基于數(shù)據(jù)分析的地鐵客運(yùn)組織等級(jí)劃分研究

常 利

(天津津軌商業(yè)管理有限公司，天津 300051)

隨著人們對(duì)出行質(zhì)量要求的不斷提高，地鐵以準(zhǔn)時(shí)性、安全性及舒適性的特點(diǎn)成為城市內(nèi)部出行的首選工具。根據(jù)車站的客流情況，分析車站存在的關(guān)鍵控制點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)客運(yùn)組織等級(jí)合理劃分，并針對(duì)不同等級(jí)采取不同措施，能有效提升車站的整體服務(wù)水平，降低大客流情況下存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)提高乘客出行的舒適性具有重要意義。

國內(nèi)對(duì)于車站客流預(yù)測以及設(shè)施適應(yīng)性分析方面進(jìn)行了大量研究。周瑋騰以最小的費(fèi)用成本支出和最高的運(yùn)營效益，解決進(jìn)站擁擠問題和閘機(jī)口通過率問題，并以北京地鐵西直門站為研究實(shí)例，進(jìn)行了細(xì)致的客流進(jìn)站排隊(duì)模型和成本優(yōu)化分析[1]。南海超等通過調(diào)查成都市客流到達(dá)規(guī)律，結(jié)合《上海市地鐵車站行人設(shè)施服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)初探》中設(shè)置的服務(wù)水平，建立了行人系統(tǒng)仿真模擬，對(duì)通道通過能力與服務(wù)水平進(jìn)行了初步的探討[2]。針對(duì)車站服務(wù)設(shè)施的適應(yīng)性，賈洪飛等基于行人流特征與樞紐內(nèi)部設(shè)施服務(wù)狀態(tài)的特征分析，確定了各類設(shè)施的能力測度方法，并利用仿真系統(tǒng)分別對(duì)單一設(shè)施和整體設(shè)施進(jìn)行了設(shè)施能力的個(gè)體適應(yīng)性和整體適應(yīng)性分析[3]。李明華則提出了樞紐步行設(shè)施適應(yīng)性分析方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[4]。饒雪平利用經(jīng)典的排隊(duì)論理論，通過固定的樓扶梯輸入率和輸出率，簡化了排隊(duì)論模型，得出了一些客運(yùn)延時(shí)的指標(biāo)公式，為更加清晰地了解車站樓梯和自動(dòng)扶梯的乘客延時(shí)狀況提供了一定的理論依據(jù)[5]。

國內(nèi)外的相關(guān)研究多利用客流預(yù)測得出的數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行評(píng)價(jià)，并未采取實(shí)際措施應(yīng)對(duì)不同設(shè)備設(shè)施之間不匹配的情況。本文以天津地鐵營口道站為例，通過對(duì)客流進(jìn)行分析，計(jì)算車站設(shè)施的通行能力，在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)營口道地鐵站客運(yùn)組織等級(jí)進(jìn)行劃分，得出營口道站分級(jí)客流組織方案，切實(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，解決不同客流情況下的乘客積壓和車站擁堵問題。

1 營口道站客流分析

營口道站位于天津市和平區(qū)營口道與南京路交口，是地鐵1、3號(hào)線換乘站，目前開放7個(gè)出入口(A，B1，B3，C1，C2，C3，D)，周圍為商業(yè)集中區(qū)，客流以購物出行人員、學(xué)生和換乘客流為主。目前營口道站日均客流在8萬人次左右(不包括換乘)，約占整條線路客流的20%，由于營口道站建筑面積較小，由此造成的安全風(fēng)險(xiǎn)較為突出。圖 1為營口道站站形圖。

圖1 營口道站站形圖

1.1 車站日?？土鞣治?/h3>

選取2019年11月14日(星期五)營口道站日?？土鲾?shù)據(jù)，分析結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，在工作日內(nèi)客流特征呈現(xiàn)“雙峰型”，其中早高峰時(shí)段為8:00—10:00，此時(shí)段出站客流較大；晚高峰時(shí)段為17:00—19:00，此時(shí)段進(jìn)站客流較大；5:00—15:00出站客流大于進(jìn)站客流，15:00—24:00進(jìn)站客流大于出站客流，其他時(shí)段客流情況較為平穩(wěn)。出站客流每個(gè)時(shí)段約比進(jìn)站客流多4 000人左右，并且以17:00—18:00這段時(shí)間最為突出。

圖2 營口道站日?？土髑闆r

1.2 車站節(jié)假日客流分析

選取2019年11月16日(星期日)的客流數(shù)據(jù)，分析結(jié)果如圖3所示。根據(jù)計(jì)算，營口道站節(jié)假日客流量明顯高于工作日客流量。從9:00開始，出站客流明顯增加，且高于進(jìn)站客流，持續(xù)至16:00，進(jìn)站客流開始高于出站客流，且持續(xù)至22:00，進(jìn)站客流才明顯下降。此客流變化特點(diǎn)與乘客的購物休閑習(xí)慣基本吻合，說明營口道站16:00前乘坐地鐵前來購物的人較多，16:00后，購物后乘坐地鐵離開返程的人較多。從圖3中可以看出，節(jié)假日期間，營口道站進(jìn)出站高峰期持續(xù)較長，因此，有必要對(duì)其進(jìn)行合理有效的客運(yùn)組織。

2 車站設(shè)施通行能力計(jì)算

2.1 車站出入口通行能力

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，計(jì)算車站出入口通行能力如表1所示。

表1 車站出入口通行能力計(jì)算表

2.2 車站安檢通行能力

由于安檢門的限制，目前C1、D口的安檢通道只能為單機(jī)單通道。表2為車站安檢通行能力。

2.3 車站自動(dòng)售檢票系統(tǒng)(AFC)能力

根據(jù)營口道站早高峰進(jìn)站閘機(jī)能力數(shù)據(jù)，實(shí)際測得通過閘機(jī)的平均速度為每人3 s。表3為車站進(jìn)出站閘機(jī)通過能力。

3 車站現(xiàn)狀通行能力匹配分析

3.1 匹配方法

車站通行能力的匹配指的是設(shè)施與設(shè)施之間的匹配。通行能力匹配體現(xiàn)了相鄰設(shè)施之間的匹配程度，具體表現(xiàn)為客流在兩者之間區(qū)域的積滿時(shí)間的大小，簡稱“區(qū)域積滿時(shí)間”。區(qū)域積滿時(shí)間越長，設(shè)施間的適應(yīng)性越好，否則容易在短時(shí)間內(nèi)造成客流堆積，形成關(guān)鍵控制點(diǎn)。以往的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式如下：

(1)

式中：T1——區(qū)域積滿時(shí)間，s；

D——相鄰設(shè)施之間區(qū)域容納人數(shù)，取容積率為4人/m2；

Q1——區(qū)域入口通行能力，人次/h；

Q2——區(qū)域出口通行能力，人次/h。

針對(duì)不同的設(shè)施，具體有以下3種匹配情況。

(1) 換乘扶梯與列車落客量的匹配。

(2)

式中：T2——換乘扶梯上行/下行區(qū)域積滿時(shí)間，s；

Q3——3號(hào)線換乘1號(hào)線下行/上行的速率，人次/h；

Q4——3號(hào)線和1號(hào)線上行/下行單位時(shí)間出站人數(shù)，人次/h；

Q5——扶梯通行能力，扶梯實(shí)際通行能力取理論值的45%，人次/h。

(2) 出入口通道與進(jìn)出站樓扶梯的匹配。

當(dāng)客流較小，乘客僅乘坐扶梯時(shí)：

(3)

式中：T3——出入口通道積滿時(shí)間，s；

Q6——安檢通行速度，人次/h。

當(dāng)客流較大，乘客選擇扶梯或樓梯時(shí)：

(4)

Q7——樓梯通行能力，大客流情況下樓梯實(shí)際通行能力取理論值的70%，人次/h。

(3) 站外區(qū)域與進(jìn)出站樓扶梯的匹配。

(5)

式中：T4——站外積滿時(shí)間，s。

3.2 營口道站通行能力匹配

通過以上方法，計(jì)算出各區(qū)域的積滿時(shí)間，進(jìn)而得出主要關(guān)鍵控制點(diǎn)：

(1) 換乘扶梯①。

依據(jù)客流情況，①號(hào)扶梯上行區(qū)域要承受7 345人次/h的輸送能力，每分鐘約123人，根據(jù)扶梯的運(yùn)送能力，需要在5.05 min內(nèi)疏散完畢，恰巧與3號(hào)線行車間隔基本一致。該區(qū)域的有效使用面積約為20 m2，因此該區(qū)域容積率將斷續(xù)式呈現(xiàn)100%，每次持續(xù)約4 min。

①號(hào)扶梯下行區(qū)域需要在4.5 min疏散完畢，略小于1號(hào)線行車間隔。該區(qū)域的有效使用面積約為5 m2，因此該區(qū)域容積率將持續(xù)呈現(xiàn)100%。

(2) C1出入口通道。

各出入口通道積滿時(shí)間見表4?？梢钥闯?，C1口積滿時(shí)間為27.5 s，最容易產(chǎn)生客流積壓，各出入口在一定時(shí)間內(nèi)均有可能出現(xiàn)客流積滿的情況。

表4 出入口通道積滿時(shí)間 s

(3) C2口站外、A口站外。

各出入口站外積滿時(shí)間見表5。可以看出，與其他出入口站外相比，C2口站外積滿時(shí)間為196 s，A口為260 s，易形成客流積壓。

表5 出入口站外積滿時(shí)間 s

4 車站客運(yùn)組織等級(jí)劃分

4.1 關(guān)鍵控制點(diǎn)分析

車站客運(yùn)組織的核心思想為各個(gè)點(diǎn)位的容積率，當(dāng)容積率達(dá)到100%(容積率4人/m2)時(shí)，升級(jí)為關(guān)鍵控制點(diǎn)。依據(jù)關(guān)鍵控制點(diǎn)的情況，進(jìn)行客運(yùn)組織等級(jí)的劃分。

由以上營口道站能力匹配分析結(jié)果可知，①號(hào)扶梯上下行區(qū)域、C1出入口、C2口站外、A口站外容積率易達(dá)到100%，根據(jù)客運(yùn)組織由內(nèi)至外的原則，安全風(fēng)險(xiǎn)管控點(diǎn)在站內(nèi)環(huán)節(jié)的均需要控制客流至站外，站外候車區(qū)域隨之升級(jí)為關(guān)鍵控制點(diǎn)。

由于營口道站進(jìn)出站客流較大，且換乘客流占車站總客流總數(shù)的44%左右，車站的換乘通道與3號(hào)線進(jìn)站通道重疊，車站內(nèi)可利用的有效面積較小，因此車站客運(yùn)組織等級(jí)劃分以常態(tài)化限流為基礎(chǔ)，在保障車站換乘客流有序的情況下，有序進(jìn)出站，遇進(jìn)出站大客流則調(diào)整出入口進(jìn)出方式，充分利用站外候車面積，控制進(jìn)站速度，保障車站內(nèi)人員有序流動(dòng)。

4.2 關(guān)鍵控制點(diǎn)升級(jí)時(shí)間分析

(1) 當(dāng)換乘通道積滿且任一出入口外限流(即出入口通道面積容積率達(dá)到100%)時(shí)，升級(jí)為二級(jí)客運(yùn)組織，即采取換向通道限流及出入口外限流措施。

(2) 當(dāng)升級(jí)為二級(jí)客運(yùn)組織后，車站內(nèi)多個(gè)出入口站外候車人數(shù)到達(dá)黃線位置(即站外有效候車面積容積率達(dá)到100%)，且通過引導(dǎo)至其他出入口無效時(shí)，升級(jí)為一級(jí)客運(yùn)組織，需采取出入口限制進(jìn)出且變化安檢效率進(jìn)行客流組織。

(3) 大客流情況下加車需求申請(qǐng)時(shí)機(jī)。

依據(jù)目前的行車安排，在工作日高峰期間，列車在轉(zhuǎn)換軌處于熱備狀態(tài)，進(jìn)路條件滿足的情況下，上線時(shí)間約為2 min。其余平峰時(shí)間，列車從段場準(zhǔn)備至轉(zhuǎn)換軌處于冷備狀態(tài)，1號(hào)線和3號(hào)線均需19 min。因此預(yù)計(jì)站外客流將持續(xù)T5以上時(shí)，則申請(qǐng)加車。

設(shè)需求加車時(shí)間為T5，其求解公式為：

T5=n×t

(6)

其中：

式中：T5——站臺(tái)積滿時(shí)間，s；

n——站臺(tái)積滿乘客列車趟數(shù)；

t——現(xiàn)行車間隔，s；

D1——站臺(tái)容納人數(shù)，人；

Q8——1號(hào)線、3號(hào)線換乘通道的通行能力，人次/h；

N——首趟列車甩客人數(shù)，人；

B——另外線路單個(gè)行車間隔換乘客流，人次。

則列車到達(dá)需求車站時(shí)間即列車熱備上線時(shí)間T6為：

T6=t1+t2+t3

(7)

式中：T6——列車熱備上線時(shí)間，s;

t1——段場出入站至需求車站時(shí)間；

t2——列車?yán)鋫滢D(zhuǎn)熱備時(shí)間；

t3——列車?yán)鋫滢D(zhuǎn)熱備時(shí)間，僅平峰時(shí)段列車處于冷備狀態(tài)時(shí)考慮。

當(dāng)T5

4.3 客運(yùn)組織等級(jí)劃分

根據(jù)營口道站關(guān)鍵控制點(diǎn)升級(jí)時(shí)間及申請(qǐng)加車時(shí)機(jī)，對(duì)營口道站客運(yùn)組織進(jìn)行了分級(jí)，進(jìn)而得出客運(yùn)組織等級(jí)劃分方法、啟動(dòng)條件及響應(yīng)措施(表6)。

表6 營口道站客運(yùn)組織等級(jí)

5 結(jié)論

本文以營口道地鐵站為例，利用營口道進(jìn)出站客流數(shù)據(jù)對(duì)進(jìn)出站相關(guān)設(shè)施通行能力進(jìn)行了計(jì)算。在此基礎(chǔ)上對(duì)車站設(shè)施進(jìn)行了能力匹配，找出關(guān)鍵控制點(diǎn)為換乘扶梯①、C1出入口通道、C2口站外、A口站外，以區(qū)域積滿時(shí)間為依據(jù)對(duì)其進(jìn)行有效控制，將車站客運(yùn)組織方案劃分為三級(jí)，并設(shè)定了不同等級(jí)下的啟動(dòng)條件、響應(yīng)措施。通過這種方法，可找出合理措施有效解決不同客流情況下的客流積壓問題。

通過對(duì)營口道站的分析，證明此種方法可以適用于地鐵換乘站，也可應(yīng)用于地鐵普通站，由于受客流的影響較小，也適用于運(yùn)營初期的地鐵站，具有一定的推廣意義。但對(duì)于相應(yīng)措施的合理性，還需要在今后的實(shí)踐中進(jìn)行嘗試研究。