大型國鐵樞紐站臺(tái)與進(jìn)出站廳交通設(shè)施匹配性研究

郭佳樑 張麗娟 張津璟 李君豐 吳哲凌

摘要 國鐵客流進(jìn)出站組織是樞紐各類客流動(dòng)線中最基礎(chǔ)、最重要的流程之一，受列車班次、客流量分布不均衡等因素影響，站臺(tái)與進(jìn)出站廳交通設(shè)施之間通行能力經(jīng)常存在不匹配的問題。文章通過對(duì)國鐵旅客的交通特性與交通設(shè)施參數(shù)進(jìn)行分析，明確站臺(tái)與進(jìn)出站廳交通設(shè)施之間的通行能力匹配情況，并以杭州西站國鐵進(jìn)出站人流組織為研究對(duì)象，進(jìn)行靜態(tài)測(cè)算與仿真校核，為未來車站設(shè)計(jì)過程中面臨的站臺(tái)與進(jìn)出站廳交通設(shè)施設(shè)計(jì)提供指引。

關(guān)鍵詞 交通樞紐；客流組織；通行能力；行人仿真

中圖分類號(hào) U291.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）11-0042-03

0 引言

21世紀(jì)以來，高鐵建設(shè)極大地改變了區(qū)域和城市發(fā)展進(jìn)程，較大程度地滿足了人民對(duì)便捷出行的需求。未來，在新基建的驅(qū)動(dòng)下，隨著城市群和都市圈的不斷發(fā)育，跨市域鐵路交通需求增長迅速，并呈現(xiàn)明顯的空間層次差異化特征，新需求下多層次軌道交通網(wǎng)絡(luò)逐漸形成[1]。在此背景下，為構(gòu)建高效、便捷的綜合交通樞紐，該文以樞紐運(yùn)營中的關(guān)鍵部分——國鐵客流交通組織為著力點(diǎn)，研究其站臺(tái)與進(jìn)出站交通設(shè)施之間的匹配性，從而提高國鐵客流進(jìn)出站運(yùn)營效率。

研究項(xiàng)目通過調(diào)研得出的核心數(shù)據(jù)對(duì)站臺(tái)與進(jìn)出站交通設(shè)施之間的匹配情況進(jìn)行靜態(tài)測(cè)算，為車站關(guān)鍵交通設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參照依據(jù)。同時(shí)，為了校核站臺(tái)與進(jìn)出站廳交通設(shè)施的方案匹配度，該研究在靜態(tài)測(cè)算的基礎(chǔ)上引入動(dòng)態(tài)仿真手段進(jìn)行評(píng)估，利用行人微觀仿真軟件構(gòu)建進(jìn)、出站工況仿真模型，模擬站臺(tái)與進(jìn)出站廳范圍內(nèi)的局部進(jìn)出站流程，依托模型輸出結(jié)果分析不同樓扶梯、閘機(jī)設(shè)施之間匹配情況對(duì)實(shí)際運(yùn)營的影響，提出站臺(tái)與進(jìn)出站廳交通設(shè)施匹配情況優(yōu)化方案。

1 大型樞紐國鐵客流理論基礎(chǔ)

1.1 國鐵客流特征

國鐵客流是樞紐客流的源頭和基礎(chǔ)，國內(nèi)主要城市群和都市圈地區(qū)的國鐵客流已呈現(xiàn)從長距離、低頻次、低時(shí)間價(jià)值向中短距、高頻次、高時(shí)間價(jià)值的特征轉(zhuǎn)變，城市群內(nèi)以商務(wù)、通勤為代表的高時(shí)間價(jià)值的出行規(guī)模正在增加，以通勤和商務(wù)為主的客流成為鐵路的重要客源，其對(duì)時(shí)間更為敏感，對(duì)鐵路便利性訴求更加強(qiáng)烈[1]。

1.2 國鐵客流進(jìn)出站交通組織

國鐵客流需求特征的轉(zhuǎn)變，對(duì)強(qiáng)化國鐵客流進(jìn)出站效率與站城融合的便利度提出了更高要求。因此，近些年來國鐵站房設(shè)計(jì)中流行規(guī)劃高架進(jìn)站廳和地下快速進(jìn)站廳的雙層站廳模式，構(gòu)建“上進(jìn)下出為主，下進(jìn)下出為輔”的國鐵客流進(jìn)出站組織模式，方便短途通勤與商務(wù)旅客的高效轉(zhuǎn)換。與此同時(shí)，從地鐵進(jìn)站旅客也可以通過樓扶梯前往高架候車廳進(jìn)站，通道選擇多樣且換乘更加便捷（如圖1所示）。

針對(duì)國鐵出站旅客而言，整體路徑仍然相對(duì)單一，從站臺(tái)通過垂直設(shè)施前往出站閘機(jī)驗(yàn)票后，前往出站廳集中換乘各類交通方式，既可以直接前往城市軌道站廳、公交車場(chǎng)、出租車場(chǎng)與停車樓等換乘其余交通方式，也可通過垂直設(shè)施前往地面廣場(chǎng)離場(chǎng)。

1.3 設(shè)施單位通行能力

該文選取的設(shè)施單位通行能力為最適宜通行能力。最適宜通行能力即為合理的服務(wù)水平（舒適性）下設(shè)施的通行能力取值。通行能力受設(shè)備及旅客特征影響。相較于地鐵旅客客流特征，國鐵旅客攜帶行李比例相對(duì)較高，根據(jù)調(diào)研可達(dá)到50%以上[2]。步行速度會(huì)因有無行李有所區(qū)別，通常有行李旅客的平均步行速度為1.2 m/s，無行李旅客的平均步行速度可達(dá)1.4 m/s。

綜合考慮調(diào)研數(shù)據(jù)及國內(nèi)外規(guī)范，并結(jié)合國鐵旅客個(gè)人特征對(duì)通行能力產(chǎn)生的影響，對(duì)設(shè)施適宜通行能力進(jìn)行標(biāo)定。自動(dòng)閘機(jī)通行能力在780人/h左右，同時(shí)調(diào)研結(jié)果顯示人工檢票相較于自動(dòng)驗(yàn)票效率略高，單位通行能力可達(dá)到850人/h；標(biāo)準(zhǔn)寬度（1 m）扶梯運(yùn)營速度通常為0.5 m/s，考慮旅客攜帶行李狀況下的適宜通行能力約為3 000人/m/h；單向下行樓梯考慮攜帶行李的影響，通行能力約為1 650人/m/h。

2 設(shè)施通行能力匹配度靜態(tài)測(cè)算

通過對(duì)國鐵客流、進(jìn)出站交通組織與設(shè)施通行能力進(jìn)行理論研究后，采用靜態(tài)測(cè)算的方法來評(píng)估交通設(shè)施之間的通行能力匹配性，為后續(xù)仿真模擬評(píng)估提供基礎(chǔ)方案（圖2）。具體而言，旅客進(jìn)站流程中主要面臨安檢、實(shí)名制、驗(yàn)票閘機(jī)與樓扶梯共4道關(guān)鍵流程，該次匹配度靜態(tài)測(cè)算主要針對(duì)候車廳內(nèi)驗(yàn)票閘機(jī)與樓扶梯進(jìn)行分析。而出站流程相對(duì)簡(jiǎn)單，僅有樓扶梯與出站驗(yàn)票共2道關(guān)鍵流程。

2.1 候車廳閘機(jī)與樓扶梯通行能力匹配情況

根據(jù)國鐵候車廳內(nèi)常見的閘機(jī)與樓扶梯組合方案來看，各類組合方案的通行能力如表1所示。

單從閘機(jī)與樓扶梯通行能力來看，1扶1樓提供的通行能力可以滿足絕大部分閘機(jī)設(shè)置規(guī)模。但根據(jù)實(shí)際調(diào)研經(jīng)驗(yàn)來看，旅客對(duì)于使用扶梯具有較高傾向性，比如從上海虹橋站調(diào)研經(jīng)驗(yàn)來看，約有80%的進(jìn)站旅客使用扶梯，僅20%使用樓梯，因此4自動(dòng)+1人工的閘機(jī)組合中使用扶梯的客流量比較契合1部扶梯的通行能力；如果采用5自動(dòng)+1人工的閘機(jī)組合，則閘機(jī)中使用扶梯的客流量將明顯超出1部扶梯的通行能力。

因此，從靜態(tài)測(cè)算來看，閘機(jī)與樓扶梯合理匹配方案為4自動(dòng)+1人工閘機(jī)組合，相應(yīng)配置1扶1樓（2 m）組合；5自動(dòng)+1人工閘機(jī)組合方案時(shí)，1部扶梯無法較好地滿足高峰客流壓力，旅客排隊(duì)等候扶梯體驗(yàn)不佳，但設(shè)置2部扶梯又顯得較不經(jīng)濟(jì)。

2.2 出站廳閘機(jī)與樓扶梯通行能力匹配情況

出站流程與進(jìn)站基本相反，旅客先從站臺(tái)利用樓扶梯下至出站廳，后通過出站閘機(jī)進(jìn)入換乘大廳。由于高架站大多為上進(jìn)下出的組織模式，因此出站時(shí)樓扶梯與閘機(jī)的單位通行能力與進(jìn)站基本相同，靜態(tài)測(cè)算出站樓扶梯與閘機(jī)單位小時(shí)通行能力如表2所示。

根據(jù)上海虹橋站調(diào)研經(jīng)驗(yàn)來看，旅客出站首選扶梯，扶梯將處于滿載狀態(tài)。旅客充分利用扶梯通行能力，但在扶梯前聚集人數(shù)較多的情況下，有較高比例的旅客會(huì)使用樓梯離開站臺(tái)，具體而言使用樓梯的旅客占樓梯通行能力約50%左右，因此出站過程中垂直設(shè)施的整體利用率更高。從靜態(tài)測(cè)算來看，1扶1樓的實(shí)際使用通行能力與4自動(dòng)+1人工閘機(jī)組合通行能力更貼近，而2扶1樓實(shí)際使用通行能力遠(yuǎn)大于閘機(jī)組合總通行能力。因此，出站樓扶梯與閘機(jī)合理匹配方案為1扶1樓（2 m）組合，相應(yīng)配置4自動(dòng)+1人工閘機(jī)組合。

3 設(shè)施通行能力匹配度仿真評(píng)估——以杭州西站為例

通過靜態(tài)測(cè)算可以大致估算出站臺(tái)與進(jìn)出站廳交通設(shè)施之間通行能力的匹配度，從而為國鐵到發(fā)流程中的各類設(shè)施規(guī)模提供依據(jù)與參考，但靜態(tài)測(cè)算的缺點(diǎn)在于無法評(píng)估各方案下旅客的排隊(duì)及延誤等量化指標(biāo)。為了解決該問題，該研究引入了行人仿真手段來量化評(píng)估不同設(shè)施規(guī)模下的方案匹配度，同時(shí)提供了可視化輸出與表達(dá)方式。

3.1 杭州西站概述

杭州西站是國內(nèi)領(lǐng)先的第四代鐵路客站，其重要標(biāo)志是鐵路客站的站城一體化，強(qiáng)調(diào)“不拘泥于車站本身的建設(shè)，以街區(qū)的尺度設(shè)置城市功能，將車站與街區(qū)存在的問題得以一體化解決”[3]，具有快速進(jìn)站與緊湊高效、立體聯(lián)通與多個(gè)首層、復(fù)合開發(fā)與縫合城市三個(gè)核心特點(diǎn)，成為站城一體化樞紐，也可稱為“站城綜合體”[4]。該文將杭州西站國鐵進(jìn)出站客流組織作為研究對(duì)象。

3.2 仿真軟件與模型參數(shù)設(shè)置

目前各國已發(fā)展多種行人仿真計(jì)算模型。各種不同模型具有不同設(shè)計(jì)理念，該次選用的Legion軟件具有較好的易用性以及它能夠智能地、較為真實(shí)地模擬人的移動(dòng)、超越、擁堵、移動(dòng)速度調(diào)整等，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是目前最好、最有效的行人仿真與分析工具[5]。

為了更加精準(zhǔn)地評(píng)估不同方案下的設(shè)施服務(wù)水平，該研究需要對(duì)模型設(shè)置參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)國內(nèi)類似交通樞紐調(diào)研數(shù)據(jù)及杭州當(dāng)?shù)貧v史數(shù)據(jù)，綜合確定了杭州西站鐵路交通樞紐設(shè)施通行能力和行人行為特征參數(shù)，如表3所示。

3.3 進(jìn)站設(shè)施通行能力匹配性仿真校核

研究方案考慮較為極端的工況，即一輛16節(jié)編組列車從始發(fā)站滿載出發(fā)，該次研究選取開車前15 min作為檢票時(shí)間。模型選取表1中的三個(gè)方案進(jìn)行仿真分析。

從空間維度看，方案1因閘機(jī)數(shù)量較少的緣故，每條隊(duì)伍排隊(duì)人數(shù)較多；方案2中通過閘機(jī)后使用扶梯的客流量明顯超過扶梯的通行能力，樓扶梯前出現(xiàn)人流集聚，呈現(xiàn)了閘機(jī)和樓扶梯通行能力不匹配的情況；以J.Fruin服務(wù)水平來看[6]，該區(qū)域服務(wù)等級(jí)到達(dá)E-F級(jí)，聚集人數(shù)最高可到達(dá)106人。方案3樓扶梯前最大聚集人數(shù)減少明顯，僅15人左右，服務(wù)水平優(yōu)化至A-B級(jí)。

在時(shí)間維度，方案1中旅客在閘機(jī)前排隊(duì)時(shí)間較長，最大排隊(duì)時(shí)間達(dá)到了463 s。方案2中旅客最長需要排隊(duì)462 s通過閘機(jī)，在閘機(jī)開放542 s時(shí)最后一個(gè)旅客可以下至站臺(tái)層。方案3相較于方案2縮短排隊(duì)時(shí)間40 s。因此在不考慮工程成本的情況下，方案3在通行效率上表現(xiàn)最好，若兼顧方案成本與效率來看，方案1表現(xiàn)更加均衡，如表4所示。

3.4 出站設(shè)施通行能力匹配性仿真評(píng)估

出站仿真仍然選取極端工況，即兩列16節(jié)滿載列車同時(shí)抵達(dá)兩個(gè)站臺(tái)，選取表2的兩個(gè)方案進(jìn)行仿真分析。從仿真結(jié)果來看，方案1出站廳整體飽和度一般，最大聚集人數(shù)達(dá)到300人，閘機(jī)前存在較大范圍排隊(duì)，并達(dá)到E級(jí)服務(wù)水平；方案2相較于方案1出站廳整體服務(wù)水平較好，表現(xiàn)略優(yōu)，整體達(dá)到D-E級(jí)服務(wù)水平，最大聚集人數(shù)降為160人。時(shí)間上方案2比方案1旅客整體排隊(duì)時(shí)間多40 s，但均在6 min內(nèi)完成旅客出站疏散，因此在考慮旅客舒適度情況下，方案2為最佳匹配方案。

4 結(jié)語

該研究明確了大型國鐵樞紐站臺(tái)與進(jìn)出站廳交通設(shè)施匹配性研究技術(shù)路線，通過調(diào)研與靜態(tài)測(cè)算的方法確定了樓扶梯與閘機(jī)的單位通行能力及相互之間的設(shè)施規(guī)模匹配性方案，最后以杭州西站旅客進(jìn)出站工況為仿真研究對(duì)象，利用動(dòng)態(tài)仿真手段評(píng)估閘機(jī)與樓扶梯之間的匹配性方案，最終提出合理的進(jìn)出站設(shè)施匹配方案以及不同設(shè)施規(guī)模方案下對(duì)運(yùn)營的影響，為車站的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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