大型軌道交通樞紐站流線組織與優(yōu)化
——以天津站地鐵站為例

王競(jìng)飛，周 慶

（天津城建大學(xué) 建筑學(xué)院，天津 300384）

地鐵換乘樞紐與其他類型的地鐵站相比是城市交通換乘和銜接系統(tǒng)中的重要節(jié)點(diǎn)，吸引各方向客流和車流，并結(jié)合地下公共空間形成城市中的重要節(jié)點(diǎn)[1].樞紐站的客流量遠(yuǎn)大于其他類型的地鐵站，客流流線引導(dǎo)和疏散的問(wèn)題尤為重要，天津站地鐵站也不例外.天津站以滿足自身樞紐交通功能為前提，與城市其他功能相協(xié)調(diào)，充分利用地下空間，在各功能分區(qū)間建立立體、循環(huán)銜接系統(tǒng)和靜態(tài)交通設(shè)施[2].但隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人流的急劇增加，站內(nèi)的疏導(dǎo)壓力逐漸凸顯出來(lái).

針對(duì)天津站地鐵站的站內(nèi)區(qū)域進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，通過(guò)問(wèn)卷、行為觀察和記錄對(duì)天津站地鐵站的換乘距離、換乘時(shí)間、換乘方式、乘客密度、乘客流線以及乘客換乘體驗(yàn)等方面進(jìn)行調(diào)查.采用流線分析、方案優(yōu)化、仿真模擬等研究方法，研究換乘站內(nèi)客流量及客流流線問(wèn)題、站內(nèi)換乘流線的優(yōu)化等內(nèi)容，以期實(shí)現(xiàn)天津站地鐵站站內(nèi)流線的優(yōu)化.

1 天津站地鐵樞紐現(xiàn)狀流線分析

天津站是立體化交通換乘（地鐵3、2、9號(hào)線三站換乘）綜合樞紐，負(fù)責(zé)輸運(yùn)天津?qū)ν獾闹饕土髁?，占全市總客流量?0%以上.僅2016年中秋、國(guó)慶兩節(jié)期間，天津站客流量將達(dá)到400萬(wàn)人次，最大單日峰值約為14萬(wàn)人次[3].該站采用地下四層的布局結(jié)構(gòu)，地下空間錯(cuò)綜復(fù)雜.

1.1 天津站地鐵站站內(nèi)現(xiàn)狀布局

天津站站內(nèi)地下分為四層：地下一層為公共交通層，是地鐵與火車、出租車以及公交車的換乘平臺(tái)；地下二層為三條地鐵的公共站廳層，并設(shè)置售票、檢票閘機(jī)、安檢等配套設(shè)施；地下三層為2號(hào)線與9號(hào)線的站臺(tái)層，通過(guò)不同的站臺(tái)形式進(jìn)行組合；地下四層是地鐵3號(hào)線的站臺(tái)層[4].

1.2 天津站地鐵站使用情況調(diào)查

筆者針對(duì)天津站地鐵站（以下簡(jiǎn)稱T站）乘客使用情況進(jìn)行了抽樣問(wèn)卷調(diào)查，共發(fā)放200份問(wèn)卷，其中有效問(wèn)卷181份.統(tǒng)計(jì)后，分析可得出以下初步結(jié)論：首次使用T站的乘客占23.4%，使用T站5次以內(nèi)的乘客占36.6%，使用T站大＞5次的乘客占63.4%；認(rèn)為T站站內(nèi)高峰期過(guò)于擁擠的乘客占72.2%，曾在T站內(nèi)迷失方向的乘客占48.6%，認(rèn)為T站站內(nèi)有流線交叉情況的乘客占76.1%；其中少年（7＜A≤14）占10.6%，青年（14＜A≤35）占 42.3%，中年（35＜A≤60）占36.2%，老年（＞60）占10.9%，見(jiàn)圖1.

圖1 調(diào)查問(wèn)卷群體年齡構(gòu)成

1.3 天津站地鐵站站內(nèi)交通節(jié)點(diǎn)與客流現(xiàn)狀

天津站地下一層通往地下二層的垂直交通節(jié)點(diǎn)共有4個(gè)（見(jiàn)圖2），1號(hào)樓梯位于站廳層西北角，直接通向2號(hào)、10號(hào)出口；2號(hào)樓梯位于站廳層中部，主要供轉(zhuǎn)乘公交、長(zhǎng)途汽車的乘客使用；3號(hào)樓梯位于站廳層西南角，直接通向3號(hào)、4號(hào)出口以及南廣場(chǎng)；4號(hào)樓梯位于站廳層?xùn)|北角，主要供火車站北出口出站乘客使用.

通過(guò)實(shí)地觀測(cè)調(diào)研，分別對(duì)一個(gè)工作日中兩個(gè)上下班高峰時(shí)段及一個(gè)非高峰時(shí)段進(jìn)行數(shù)據(jù)取樣，獲得各個(gè)交通節(jié)點(diǎn)的乘客流量及換乘乘客流量（見(jiàn)表1）.

圖2 T站地下二層區(qū)域示意

表1 天津站地鐵站交通節(jié)點(diǎn)客流流量調(diào)查表 人

通過(guò)表1得出：天津站各時(shí)段客流量較為相近，有持續(xù)的大客流現(xiàn)象，并不同于城市中心城區(qū)的高峰潮汐現(xiàn)象；并且換乘客流占總客流量的比例較大.

另外，通過(guò)客流分析及實(shí)地觀測(cè)，得出天津站地鐵站客流流線具備如下特點(diǎn)：

（1）進(jìn)站乘客主要來(lái)自天津站北出口（鐵路客運(yùn)統(tǒng)），約占總進(jìn)站客流量的62.8%；其次是來(lái)自南廣的乘客（包括市民和游客），約占總進(jìn)站客流量的9.8%；出站乘客比例相當(dāng).因此這兩類乘客為T站的要乘客來(lái)源，并通過(guò)3號(hào)梯和4號(hào)梯到達(dá)站廳層，通往目的區(qū)域.

（2）地鐵2、3號(hào)線分別貫穿天津市區(qū)東西、南北軸向，9號(hào)線直接連通濱海新區(qū)，因此T站是天津市最主要的乘客轉(zhuǎn)運(yùn)中心，高峰期換乘乘客數(shù)量約占總客流量的43.21%（通過(guò)表1計(jì)算得知）.

1.4 天津站地鐵站內(nèi)流線組織

地鐵2、9號(hào)線位于站域南半部，乘客通過(guò)閘機(jī)進(jìn)入付費(fèi)區(qū)后，通過(guò)站廳層內(nèi)的垂直交通可直接到達(dá)站臺(tái)區(qū)域；3號(hào)線位于站域北半部，在地下四層，其軌道線路與2、9號(hào)線相垂直，乘客首先須通過(guò)站域內(nèi)的垂直交通到達(dá)地下三層2號(hào)線站臺(tái)（去往曹莊方向），再通過(guò)地下三層2號(hào)線站臺(tái)內(nèi)的垂直交通到達(dá)3號(hào)線.

地鐵2、9號(hào)線換乘方式為同臺(tái)換乘，2號(hào)線南側(cè)站臺(tái)（開往濱海國(guó)際機(jī)場(chǎng)方向）乘客可直接進(jìn)入9號(hào)線列車完成同臺(tái)換乘；2號(hào)線北側(cè)站臺(tái)（開往曹莊方向）乘客須通過(guò)站廳層換乘9號(hào)線；2、9號(hào)線之間預(yù)留了換乘通道，暫緩開通；受管線的限制，2、9號(hào)線與3號(hào)線未能與該換乘通道連接；3號(hào)線與2、9號(hào)線的換乘須到達(dá)站廳層，通過(guò)站廳層完成.圖3為T站站廳流線示意.

圖3 T站站廳流線示意

1.5 天津站地鐵站現(xiàn)狀流線問(wèn)題

1.5.1 各區(qū)域面積分配與客流量不符

T站站廳層非付費(fèi)區(qū)被站廳分為A、B、C三個(gè)區(qū)域（見(jiàn)圖2），但各區(qū)域面積分配不合理：C區(qū)面積過(guò)小，擁擠程度過(guò)高；A區(qū)面積遠(yuǎn)大于C區(qū)，客流量卻遠(yuǎn)低于C區(qū)，造成A區(qū)乘客密度及設(shè)施使用效率過(guò)低.天津站站廳層主要包括3號(hào)線站廳、2號(hào)線和9號(hào)線站廳以及非付費(fèi)區(qū)三部分.非付費(fèi)B、C區(qū)域承擔(dān)著主要客流，乘客進(jìn)出站和換乘都需要經(jīng)過(guò)站廳層南半部（2號(hào)線站廳），造成了該區(qū)域出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，是站域內(nèi)的瓶頸區(qū)域；圖2中乘客集中點(diǎn)為三條地鐵換乘、A區(qū)通往2、9號(hào)線、B區(qū)通往3號(hào)線的必經(jīng)之路，是站域內(nèi)的最擁堵位置.

1.5.2 站廳南半部過(guò)度擁堵

站廳南半部受到多方向的持續(xù)客流沖擊，客流流線過(guò)于混亂，多處出現(xiàn)了交叉流線和對(duì)沖流線，增大了流線摩擦力，嚴(yán)重影響行走速度.按照節(jié)點(diǎn)通行能力分析，地鐵安全運(yùn)行時(shí)，應(yīng)控制人員進(jìn)行方向的先前節(jié)點(diǎn)的通行能力大于后方節(jié)點(diǎn)的通行能力[5].以T站出站方向?yàn)槔?、9號(hào)線公共站廳的客流容量小于兩線交通節(jié)點(diǎn)最大通行流量之和，因此造成了2、9號(hào)線站廳的擁堵現(xiàn)象.非付費(fèi)C區(qū)的通行能力小于站廳的通行能力，進(jìn)一步造成了瓶頸位置的擁堵.

1.5.3 部分設(shè)施使用率過(guò)低

T站站域位于天津站北部，且乘客來(lái)源過(guò)于集中.調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，1、2號(hào)梯的客流量遠(yuǎn)低于3、4號(hào)梯，但對(duì)應(yīng)1、2號(hào)梯的非付費(fèi)A區(qū)設(shè)置自動(dòng)售票機(jī)12部，閘機(jī)18部，與對(duì)應(yīng)4號(hào)樓梯的B區(qū)數(shù)量相當(dāng)，遠(yuǎn)多于對(duì)應(yīng)3號(hào)樓梯的C區(qū)，使用率不足B區(qū)設(shè)施的20%.

1.5.4 導(dǎo)視信息過(guò)于集中

對(duì)于乘客的引導(dǎo)和分流，導(dǎo)視系統(tǒng)起著相當(dāng)重要的作用，T站的導(dǎo)視系統(tǒng)過(guò)于集中，也是導(dǎo)致乘客密度不均勻的重要因素.站域內(nèi)的空間劃分常給人以心理暗示，應(yīng)在被劃分的不同區(qū)域分別設(shè)置獨(dú)立的導(dǎo)視信息，分流乘客.

2 天津站地鐵樞紐流線改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 天津站地鐵站流線分流分析

日本新宿地鐵站結(jié)合火車站和商業(yè)區(qū)，日客流量大于300萬(wàn)人次[6].新宿站解決站內(nèi)擁堵混亂的手段主要是對(duì)區(qū)域進(jìn)行劃分，將不同站臺(tái)和路線的乘客進(jìn)行分流，這也是地鐵站實(shí)現(xiàn)客流分流的主要方式.

2.1.1 天津站地鐵站的換乘方式

在多種換乘方式中，十字換乘和同臺(tái)換乘配合合理的列車到站時(shí)間，可快速轉(zhuǎn)移乘客，適用于客流量較大的換乘站，如北京南站地鐵站.T站的換乘方式為L(zhǎng)型換乘.在島式站臺(tái)和側(cè)式站臺(tái)中，側(cè)式站臺(tái)更能承受大客流的沖擊，上下行人流不交叉，利于乘客分流引導(dǎo)[7].T站2號(hào)線和9號(hào)線的站臺(tái)形式為島式站臺(tái)與側(cè)式站臺(tái)結(jié)合，2號(hào)線為側(cè)式站臺(tái)，濱海國(guó)際機(jī)場(chǎng)方向站臺(tái)與9號(hào)線北側(cè)站臺(tái)為島式站臺(tái)，3號(hào)線站臺(tái)形式為島式站臺(tái)[8].9號(hào)線南側(cè)站臺(tái)為側(cè)式站臺(tái)（暫緩開通，備特殊時(shí)期使用），如圖4所示.

圖4 地鐵2、9號(hào)線站臺(tái)示意

2.1.2 天津站地鐵站分流模擬

為了便于T站乘客分流，模擬的換乘方式和站臺(tái)形式均采用便于分流的形式.地鐵3號(hào)線站臺(tái)選用側(cè)式站臺(tái)，3號(hào)線與2、9號(hào)線的換乘方式采用十字換乘式（見(jiàn)圖5）.

圖5 分流模擬軸測(cè)圖

3號(hào)線在兩側(cè)站臺(tái)的兩端以及中部分別設(shè)置垂直交通節(jié)點(diǎn)，分別連接2、9號(hào)線各部分站臺(tái)：北端交通節(jié)點(diǎn)連接2號(hào)線通往曹莊方向的側(cè)式站臺(tái)；中部交通節(jié)點(diǎn)連接2號(hào)線通往濱海國(guó)際機(jī)場(chǎng)方向與9號(hào)線的站臺(tái)；南端交通節(jié)點(diǎn)連接9號(hào)線南側(cè)站臺(tái).9號(hào)線中間站臺(tái)則為乘車站臺(tái)，直接連接站廳層，北側(cè)站臺(tái)為下車站臺(tái).

去往2、9號(hào)線的乘客通過(guò)站臺(tái)層到達(dá)相應(yīng)站臺(tái)乘車；去往3號(hào)線的乘客先到達(dá)2、9號(hào)線站臺(tái)，再通過(guò)2、9號(hào)線與3號(hào)線的垂直交通到達(dá)3號(hào)線.2號(hào)線曹莊方向站臺(tái)對(duì)應(yīng)3號(hào)線站臺(tái)較多部分，為連接3號(hào)線的主要站臺(tái)，面積設(shè)置較大，起緩沖作用；換乘乘客直接通過(guò)連接3號(hào)線與2、9號(hào)線的垂直交通進(jìn)行換乘，3號(hào)線的側(cè)式站臺(tái)兼顧著換乘通道的作用，彌補(bǔ)了側(cè)式站臺(tái)空間浪費(fèi)的缺點(diǎn).

該換乘方式可將乘客在不到達(dá)站廳層的情況下直接換乘，避免換乘客流對(duì)站廳層造成壓力.在2、9號(hào)線站臺(tái)層，乘客分為兩部分，一部分直接換乘，另一部分通過(guò)站廳層完成出站；3號(hào)線進(jìn)出站的乘客被分散在了2、9號(hào)線的多個(gè)站臺(tái)上，再通過(guò)所在站臺(tái)的樓梯間到達(dá)站廳層，并在站廳層形成以南北向?yàn)檩S的平行分布狀態(tài).

站廳層非付費(fèi)A區(qū)和C區(qū)合并，中和A區(qū)使用不足和C區(qū)擁堵的現(xiàn)象.去往9號(hào)線和2號(hào)線濱海方向的乘客從站廳南側(cè)引入，去往2、3號(hào)線的乘客從站廳北側(cè)引入，達(dá)到分流的同時(shí)又避免了與出站客流的交叉.

2.1.3 分流模擬特點(diǎn)

模擬方案中，對(duì)流線進(jìn)行了分流-匯合-分流處理.利用2、9號(hào)線站臺(tái)位于站廳層與3號(hào)線樓層之間，并具有多站臺(tái)的特點(diǎn)，將其作為換乘方案中的中轉(zhuǎn)平臺(tái).在出站方向，對(duì)來(lái)自3號(hào)線的換乘乘客和出站乘客進(jìn)行分流，乘客到達(dá)2、9號(hào)線站臺(tái)后，再將3號(hào)線出站乘客和2、9號(hào)線出站乘客進(jìn)行匯合，統(tǒng)一引入站廳層，與進(jìn)站乘客進(jìn)行分流，避免交叉混亂；反向同理.

在結(jié)構(gòu)分流的同時(shí)，合理運(yùn)用導(dǎo)視系統(tǒng)和地鐵設(shè)施進(jìn)行分流.通過(guò)閘機(jī)的單向性和導(dǎo)視系統(tǒng)的靈活性對(duì)流線進(jìn)行單向分流及引導(dǎo)；自動(dòng)售票機(jī)位置順應(yīng)進(jìn)站流線布置，自動(dòng)售票機(jī)、進(jìn)站閘機(jī)位置結(jié)合出站閘機(jī)、垂直交通節(jié)點(diǎn)設(shè)置，將站臺(tái)非付費(fèi)區(qū)分為入站乘客區(qū)域和出站乘客區(qū)域，避免流線交叉，增加空間及利用率.

2.2 天津站地鐵站優(yōu)化方案

2.2.1 天津站地鐵站優(yōu)化原則

通過(guò)對(duì)客流的模擬與分析，總結(jié)出以下優(yōu)化原則：①平均利用T站資源，減少乘客聚集現(xiàn)象；②減少

圖6 T站站廳改造平面功能及流線示意

在該方案中，以南北向流線為主流線，減少了原有的東西向流線，進(jìn)站、換乘等行為均通過(guò)主流線兩側(cè)的分支完成.

3號(hào)線：進(jìn)站乘客從站廳北側(cè)進(jìn)站，以Z1作為主要進(jìn)站樓梯，Z2則是換乘主要使用樓梯；

換乘乘客：從Z1、Z2梯南行至2、9號(hào)線站域進(jìn)行換乘，去往2號(hào)線曹莊方向乘客可從地下三層進(jìn)行換乘；

2、9號(hào)線：乘客從A1與C區(qū)進(jìn)站閘機(jī)進(jìn)站，順應(yīng)換乘流線和出站流線形成交匯流線，到達(dá)對(duì)應(yīng)站臺(tái)，流線的沖突與交叉，增加交匯流線的可能性；③流線的循環(huán)，合理安排進(jìn)站閘機(jī)和出站閘機(jī)的關(guān)系，串聯(lián)進(jìn)站—乘車—換乘—出站的關(guān)系；④利用2號(hào)線曹莊方向站臺(tái)與3號(hào)線換乘樓梯同站臺(tái)的關(guān)系，盡早將乘客引入地下三層，減緩站廳的壓力.

2.2.2 天津站地鐵站流線重新布置

優(yōu)化過(guò)程中，依據(jù)客流情況及站域設(shè)施情況，重新規(guī)劃流線.多次嘗試，選取以下方案（見(jiàn)圖6），方案主要對(duì)隔離護(hù)欄進(jìn)行改動(dòng)，對(duì)站廳空間重新劃分.對(duì)付費(fèi)區(qū)和非付費(fèi)區(qū)重新劃分，將使用不足的A區(qū)分為兩部分（A1和A2），并與C、B區(qū)合并，共享設(shè)施資源，減緩B、C區(qū)使用壓力；將C區(qū)進(jìn)站閘機(jī)向北移動(dòng)，設(shè)置于3號(hào)線樓梯（Z1、Z2）之間，與A1區(qū)閘機(jī)合并，供A1區(qū)和C區(qū)的進(jìn)站乘客使用；A2區(qū)變?yōu)锽區(qū)的輔助區(qū)，主要供2號(hào)梯和B區(qū)乘坐3號(hào)線的進(jìn)站乘客使用，B區(qū)去往2、9號(hào)線的乘客依然從B區(qū)進(jìn)站閘機(jī)進(jìn)站；出站閘機(jī)一處設(shè)置于2號(hào)梯附近，一處設(shè)置于C區(qū)進(jìn)站閘機(jī)北側(cè)，其余閘機(jī)均設(shè)于站廳南側(cè).或從A2、B區(qū)進(jìn)站乘客從B區(qū)進(jìn)站閘機(jī)進(jìn)站，北側(cè)即為2、9號(hào)線進(jìn)站樓梯；

出站乘客行至站廳南部，從左右出站閘機(jī)出站.

該方案中有三處導(dǎo)視重點(diǎn)區(qū)域（見(jiàn)圖6），重點(diǎn)2處主要導(dǎo)視3號(hào)線和2、9號(hào)線進(jìn)站閘機(jī)的位置，重點(diǎn)1和重點(diǎn)3處應(yīng)主要導(dǎo)視2號(hào)線曹莊方向站臺(tái)亦為3號(hào)線換乘站臺(tái)，遵循盡早將乘客引入地下三層，減緩站廳壓力的原則；若部分去往3號(hào)線的乘客從B區(qū)進(jìn)站閘機(jī)進(jìn)站，亦從重點(diǎn)3處引導(dǎo)至地下三層.

3 Pathfinder仿真模擬

Pathfinder是一款用于模擬人行為路徑的仿真軟件，為了驗(yàn)證優(yōu)化方案的可行性，將T站現(xiàn)狀方案和優(yōu)化方案平面圖導(dǎo)入軟件中，在軟件中建模，并錄入調(diào)研的天津站信息，從而進(jìn)行模擬分析驗(yàn)證.

圖7 乘客使用量與路徑分析

按照?qǐng)D1中乘客年齡比例在軟件中創(chuàng)建乘客群體框架，分別生成不同群體的移動(dòng)速度和范圍，并計(jì)算出表1中午高峰時(shí)段的各區(qū)域的人數(shù)比例，錄入兩趟地鐵時(shí)段內(nèi)各路徑乘客的人數(shù)及行為進(jìn)行仿真模擬.

通過(guò)乘客使用量與路徑分析對(duì)比（見(jiàn)圖7），現(xiàn)狀方案乘客在站廳層?xùn)|側(cè)聚集現(xiàn)象明顯，流線在站內(nèi)東側(cè)出現(xiàn)過(guò)多交叉現(xiàn)象；優(yōu)化后，站廳層?xùn)|西兩側(cè)的乘客使用量更為均衡，流線更為清晰，兩側(cè)乘客均可直接到達(dá)相應(yīng)的乘車站臺(tái)，從而減少流線交叉的概率.通過(guò)在一定時(shí)間內(nèi)東西兩側(cè)非付費(fèi)區(qū)的乘客數(shù)量曲線對(duì)比（見(jiàn)圖8），現(xiàn)狀方案非付費(fèi)的東西兩側(cè)區(qū)域使用乘客數(shù)量相差過(guò)大，時(shí)段內(nèi)最大峰值差約為120人；優(yōu)化后，東西兩個(gè)區(qū)域使用乘客的數(shù)量較為接近，時(shí)段內(nèi)最大峰值差約為20人.

圖8 非付費(fèi)各區(qū)域乘客數(shù)量曲線

4 結(jié)論

在對(duì)天津站進(jìn)行充分現(xiàn)狀調(diào)研、流線分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)天津站的流線問(wèn)題，并進(jìn)行流線優(yōu)化，最后利用模擬仿真軟件Pathfinder對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行評(píng)價(jià).經(jīng)過(guò)分析驗(yàn)證，得出更均衡站內(nèi)設(shè)施分布和更清晰的乘客流線.通過(guò)本文的分析研究，以期能為天津站地鐵站流線改進(jìn)提供參考，從而更有效提升天津站地鐵站的使用體驗(yàn)，也為我國(guó)其他城市綜合交通樞紐站的流線設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供一些借鑒.

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