城市軌道交通車站瓶頸處限流設施布設仿真研究

洪 晨， 莊異凡， 景文麗， 陳 瑜， 常 穎

（上海工程技術大學 城市軌道交通學院， 上海 201620）

0 引 言

近年來，隨著城市軌道交通網(wǎng)絡規(guī)模的擴大、線路的增設，軌道交通各線路承擔的客流量快速增長［1］。 以上海為例：2019 年上海軌道交通全年日均客流達到1 063 萬人次。 在客流高峰時期，由于車站的集散能力趨于飽和，站內(nèi)乘客擁堵和滯留的現(xiàn)象頻發(fā)，對乘客出行造成極大影響［2］。 客流高峰時期，乘客在安檢機前方、閘機處、樓扶梯進入口大量堵塞，導致乘候車秩序較差，夾人夾物的事件時有發(fā)生，客流擁擠現(xiàn)象的出現(xiàn)，不但影響乘客上下車效率，造成列車晚點事故，還存在較大的安全隱患。

地鐵運力與運量的矛盾日益突出，國內(nèi)部分城市主要線路列車的滿載率更是超過了100%，為了避免大客流對軌道交通站點的運營和整個軌道交通線路網(wǎng)造成過大的壓力，軌道交通運營管理部門在車站內(nèi)進行限流設施的布設。 在現(xiàn)存限流設施通行能力尚且不足的現(xiàn)狀下，如何在大客流下確保乘客能夠快速安全的乘車成為社會日益關注的焦點問題。 因此高峰期限流已經(jīng)成為國內(nèi)各大城市軌道交通車站的日常管控措施，如北京截至2019 年1 月常態(tài)限流車站已經(jīng)達到96 個，在大型活動、慶典、特殊天氣等情況下，還會實行臨時限流措施［3］。 李建琳［4］分析了上海軌道交通6、8 號線在高峰時段已有限流措施的不足之處，并對實施限流措施的車站做出了調(diào)整。 限流設施是影響車站效率的主要因素，在運營情況下對車站固有設施大范圍改造存在難度，而根據(jù)客流狀態(tài)在瓶頸處進行疏導更具有可實施性。 地鐵運營公司在瓶頸處常采用限流設施和人員引導等方式，但是，就目前的客流疏導來說，主要停留在定性分析層面，相對來說缺乏科學的數(shù)據(jù)支撐，加上每個車站的結構和規(guī)模都有所差異，限流設施的布設實施上更是缺少參考理論，沒有較為明確的量化指標，在設置形式和尺寸上難以掌握，各車站主要憑經(jīng)驗標準采取限流控制，因而難以評判限流設置的效果。

因此，本文通過VISSIM 軟件對某車站典型瓶頸區(qū)域（閘機口、扶梯口）客流運動過程進行建模，考慮不同客流強度改變限流設施布設形式及尺寸設置，并根據(jù)仿真結果對限流設施進行優(yōu)化，根據(jù)不同工況下的瓶頸處通行速度、流量來分析不同客流強度下瓶頸點限流設施的布設，將調(diào)查結果與仿真模型相結合，為實際中的限流方案設計提供可靠的理論依據(jù)。

1 地鐵車站限流設施現(xiàn)狀及主要問題

常見限流設施布設形式見表1。 目前，國內(nèi)一線城市的軌道交通車站普遍存在高峰期客流過載問題，只能通過限流來控制客流高峰時段的客流組織。但目前地鐵車站限流設施的設置主要存在以下問題：布設形式上，S 型欄桿一般占地很大，對布設區(qū)域的面積有一定要求，一般設置在進站廣場區(qū)域。 通道型欄桿相對占地較少，但是通道處若聚集客流，也會造成嚴重擁堵。 布設尺寸上，車站若通行設施通過的實際客流較小，而限流設施布設過長、過寬，會導致乘客走行距離過長而降低乘客滿意度。

表1 常見限流設施布設形式Tab.1 Common layout of flow restriction facilities

2 地鐵車站限流設施布設乘客態(tài)度調(diào)查

2.1 問卷設置

由于目前鮮有關于地鐵車站限流設施布設方案的研究，首先采取問卷法調(diào)查車站客流控制人員對限流設施布設方案的認知，定性判斷3 個限流設施的關鍵要素（布設方法、長度、寬度）對于限流效果的影響大小。 調(diào)查對象是本校城市軌道交通運輸專業(yè)的20 名在校大四學生，均具有豐富的城市軌道交通車站站務人員實習經(jīng)驗并且具有客流控制知識儲備。 調(diào)查時間為2021 年1 月，獲得有效問卷20 份，有效率100%。 部份問卷題目見表2。

表2 問卷部分題目Tab.2 Some questions of the questionnaire

2.2 問卷結果分析

被調(diào)查者的出行頻次越高，認為其打分可信度越高。 因此將20 份問卷結合出行頻次百分比對3種形式限流效果分值進行加和求比例，最終確定站務工作中對限流設施布設形式、長度、寬度影響限流效果的認知。 計算結果為：設施布設形式，43.18%、設施寬度，27.46%、設施長度，29.36%。 因此調(diào)查顯示改變限流設施布設形式更能影響地鐵車站瓶頸處的限流效果。

3 地鐵車站限流設施布設及仿真研究

3.1 仿真軟件介紹

VISSIM 是一種交通仿真軟件，主要以城市交通和公共交通運行為模型。 VISSIM 用2D 或3D 動畫更加形象地為用戶展現(xiàn)出不同工況行人的走行路線和行為。 所以本文基于VISSIM 仿真軟件對地鐵站限流設施不同布設形式、長度、寬度（方案）進行模擬仿真。

3.2 限流設施不同工況設置方案

本文對于限流設施的研究選取了車站的2 個典型瓶頸區(qū)域：樓扶梯和閘機。 通過問卷可知被調(diào)查者認為改變限流設施布設形式對于限流效果的改善最佳，所以就限流設施布設形式（直線型、L 型、S型）進行工況的設置，再改變其設置的長度、寬度，進一步得出不同客流量情況下，不同布設形式及尺寸對行人通行的影響。 本次研究中，客流量輸入設置（人／h）：3 000、5 000、7 000；限流設施布設形式：無限流設施、直線型、L 型、S 型。

3.2.1 扶梯處限流設施布設

扶梯處限流設施布設方案見表3。

表3 扶梯處限流設施布設方案表Tab.3 Layout plans of flow restriction facilities at the escalator

方案中主要對扶梯處的限流設施做出了下列幾方面的調(diào)整：

（1）針對直線型限流措施，調(diào)整其寬度與長度，將寬度以扶梯實際寬度為基礎進行調(diào)整與修改。

（2）針對L 型限流措施，調(diào)整與扶梯相接處的寬度以及行人入口寬度。

（3）針對S 型限流措施，調(diào)整行人通過位置設施設備的寬度，其長度根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

3.2.2 閘機前限流設施布設

閘機前各限流設施布設方案見表4。

表4 閘機處限流設施布設方案Tab.4 Layout plans of flow restriction facilities at the automatic fare gates

3.3 不同限流設施方案仿真

3.3.1 樓扶梯處限流設施方案仿真

在本文的研究中，用VISSIM 軟件將上面39 種不同的限流設施布設工況進行仿真，仿真圖如圖1所示。

圖1 扶梯處限流設施VISSIM 仿真圖Fig.1 VISSIM simulation sketches of the flow restriction facilities at the escalator

通過仿真得到通過扶梯的流量及行人速度，各仿真工況持續(xù)時間為600 s，并將測量結果與無限流設施進行對比，結果如圖2 所示。

圖2 樓扶梯處不同限流設施方案流量圖Fig.2 Flow-time diagrams of different flow restriction facilities layouts at the escalator

圖2 中，3 幅圖的第一行、第二行、第三行分別表示輸入人流量（人／h）為3 000、5 000、7 000 時的輸出結果。 對比限流設施布設方案的變化量發(fā)現(xiàn)，與無限流設施時相比，不論是哪種形式限流設施的布設都使得通過樓扶梯處的單位流量減少，起到了限流作用。此時通過瓶頸位置的乘客速度越快，可認為限流設施的布設效果越好。 當通過扶梯的客流量較少，如每小時通過3 000 人時，增設限流設施或更改限流設施的規(guī)模、尺寸、形狀等變量，速度提高率為0.2%～0.4%，對通行速度并無顯著影響。 當通過扶梯的客流量適中，如每小時通過5 000 人，限流設施的效果則較為顯著，速度提高率為：直線型10%～17%、L 型12%～14%、S 型26%～28%。 所以若要加快扶梯通行效率，則可選擇設置S 型限流設施，且S 型布設形式下方案3（設施長度：8 m、寬度：1.5 m）效果最佳，其速度提高率為54.62%。 當通過扶梯的客流量較大，如每小時7 000 人時，限流設施的限流效果最為顯著，速度提高率為：直線型24%～35%、L 型16%～30%、S 型38%～40%。 其中，布設S 型限流設施的效果最佳，且設施尺寸的改變對限流效果影響不大。 綜上所述，當樓扶梯入口處空間充足，且客流量較大時，布設合理尺寸的S 型限流設施既可以有效降低客流的進入量，緩解扶梯壓力，又能促進大規(guī)模人群的有序運動，提高乘客通行速度，因而限流效果較好。

3.3.2 閘機處限流設施方案仿真

在本文的研究中，用VISSIM 軟件將閘機前不同限流設施的布設工況仿真輸出，仿真過程如圖3所示。

圖3 閘機處限流設施VISSIM 仿真圖Fig.3 VISSIM simulation sketches of the flow restriction facilities at the automatic fare gates

通過仿真得到通過扶梯的流量及行人速度，改變不同工況，并將測量結果與無限流設施進行對比，得到相關數(shù)據(jù)，如圖4 所示。

圖4 閘機處不同限流設施方案流量圖Fig.4 Flow-time diagrams of different flow restriction facilities layouts at the automatic fare gates

圖4 中，3 幅圖的第一行、第二行、第三行分別表示輸入人流量（人／h）為3 000、5 000、7 000 時的輸出結果。 對比限流設施布設方案的變化量發(fā)現(xiàn)，與無限流設施時相比，不論是哪種形式限流設施的布設都使得通過閘機處的單位流量減少，起到了限流的作用。 布設限流設施后，閘機處乘客速度并沒有得到提高，反而降低較大。 速度降低率為：直線型5.3%～21.3%、L 型4.75%～28.15%、 S 型10.15%～55.89%。原因可能是由于本次仿真工況中閘機入口前空間較小，布設不同形式的限流設施后雖然降低了客流進入量，但也阻礙了乘客通行速度。 其中S型布設形式下，乘客的速度降低率最大，說明其不但沒有促進乘客的有序運動，反而起到了障礙的作用，因而需要特別注意不適于在空間狹小的閘機前布設。

4 結束語

通過分析地鐵車站的限流設施現(xiàn)狀及主要存在的問題，研究了瓶頸處限流設施的優(yōu)化布設方案。通過VISSIM 軟件對某軌道交通車站典型瓶頸處安置不同限流設施的布設形式和尺寸下的客流運動進行仿真研究，分析其對瓶頸處的通行流量和速度的影響，得出限流措施的優(yōu)化布設建議，從而為實際限流方案設計提供參考，對城市軌道交通車站的客流疏導起到一定的借鑒意義。