地鐵換乘樞紐綜合體中的人流分布與空間優(yōu)化

摘 要：為了帶動區(qū)域建設，提高綜合體公共空間品質，本文提出地鐵換乘樞紐綜合體中人流分布與空間優(yōu)化設計。以徐州市中心地鐵換乘樞紐綜合體為實踐案例，建立描述綜合體內群體運動特征的人流分布動力學方程，并以此為基礎，利用節(jié)點控制理論從節(jié)點有機關聯(lián)、節(jié)點空間標識系統(tǒng)、節(jié)點空間布局形態(tài)、節(jié)點空間環(huán)境設施、節(jié)點空間城市特色5個方面優(yōu)化空間格局。經(jīng)過試驗驗證，可知優(yōu)化后的綜合體空間可理解度更高。

關鍵詞：綜合體；人流分布；節(jié)點控制理論；空間優(yōu)化

中圖分類號：TU 92" " " " " " 文獻標志碼：A

隨著科學技術的快速發(fā)展，城市規(guī)模也逐步擴大。為了滿足人們日益增加的交通需求，大容量、準時高效、快速安全的地鐵已成為保證社會交通順暢運行的重要出行工具。目前，在各地域軌道交通出行中，乘客經(jīng)歷換乘抵達目的地已成為地鐵運營常態(tài)，尤其是承載大量客流的早晚高峰期間，參與換乘的客流密度大，導致客流活動最頻繁、使用頻率最高的地鐵換乘樞紐綜合體經(jīng)常因客流緩行出現(xiàn)交通停滯、乘客踩踏等安全問題。為了解決地鐵換乘樞紐綜合體公共安全品質低、活力不均、整合度不夠等問題，本文提出地鐵換乘樞紐綜合體中的人流分布與空間優(yōu)化設計研究。

1 地鐵換乘樞紐綜合體

樞紐綜合體[1]是指兩條以上交通線路所匯聚的場所，在軌道交通中起到融合多種活動功能于一體的作用，有機統(tǒng)一城市環(huán)境、建筑空間和基礎設施，并在一棟建筑或建筑群間為人們提供集散、轉換空間的外部建筑復合體。為地鐵換乘樞紐綜合體提出針對性優(yōu)化設計方法能夠有效緩解站臺行人疏散問題，改善建筑、環(huán)境、人類心理三者之間的關系，為人們生存及生活需求塑造全新合理的空間秩序。

2 基于節(jié)點控制理論的人流分布與空間優(yōu)化設計

節(jié)點控制理論是以路網(wǎng)為城市骨架，將城市基礎性元素作為城市節(jié)點，從宏觀與微觀、局部與整體、個體與系統(tǒng)等多個角度劃分節(jié)點軸線體系，構筑明確、規(guī)整的軌道交通空間布局。

2.1 案例選擇

為了梳理地鐵換乘樞紐綜合體的人流分布與空間優(yōu)化過程，選擇徐州市比較有代表性的地鐵換乘樞紐綜合體，將其作為研究對象。案例概況如下：開業(yè)時間2020年，建筑面積約為35萬m2，其中商業(yè)面積為13萬m2，辦公面積為5萬m2，酒店面積為11萬m2。

綜上所述，市中心地鐵換乘樞紐綜合體集交通、購物、娛樂、休閑于一體，在多方面與地鐵站點建立了交通聯(lián)系，并在空間形態(tài)上呈現(xiàn)立體化發(fā)展狀態(tài)。

2.2 構建人流分布動力學方程

在地鐵換乘樞紐綜合體中，人流分布與空間優(yōu)化問題的關鍵是了解人流分布演化規(guī)律，并在大客流情況下兼顧乘客換乘的準確性和高效性，加強城市節(jié)點關聯(lián)性、合理組織城市節(jié)點布局形態(tài)、完善城市節(jié)點環(huán)境設施、營造城市節(jié)點特色。

系統(tǒng)動力學認為地鐵換乘樞紐綜合體是由乘客及換乘站工作人員、車輛、地鐵周邊環(huán)境及設備設施、車站運營管理方案4個分支構成的混合系統(tǒng)，該系統(tǒng)受到客流量、客流密度、客流速度、滿載率等多項參數(shù)的影響，側重于分析換乘站內乘客與線路間的交互關系。

當構建實踐案例的人流分布動力學方程時，須結合系統(tǒng)動力學的理論，根據(jù)綜合體的結構要素繪制客流流動圖（如圖1所示）。該圖直觀地展示了客流在樞紐綜合體內的流動路徑和關鍵節(jié)點。

在圖1中，可以看到列車滿載率、列車到發(fā)頻率、客流通行密度、客流通行速度等參數(shù)與人流分布之間存在明顯的因果關系。為了深入理解這些關系，需要利用一些公式來計算這些客流參數(shù)。

列車滿載率不僅取決于列車容量，還與上下車乘客的數(shù)量和時間有關。其計算過程如公式（1）所示。

P=ae·ac/y " （1）

式中：ae為區(qū)域面積；ac為軋機數(shù)目；y為下車所用時間。

同樣，列車到發(fā)頻率受到客流存量、列車發(fā)車間隔和列車定員的影響。其計算過程如公式（2）所示。

（2）

式中：fi為各區(qū)域客流存量；h為列車發(fā)車間隔；r為列車定員。

客流通行密度和客流通行速度反映了樞紐綜合體內客流的密集程度和流動效率。它們的計算公式分別考慮了乘車時間、閘機通行速率、等待進入下個區(qū)域的客流量以及下車比例、連接處寬度和列車到站情況等因素?？土魍ㄐ忻芏鹊挠嬎氵^程如公式（3）所示。

L=Vx·Vy·g " （3）

式中：Vx為乘車所用時間；Vy為閘機通行速率；g為等待進入下個區(qū)域客流量。

客流通行速度的計算過程如公式（4）所示。

（4）

式中：yu為下車比例；q為與下一區(qū)域連接處寬度；?s為列車是否到站。

客流量計算公式考慮了客流離開區(qū)域的速率和列車剩余裝載能力。計算過程如公式（5）所示。

G=min{δhk·δik} " （5）

式中：δhk為客流離開區(qū)域速率；δik為列車剩余裝載客流量。

將這些客流參數(shù)編寫進系統(tǒng)動力學方程，即可獲得基于實踐案例的人流分布動力學方程，如公式（6）所示。

R=F（P，M，L，A，G） " （6）

式中：F是一個函數(shù)，表示這些參數(shù)如何共同影響人流分布。

上述公式不僅有助于理解樞紐綜合體內人流分布的規(guī)律，還可以為優(yōu)化空間布局和提高換乘效率提供科學依據(jù)。

2.3 優(yōu)化設計流程

在成功獲取人流分布演化規(guī)律的基礎上，有針對性的改善綜合體中人流較為集中的城市節(jié)點及以城市節(jié)點為核心的居民日常出行場所[2]，即節(jié)點空間的空間布局，可以在大量交通人流形成的大規(guī)模樞紐綜合體中，將多方向擁擠的人流集散至各個空間，不僅能保證交通換乘便捷，還能提高空間環(huán)境的品質。

2.3.1 加強城市節(jié)點之間的有機關聯(lián)

城市節(jié)點之間的有機關聯(lián)決定了整個地鐵換乘樞紐綜合體的格局，因此加強城市節(jié)點之間的有機關聯(lián)有助于形成更為有序的公共空間。

目前，市中心地鐵換乘樞紐綜合體的城市節(jié)點布局方式為綜合式，交通路徑兩側的商業(yè)布置存在明顯缺陷。缺陷具體表現(xiàn)：1、3號城市節(jié)點為折線路徑，5、6號節(jié)點空間為豎向路徑。這種安排使下沉廣場因互補不足而存在聯(lián)通斷面，導致城市節(jié)點整體關聯(lián)關系較弱。

為加強城市節(jié)點之間的連接關系，在優(yōu)化設計中擴大1號和3號兩比鄰城市節(jié)點間的拐角空間，弱化轉折點，消除折線路徑給人心理帶來的壓力和不適，同時移動聯(lián)通地上廣場和下沉廣場的豎向路徑，使其不同節(jié)點空間的導向性更加明確，方便行人快速穿行兩個節(jié)點空間。優(yōu)化前后城市節(jié)點關聯(lián)性對比如圖2所示。

2.3.2 優(yōu)化節(jié)點空間的標識系統(tǒng)

對人流分布動力學方程中循環(huán)往復的換乘人流來說，良好的節(jié)點空間標識系統(tǒng)在繁雜的人流中可以起到不可或缺的導向作用。

目前，位于市中心地鐵換乘樞紐綜合體中的節(jié)點空間標識系統(tǒng)[3]與各類商業(yè)信息混雜在一起，既不醒目，又不具備方向感，且市中心節(jié)點空間在商業(yè)中庭位置，人流特點為商業(yè)用戶居多，但該空間中缺少相應的交通導向標識，減緩了客流前進速度。

為提高節(jié)點空間的導向性，方便乘客遵循觀察習慣明確行進方向，可以將標識設置在地面、墻面、柱子或其他節(jié)點空間中人流方向發(fā)生變化的地方。除更換標識位置外，與交通相關的導向信息和商業(yè)化信息應在顏色、大小等方面進行區(qū)別，避免交通導向信息“淹沒”在商業(yè)信息中。

2.3.3 合理組織節(jié)點空間的布局形態(tài)

目前，市中心地鐵換乘樞紐綜合體的布局形態(tài)混亂，整體形勢復雜且主次關系不明。尤其是8號、9號節(jié)點空間，完全喪失銜接關系，存在大面積空間死角。

想要合理化展現(xiàn)節(jié)點空間的布局形態(tài)，就需要在節(jié)點空間中設立“統(tǒng)領中心”，并以突出“統(tǒng)領中心”為目的，向四周建立主次關系分明的空間格局。根據(jù)人流分布動力學方程提供的人流需求，選擇節(jié)點空間中具有中心感及空間意向感的城市節(jié)點作為“統(tǒng)領中心”，并在視線通透、樓梯明顯的位置分割構筑物，提高整體空間的利用率。優(yōu)化前后節(jié)點空間布局形態(tài)對比，如圖3所示。

2.3.4 完善節(jié)點空間的環(huán)境設施

環(huán)境設施[4]包括非機動車停車設施、休息設施和景觀設施，其完備度直接影響節(jié)點空間的環(huán)境品質。目前，市中心地鐵換乘樞紐綜合體因非機動車位規(guī)劃不足、休息設施不夠、景觀位置不當，存在停車混亂、乘客休息不便、生態(tài)設計不足等問題。

補充非機動車位可以解決非機動車位數(shù)量不足的問題。若車位需求遠超補充閾值，則可視情況將停車空間改為升降橫移式或簡易升降式立體停車位。增加必要休息設施可以解決休息設施不足的問題，且休閑停留空間的舒適需求越高，節(jié)點空間需要的景觀綠化占比越高。當考慮結合綠化設施和休息座椅時，還須配合人流分布動力學方程，協(xié)同考慮環(huán)境設施對交通換乘人流是否存在阻礙。

2.3.5 營造節(jié)點空間的城市特色

徐州作為“五省通衢”之一，不僅地理位置優(yōu)越，擁有眾多名勝古跡，還是工程機械先進制造基地，擁有大量工業(yè)生產(chǎn)園區(qū)，是兼具文化底蘊和現(xiàn)代化內涵的大都市。目前，市中心地鐵換乘樞紐綜合體缺少城市特色，無法在交通換乘中形成重要轉折點，導致節(jié)點空間缺乏標志性特色。為營造節(jié)點空間的城市特色，可以根據(jù)市中心歷史背景，在節(jié)點空間中融入延續(xù)歷史文脈的建筑特征。

3 試驗分析

地鐵換乘樞紐綜合體是一個相對封閉的空間，其整合度和連接度對評估綜合體的商業(yè)可達性、交通便捷性以及用地布局規(guī)劃的整體性和有機性至關重要[5]。本文以實踐案例為研究對象，使用皮爾遜相關系數(shù)可以有效地量化并比較優(yōu)化前后綜合體的整合度和連接度的相關性，從而反映空間可理解度的變化。

綜合體的計算過程如公式（7）所示。

M=∑b×mbs-1+log2? " （7）

式中：b為最短拓撲數(shù)；m為空間節(jié)點數(shù)；bs為空間平均深度；?為可視層。這些因素共同反映了綜合體空間的連接緊密程度以及達各點的難易程度。

連接度的計算過程如公式（8）所示。

（8）

式中：ji為度量路網(wǎng)中兩點之間便捷性參數(shù)；jk為堵塞節(jié)點數(shù)。計算連接度考慮了度量路網(wǎng)中兩點之間的便捷性參數(shù)以及堵塞節(jié)點數(shù)，體現(xiàn)了綜合體內部交通的流暢性和效率。

通過繪制散點圖，并以整合度為縱坐標、連接度為橫坐標，可以直觀地觀察到優(yōu)化前后綜合體在這兩個指標上的分布情況。散點圖能夠清晰地展示數(shù)據(jù)點的集中與分散程度，從而判斷整合度和連接度之間的相關性。散點圖如圖4所示。

由圖4可知，經(jīng)過優(yōu)化的地鐵換乘樞紐綜合體的整合度和連接度數(shù)據(jù)點更加集中，呈現(xiàn)出更強的線性相關性。這表明優(yōu)化后的綜合體在空間布局和交通規(guī)劃上更為合理，使空間可理解度得到了顯著提升。

4 結語

本文考慮交通便攜性、時效性和順暢性，優(yōu)化了地鐵換乘樞紐綜合體空間布局。優(yōu)化后的綜合體更加契合乘客實際需求，均衡了人流分布狀態(tài)，提高了綜合體中其他城市功能的吸引力，使城市交通建設可以更好地為人民服務。

參考文獻

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