西安地鐵換乘站設(shè)計影響因素分析及功能設(shè)計研究

宋 楊

(西安市軌道交通集團有限公司，710018，西安∥高級工程師)

換乘站是城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營的關(guān)鍵控制點，其服務(wù)水平直接關(guān)系到城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的運行效率。從北京、上海、廣州等超大城市的軌道交通線網(wǎng)運營狀況看，在線網(wǎng)逐步完善過程中，一些主要換乘站都出現(xiàn)了換乘客流增加以及車站規(guī)模和換乘設(shè)施能力同客流量不匹配的問題，致使后期對部分已運營的換乘車站結(jié)合周邊控制條件實施了改造。南京、成都、西安等城市的部分換乘站建成后不久，也出現(xiàn)了換乘客流量激增、客流量接近遠(yuǎn)期預(yù)測水平的現(xiàn)象，換乘站設(shè)施普遍呈現(xiàn)能力緊張的問題。因此，在設(shè)計階段對換乘站進行深入、系統(tǒng)的研究，設(shè)計出設(shè)施能力充足、換乘便捷和舒適安全的換乘車站十分必要。

1 西安地鐵換乘站概況

近年來，西安市軌道交通工程建設(shè)速度不斷加快，第一、二期建設(shè)規(guī)劃中的地鐵1—5號線、6號線一期及9號線已通車運營；第三期建設(shè)規(guī)劃線路正在全面建設(shè)，14號線于2021年6月底通車運營。一、二期建設(shè)規(guī)劃線路較少，換乘站共16座，換乘形式單一；三期建設(shè)規(guī)劃線路的實施將使換乘站達到37座，換乘站設(shè)計較為復(fù)雜。

2 西安地鐵既有換乘車站情況調(diào)研分析

目前，西安地鐵共有8條運營線路，運營里程為259 km，2021年二季度線網(wǎng)日均客流量為336.5萬人次，開通以來線網(wǎng)最高日客流量448萬人次(2021年5月)。目前全線網(wǎng)共有14座換乘站。

北大街站是1號線和2號線的換乘站，是西安地鐵的首座換乘站，為上側(cè)下島三層地下站。1號線和2號線通過中間的換乘樓梯實現(xiàn)雙向換乘。高峰期間，北大街站客流大，站內(nèi)擁堵現(xiàn)象比較嚴(yán)重。北大街站的高峰小時的進出站客流量約為3.2萬人次，節(jié)假日高峰小時的進出站客流量達4.0萬人次，日均客流量25萬人次左右。1號線換乘2號線需上至站廳，通過 “幾”字型鐵馬到2號線兩側(cè)樓扶梯處，通過樓梯換乘至2號線；運營公司將2號線站臺層中間區(qū)域設(shè)置為客流疏導(dǎo)區(qū)，排隊上車的客流疏導(dǎo)至站臺兩側(cè)候車。從整個布局來看，客流擁堵點主要存在于換乘樓扶梯上下基點和樓扶梯本身，在高峰時段目前通過限流手段來緩解擁堵。

二期建設(shè)規(guī)劃線路換乘站基本采用T型換乘。換乘站的站臺寬度：小寨站為13 m，大雁塔站為16 m，五路口站和通化門站等其他站為14 m。兩線站臺換乘節(jié)點間距離的大小對換乘客流的疏導(dǎo)能力有很大影響，大雁塔站3號線和4號線的站臺換乘節(jié)點間的距離為8 m，小寨站2號線和3號線的站臺換乘節(jié)點處基本貼合。目前已對通化門站(1號線與3號線換乘)和大雁塔站的換乘節(jié)點區(qū)域均進行了放大處理。目前小寨站高峰時段站內(nèi)較為擁堵(預(yù)測初期2018年高峰小時客流量約為1.90萬人次，2018年1月實際客流量為2.64萬人次，遠(yuǎn)大于預(yù)測客流)，其余換乘站高峰時段的客流組織較為有序。

因線網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整，將南稍門站由原標(biāo)準(zhǔn)站改造成了換乘站。主要改造措施為：擴建既有換乘廳，在既有站臺至站廳增加一組扶梯，設(shè)置雙通道單向換乘，換乘通道內(nèi)增加扶梯數(shù)量等。南稍門站高峰時期的運行狀況較好。

3 換乘車站設(shè)計影響因素及其應(yīng)對策略

3.1 換乘車站網(wǎng)絡(luò)功能定位及分級標(biāo)準(zhǔn)

換乘車站的規(guī)模一定程度上取決于線路本身的定位。西安地鐵換乘站分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。根據(jù)換乘車站分級標(biāo)準(zhǔn)，確定站臺寬度、建筑空間、樓扶梯和通道的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

表1 西安地鐵換乘站分級標(biāo)準(zhǔn)表

從實際運營看，隨著線網(wǎng)密度增大和客流量逐步提高，早期換乘站的站臺就顯得偏小、應(yīng)對風(fēng)險能力較低。線網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整后，需將部分標(biāo)準(zhǔn)站改為換乘站，因原標(biāo)準(zhǔn)站站臺偏小且未預(yù)留換乘條件，因此需通過改造方式實現(xiàn)換乘。雖然后期規(guī)劃建設(shè)的線路規(guī)模比前期規(guī)劃建設(shè)的線路規(guī)模大，但實際換乘效果好于前期的。

3.2 車站建設(shè)時序

1) 與已運營線路換乘：對擬建線路的影響，主要取決于已運營車站是否預(yù)留換乘條件。若已預(yù)留，則根據(jù)預(yù)留條件采用節(jié)點換乘或通道換乘；若未預(yù)留，則需要對已運營車站進行改造，使其滿足換乘條件。

2) 與在建線路換乘：對擬建線路的影響，主要是需根據(jù)預(yù)留條件選擇換乘節(jié)點或者是否同期實施。

3) 與同一建設(shè)規(guī)劃期內(nèi)的線路換乘：主要是根據(jù)線網(wǎng)建設(shè)時序及路由穩(wěn)定情況，在條件允許的情況下，預(yù)留換乘節(jié)點或者同期實施，以避免造成換乘功能水平的降低。

4) 與非同一建設(shè)規(guī)劃期內(nèi)的線路換乘：主要是需根據(jù)線網(wǎng)穩(wěn)定條件及交織形式，判斷遠(yuǎn)期線路路由是否穩(wěn)定。若路由不穩(wěn)定，為避免工程廢棄，則采用通道換乘，預(yù)留節(jié)點換乘條件；若路由相對較穩(wěn)定，預(yù)留換乘節(jié)點。

3.3 客流規(guī)模風(fēng)險與對策

客流預(yù)測對車站規(guī)模起決定性作用，因此要充分估計客流規(guī)模風(fēng)險。會對運營產(chǎn)生較大沖擊的風(fēng)險源主要包括大型交通樞紐的轉(zhuǎn)乘、大規(guī)模集體活動、大規(guī)模假日休閑活動、人口高密度功能區(qū)、線網(wǎng)建設(shè)時序以及換乘站運能不匹配。相應(yīng)的應(yīng)對對策如下：

1) 車站規(guī)模及站臺寬度首先應(yīng)滿足換乘站分級標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)施設(shè)備和公共空間的匹配及預(yù)留應(yīng)滿足一定客流規(guī)模的需求。

2) 在進行換乘站規(guī)模設(shè)置和設(shè)施設(shè)備能力驗算時，除考慮控制時期運能匹配及各線運能外，還應(yīng)考慮將兩列列車同時到站情況作為驗算的基礎(chǔ)條件。

3) 在和已運營車站或已實施車站進行換乘時，應(yīng)將運營車站運營時期的客流量作為換乘站設(shè)計或運營車站改造的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并結(jié)合遠(yuǎn)期客流數(shù)據(jù)進行綜合分析，在此基礎(chǔ)上明確車站規(guī)模和其他重要節(jié)點的能力。

4) 建議在車站建筑設(shè)計中增加客流規(guī)模風(fēng)險分析，并采用可靠的設(shè)計方法，提出合理的運營組織建議。在此基礎(chǔ)上形成全線網(wǎng)風(fēng)險評估報告，以此作為行車組織設(shè)計與建設(shè)計劃決策的參考依據(jù)。

3.4 周邊控制因素

城市建設(shè)是立體、全面展開的，換乘站的設(shè)計需要與城市規(guī)劃、地下空間開發(fā)以及周圍的地形條件相協(xié)調(diào)。換乘形式的選擇受多種因素影響，包括規(guī)劃條件、道路概況、工程地質(zhì)水文條件、地下地上構(gòu)筑物與管線等，因此選擇換乘形式時，要充分考慮上述因素，堅持與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展相協(xié)調(diào)。

換乘站站位優(yōu)先選擇商業(yè)、住宅和市政服務(wù)設(shè)施地塊(客運站、醫(yī)院和展館等)，盡量避開軍事用地和文物保護用地。首先考慮在主要道路路口設(shè)站，便于交通接駁；并優(yōu)先考慮跨路口站位的可實施性，以兼顧各個象限客流。

3.5 換乘站改造

由于城市發(fā)展及線網(wǎng)規(guī)劃的完善，導(dǎo)致既有車站功能無法滿足現(xiàn)狀客流需求。如：站臺寬度較小，車站樓扶梯或換乘樓扶梯設(shè)施設(shè)備能力不足，尤其是不能滿足近期車站疏散要求；車站公共空間較為狹小，不能滿足現(xiàn)狀客流疏導(dǎo)要求；或因線網(wǎng)調(diào)整，已建成的標(biāo)準(zhǔn)站變換乘站后，因原標(biāo)準(zhǔn)站未預(yù)留換乘條件，無法實現(xiàn)換乘功能等。以上情況，均需要對既有車站進行改造或功能提升。

3.5.1 改造車站的總體原則

根據(jù)既有車站周邊規(guī)劃，研究客流規(guī)模和流向；研究車站現(xiàn)狀，梳理存在問題，提出解決方案；應(yīng)對客流增長，增加疏散設(shè)施，保障運營安全；結(jié)合運營現(xiàn)狀，合理組織實施，避免運營風(fēng)險。

3.5.2 改造車站注意事項

改造前應(yīng)對既有站進行分析(站臺寬度、樓扶梯能力、閘機能力和改造工作量等)，驗證換乘的可行性和可適性。改造方案對既有線各系統(tǒng)專業(yè)設(shè)計均有較大的調(diào)整，需協(xié)調(diào)既有線運營方對設(shè)計調(diào)整予以確認(rèn)，并建議結(jié)合運營實際情況組織專項設(shè)計、實施方案評審和安全風(fēng)險評估。車站改造量因站而異，但改造過程均會對既有線運營造成一定影響，因此，在改造工程的實施期間，需保證既有線的運營，但不排除個別系統(tǒng)倒接期間會對運營造成一定的影響，運營單位需提前做好應(yīng)急預(yù)案。

3.5.3 改造車站重點問題分析

1) 消防標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)GB 51298—2018年《地鐵設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》的要求，車站擴建工程的消防應(yīng)滿足該標(biāo)準(zhǔn)的要求；對于改建工程，其消防可以根據(jù)項目的實際情況進行分析，有困難的可以執(zhí)行老標(biāo)準(zhǔn)，但需要征得本市消防部門的認(rèn)可，并應(yīng)制定改造期間的消防專項預(yù)案。

考慮目標(biāo)加速及轉(zhuǎn)彎影響，目標(biāo)運動模型選擇三維協(xié)同轉(zhuǎn)彎模型(3DCSCT)、擴維勻速直線運動模型(CV)，3DCSCT相應(yīng)的過程噪聲Q(ω)參見文獻[10]。

2) 風(fēng)險評估及對策：地鐵改造工程相對復(fù)雜，社會影響大，因此在進行地鐵車站改造時應(yīng)進行必要的風(fēng)險分析和評估工作。從項目前期、施工和運營等各個階段可能對外產(chǎn)生的負(fù)面影響，全面、動態(tài)和全程識別判斷可能影響項目總體目標(biāo)順利實現(xiàn)的各種風(fēng)險因素。

3.5.4 結(jié)構(gòu)安全及施工措施

1) 施工圍擋：為減少與運營接口時對運營的干擾，接駁施工時需要在接口部位設(shè)置圍擋。

2) 墻體破除：在破除區(qū)域搭設(shè)防塵網(wǎng)布，安裝排風(fēng)筒，防止破除時的灰塵及電焊煙霧流入運營區(qū)域內(nèi)。

3) 中板開洞：在站內(nèi)中板開洞范圍內(nèi)搭設(shè)施工圍擋，設(shè)立施工警戒區(qū)域，防止無關(guān)人員進入施工區(qū)域；在破除區(qū)域處搭設(shè)防塵網(wǎng)布，安裝排風(fēng)筒，防止破除時的灰塵及電焊煙霧流入運營區(qū)域內(nèi)。

4) 設(shè)備改造及置換：為保證改造期間的運營安全與設(shè)備運轉(zhuǎn)，主要設(shè)備設(shè)施可以遵循以舊換新、先建再拆的改造原則。

3.6 換乘站的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)已運營一、二期規(guī)劃線路換乘站存在的站臺偏小和設(shè)施能力不足等問題，結(jié)合車站的網(wǎng)絡(luò)功能定位及分級標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)提高了三期線路換乘站的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。本文以西安地鐵線網(wǎng)中唯一一條環(huán)線8號線(共設(shè)18座換乘站)為例進行分析，設(shè)計規(guī)模采用如下標(biāo)準(zhǔn)：

1) 站臺寬度：采用節(jié)點換乘的車站，其站臺寬度不小于14 m；采用通道換乘的車站，可根據(jù)不同的換乘量及客流量確定站臺寬度，一般不小于13 m，島式站臺側(cè)站臺寬度不小于3 m。

2) 建筑空間：根據(jù)提高空間舒適度的原則，換乘站的空間高度標(biāo)準(zhǔn)與一般車站的相比應(yīng)適當(dāng)放大。公共區(qū)樓梯寬度單向樓梯凈寬不小于1.8 m，雙向樓梯凈寬不小于2.4 m；T型和L型島式換乘站節(jié)點處的臺臺換乘樓梯總凈寬不小于5.6 m，樓梯下端距站臺門端門的距離不小于6 m；換乘通道的寬度應(yīng)根據(jù)客流控制期高峰小時換乘客流量計算確定，單向換乘通道裝修后最小凈寬不小于5 m，雙向換乘通道裝修后最小凈寬不小于10 m。

通過提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，滿足人性化設(shè)計，使車站設(shè)施能力與換乘客流量相互匹配，實現(xiàn)換乘便捷和舒適。

3.7 換乘站功能評價

換乘站功能評價的有力手段為動態(tài)客流仿真模擬，在充分分析客乘規(guī)模和周邊規(guī)劃等因素，研究換乘乘客心理和行為特性的基礎(chǔ)上，兼顧換乘安全性、便捷性和舒適度等要求，同時把握換乘客流非靜態(tài)和非均衡，而是存在時間和方向上的不均衡性和短時沖擊性等特點，對換乘站的設(shè)計方案及服務(wù)水平進行綜合評價。

客流模擬可以初步驗證方案的站臺大小、擁堵點及設(shè)施能力等是否滿足要求。在三期線路中，換乘站均采用“仿真模擬驗證—方案優(yōu)化—再次模擬驗證”的方式調(diào)整和優(yōu)化方案，確保換乘功能最優(yōu)。

4 三期線路換乘站設(shè)計實例

以科技六路站的設(shè)計為例，該站是地鐵6號線、8號線和11號線的三線換乘站，設(shè)置在高新區(qū)唐延路、高新路和科技六路相匯處。周邊規(guī)劃主要以商業(yè)用地、公共綠地以及居住用地為主。該站的6號線車站為地下三層島式，站臺寬度為12 m，滿足6節(jié)B型車編組列車需求，已先期實施；該站8號線車站為地下三層島式，站臺寬度為16 m，滿足6節(jié)A型車編組列車需求；該站11號線車站為地下兩層島式，站臺寬度為14.5 m，滿足6節(jié)A型車編組列車需求，與該站8號線車站的土建同期實施。

科技六路站采用8號線和11號線兩線同期實施的方案，8號線站臺寬度為16 m，換乘節(jié)點處兩線站臺脫開距離達15 m，同時在鄰近換乘節(jié)點的第一組樓扶梯與結(jié)構(gòu)柱之間留出通行空間。8號線及11號線站臺寬度和空間高度設(shè)計均高于一般換乘站；換乘方式采用扶梯，提高了換乘標(biāo)準(zhǔn)。

科技六路站站廳層換乘關(guān)系如圖1所示。對初步方案進行動態(tài)客流模擬驗證，針對存在問題先后進行了6次“方案優(yōu)化—再次模擬驗證”的反復(fù)調(diào)整過程(結(jié)果如圖2所示)，提出將該站6號線車站南端樓扶梯由兩扶梯一樓梯改為三扶梯，南側(cè)欄桿外擴，增加中部樓扶梯設(shè)施；將該站8號線車站進站閘機移到中間兩部扶梯之間；該站11號線車站中部樓梯開口改為向西開；擴大該站6號線與11號線站廳相交拐角處區(qū)域，形成切角，增大通行空間。最終的實施方案實現(xiàn)了設(shè)施能力充足、換乘便捷舒適的目標(biāo)，達到換乘方案最優(yōu)。

圖1 科技六路站站廳層換乘關(guān)系

圖2 多輪方案優(yōu)化后的科技六路站客流模擬密度圖

5 結(jié)論

1) 在前期設(shè)計中，應(yīng)預(yù)留換乘站設(shè)備設(shè)施能力。應(yīng)增加換乘站客流規(guī)模風(fēng)險分析，基于此提出合理的控制客流風(fēng)險的運營組織建議，并形成全線的風(fēng)險評估報告，作為行車組織設(shè)計與建設(shè)計劃決策的參考依據(jù)。

2) 通過對換乘站公共區(qū)空間布局形式進行驗算，確定了換乘站基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和客流組織原則。通過客流模擬對設(shè)計方案進行初步驗證，在設(shè)計階段提前預(yù)警可能出現(xiàn)的運營風(fēng)險，進而對線路的運力配置、運營組織甚至線網(wǎng)規(guī)劃提出相應(yīng)要求。

3) 既有線改造會對已運營線路造成一定影響，且改造過程中存在較大風(fēng)險，費用也較高。因此，在預(yù)留車站換乘條件方面，應(yīng)有一定的前瞻性與包容性，以盡量減少后期改造工程。關(guān)于將標(biāo)準(zhǔn)站改造為換乘站，本文明確了改造理念、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、總體原則、土建改造及設(shè)備改造需要注意的問題，對后續(xù)線路涉及的車站改造有一定的指導(dǎo)意義。