成都市大運(yùn)會(huì)期間地鐵大客流特性研究與組織方案優(yōu)化＊

何佳原，臧佳鈺，林穎馨，陳子豪，胡致遠(yuǎn)

（1.西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031；2.西南交通大學(xué)計(jì)算機(jī)與人工智能學(xué)院，四川 成都 610031）

大型活動(dòng)舉行期間，政府常采用對(duì)小汽車交通加以限制，公共交通主導(dǎo)的交通模式。但在體育場(chǎng)館、會(huì)展中心和商業(yè)中心等場(chǎng)所及其附近的城市軌道交通，其客流需求可能遠(yuǎn)超于原設(shè)計(jì)的城市交通系統(tǒng)能力，部分線路車廂擁擠、超負(fù)荷運(yùn)行，車站客流擠壓、候車滯留，給原本主要用于通勤、通學(xué)的城市軌道交通設(shè)施設(shè)備與運(yùn)營(yíng)管理帶來(lái)巨大的考驗(yàn)，給乘客出行帶來(lái)不便，導(dǎo)致客流疏散效率低下，甚至產(chǎn)生安全隱患。

目前，對(duì)地鐵大客流的分析研究較為豐富，但缺乏針對(duì)性和系統(tǒng)性的闡述，研究角度不夠全面。因此，本文以2023 年7 月開(kāi)幕的成都市大運(yùn)會(huì)為例，從時(shí)間和空間2 個(gè)構(gòu)面對(duì)客流特性展開(kāi)分析，并據(jù)此對(duì)城市軌道交通客流組織方法進(jìn)行總結(jié)，為成都大運(yùn)會(huì)城市軌道交通的客流疏散提供思路。

1 城市軌道交通活動(dòng)散場(chǎng)大客流產(chǎn)生原因

大客流的產(chǎn)生具有連續(xù)性和擴(kuò)散性。在活動(dòng)賽事結(jié)束后的一段時(shí)間內(nèi)，散場(chǎng)乘客大量涌入，當(dāng)列車運(yùn)能飽和時(shí)，站臺(tái)乘客發(fā)生滯留，造成站臺(tái)滯留乘客和不斷進(jìn)站乘客的客流疊加和加速聚集，導(dǎo)致站外乘客進(jìn)站緩慢。同時(shí)，該站的上下車乘客形成交叉相互干擾，與之伴隨的是乘客乘降效率的降低和留乘現(xiàn)象?？梢?jiàn)大客流的產(chǎn)生和傳播是一個(gè)連續(xù)性過(guò)程。

此外，站臺(tái)擁擠使屏蔽門(mén)和車門(mén)夾人夾物的風(fēng)險(xiǎn)增加，若車門(mén)因此彈開(kāi)，將無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)關(guān)閉，列車出發(fā)延誤，使同方向列車的行車間隔增加。對(duì)下一站乘客而言，列車到達(dá)延誤，導(dǎo)致線路中其他車站產(chǎn)生客流聚集，路網(wǎng)輸送能力下降。如圖1 所示，大客流在路網(wǎng)中呈現(xiàn)線性或網(wǎng)絡(luò)性傳播[1]。

圖1 大型活動(dòng)散場(chǎng)客流傳播原理

2 城市軌道交通大客流的基本特性

2.1 大型活動(dòng)賽事大客流結(jié)構(gòu)組成

在大型活動(dòng)賽事的散場(chǎng)客流中，不同的賽事活動(dòng)類別對(duì)不同的人群類型吸引程度不同，從而產(chǎn)生客流結(jié)構(gòu)的差異。就性別和年齡而言，譬如體育賽事的舉辦會(huì)吸引更多男性觀眾，演唱會(huì)、音樂(lè)會(huì)等娛樂(lè)表演更吸引女性觀眾；相比于老年人，游園活動(dòng)參與人員中兒童和青少年占比更高。研報(bào)指出，青年群體（15～34 歲）在體育賽事現(xiàn)場(chǎng)觀眾中占比大約在60%[2]，最高甚至達(dá)到75%，而老年群體占比極小。乘客年齡的差異決定個(gè)體出行速度和行為，從而影響客流行進(jìn)速率，最終影響散場(chǎng)大客流的疏散。

類似上海世博會(huì)、成都大運(yùn)會(huì)等國(guó)際性大型活動(dòng)，其引發(fā)的大客流結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，乘客擁有不同國(guó)家文化背景，年齡跨度大，且對(duì)車站的不熟悉度更高，則大客流運(yùn)輸組織預(yù)案制定時(shí)應(yīng)考慮其客流行進(jìn)速度低于常態(tài)客流。

2.2 大型活動(dòng)賽事大客流出行特征

對(duì)于大型活動(dòng)的到達(dá)客流和散場(chǎng)客流，乘客出行具有明確的目的性，且大型活動(dòng)的非普遍性決定了相應(yīng)大客流的偶發(fā)性和暫時(shí)性。賽事活動(dòng)開(kāi)始前幾個(gè)小時(shí)，參與人員從各地出發(fā)，匯集到目標(biāo)場(chǎng)地，呈現(xiàn)“多源單匯”[3]的特點(diǎn)，越靠近活動(dòng)場(chǎng)館，交通需求和客流輸送壓力越大?；顒?dòng)結(jié)束后，散場(chǎng)客流的出行呈現(xiàn)“單源多匯”的特點(diǎn)，此時(shí)進(jìn)站客流強(qiáng)度大，但持續(xù)時(shí)間較短。針對(duì)整個(gè)過(guò)程，可以近似將觀眾前往場(chǎng)館前的出發(fā)點(diǎn)作為離開(kāi)場(chǎng)館后的目的地，由此可由歷史大型活動(dòng)的乘客出行OD 對(duì)散場(chǎng)客流OD 進(jìn)行預(yù)測(cè)，作為車站運(yùn)輸組織和列車開(kāi)行方案的編制基礎(chǔ)。

2.3 大型活動(dòng)賽事大客流時(shí)空特征

2.3.1 時(shí)間分布特征

一般活動(dòng)前出站客流相對(duì)分散，活動(dòng)結(jié)束后進(jìn)站客流高度集中，因此活動(dòng)當(dāng)日客流時(shí)間分布圖常呈突峰型，以2021 年5 月成都市草莓音樂(lè)節(jié)舉辦場(chǎng)地——國(guó)際非物質(zhì)文化遺產(chǎn)博覽園附近的地鐵4 號(hào)線非遺博覽園站的客流數(shù)據(jù)為例，由于音樂(lè)節(jié)在當(dāng)晚21：30 接近尾聲，非遺博覽園站進(jìn)站客流在21：30—22：30 急劇增長(zhǎng)，是常規(guī)客流的3 倍，如圖2 所示。

圖2 大型活動(dòng)期間城市軌道交通客流呈突峰型

同時(shí)，由于活動(dòng)賽事的暫時(shí)性，客流需求在不同時(shí)間段必然有一定差異，通過(guò)定量分析可以得到高峰小時(shí)時(shí)段和斷面客流不均衡系數(shù)，以便后續(xù)決策分析。

2.3.2 空間分布特征

散場(chǎng)大客流在短時(shí)間內(nèi)聚集后，會(huì)通過(guò)列車傳播到同一線路上的其他車站，或通過(guò)換乘站傳播至鄰線車站，導(dǎo)致周邊站點(diǎn)客流量激增，整個(gè)過(guò)程產(chǎn)生多種客流不均衡現(xiàn)象，具體如下。

單向斷面客流分布不均衡：由于各車站乘降人數(shù)不同，同線路上斷面客流分布不均衡的現(xiàn)象不可避免。

不同流向客流分布不均衡：可預(yù)見(jiàn)性大客流爆發(fā)時(shí)，由于去向統(tǒng)一集中，將會(huì)導(dǎo)致上、下運(yùn)行方向客流量不均衡。得到上、下行最大斷面客流，可用于計(jì)算列車開(kāi)行對(duì)數(shù)。

線路客流分布不均衡：由于沿線土地利用狀況的不同，散場(chǎng)時(shí)各乘客的目的地不同，活動(dòng)客流與常態(tài)客流疊加后，在一定區(qū)域內(nèi)，不同線路在不同時(shí)段的使用率是不同的。

各車站乘降人數(shù)不均衡：在很多線路上，全線各站乘降量總和的大部分往往是集中在少數(shù)幾個(gè)車站上。以大型活動(dòng)散場(chǎng)客流為例，線路上上車客流集中在場(chǎng)館附近車站，一段時(shí)間后，下車客流集中在換乘站或住宅區(qū)所在車站。

3 基于大客流特性的活動(dòng)客流組織方案

軌道交通大客流發(fā)生時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)”（車站）、“線”（線路）、“網(wǎng)”（路網(wǎng)）多層面的客流運(yùn)輸疏解，就要從車站控制和列車開(kāi)行組織兩方面進(jìn)行優(yōu)化。歷史大客流數(shù)據(jù)及其分布特征是編制列車開(kāi)行方案和車站疏導(dǎo)的科學(xué)依據(jù)。利用成都市歷史活動(dòng)期間地鐵AFC 數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)活動(dòng)大客流的規(guī)模和分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，可計(jì)算車站區(qū)域客流指標(biāo)[4]，再通過(guò)控制客流瓶頸設(shè)施提高大客流車站設(shè)施設(shè)備的服務(wù)能力，同時(shí)從全日行車計(jì)劃、列車交路選擇和列車停站方案3 個(gè)維度優(yōu)化列車開(kāi)行方案[5]。最后，輸入仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證和再優(yōu)化，得到成都大運(yùn)會(huì)期間大客流運(yùn)輸組織總方案，思路如圖3 所示。

圖3 大客流組織方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程

3.1 車站客流控制

車站客流控制措施的實(shí)施和組織效果，主要受到車站客流疏解能力的限制，本文將車站疏解能力的影響因素進(jìn)行總結(jié)，如圖4 所示。

圖4 車站客流疏解能力的影響因素

其中，車站出入口、站臺(tái)、站廳和通道等為車站規(guī)劃建設(shè)時(shí)已確定的方案，難以后期調(diào)節(jié)，而車站設(shè)施設(shè)備和客流組織是可調(diào)節(jié)的。因此，對(duì)于一次大型活動(dòng)產(chǎn)生的大客流，可以從提高設(shè)備能力和客流組織能力兩方面實(shí)現(xiàn)，又由于行車組織屬于線路級(jí)調(diào)控，則客流組織通過(guò)客流總量控制和流線優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，車站級(jí)調(diào)控具體操作如圖5 所示。

圖5 車站級(jí)調(diào)控的基本思路

3.2 列車開(kāi)行優(yōu)化

一個(gè)完整的線路級(jí)列車運(yùn)輸組織方案，能有效地緩解大客流帶來(lái)的壓力，其主要組成部分如下。

3.2.1 全日行車計(jì)劃

全日行車計(jì)劃是營(yíng)業(yè)時(shí)間內(nèi)各個(gè)小時(shí)開(kāi)行的列車對(duì)數(shù)計(jì)劃，它是編制列車運(yùn)行圖、計(jì)算運(yùn)輸工作量和確定車輛運(yùn)用的基礎(chǔ)資料。其編制步驟如下。

收集斷面客流數(shù)據(jù)。根據(jù)前文對(duì)大型活動(dòng)客流的特征分析、常態(tài)客流OD 和預(yù)測(cè)到達(dá)客流量，作出活動(dòng)當(dāng)日客流分布圖，得到各方向、各小時(shí)和各斷面的最大客流量，從而得到全日時(shí)分最大斷面客流量的數(shù)值與方向。

計(jì)算開(kāi)行列車數(shù)。將預(yù)測(cè)的全日時(shí)分最大斷面客流量加以計(jì)算得到列車開(kāi)行數(shù)量：

式（1）中：ni為第i小時(shí)內(nèi)列車開(kāi)行數(shù)量，對(duì)；Pmax，i為第i小時(shí)內(nèi)最大斷面客流量，人；P列為列車定員，人；β為線路斷面滿載率。

確定行車間隔。行車間隔一般在高峰期不大于6 min，平峰期不大于10 min，同時(shí)受到追蹤列車間隔時(shí)間限制。理論上，行車間隔可通過(guò)以下公式計(jì)算：

式（2）中：tg為行車間隔時(shí)間，s。

3.2.2 列車交路方案

列車交路規(guī)定了列車運(yùn)行區(qū)段、折返車站和按不同列車交路運(yùn)行的列車對(duì)數(shù)。常見(jiàn)交路類型有大交路、小交路和大小嵌套交路。

對(duì)于大小嵌套交路模式，小交路的經(jīng)過(guò)范圍須覆蓋最大斷面客流區(qū)段，以此提高線路運(yùn)能利用率；對(duì)于折返車站的選擇，應(yīng)考慮具有折返能力且處于斷面客流突變點(diǎn)附近的車站。如成都市鳳凰山體育中心作為大運(yùn)會(huì)籃球賽事場(chǎng)館，比賽當(dāng)日散場(chǎng)客流聚集，則其附近的5號(hào)線杜家碾站所在區(qū)段可臨時(shí)添加小交路，但交路折返站和具體行車密度仍需通過(guò)規(guī)劃模型的建立求解得到。

3.2.3 列車停站方案

列車停站方案確定線路各列車停站序列。目前，列車停站方案大致分為站站停站方案、跨站停站方案、區(qū)域停站方案和快慢車方案。應(yīng)對(duì)大型活動(dòng)大客流，在制定停站方案時(shí)，既應(yīng)滿足旅客的乘車需求，保證客流的及時(shí)疏散，又不能過(guò)多增加列車停站時(shí)間和停站次數(shù)，使列車運(yùn)行速度過(guò)低，要充分考慮客流性質(zhì)、車站等級(jí)和列車等級(jí)。

4 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通是城市公共交通的重要組成部分，也是大型活動(dòng)賽事期間參與人員的主要交通工具之一。通過(guò)對(duì)活動(dòng)期間大客流的結(jié)構(gòu)組成、出行特征和時(shí)空特征的分析，可以針對(duì)未來(lái)大型活動(dòng)進(jìn)行客流需求預(yù)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)力分配優(yōu)化和車站客流控制，建立多級(jí)協(xié)同組織，保障客流疏散的及時(shí)、安全，提升乘客的舒適度和滿意度。