max，Q3max，Q4max,Q5max,Q6max,Q7max，Q8max}。

3)沿乘客行進方向，各節(jié)點的通過能力應相匹配，若后續(xù)節(jié)點通過能力小于前一節(jié)點通過能力，可能會在后節(jié)點處發(fā)生客流擁堵。

Qback≥Qfront。

其中,Qmax為理論最大疏運能力；Q1max為出入口最大通行能力；Q2max為安檢機最大通行能力；Q3max為AFC閘機最大通行能力；Q4max為站臺樓扶梯最大通行能力；Q5max為最大換乘能力；Q6max為站臺候車區(qū)最大容納能力；Q7max為車門通過能力；Q8max為列車最大疏運能力；Qneed為節(jié)點需要疏運人數(shù)；Qback為后續(xù)節(jié)點通過能力；Qfront為前一節(jié)點通過能力。

設備設施的最大通行能力計算原則如下：

自動扶梯、安檢機、閘機等通行能力=設備數(shù)量×單個設備基本通行能力；

通道、樓梯等設施通行能力=設施寬度×單位寬度基本通行能力；

站臺候車區(qū)最大容納能力=站臺有效候車區(qū)面積×單位面積人數(shù)×高峰小時列車對數(shù)；

車門通過能力=車門數(shù)量×單門基本通行能力×車門數(shù)量×有效上車時間；

列車最大疏運能力=列車定員-進站單位列車斷面客流×高峰小時列車對數(shù)。

2　計算案例

選擇某城市地鐵站，該站地下2層島式站臺車站，在試運營前采用上述公式計算該站設備設施能否滿足遠期早高峰客流疏運需求，并辨識出其客流疏運瓶頸點。由于開通試運營前，車站尚未明確安檢機、鐵馬等設置位置、數(shù)量、長度等，本次計算時僅考慮固定設備設施的疏運能力。

該站共設4個出入口，地下1層為站廳層，地下2層為站臺層，站臺—站廳間設置3組樓扶梯。車站建筑設計、設備設施及遠期客流如下：

1)車站設備設施如表1所示。

表1　車站設備設施

2)基本通行能力。

采用GB 50157—2013地鐵設計規(guī)范、GB/T 33668—2017地鐵安全疏散規(guī)范規(guī)定[3，4]，并參考所在城市已開通線路調查數(shù)據(jù)(如表2所示)。

3)遠期客流。

根據(jù)客流預測結果，本站遠期(2043年)早高峰小時客流量如表3所示。

3　理論計算結果

表2　基本通行能力表

按照第1節(jié)理論公式計算設備設施最大疏運能力，并與疏運人數(shù)進行比較，如表4所示。

表4　客流疏運計算表

理論計算結果表明：

1)無論客流進出站時，各設備設施的最大通行能力均滿足遠期高峰小時客流疏運需求。2)進站時，車門通行能力>出入口通行能力>站臺候車區(qū)容納能力>站臺—站廳樓扶梯通行能力>閘機通行能力>列車疏運能力，控制該站進站最大疏運能力為列車疏運能力。出入口、站臺候車區(qū)、車門等能力遠大于疏運人數(shù)，但受限于列車疏運能力，乘客可能會在站臺滯留，但站臺不會發(fā)生擁擠現(xiàn)象。另外，從進站閘機→上下車整個流程，通行能力逐漸增大，設備設施具有良好的匹配性。3)出站時，車門通過能力>出入口通行能力>出站閘機通行能力>樓扶梯通行能力，控制該站出站最大疏運能力為站臺站廳樓扶梯通行能力。車門通過能力遠大于樓扶梯通行能力，說明當下車乘客短時集中時，在出站樓扶梯處可能會發(fā)生擁堵現(xiàn)象。

4　模擬仿真

根據(jù)車站建筑圖紙，按照1∶1建立了車站計算模型，采用Pathfinder軟件模擬遠期高峰小時(早高峰)，兩個行車間隔內，乘客進站→檢票→進入站臺→候車→列車進站→列車乘客下車、站臺乘客上車→出站的全過程情景。

1)初始階段至疏運結束，進站客流秩序始終維持較好，站臺、站廳公共區(qū)域、出入口通道、閘機及樓扶梯等設備設施處，未出現(xiàn)明顯的客流擁堵現(xiàn)象。列車進站后，站臺門開啟，站臺候車乘客上車，列車上出站乘客下車出站。約20 s后列車上乘客全部進入站臺，站臺樓扶梯出現(xiàn)短暫擁堵，并與進站客流發(fā)生交織現(xiàn)象。擁堵現(xiàn)象持續(xù)約1 min，并在一側樓扶梯處出現(xiàn)客流交織現(xiàn)象。2)客流交織。站臺樓扶梯端頭處、站廳部分閘機處，進出站客流沖交織現(xiàn)象較為顯著，為車站客運組織的風險區(qū)域。在站臺樓扶梯端頭處會出現(xiàn)短暫性客流擁堵，再加上客流交織，客流組織風險較大。3)客流密度如圖2所示。初始階段，站臺乘客陸續(xù)出站，站臺人數(shù)逐漸減少，隨著站廳及站外乘客的進站，站臺人數(shù)有所升高。列車約100 s進站，短時站臺出現(xiàn)客流激增現(xiàn)象，隨著出站乘客人數(shù)增多，站臺客流逐漸減少。站廳人數(shù)激增主要集中在列車進站約30 s后，出站乘客進入站廳區(qū)域，站廳人數(shù)增加迅速，其余時間站廳人數(shù)較為平穩(wěn)。站臺、站廳客流密度在0.5人/m2以下，總體上客流密度不大，相對于公共區(qū)，閘機處客流相對其他區(qū)域較多，但也未達到造成擁堵密度。

5　結語

突發(fā)大客流沖擊是運營期間車站最常見的風險，無論是早晚高峰、節(jié)假日，亦或是供電、信號等涉及行車設備故障，都有可能發(fā)生突發(fā)大客流沖擊。合理的建筑設計、設備設施布置及數(shù)量，是應對大客流沖擊風險的基礎，需要根據(jù)理論計算確定車站疏運能力。對建筑及客流組織復雜的車站，模擬仿真也是評價客流流線、疏運瓶頸點的重要手段。運營期間根據(jù)進站客流量及車站疏運能力，加強大客流分級管控和應急疏散措施。對于交織和沖突區(qū)，通過設置樓扶梯端頭欄桿、通道欄桿等客流疏導設施，對客流進行合理的組織與引導。

參考文獻：

[1]史聰靈，鐘茂華，劉智成,等.與體育場館連接地鐵車站大客流疏運能力計算模擬分析[J].中國安全科學學報，2011,21(3)：34-41.

[2]劉狄，吳海燕.城市軌道交通換乘站內部換乘客流量算法研究[J].北京建筑工程學院學報，2010，26(2)：44-48.

[3]GB 50157—2013,地鐵設計規(guī)范[S].

[4]GB/T 33668—2017,地鐵安全規(guī)范[S].