武漢軌道交通香港路站換乘客流的流線優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉 斌 樂(lè)北晨 字俊奇 張騰飛

(1.同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，201804，上海；2.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，201804，上海；3.上海市軌道交通結(jié)構(gòu)耐久與系統(tǒng)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，201804，上海；4.武漢地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，430030，武漢 ∥ 第一作者，高級(jí)工程師)

流線的優(yōu)化是客運(yùn)樞紐設(shè)計(jì)中最核心的內(nèi)容。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于流線優(yōu)化的研究，主要集中在設(shè)計(jì)階段[1-2]。對(duì)運(yùn)營(yíng)階段的大型軌道交通換乘站的流線優(yōu)化研究較少。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)城市軌道交通行業(yè)發(fā)展迅速，大量換乘站投入運(yùn)營(yíng)。運(yùn)營(yíng)中的換乘站空間結(jié)構(gòu)受限，不便進(jìn)行較大幅度改造。因此，在給定的空間結(jié)構(gòu)條件下，充分挖掘客流時(shí)空分布特性，進(jìn)而調(diào)整設(shè)施設(shè)備布局、優(yōu)化流線組織，是目前運(yùn)營(yíng)企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)難點(diǎn)。

武漢軌道交通香港路站是3、6及7號(hào)線超大型換乘站。其由1個(gè)車控室統(tǒng)一控制，采用“立體化、多層次”設(shè)計(jì)[3]，有地下4層，為側(cè)式、疊島式混合站臺(tái)。該站站形復(fù)雜，客流流線繁多，車站管理難度大。本文提出了城市軌道交通換乘站流線優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)化流程，并以香港路站為例進(jìn)行驗(yàn)證。

1 流線優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

1. 1 流線優(yōu)化原則及流程

合理高效的客流流線，應(yīng)動(dòng)線簡(jiǎn)單、清晰明確，即使面對(duì)大客流，也仍能保持較高的順暢度?？土鲀?yōu)化原則一般為[4]：①保證乘客走行安全；②減少流線的交叉及對(duì)流，以保證換乘流線順暢；③引導(dǎo)標(biāo)志應(yīng)清晰明確，能快速分流減少擁堵；④滿足方便性及舒適性要求。

城市軌道交通換乘站為城市節(jié)點(diǎn)，如何避免客流沖突是其流線優(yōu)化需解決的核心問(wèn)題[5]。通過(guò)合理優(yōu)化流線，可提升設(shè)備利用率，避免流線交叉，從而提升乘客通行效率。

結(jié)合運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)換乘站流線優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)化流程為：首先，開(kāi)展理論分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，總結(jié)出車站流線的問(wèn)題；然后，針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)用流程再造法，幫助運(yùn)營(yíng)單位扭轉(zhuǎn)固化思維，提出優(yōu)化措施；最后，建立車站流線走行時(shí)間模型，驗(yàn)證優(yōu)化措施，進(jìn)而有序?qū)嵤?/p>

1.2 流線走行時(shí)間計(jì)算模型

運(yùn)營(yíng)中的換乘站客流流線主要從兩個(gè)環(huán)節(jié)優(yōu)化：①因設(shè)備設(shè)施服務(wù)能力有限而導(dǎo)致乘客擁擠的環(huán)節(jié)，如安檢及自動(dòng)扶梯(以下簡(jiǎn)為“扶梯”)等；②因區(qū)域乘客密度較大導(dǎo)致行走速度下降的環(huán)節(jié)，如樓梯及通道等。建立乘客走行時(shí)間模型，并將之作為檢驗(yàn)優(yōu)化方案的途徑。

1.2.1 安檢用時(shí)

假設(shè)車站高峰時(shí)段安檢環(huán)節(jié)的排隊(duì)模型為M/M/c/N/∞排隊(duì)系統(tǒng)，其含義為：顧客到達(dá)間隔時(shí)間的概率分布和服務(wù)時(shí)間的概率分布服從泊松分布，c為服務(wù)臺(tái)數(shù)量，系統(tǒng)容量為N，顧客源無(wú)限，先到先服務(wù)。根據(jù)排隊(duì)系統(tǒng)理論，存在如下關(guān)系[6]：

1)

2)

式中：

ρ——設(shè)備的服務(wù)強(qiáng)度；

λ——乘客平均到達(dá)率，人/min；

c——服務(wù)臺(tái)數(shù)量；

μ——單個(gè)設(shè)備平均服務(wù)率，人/min；

P0——設(shè)備空閑的概率；

k——服務(wù)臺(tái)計(jì)算參數(shù)，為正整數(shù)，取0，1，2，…，c-1；

乘客安檢環(huán)節(jié)所需時(shí)間tA為：

3)

1.2.2 通過(guò)扶梯的時(shí)間

正常情況下，扶梯能夠滿足乘客需求。當(dāng)列車到站時(shí)，瞬間巨大客流涌入扶梯口造成的擁堵，將增加乘客的排隊(duì)時(shí)間。故有：

(4)

式中：

tB——通過(guò)扶梯的時(shí)間；

t扶梯——扶梯服務(wù)時(shí)間；

t等待——下車客流進(jìn)入設(shè)施等待服務(wù)時(shí)間；

Le——扶梯長(zhǎng)度；

ve——扶梯運(yùn)行速度；

A——換乘人數(shù)。

1.2.3 通過(guò)通道、站臺(tái)或樓梯的時(shí)間

乘客在地鐵站內(nèi)行走速度受該區(qū)域人員密度影響較顯著，通過(guò)對(duì)香港路站乘客數(shù)據(jù)調(diào)查分析，得出乘客平均走行速度與人員密度D關(guān)系如下[7]：

v通道/站臺(tái)=-0.003D3+0.063D2-0.418D+1.446

5)

v樓梯=-0.002D3+0.035D2-0.216D+0.685

6)

式中：

v通道/站臺(tái)——乘客在通道或站臺(tái)的平均走行速度，m/s；

v樓梯——乘客在樓梯上的平均走行速度，m/s；

D——區(qū)域內(nèi)的乘客密度，人/m2。

乘客通行時(shí)間tC為：

tC=L/v

(7)

式中：

L——通道、站臺(tái)或樓梯的長(zhǎng)度；

v——乘客的平均走行速度。

1.2.4 乘客流線走行時(shí)間計(jì)算模型

通過(guò)計(jì)算各環(huán)節(jié)走行時(shí)間，建立乘客流線走行時(shí)間計(jì)算模型。為方便計(jì)算，假設(shè)乘客在通道等區(qū)域走行服從均勻分布。

式中：

ti——流程i的乘客總走行時(shí)間；

θij——流程i與環(huán)節(jié)j的關(guān)聯(lián)系數(shù)，是0-1變量；若流程i包括環(huán)節(jié)j，則θij=1，否則θij=0。

2 香港路站的客流流線分析

2.1 車站結(jié)構(gòu)

香港路站為地下4層結(jié)構(gòu)，采用側(cè)式、疊島式混合站臺(tái)，設(shè)有8個(gè)出入口。負(fù)1層及負(fù)2層為設(shè)有安檢點(diǎn)和進(jìn)出站閘機(jī)的站廳；6號(hào)線位于負(fù)2層按側(cè)式站臺(tái)布置；3、7號(hào)線垂直于6號(hào)線在負(fù)3、4層分別按島式站臺(tái)布置，且3號(hào)線與7號(hào)線為同站臺(tái)換乘[8]。香港路站總面積約5.35萬(wàn)m2，共有40部扶梯，16部樓梯。

2.2 客流流線

香港路站2019年日均集散量7萬(wàn)人次，換乘客流超10萬(wàn)人次。換乘站的扶梯和安檢處為主要的客流瓶頸區(qū)域[9]。對(duì)立體化換乘站來(lái)說(shuō)，樓梯和通道的利用率較小，扶梯是最主要的走行通道。故本文將扶梯和安檢點(diǎn)作為流線優(yōu)化的重點(diǎn)。

將6號(hào)線金銀湖公園方向線路及站臺(tái)所在的車站側(cè)定義為車站A端，東風(fēng)公司方向線路及站臺(tái)所在的車站側(cè)為B端。將車站付費(fèi)區(qū)樓扶梯依次編號(hào)見(jiàn)圖1，其中色塊區(qū)域是客流擁堵區(qū)域。

圖1 香港路站平面圖

圖2中，F(xiàn)2、F5及F6扶梯同時(shí)承載換乘和進(jìn)出站客流，客流壓力較大；F7扶梯距離6號(hào)線站臺(tái)較遠(yuǎn)，乘客換乘需要穿行整側(cè)付費(fèi)區(qū)，故進(jìn)出站客流和換乘客流存在流線交叉。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，高峰時(shí)段的安檢排隊(duì)隊(duì)列較長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，香港路站客流流線存在以下問(wèn)題：

圖2 香港路流線走行示意圖

1) 換乘流線和進(jìn)出站流線沖突。車站扶梯未能形成方向單一獨(dú)立的路徑；換乘流線和進(jìn)出站流線共用扶梯，導(dǎo)致流線交叉、擁堵嚴(yán)重；車站標(biāo)志引導(dǎo)難度較大，增加乘客走行時(shí)間。

2) 設(shè)備利用率不均衡。部分扶梯承載功能過(guò)多，高峰時(shí)段乘客排隊(duì)時(shí)間較長(zhǎng)；部分扶梯承載功能少，其設(shè)備利用率低。

3) 高峰時(shí)段安檢點(diǎn)較為擁堵。車站兩端站廳僅各有1處安檢點(diǎn)，不能滿足高峰時(shí)段的安檢需求；A端安檢點(diǎn)與客服中心距離較遠(yuǎn)，不便于乘客處理票卡故障。

3 流線優(yōu)化措施

3.1 邏輯層流線優(yōu)化設(shè)計(jì)

應(yīng)用流程再造法，以乘客需求為出發(fā)點(diǎn)，以高效現(xiàn)場(chǎng)管理為目標(biāo)，使用ECRS法進(jìn)行流程優(yōu)化[10]。所謂ECRS，指“取消(Eliminate)-合并(Combine)-重排(Rearrange)-簡(jiǎn)化(Simplify)”。流程再造法是對(duì)流程活動(dòng)環(huán)節(jié)及活動(dòng)連接關(guān)系的具體再造方法，是國(guó)際流行的管理理念和方法，可應(yīng)用在運(yùn)輸領(lǐng)域的運(yùn)營(yíng)管理和運(yùn)營(yíng)組織中。

邏輯層流線優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程為：

1) 正確分析乘客需求。進(jìn)站乘客和換乘乘客的最大需求是以最便捷的方式、最短的時(shí)間到達(dá)站臺(tái)，故應(yīng)在有限的條件下盡可能降低流線沖突點(diǎn)，以減少乘客的走行時(shí)間。

2) 對(duì)乘客乘車流程進(jìn)行分析。對(duì)于運(yùn)營(yíng)單位來(lái)說(shuō)，主要需權(quán)衡運(yùn)營(yíng)成本、服務(wù)質(zhì)量及客流控制措施等3方面：提升服務(wù)質(zhì)量是運(yùn)營(yíng)的總要求；一方面，要考慮到運(yùn)營(yíng)成本，盡可能減少不必要的人力支出和設(shè)備支出；另一方面，要兼顧到特殊情況的客流控制。對(duì)于乘客而言，最重要的是舒適、便捷的乘車體驗(yàn)，最短的出行時(shí)間。 因此，應(yīng)盡可能發(fā)揮有限的設(shè)備功能，提升利用率。

3) 使用ECRS方法進(jìn)行邏輯層流線再造。再造后的A端站廳乘客流線邏輯如圖3所示。對(duì)于進(jìn)站的乘客，進(jìn)站前的瓶頸點(diǎn)是安檢點(diǎn)及進(jìn)站閘機(jī)位置。為盡可能讓乘客方便快捷地通過(guò)安檢，應(yīng)采取以下措施：進(jìn)站閘機(jī)應(yīng)設(shè)置在靠近客服中心一側(cè)，以便于乘客處理票卡故障；應(yīng)精簡(jiǎn)乘客進(jìn)站后的客流流線，以提升通行效率。

圖3 A端站廳客流流線再造示意圖

3.2 流線優(yōu)化方案

香港路站的客流流線優(yōu)化方案如圖4所示。其中，香港路站A端的客流流線優(yōu)化方案為：

圖4 香港路站流線優(yōu)化示意圖

1) 在負(fù)4層，引導(dǎo)進(jìn)出站乘客通過(guò)F3及F4扶梯走行，減少換乘客流和進(jìn)出站客流的交叉，進(jìn)而提高F2扶梯的雙向換乘效率。

2) 將F1及F2扶梯作為換乘專用扶梯，將F1扶梯設(shè)置為負(fù)3層和負(fù)4層的通用扶梯。在F2扶梯擁堵嚴(yán)重時(shí)，去往負(fù)4層的部分乘客可先經(jīng)由F1扶梯前往負(fù)3層，再由F4扶梯前往負(fù)4層，避免出現(xiàn)在F2扶梯處排隊(duì)擁堵、而F1扶梯空閑的情況。

3) 將安檢機(jī)由單通道改為雙通道，提升安檢點(diǎn)的乘客通行能力。

4) 將安檢機(jī)位置移至客服中心一側(cè)，便于乘客處理票卡故障。

香港路站B端的客流流線優(yōu)化方案為：

1) 將F6扶梯作為負(fù)4層進(jìn)出站乘客的專用扶梯；將F5扶梯由雙上運(yùn)行更改為一上一下運(yùn)行，作為負(fù)4層與負(fù)2層之間換乘乘客的專用扶梯，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)出站流線和換乘流線分離，減少客流擁堵，提升F5扶梯進(jìn)出站效率及F6扶梯雙向換乘的通行效率。

2) F7扶梯功能不變；將S2樓梯限制為上行單方向通行，便于負(fù)3層乘客換乘至負(fù)2層，減少F7扶梯的客流壓力，并減少負(fù)3層與負(fù)2層之間換乘客流在站廳的流線沖突，進(jìn)而提升負(fù)3層3、7號(hào)線乘客換乘至6號(hào)線的通行效率。

3) 將安檢機(jī)由單通道改為雙通道，以提升安檢點(diǎn)乘客通行能力。

4 流線優(yōu)化方案的效果評(píng)價(jià)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施及高峰期客流情況，設(shè)定各流程參數(shù)，運(yùn)用構(gòu)建模型對(duì)下面4條流線進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算：L1為A端進(jìn)站去往負(fù)4層客流流線，其走行時(shí)間為t1；L2為A端6號(hào)線換乘負(fù)4層客流流線，其走行時(shí)間為t2；L3為B端6號(hào)線換乘負(fù)4層客流流線，其走行時(shí)間為t3；L4為B端負(fù)3層換乘6號(hào)線客流流線，其走行時(shí)間為t4。

首先收集需要的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 流線計(jì)算參數(shù)表

計(jì)算流線優(yōu)化前的走行時(shí)間，并與實(shí)測(cè)值對(duì)比，如表2所示。

表2 流線優(yōu)化前的走行時(shí)間

從表2可以看出，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的誤差均小于10%。這證明乘客走行時(shí)間模型實(shí)用性較高，流線優(yōu)化評(píng)價(jià)方法具有普遍適用性。

通過(guò)優(yōu)化后的各項(xiàng)參數(shù)，可進(jìn)一步得到優(yōu)化前后的乘客走行時(shí)間對(duì)比如表3所示。

表3 流線優(yōu)化前后走行時(shí)間計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

由表3可知，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，香港路站的客流流線交叉沖突點(diǎn)得到疏解，設(shè)備利用率進(jìn)一步均衡，乘客走行時(shí)間顯著縮短，流線優(yōu)化措施切實(shí)可行。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施應(yīng)用，效果良好。

5 結(jié)論

客流流線設(shè)計(jì)是城市軌道交通換乘站設(shè)計(jì)中最為重要的環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)開(kāi)展充分論證，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。立體化換乘站在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，應(yīng)采用運(yùn)營(yíng)前置的理念，以避免設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)的脫節(jié)。在換乘站投入運(yùn)營(yíng)后，設(shè)計(jì)單位應(yīng)積極與運(yùn)營(yíng)單位開(kāi)展溝通，進(jìn)一步提高換乘站客流流線設(shè)計(jì)水平[11]。對(duì)于運(yùn)營(yíng)單位而言，隨著車站客流形態(tài)的變化，其客流流線組織應(yīng)隨之不斷優(yōu)化。

本文以武漢軌道交通香港路站為例，開(kāi)展換乘站客流流線優(yōu)化研究，總結(jié)了運(yùn)營(yíng)后軌道交通換乘站的流線優(yōu)化方法，提出了具有適用性的流線優(yōu)化流程和流線時(shí)間計(jì)算模型，并以香港路站為例進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，優(yōu)化流程和計(jì)算模型具有可行性和參考性。流程再造法作為一種流線優(yōu)化思考模式的新選擇，在本案例中得到成功應(yīng)用。