城軌交通站臺運行綜合效能評估與優(yōu)化

周慧欽

（南昌汽車機電學校，江西 南昌 330001）

0 引言

城市軌道交通具有節(jié)能、不占地面空間、大運量、全天候、無污染、獨立專軌的特點，在已建成的城市中成為公共交通系統(tǒng)的中堅運輸力量，承擔城市中很大一部分的城市客流周轉(zhuǎn)量。方便、高效、大容量的軌道交通線路是一種線性設(shè)施，其運載乘客的交通工具需要在特定的地點停駐，乘客在交通工具停駐時乘車或下車，該地點被稱為軌道交通站點，這是乘客旅行的起始點、換乘點和目的地，是每一段交通旅程的中心位置。車站站臺在車站中起重要作用，它是軌道交通中乘客乘降列車的主要場所，也是乘客的候車空間。軌道交通作為大運量公共交通，乘客在其中的交換量很大。因此，車站站臺承載乘客的能力對運營組織具有重要影響。準確評估車站站臺能力對優(yōu)化列車運營組織、提高站臺服務(wù)水平、保障乘客安全具有重要意義。當前，相關(guān)研究大多是針對地鐵建設(shè)初期。車站設(shè)計是基于計算客流量可用車站尺寸進行施工建設(shè)［1］，未形成系統(tǒng)的評估體系就現(xiàn)有車站的使用情況對使用車站的能力進行分析，難以為今后的設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考。城市軌道交通工程普遍工期緊、任務(wù)重，加上一些設(shè)計人員經(jīng)驗不足，導致設(shè)計指標體系不健全［2］，造成車站建設(shè)過程與后期發(fā)展延展性不符，需要再次擴容。由于部分車站建造時間較早，已不能滿足現(xiàn)在日益增長的客流量，造成車站內(nèi)客流擁擠，極易產(chǎn)生踩踏事件等事故，引發(fā)安全問題［3］。本研究通過建立系統(tǒng)的車站站臺能力評估框架，幫助建設(shè)時期的車站規(guī)劃設(shè)計進行站臺客流通過能力評估，為建好車站的改造擴建提供施工依據(jù)，為車站正常運營和管理提供條件。

1 車站站臺能力評估體系

車站作為城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵設(shè)施之一，其功能是為乘客上下車、換乘及等待交通工具提供便利的環(huán)境，所以必須在滿足乘客便捷、迅速和安全進出站的前提下，保證其照明、通風、衛(wèi)生、防災等設(shè)施正常運行，以創(chuàng)建舒適且清潔的環(huán)境。車站設(shè)計應(yīng)考慮足夠的空間用于存放主要的技術(shù)設(shè)備，從而助于運營管理系統(tǒng)的正常運作，確保城市軌道交通平穩(wěn)運營。對城市軌道交通系統(tǒng)而言，車站的主要部分通常包括主體結(jié)構(gòu)、出口、入口和通道、通風道、亭子及其他相關(guān)設(shè)施。

城市軌道交通的站臺被設(shè)計為供乘客上下車和暫時等待車輛的地點，也是列車?？康牡攸c，還是處理運營任務(wù)和設(shè)立運營設(shè)備的場所，擁有類似大廳和走廊的容納和疏導作用。在面對大量客流的時候，站臺的服務(wù)可能會受到相鄰的樓梯、電梯等設(shè)施的影響。同時，車輛的編組數(shù)量也將影響車站站臺的承載量，影響車站站臺能力的因素主要包括車站站臺的布置形式及站臺的結(jié)構(gòu)尺寸。

2 車站平面布置原則

通常，車站布置有一定的原則，包括以下幾個方面：①根據(jù)出入口、樓梯扶梯、票務(wù)系統(tǒng)的分布和數(shù)量及乘客轉(zhuǎn)乘需求，對站廳層進行區(qū)域劃分，從而有效地調(diào)配客流，盡可能降低客流沖突。此外，需確保設(shè)備和管理用房的適當配備，以滿足各系統(tǒng)的技術(shù)需要。②依據(jù)車站雙向遠期高峰時間內(nèi)的設(shè)計客流量決定站臺的寬度，同時按照路線方向和換乘需求設(shè)定站臺的形狀。此外，根據(jù)車站的需求進行設(shè)備或管理房間的配置。③在城市廣場周圍或道路兩旁的紅線外邊，應(yīng)放置車站的進出口標志，該處設(shè)置需滿足設(shè)有辨識度高或具有標志性的特點，以便于吸引乘客。具備條件的進出口可考慮融入地面行人過街功能。入口和出口的尺寸應(yīng)能適應(yīng)長期預估的客流需求，并考慮與其他交通方式切換及大型公共建材接駁而產(chǎn)生的客流需求。④主要的車站設(shè)施應(yīng)該包含自動扶梯電梯、票務(wù)設(shè)備及空調(diào)通風系統(tǒng)等。

3 站臺形式

城市軌道交通的站臺形式主要有島式、側(cè)式及島側(cè)混合式3種（如圖1所示）。

圖1 站臺布置形式

3.1 島式站臺

島式站臺，車站設(shè)在往返行車線路之間，常用島式站臺的名稱描述這種設(shè)計布局，具體如圖1（a）所示。島式站臺是一種常見的站臺類型，其主要優(yōu)點在于站臺使用效率較高，能有效地管理客流，同時乘客在途中也可以方便地調(diào)整行進方向，不需要通過樓梯或通道前往對應(yīng)的站臺。島式站臺還具有管理集中和站臺空間充足等優(yōu)點，因此常被用于客流較大的站點。但是，該類型站臺也存在一些缺點，如在站臺的兩側(cè)會形成類似喇叭口的形狀，火車在進出站點時需要通過一個“S”形的反式雙向曲線，在相同列車編組的站臺長度中，島式站臺的長度通常比側(cè)式站臺長，一旦站臺建設(shè)完成，如果后期根據(jù)客流增長和區(qū)域發(fā)展需求要擴展站臺的面積或延長站臺長度，相當困難。

3.2 側(cè)式站臺

兩側(cè)式站臺設(shè)置在行駛路線的上行和下行兩邊，通常被稱為側(cè)式站臺，如圖1（b）所示。側(cè)式站臺也是常用的車站形式。在側(cè)式站臺，乘客的出行沖突很少，這是因為正線運行和站臺進出線軌間沒有設(shè)置喇叭口，使站臺建設(shè)和改造更加經(jīng)濟便捷。然而，側(cè)式站臺的使用效果不能令人滿意，調(diào)節(jié)客流成為難題，如果旅客需要中途更換目的地，他們需走過地下隧道、候車大廳或使用臨時設(shè)立的階梯平臺進行換乘轉(zhuǎn)車。由于側(cè)式站臺的管理相對分散，平臺空間沒有島式站臺寬敞，因此它更適合雙向客流量相對持平或客流量較小的站點。

3.3 島側(cè)混合式站臺

側(cè)式站臺與島式站臺在同一車站內(nèi)的結(jié)合為側(cè)島混合式站臺，如圖1（c）所示。島側(cè)混合式站臺設(shè)置的主要目的是讓兩邊的站臺都可以方便地轉(zhuǎn)車或列車返回。島側(cè)混合式站臺，可以設(shè)定為一島一側(cè)的形式，或者一島兩側(cè)的模式。

4 站臺結(jié)構(gòu)尺寸

站臺的寬度需要參照車站上行和下行的最高客流量進行布局設(shè)計，并按照路線的方向和轉(zhuǎn)換的需求設(shè)定站臺的形狀。依據(jù)站臺寬度的計算公式，檢驗站臺能力與乘降量是否匹配。

根據(jù)我國《地下鐵道設(shè)計規(guī)范》（GB 50157—92），設(shè)定最小的站臺寬度以確保滿足地鐵站正常運營及安全撤離的要求，詳細信息見表1。通常在設(shè)計階段，主要根據(jù)地鐵站的等級設(shè)定站臺的寬度，保證基本滿足站臺寬度的計算要求。

表1 車站技術(shù)標準

4.1 站臺長度

站臺長度可以以站臺計算長度及站臺總長度兩種方式定義。站臺計算長度疊加了未來列車的總編組長度及列車在停站時的偏移距離（額外距離）。站臺總長度是加總每邊站臺的長度，包括站臺計算長度和站臺兩側(cè)車站用房的長度，具體長度取決于房間設(shè)置的位置和從站臺進入房門所需的位置。對輕軌列車，停車附加距離可取4 m左右，即

公式（1）中：L代表站臺有效長度；l表示城市軌道交通車輛的總長度（包括掛鉤部分），單位為m；n表示車輛連掛節(jié)數(shù)。

列車通常采用4 節(jié)編組、6 節(jié)編組和8 節(jié)編組的形式，列車編組直接決定車輛的總體長度，也決定了車站站臺的長度對于6～8節(jié)的遠期列車編組適配的城市軌道交通系統(tǒng)來說，其站臺的長度通常為130～180 m。各類車型技術(shù)規(guī)格見表2。

表2 各類車型技術(shù)規(guī)格

4.2 站臺寬度

確定站臺的寬度，主要依據(jù)車站未來預期的高峰期客流量、列車的運行頻率、結(jié)構(gòu)剖面設(shè)計、站臺設(shè)計、站內(nèi)布局及樓梯和自動扶梯的位置等因素。島形站臺設(shè)計中，樓梯和自動扶梯順著站臺中心布局，同時兩旁設(shè)置了側(cè)站臺。站臺設(shè)計長度覆蓋的面積必須滿足遠期乘客乘車、下車、候車，以及進入和離開車站通道所必需的面積需求。因此，可以依據(jù)站臺寬度計算公式，檢驗站臺能力與乘降量是否匹配。根據(jù)不同的站臺形式，站臺寬度計算公式如下：

（1）側(cè)式站臺寬度。

其中：B1表示側(cè)式站臺寬度，單位為m；M表示超高峰小時每列車單項上下車人數(shù)；W表示人流密度，按0.4 m2/人計算；L表示站臺有效長度，單位為m。

（2）島式站臺寬度。

其中：B2表示島式站臺寬度，單位為m；B1表示側(cè)式站臺寬度，單位為m；C表示柱寬，單位為m；D表示樓梯、自動扶梯寬度，單位為m。

一般大型車站島式站臺寬度為14 m，中型車站島式站臺寬度為10～12 m，小型車站島式站臺寬度為8 m。

5 站臺通行能力

5.1 通行能力的概念

通行能力指在一定的交通條件下，某一距離段單位時間內(nèi)通過的最大人數(shù)，可分為理想通行能力、實際通行能力和設(shè)計通行能力3 種。①理想通行能力：在特定的時間范圍內(nèi)，考慮理想的交通狀況、控制和環(huán)境因素預期在某一段距離中，合理且適宜地期待通過人群的最高流動速率。②實際通行能力：在特定時間、具體的交通、管理和環(huán)境狀況下，對某一段路程合乎邏輯且合理的期待最大的人流率。③設(shè)計通行能力：在規(guī)定的時間內(nèi)和特定的交通、管理和環(huán)境狀況下，一定的路段長度匹配某一級別的服務(wù)水平的流通容量。

城市軌道交通車站站臺能力是乘客從站臺層樓梯口走到屏蔽門前候車的距離在單位時間內(nèi)通過的最大人數(shù)。在列車到達或者離開車站時，車站站臺都會聚集大量的客流進行上車或者下車，車站站臺的通行能力越大，表示站臺發(fā)生人流擁堵的可能性越小，體現(xiàn)了站臺的使用能力，因此成為車站站臺評估的一個重要因素，也反映了城市軌道的交通事故疏散能力，當城市軌道交通發(fā)生事故時，應(yīng)及時地將大量乘客由車站站臺層疏散到站廳層，并向地面疏散。取不同的人群樣本，如行走速度較快的年輕人、行走速度中等的中年人和行走速度較慢的老年人，采集不同人群從樓梯口走到屏蔽門所用的時間，計算乘客走行速度的平均值，最終計算出車站站臺的通行能力，繪制通行能力圖，用于分析乘客在站臺的通行能力，計算公式如下：

其中：N表示車站站臺的通行能力，單位為人/min；A表示t時間內(nèi)站臺通過的人數(shù)，單位為人；t表示單向列車乘客通過站臺到達站廳的時間，單位為min。

5.2 站臺通行能力的主要影響因素

站臺通行能力的主要影響因素包括站臺尺寸、列車間隔時間、樓梯、通道的通行能力、站臺環(huán)境及人為因素的度量標準。

6 車站站臺服務(wù)水平

6.1 服務(wù)水平的定義

基于主觀評估制定行人服務(wù)等級標準，考慮的因素包括每個行人所需的空間、流動速度及流量。

在美國的《道路通行能力手冊》（簡稱HCM20000）里，對行人通行服務(wù)水平的解讀為刻畫步行者感受服務(wù)品質(zhì)的一類準則。這些標準通常會依據(jù)每個人所占據(jù)的空間面積、可能獲得的行走速度、行人的自由度、超過他人和穿越人流的可能，以及安全和舒適度的表現(xiàn)衡量行人通行服務(wù)的水平。

對于乘客在軌道交通環(huán)境中，如進出站及換乘過程中通過乘客交通設(shè)施所產(chǎn)生的服務(wù)質(zhì)量感知，用以定義軌道交通乘客通行服務(wù)水平的準則［4］。城市軌道交通車站站臺通行能力的分析往往是和服務(wù)水平分析緊密結(jié)合在一起的。衡量站臺運行狀態(tài)和乘客體驗服務(wù)品質(zhì)標準之一就是服務(wù)水平，通常會依據(jù)客流數(shù)量、列車間的時間差、舒適度和便利度等因素設(shè)定服務(wù)水平。服務(wù)水平體現(xiàn)了在特定客流環(huán)境中，車站提供的運行服務(wù)的質(zhì)量水準。車站站臺通常設(shè)置樓梯、扶梯、屏蔽門、線路示意圖、列車到達信息、城市軌道交通系統(tǒng)換乘信息、座椅和安全提示等基礎(chǔ)設(shè)施，用于服務(wù)乘客，滿足乘客的乘降需求，提高站臺環(huán)境、乘客候車舒適度及滿意度。因此，車站站臺的服務(wù)水平體現(xiàn)了城市軌道交通車站站臺的能力。

6.2 服務(wù)水平分級

行人設(shè)施的通行服務(wù)水平是衡量行人交通流運行條件及行人感受的服務(wù)質(zhì)量的指標，可以根據(jù)交通量，以及行人的速度、密度、超越他人的可能性、舒適度和便利程度等指標確定通行服務(wù)水平［5］。HCM2000中對各級行人通行服務(wù)水平的劃分標準如下：①A級。步行者按照期望的路線前進，并不會因為同路人的行為而改變自己的動向。步行者可以根據(jù)個人意愿選擇行走速度，并且步行者間不會產(chǎn)生碰撞。②B級。步行者擁有充足的空間，自由地決定行走速度，超過他人，或是規(guī)避沖突。在這個階段，步行者開始意識到其他人對他們的影響，當他們選擇路線時能感覺到其他人的存在。③C 級。步行者擁有充足的空間以常規(guī)的步行速度繞行他人，而在原有的行進路線上交錯行走時，只會出現(xiàn)輕度的沖突。同時，每人占用的空間和移動的流量略有下降。④D 級。步行速度與避讓他人的自主性受到束縛，跨越或逆向行走會引發(fā)沖突的可能性極高，頻繁地調(diào)整速度與位置成為常態(tài)。這種服務(wù)水平制造了合適的人流流動，然而人與人之間可能發(fā)生碰撞或者干預。⑤E 級。行人正常行走的速度實質(zhì)上是被限制的，必須不斷地改變步伐。對行人來說，空間極其狹窄，只能緩慢挪動，無法超過前方的慢行者。在這種情況下，要想穿越人流或者反方向行走幾乎是不可能的。設(shè)計的人流量接近人行通道的最大通行能力，因此多次出現(xiàn)人流堵塞和中斷的情況。⑥F 級。行人的步行速度受到嚴重的限制，只能緩慢地前進，常常無法避免與其他行人的頻繁碰撞，幾乎無法進行交叉行進或者反方向行走，行人流動會發(fā)生突變并且不穩(wěn)定，行人的個人空間更像是在排隊而不是流動。站臺各級服務(wù)水平交通流特性指標見表3。

表3 站臺各級服務(wù)水平交通流特性指標

7 結(jié)語

城市軌道系統(tǒng)屬于城市重要的基礎(chǔ)交通設(shè)施，一旦建成，將會有很長運行周期。雖然城市軌道的規(guī)劃、建設(shè)和運行階段可能顯得相互獨立，但是前期的設(shè)計和建設(shè)對其后續(xù)運營有著深遠影響。站臺是車站的主要建筑，站臺的能力直接影響車站的客運組織及服務(wù)質(zhì)量，因此車站站臺的設(shè)計建造在車站建造中具有了非常重要的作用。本文構(gòu)建城市軌道交通車站站臺能力評價體系及評價方法，有助于幫助車站進行車站站臺能力評估，及時地反映車站能力并進行改造擴建，為今后更好地進行車站運營和管理提供條件。本文對城市軌道交通車站通行服務(wù)水平的研究較淺，僅提供部分參考，今后可加強相關(guān)方面知識的補充。