城市軌道交通樞紐換乘銜接評價體系研究

王宇嘉，張振宇

（1.中國鐵道科學(xué)研究院，北京　100081；2.上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海　200092）

城市軌道交通樞紐換乘銜接評價體系研究

王宇嘉1，張振宇2

（1.中國鐵道科學(xué)研究院，北京100081；2.上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

分析城市軌道交通樞紐換乘銜接影響因素，構(gòu)建綜合評價指標(biāo)體系，提出換乘樞紐銜接的評價方法。運用仿真軟件建立模型，對樞紐內(nèi)換乘銜接情況進(jìn)行模擬，得到指標(biāo)計算參數(shù)值；通過體系內(nèi)各指標(biāo)的取值情況分析和評價樞紐換乘銜接效果。以北京地鐵海淀黃莊樞紐為實例，得出其整體上的換乘銜接較為順暢但換乘設(shè)施仍需改進(jìn)的評價結(jié)果。

城市軌道交通；換乘樞紐；銜接評價指標(biāo)；Anylogic仿真

1　引言

城市軌道交通換乘樞紐承擔(dān)了巨大的換乘客流，在高峰時期一些樞紐表現(xiàn)出換乘能力不足，客流擁堵嚴(yán)重，設(shè)計能力與實際需求不匹配，造成旅客走行距離過長、換乘銜接不流暢，降低了樞紐服務(wù)水平。目前，對軌道交通樞紐的評價側(cè)重探討樞紐布局、周邊交通環(huán)境以及多種交通方式換乘的協(xié)調(diào)性［1-4］，對于樞紐內(nèi)部線路換乘銜接的評價則需進(jìn)一步研究。本文通過分析樞紐換乘銜接的影響因素，提出合理的評價指標(biāo)體系，對樞紐換乘銜接服務(wù)水平進(jìn)行研究。

2　換乘銜接影響因素分析

城市軌道交通樞紐換乘銜接主要內(nèi)容為如何聚集和疏散換乘客流，其優(yōu)劣主要受線路運能銜接、換乘設(shè)施效率等影響。

（1）換乘設(shè)施便捷性。換乘設(shè)施分為固定設(shè)施及可變動設(shè)施［5］。固定設(shè)施包括通道樓梯、自動扶梯、集散大廳、站臺等；可變動設(shè)施可根據(jù)換乘客流量的大小來改變其設(shè)置，包括自動售票機、檢票閘機等。換乘設(shè)施具備良好的便捷性可縮短換乘時間，有效緩解客流對換乘設(shè)施的沖擊，使各線路有效銜接。

（2）換乘線路客流協(xié)調(diào)性。兩條線路之間換乘，當(dāng)其中一條線路換乘到另一條線路的客流量過大時，會對該線路的運輸能力造成大負(fù)荷，使得換乘樞紐站臺的聚集人數(shù)增大，造成擁堵及影響車站各方面的組織工作，從而影響兩線路之間的換乘銜接。

（3）換乘流線順暢性。樞紐內(nèi)換乘流線安排不合理會導(dǎo)致較多的客流沖突、乘客長時間處于排隊狀態(tài)中等降低換乘效率的現(xiàn)象，增加乘客的換乘時間，影響換乘銜接。換乘樞紐在滿足旅客換乘需求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)能及時疏散樞紐內(nèi)滯留旅客，提高服務(wù)質(zhì)量。

3　評價體系

本文采用基于仿真技術(shù)的評價方法［6］。首先根據(jù)影響換乘銜接的各因素選取評價指標(biāo)，對既有的樞紐換乘評價體系中未完善或未涉及的方面進(jìn)行分析及再定義，構(gòu)建合理的評價指標(biāo)體系；通過實地測量獲得模型所需數(shù)據(jù)，運用仿真軟件建立所需評價樞紐的仿真模型，對樞紐內(nèi)乘客換乘行為進(jìn)行仿真，結(jié)合實地調(diào)研數(shù)據(jù)對指標(biāo)進(jìn)行計算；最后根據(jù)指標(biāo)值評價樞紐換乘銜接的優(yōu)劣。

3.1評價指標(biāo)體系的建立

考慮到評價的普遍性，對換乘樞紐銜接的評價應(yīng)呈現(xiàn)多目標(biāo)性和多層次性，在建立換乘銜接評價指標(biāo)體系時，選取能夠反映樞紐內(nèi)設(shè)施、布局、組織管理等主要方面的制約因素。建立指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1　城市軌道換乘樞紐換乘銜接評價指標(biāo)體系

各評價指標(biāo)計算公式及參數(shù)說明見表1。

表1　換乘銜接評價指標(biāo)計算公式及參數(shù)說明

3.2評價步驟

（1）選擇適宜的仿真工具。選取的仿真工具應(yīng)具備如下特點：①能夠真實模擬旅客換乘的停留、候車、排隊等微觀走行過程；②能獲取評價指標(biāo)計算所需的數(shù)據(jù)，包括對客流量、時間、密度等數(shù)值的統(tǒng)計；③通過輸入?yún)?shù)的改變能對換乘情況進(jìn)行反復(fù)的仿真模擬。

（2）獲取仿真模型建立所需數(shù)據(jù)。通過實地測量獲取建立換乘樞紐仿真模型所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括通道、樓梯、站臺等設(shè)施的幾何尺寸，統(tǒng)計時段內(nèi)客流量及時間參數(shù)等。

（3）建立換乘樞紐仿真模型并設(shè)置初始條件。根據(jù)獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立換乘樞紐的仿真模型，并設(shè)置換乘設(shè)施屬性、列車到發(fā)時間、客流量分布及流線、旅客走行速度等初始條件。

（4）實施仿真試驗并對樞紐換乘銜接情況進(jìn)行評價。運行仿真模型，觀測仿真模型運行情況并對指標(biāo)計算所需數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與統(tǒng)計，輔以實地調(diào)研數(shù)據(jù)，根據(jù)表1中的方法計算體系中各指標(biāo)值；分析評價指標(biāo)值，對樞紐換乘銜接優(yōu)劣做出合理評價。

4　實例分析

選取北京地鐵4號線與10號線的換乘樞紐—海淀黃莊站進(jìn)行案例分析。海淀黃莊站附近商業(yè)發(fā)達(dá)，高科技園區(qū)和學(xué)校云集，擔(dān)負(fù)著周邊地區(qū)龐大的客流集散任務(wù)。該站為十字型換乘樞紐，10號線在上層，4號線在下層。10號線站臺為側(cè)式站臺，站臺下層?xùn)|西方向有兩個站廳，通過樓梯和自動扶梯與站臺連接，實現(xiàn)兩個方向站臺的相互連通。4號線站臺為島式站臺，站臺上層南北方向有兩個站廳，通過樓梯和自動扶梯與站臺相連。

4.1換乘流線及設(shè)施編號

為了便于評價，現(xiàn)對車站的設(shè)施及流線進(jìn)行編號。由于4號線為同站臺換乘，這里將4號線兩個方向的換乘客流統(tǒng)一處理，則換乘流線編號情況見表2。

表2　海淀黃莊換乘站流線及設(shè)施編號

海淀黃莊換乘樞紐主要采用“雙向通行，過程隔開”的客流組織方式，即通道、站廳、樓梯可通過兩個方向的客流，但旅客在換乘行走的過程中用護(hù)欄等設(shè)施隔開。

4.2海淀黃莊換乘樞紐仿真模型建立

本實例應(yīng)用專業(yè)虛擬原型環(huán)境Anylogic軟件對海淀黃莊站進(jìn)行仿真評價。AnyLogic用于設(shè)計離散、連續(xù)和混合行為的復(fù)雜系統(tǒng)，能夠幫助快速地構(gòu)建換乘樞紐的仿真模型，包括換乘設(shè)施和乘客［9］。其行人庫模塊能夠在具體的“物理空間”對行人流進(jìn)行模擬，其核心算法為社會力模型，精確的模擬了行人的心理對行動的影響。

在模型建立過程中需要建立乘客換乘邏輯圖，用來定義乘客的行為，描述乘客從進(jìn)站到進(jìn)入站臺候車的整個客流流線，是整個建模的核心部分。在此設(shè)定客流從車站入口、列車車門以及上下樓梯口進(jìn)入樓層，從車站出口、列車車門以及上下樓梯口消失。圖2為仿真評價模型運行情況。

圖2　海淀黃莊換乘樞紐模型運行部分情況

4.3評價指標(biāo)取值及分析

（1）換乘方向均衡度。通過實地監(jiān)測獲取海淀黃莊站早高峰客流量數(shù)據(jù)，換乘方向均衡度計算結(jié)果見表3。

表3　換乘方向均衡度C1取值

海淀黃莊站早高峰換乘客流隨換乘方向具有顯著的不均衡性。由表3可知，C1ac、C1bd的取值分別為2.1、3.24，均大于1，表明早高峰以10號線換往4號線的客流為主；C1ab的取值為1.62，表明在10號線換往4號線的客流中從勁松方向換乘4號線的客流較大；C1cd的取值為2.63，大于1，表明4號線換往10號線的客流中去往勁松方向的客流量較大。

（2）換乘設(shè)施飽和度。根據(jù)4.1節(jié)對換乘設(shè)施的編號，本文評價的換乘設(shè)施主要有1號-4號換乘通道以及1號-2號樓梯和扶梯。換乘設(shè)施飽和度取值結(jié)果見表4。

表4　海淀黃莊站各換乘設(shè)施飽和度取值

由表4可知，換乘客流對通道的負(fù)擔(dān)較大，但總體上未超過通道設(shè)計能力；由于不同方向的換乘客流量不均衡，2號通道的飽和度最大；1號樓梯/扶梯飽和度比2號樓梯/扶梯高，這符合海淀黃莊站換乘方向客流不均衡性（10號線勁松方向換乘客流量較大）；1號樓梯的飽和度大于1，表明其設(shè)計能力已不能滿足高峰時段換乘的需求，樓梯內(nèi)部過于擁擠。

（3）瓶頸設(shè)施沖擊系數(shù)。海淀黃莊站內(nèi)直接承受換乘客流沖擊的設(shè)施有1號樓梯/扶梯、2號樓梯/扶梯以及4個通道。根據(jù)換乘設(shè)施飽和度的計算結(jié)果，選擇飽和度較大的1號樓梯/扶梯以及2號通道為瓶頸設(shè)施。

瓶頸設(shè)施沖擊系數(shù)計算結(jié)果見表5。

表5　各瓶頸設(shè)施沖擊系數(shù)取值

乘客在4號線下車后，遠(yuǎn)端乘客距離1號樓梯/扶梯較遠(yuǎn)，有較長的走行時間供樓梯及扶梯疏散先到的乘客，因此1號樓梯/扶梯的沖擊系數(shù)均小于1，處于正常范圍之內(nèi)；2號通道的沖擊系數(shù)大于1，表明在適宜的疏散時間內(nèi)，2號通道無法將實際的客流完全疏散，在通道入口處會造成擁堵，影響乘客換乘。

（4）換乘客流沖突點數(shù)。根據(jù)仿真模型模擬結(jié)果結(jié)合實地觀測得出海淀黃莊換乘樞紐內(nèi)沖突點數(shù)，見表6。

表6　換乘客流沖突點取值

海淀黃莊站的總客流沖突點總數(shù)為18個，產(chǎn)生客流沖突的主要原因有：①進(jìn)出站客流與換乘客流在扶梯口處存在明顯的沖突；②樓梯為雙向通行，在樓梯入口處存在上下樓客流的沖突；③車站在通道入口處設(shè)置了較長護(hù)欄，旅客在候車時需要繞行，使得乘車旅客與下車旅客之間產(chǎn)生流線沖突；④4個通道均為雙向通行，出入口處均有進(jìn)入通道的乘客與退出通道的乘客之間的沖突。

（5）高峰小時平均排隊長度及最大排隊長度。將車站站臺候車區(qū)按方向分為4個區(qū)域，各區(qū)域高峰小時平均排隊長度及最大排隊長度見表7。

表7　各方向高峰小時平均排隊長度

4號線站臺的候車區(qū)候車排隊長度較長，表明早高峰換乘4號線的乘客較多。海淀黃莊站指定候車區(qū)域內(nèi)最大可以容許5-6個人排成一隊，而候車區(qū)3和4的平均排隊長度大于6人，表明候車隊列長度超出了指定的候車區(qū)域，排隊乘客與站臺走行乘客會發(fā)生輕微交叉。

（6）運能匹配度。4號線與10號線運營列車均采用B型車，取總定員1 408人；4號線高峰小時內(nèi)發(fā)車間隔為2.5min/列，10號線高峰小時發(fā)車間隔為3min/列；由仿真模擬獲得指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)，得出各線路運能匹配度，見表8。

表8　4號線與10號線運能匹配度取值結(jié)果

從取值結(jié)果看，10號線與4號線的運能匹配度小于1，表明換乘客流對10號線的運輸能力負(fù)擔(dān)較小，能滿足換乘客流需求；10號線換往4號線的客流量對4號線的運輸能力造成了較大負(fù)擔(dān)，其運能匹配度大于1且接近滿載率1.2。

（7）平均換乘時間。在4.1節(jié)中已將海淀黃莊換乘站內(nèi)的換乘路徑分為了4條，因為樓梯、扶梯、通道的換乘客流以及換乘時間不同，現(xiàn)將各路徑拆分，總共的換乘路徑為10條。各路徑換乘時間參數(shù)取值見表9。

表9　各路徑高峰小時平均時間參數(shù)取值

結(jié)合仿真模擬與實地觀測情況發(fā)現(xiàn)，換乘客流主要排隊時間集中發(fā)生在進(jìn)入扶梯和2號、4號通道；1號/3號通道走行較為暢通，無排隊現(xiàn)象發(fā)生；由于10號線列車到達(dá)間隔時間較長，在換乘10號線時候車時間普遍比4號線長。

4.4評價結(jié)果

分析各個評價指標(biāo)取值，可得如下評價結(jié)果：

（1）設(shè)施適應(yīng)性。1號樓梯為雙向混行，雖然樓梯中央有護(hù)欄隔開，但乘客在走行過程中并未自發(fā)性的按方向進(jìn)行分流，其內(nèi)部的平均擁擠程度最高；2號通道受到的客流沖擊最大，在通道入口處擁擠程度較高，主要原因可能是2號通道設(shè)置在靠近電梯一側(cè)，大量客流在出電梯之后就近進(jìn)入，且2號通道距離10號線站臺中部較近，10號線列車下車乘客就近選擇2號通道走行。

（2）銜接順暢性。海淀黃莊換乘樞紐共有18個客流沖突點，沖突點數(shù)較多且大多為換乘設(shè)施的出入口；各站臺平均排隊長度在9以內(nèi)，鑒于高峰時期客流量較大，此排隊長度仍處于適宜范圍；總體上海淀黃莊換乘站的平均換乘時間均在4min以內(nèi)，基本在乘客可以接受的范圍，整體上的換乘銜接較為順暢，但可對換乘流線進(jìn)行優(yōu)化以減少客流沖突點。

（3）銜接協(xié)調(diào)性。海淀黃莊換乘樞紐早高峰以10號線換往4號線的客流為主，兩線路間的換乘客流量較大且趨于穩(wěn)定；從運能匹配度來看10號線換乘客流對4號線運輸能力造成較大沖擊，在加入本站乘車客流后4號線的運輸能力接近飽和。車站及地鐵運營公司在高峰時期可縮短發(fā)車間隔，提高4號線的運輸能力。

5　結(jié)語

本文提出的城市軌道交通樞紐換乘銜接評價體系，依托Anylogic仿真軟件，能夠?qū)Τ丝?、設(shè)施等換乘微觀屬性進(jìn)行有效模擬及統(tǒng)計，實現(xiàn)了實地測量難以完成的評價指標(biāo)計算；該評價體系能較為科學(xué)的反映換乘樞紐內(nèi)乘客的行為在時間、空間上的數(shù)量變化特征，指標(biāo)選取靈活且具有一定的綜合性，加入了對線路運能銜接的評價，為城市軌道樞紐換乘評價提供了新的思路。城市軌道交通換乘站換乘評價問題的研究是一個探索性強、內(nèi)容豐富的課題，在今后的研究中，可將對換乘樞紐的優(yōu)化加入到評價體系中，通過仿真模擬得出新的指標(biāo)值與優(yōu)化前的指標(biāo)值進(jìn)行對比，提出對換乘樞紐的優(yōu)化方案。

［1］Hauser Auser M，Hoogendoorn S，Rodrigues N.Applying Microscopic Pedestrian Flow Simulation to Railway Station Design Evaluation in Lisbon，Portugal［J］.Transportation Research Record，2007，（1 878）:83-94.

［2］白雁，韓寶明，干宇雷.城市軌道交通換乘站布局綜合評價方法研究［J］.都市快軌交通，2006，19（3）:30-32.

［3］李鳳玲.城市軌道交通樞紐換乘方案的優(yōu)選［J］.城市軌道交通研究，2007，10（1）:14-16.

［4］江洪.一種新的組合評價在軌道交通換乘樞紐評價中的應(yīng)用［J］.鐵道運輸與經(jīng)濟(jì)，2008，30（8）:55-58.

［5］范璐.城市交通樞紐換乘分析與評價［J］.交通科技與經(jīng)濟(jì)，2009，11（1）:74.

［6］張琦，韓寶明，李得偉，等.基于仿真技術(shù)的城市軌道交通樞紐運營效果評價方法［J］.中國鐵道科學(xué)，2011，32（5）:120-124.

［7］紀(jì)雪艷.城市軌道交通換乘站綜合評價指標(biāo)體系研究［J］.鐵道建筑技術(shù)，2011，（5）:39.

［8］呂剛.城市軌道交通車輛概論［M］.北京:北京交通大學(xué)出版社，2011.

［9］薛艷青，張喜.基于Anylogic仿真技術(shù)的北京南站客流組織優(yōu)化分析［J］.鐵路計算機應(yīng)用，2012，21（2）:5-6.

Study on Evaluation of Connectivity of Urban Rail Transit Interchange Hubs

Wang Yujia1，Zhang Zhenyu2
（1.China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081；2.Shanghai Municipal Engineering Design&Research Institute（Group）Co.，Ltd.，Shanghai 200092，China）

In this paper，we analyzed the factors influencing the connectivity of the urban rail transit interchange hubs，established the comprehensive evaluation index system，and proposed the specific evaluation process.First we established a simulation model to simulate the connectivity of the interchange hubs and obtain the value of the relevant parameters and on such basis，analyzed and evaluated the connecting effect of the interchange hubs.Next，in the case of the Beijing Metro Huangzhuang Interchange Hub，we applied the above process and reached the corresponding conclusion.

urban rail transit；internchange hub；connectivity evaluation index；Anylogic simulation

U293.6

A

1005-152X（2016）04-0113-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.04.027

2016-03-12

王宇嘉（1990-），男，山西太原人，碩士研究生，研究方向：鐵路運力資源配置；張振宇（1991-），男，江西南昌人，碩士研究生。