王淑偉 孫立山 榮 建

(北京工業(yè)大學(xué)城市交通學(xué)院 北京 100124)

軌道交通站點超大客流管控措施研究

王淑偉 孫立山 榮 建

(北京工業(yè)大學(xué)城市交通學(xué)院 北京 100124)

客流管控措施是緩解軌道站點客流過載的重要途徑，既有措施多基于經(jīng)驗判斷，實施效果不佳?；诖耍瑢Ρ本┦熊壍勒军c超大客流管控措施應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合國內(nèi)外行人交通特性的研究成果，提出針對軌道交通站點的超大客流管控線性規(guī)劃模型，并以四惠東站為例對模型進(jìn)行仿真驗證。結(jié)果表明，該模型能夠在確定軌道交通站點服務(wù)能力的前提下，得到各入口限流值，為客流管控實踐提供科學(xué)依據(jù)，同時輔助實現(xiàn)軌道交通線網(wǎng)運力的合理分配。

軌道交通;超大客流;網(wǎng)控限流;行人仿真;管控措施

1 研究背景

大客流沖擊所造成的軌道站點客流過載現(xiàn)象不僅會降低服務(wù)水平，同時也形成安全隱患。

1)服務(wù)水平下降?？土髅芏仍黾訉?dǎo)致服務(wù)水平下降，同時大量乘客滯留站臺影響了乘客上下車速度，限制發(fā)車間隔的進(jìn)一步縮短，形成惡性循環(huán)。

2)安全隱患增加。過度擁擠的乘車環(huán)境極易引發(fā)踩踏事故，如遇火災(zāi)等突發(fā)事件，還將導(dǎo)致場面失控、疏散受阻，增加生命和財產(chǎn)損失。

因此，研究超大客流管控技術(shù)對于軌道交通的安全、高效運營意義重大。

1.1 北京軌道交通超大客流管控措施應(yīng)用現(xiàn)狀

北京市軌道交通目前實行的超大客流管控措施可分為流量控制和速度控制。

1)流量控制。由工作人員根據(jù)站臺客流密度的變化情況，引導(dǎo)乘客分批進(jìn)入，如圖1所示。四惠、國貿(mào)、劉家窯等站點采用了流量控制。

圖1 流量控制措施

2)速度控制。通過設(shè)置導(dǎo)流圍欄，降低乘客行走速度，如圖2所示。目前北京南站、西直門、天通苑等站點采用了速度控制。

圖2 速度控制措施

流量控制與速度控制所起到的作用在本質(zhì)上相同，即限制一定時間內(nèi)進(jìn)入站內(nèi)的客流總量。關(guān)于如何確定限流值，目前尚處于經(jīng)驗化管理階段，科學(xué)性和實用性不強(qiáng)。

1.2 國內(nèi)外行人交通特性研究現(xiàn)狀

早期的行人特性研究主要圍繞流量、速度、密度三要素之間的關(guān)系展開。1948年，前蘇聯(lián)火災(zāi)防治科研中心(VHIIPO)首次提出行人密度概念，并構(gòu)建了行人流率與速度及密度的關(guān)系模型［1］;1958年，Hankin和Wright建立了單方向行人流的速度密度曲線［2］;1997年，W H K Lam對香港MTR車站的行人流特征與路徑選擇規(guī)律進(jìn)行研究，提出了反映當(dāng)?shù)爻丝托袨樘卣鞯幕A(chǔ)數(shù)據(jù)資料［3］。

20世紀(jì)90年代開始的研究主要圍繞行人設(shè)施的通行能力和服務(wù)水平。美國交通運輸研究委員會(TRB)在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，主持編寫的《通行能力手冊》(HCM)［4］和《樞紐通行能力和服務(wù)水平手冊》(TCQSM)［5］，規(guī)范了行人交通特性的分析方法以及行人設(shè)施的設(shè)計過程。

近年來，學(xué)者主要圍繞超大客流組織進(jìn)行研究。史小俊、朱效杰、宋立明［6-8］等人通過分析地鐵站內(nèi)超大客流現(xiàn)象，提出了站控、線控、網(wǎng)控三個層次的限流思路:車站級客流控制(簡稱“站控”)是指各車站根據(jù)本站實際情況獨立制定客流管控措施;線路級客流控制(簡稱“線控”)是指當(dāng)站控不能起到預(yù)期效果的時候，本線路限流車站協(xié)同制定客流管控措施，其控制效果優(yōu)于站控;線網(wǎng)級客流控制(簡稱“網(wǎng)控”)是指當(dāng)線控不能起到預(yù)期效果的時候，全網(wǎng)限流車站協(xié)同制定客流管控措施，其效果優(yōu)于線控。

綜上所述，國內(nèi)外對行人交通的研究多集中于設(shè)施通行能力和微觀行為參數(shù)，針對客流管控措施的研究較為有限，且多處于定性階段。

2 軌道交通站點網(wǎng)控限流模型

分析發(fā)現(xiàn)，造成軌道站內(nèi)乘客滯留的主要原因是線路運力的不足。因此，客流管控措施的制定應(yīng)以各站點的列車運力作為依據(jù)。

基于網(wǎng)控思想，為每個站點規(guī)定列車的出發(fā)滿載率。上一個站點的出發(fā)滿載率即為該站的到達(dá)滿載率，調(diào)查某站點的下車人數(shù)比例、換乘人數(shù)比例，結(jié)合該站規(guī)定的出發(fā)滿載率，即可得到該站的計劃上車人數(shù)。根據(jù)上車人數(shù)確定站點的限流閾值，既能夠充分利用站點分配的運力，又能夠最大限度地降低站內(nèi)客流密度，

基于以上分析，以車輛滿載率為限制條件、最大限度地降低站內(nèi)客流密度為目標(biāo)，構(gòu)建軌道交通站點的線性優(yōu)化模型。

2.1 模型的構(gòu)建

假設(shè)某軌道交通換乘站點有n個入口，建立線性規(guī)劃模型如下:

式中:n為站點入口數(shù);m為站點內(nèi)地鐵線路條數(shù);Xi為入口i的限流值，人/h，Rij為由入口i進(jìn)入站內(nèi)的乘客選擇線路j的比例，Aj為第j條地鐵線路的實際運力，人/h。

式中:Cj為線路j的滿載運力，人/h;Fj為線路j乘客上車后的滿載率;Ej為線路j乘客上車前的滿載率;Tj為通過站內(nèi)換乘進(jìn)入線路j的客流量(可通過分析AFC數(shù)據(jù)得到)，人/h。

式中:Pj為地鐵線路j每節(jié)車廂的額定載客人數(shù);Nj為線路j的列車編組數(shù);Kj為線路j的每小時發(fā)車數(shù)。

2.2 模型的驗證

四惠東站為1號線與八通線的換乘車站，是1號線的起點站，八通線的第2站。目前高峰小時(早7∶30—8∶30)進(jìn)站量約為6 500人，站內(nèi)擁擠嚴(yán)重。該站共有兩個出入口，分別為A、B，其站型結(jié)構(gòu)和乘客流線如圖3所示。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從A、B口進(jìn)站的乘客選擇1號線的比例均為84%。

圖3 四惠東站站型結(jié)構(gòu)與乘客流線

對四惠東站開展實地調(diào)研，獲取車站地面設(shè)施尺寸、各換乘流線的客流量以及列車運行特性。調(diào)研時間選擇 2012年 7月的某工作日早(8∶00—9∶00)晚(17∶00—18∶00)高峰時段，調(diào)查方法采用人工跟隨、人工計數(shù)法和錄像法。

該站共有兩條地鐵線路，分別為1號線和八通線;兩條線路均為6節(jié)編組，每節(jié)車廂核載226人;高峰時段1號線平均發(fā)車間隔為2 min 30 s，八通線平均發(fā)車間隔為3 min;滿載率為實際乘客數(shù)與滿載容量的比值，其中1號線自東向西的上車前滿載率為0，為實現(xiàn)運力合理分配，將其離開滿載率設(shè)為0.6;八通線自西向東方向的上車前滿載率約為0.2，離開滿載率約為0.4。綜上所述，限流模型各輸入?yún)?shù)取值如表1所示。

計算得到中間值:C1=32 544，C2=27 120，A1=3 860.4，A2=2 095。將中間值代入規(guī)劃限流模型，得到四惠東站線性優(yōu)化模型，其中X1，X2分別為兩個入口的限流值。

表1 限流模型輸入?yún)?shù)

運用Matlab求解，得到最優(yōu)解為

即:A、B兩個入口的限流值均為2 298人/h。當(dāng)采用此限流值時，兩條線路分配的運力均得到充分利用，而且不會引起站臺的乘客滯留。

2.3 仿真驗證

綜合調(diào)研數(shù)據(jù)，搭建行人仿真模型。四惠東站屬于常態(tài)限流站點，限流方式為通過設(shè)置導(dǎo)流圍欄降低乘客行走速度。原有限流措施下的客流運行狀態(tài)在仿真驗證中稱為限流前，采用以上措施之后的客流運行狀態(tài)稱為限流后。四惠東站乘客流線中有兩處關(guān)鍵節(jié)點，分別是站臺樓梯與站廳樓梯。仿真得到限流前后客流密度變化情況，如圖4、5所示，不同顏色表示不同的Fruin服務(wù)水平等級，如圖6所示。

圖4 限流前后站臺樓梯平均客流密度對比

圖5 限流前后站廳樓梯平均客流密度對比

圖6 Fruin排隊服務(wù)水平

如表2所示，限流前站臺樓梯和站廳樓梯的服務(wù)水平分別為F級和D級;限流后分別達(dá)到D級和C級，客流密度明顯降低。同時，由于采取了限流措施，安檢服務(wù)水平亦從D級變?yōu)锳級，提高了安檢效率與質(zhì)量。因此，采用模型計算所得的限流值，能夠明顯降低關(guān)鍵節(jié)點的客流密度，提升軌道站點在大客流沖擊下的運營安全性。

表2 限流前后關(guān)鍵節(jié)點客流密度變化

3 研究結(jié)論

以四惠東站為例，對軌道交通站點網(wǎng)控限流模型進(jìn)行驗證，結(jié)論如下:

1)模型能夠在充分利用站點運力的基礎(chǔ)上，得到各入口限流值，保障一定的服務(wù)水平，提高運營安全性。

2)模型能夠在給定車輛滿載率的情況下，輔助實現(xiàn)軌道交通線網(wǎng)運力的合理分配，進(jìn)而提高城市軌道交通體系的運行效率。

3)模型是對軌道交通站點線網(wǎng)級客流控制的有益探索，限于研究深度，如何確定各站的運力分配比例等問題有待進(jìn)一步研究。

［1］沙云飛.人群疏散的微觀仿真模型研究［D］.北京:清華大學(xué)，2008.

［2］Hankins B D，Wright R A.Passenger flows in subways［J］.Operational Research Quarterly，1958(9):81-88.

［3］Lam W H K，CHEUNG C Y.Pedestrian Speed-Flow Relationships for Walking Facilities in Hong Kong［J］.Journal of Transportation Eng，2000，13(2):343-349.

［4］Transportation Research Board.Highway capacity manual［M］.Washington DC:TRB，National Research Council，2000.

［5］Transportation Research Board.TCRP Report 100:Transit capacity and quality of service manual［R］.Washington DC:TRB，National Research Council，2003:7223.

［6］史小俊.地鐵車站應(yīng)對大客流的組織措施［J］.城市軌道交通研究，2009，12(10):76-78.

［7］朱效潔.上海軌道交通人民廣場樞紐站大客流組織對策研究［J］.城市軌道交通研究，2010，13(1):7-12.

［8］宋利明.地鐵線網(wǎng)大客流應(yīng)對措施探討［J］.城市軌道交通研究，2011，14(8):73-74.

Study on the Control Measures of Rail Transit Large Passenger Flow

Wang ShuweiSun Lishan Rong Jian
(College of Metropolitan Transportation，Beijing University of Technology，Beijing 100124)

Abstract:Effective control measures of large passenger flow could reduce negative effect caused by transit station overload.Current control measure research is based on experience and judgment and cannot harness large passenger flow effectively;this paper aims to solve this problem.A network－level linear planning control model in transfer stations was put forward in line with the analysis on the present passenger flow control measures of Beijing transit station and research achievements on pedestrian traffic characteristics in the world.A model validation simulation with Sihuidong station was conducted subsequently.Validation results show that the model could help to reduce passenger density under the premise of not reducing station convey capacity，and at the same time assist reasonable allocation of rail transit network capacity.

Key words:rail transit;large passenger flow;network－level passenger flow limiting;pedestrian simulation;control measures

U231+.4

A

1672-6073(2014)01-0016-03

10.3969/j.issn.1672-6073.2014.01.005

收稿日期:2013-02-24

2013-03-21

作者簡介:王淑偉，男，博士研究生，從事軌道交通與土地利用互動關(guān)系研究，wangsw@emails.bjut.edu.cn

北京市交通行業(yè)科技項目(Ky2011-30);高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金資助課題(20121103120025)

(編輯:曹雪明)