北京地鐵西直門站換乘流線優(yōu)化方案探究＊

吳昊靈 李慧軒

（北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，100044，北京∥第一作者，博士研究生）

地鐵西直門站位于北京市最繁忙的西直門綜合交通樞紐地區(qū)，是地鐵2號(hào)線、4號(hào)線和13號(hào)線的換乘車站，是北京最繁忙的地鐵樞紐站點(diǎn)之一。隨著地鐵4號(hào)線的開(kāi)通，西直門站客流激增，換乘效率低、服務(wù)水平差等問(wèn)題日益突出，嚴(yán)重制約了西直門站的發(fā)展。本文立足于西直門站現(xiàn)狀，從客流情況分析、換乘流線組織、站內(nèi)指示標(biāo)志布設(shè)、車站設(shè)施布局等方面確定影響乘客換乘效率的因素，并從微觀角度進(jìn)行模擬仿真，從換乘時(shí)間角度對(duì)西直門站的換乘效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出可行的優(yōu)化方案。

主要研究?jī)?nèi)容為：

（1）換乘站內(nèi)部總體客流量、換乘客流量及客流流線分析；

（2）站內(nèi)換乘流線優(yōu)化方案；

（3）站內(nèi)換乘流線優(yōu)化方案仿真；

（4）站內(nèi)標(biāo)志和設(shè)施優(yōu)化方案。

本項(xiàng)研究采用“實(shí)地調(diào)研—數(shù)據(jù)分析—方案優(yōu)化—模擬仿真—評(píng)價(jià)反饋”的技術(shù)路線，充分分析站內(nèi)換乘方案，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)反映方案優(yōu)化后的效果。

1 西直門站客流分析

表1為西直門站3線客流總量和換乘客流量，反映出早高峰、上午平峰和晚高峰3個(gè)時(shí)間段3線客流總量的對(duì)比情況。可以看出，2號(hào)線無(wú)論在哪個(gè)時(shí)段分擔(dān)的客流比例都是最高的。此外，3線的早晚高峰客流總量相差不大，說(shuō)明西直門站早晚高峰站內(nèi)客流壓力均很大，不會(huì)出現(xiàn)“潮汐流”現(xiàn)象。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知，13號(hào)線與2、4號(hào)線之間換乘的客流比例很大，早晚高峰時(shí)段，2、4號(hào)線換乘13號(hào)線的客流比例分別為83.63%和72.80%，13號(hào)線換乘2、4號(hào)線的客流比例分別為71.32%和61.38%。由此可知，地鐵西直門站的客流具有以下特點(diǎn)：

（1）2號(hào)線承擔(dān)了站內(nèi)最大比例的客流量；

表1 西直門站3線客流總量和換乘客流量 人/h

（2）4號(hào)線建成后，13號(hào)線與2、4號(hào)線之間的換乘客流很大，均占到了3線總客流量的60%以上，因此這兩類換乘客流可視為西直門站的主要客流。

西直門站內(nèi)大客流集中區(qū)域如圖1所示。

圖1 西直門站內(nèi)客流集中區(qū)域示意圖

2 西直門站換乘流線組織

2.1 流線組織方式

2號(hào)線換乘4號(hào)線時(shí)，直接由2號(hào)線站臺(tái)中部的換乘樓梯下行至4號(hào)線站臺(tái)中部；4號(hào)線換乘2號(hào)線可經(jīng)西南、東南、東北3條換乘通道分別到達(dá)2號(hào)線的南廳和北廳；2、4號(hào)線換乘13號(hào)線時(shí)，4號(hào)線先經(jīng)東北通道與2號(hào)線客流在2號(hào)線北廳匯合，進(jìn)入地下1層換乘大廳，再通過(guò)自動(dòng)步道和樓梯進(jìn)入13號(hào)線站廳層；13號(hào)線換乘2、4號(hào)線則經(jīng)由站外換乘至換乘大廳西北通道，通過(guò)扶梯下行后，4號(hào)線乘客從西廳進(jìn)站，2號(hào)線乘客穿過(guò)西南通道至2號(hào)線南廳進(jìn)站。3線換乘布設(shè)方案如圖2所示。各換乘方式對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)換乘信息如表2。

圖2 4號(hào)線建成后西直門站內(nèi)的換乘流線圖

2.2 流線組織評(píng)價(jià)

4號(hào)線建成后西直門站實(shí)現(xiàn)了3線換乘，其作為換乘站的作用更加突出。由客流分析和流線分析可知，2號(hào)線整體客流壓力較大；圖2中2處客流集中點(diǎn)為13號(hào)線與2、4號(hào)線換乘的必經(jīng)之路，是站內(nèi)的瓶頸位置。

表2 4號(hào)線建成后換乘方式、換乘設(shè)施、換乘距離和換乘時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

4號(hào)線建成后，西直門站新增了較大的客流量，讓原本壓力很大的換乘站不堪重負(fù)，6條換乘線路中一半以上的線路換乘時(shí)間和距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)理想值，因此西直門站換乘流線勢(shì)必需要優(yōu)化。

3 站內(nèi)設(shè)施布局及存在問(wèn)題

地鐵西直門站主要進(jìn)出口有7個(gè)，分別是A、A1、B、C、D及13號(hào)線西北A口和西南B口。其設(shè)施布局如圖3，具體信息統(tǒng)計(jì)如表3。

圖3 站內(nèi)設(shè)施布局圖

表3 西直門站站內(nèi)設(shè)施布局

目前站內(nèi)設(shè)施存在的問(wèn)題如下：

（1）換乘走行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。4號(hào)線建成后西直門站換乘走行時(shí)間仍過(guò)長(zhǎng)，13號(hào)線與2、4號(hào)線的換乘流線中絕大多數(shù)的換乘時(shí)間都在6min左右，最長(zhǎng)的甚至超過(guò)了8min。13號(hào)線換乘時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題成為制約西直門站能力發(fā)揮的癥結(jié)所在，是解決換乘優(yōu)化問(wèn)題的重中之重。

（2）指示標(biāo)志設(shè)置不當(dāng)。地鐵西直門站的標(biāo)志從設(shè)計(jì)到實(shí)際布設(shè)都存在一定的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①指示信息缺失。2、4號(hào)線進(jìn)站的共同通道處只設(shè)置了通往4號(hào)線的標(biāo)志，給進(jìn)站乘坐2號(hào)線的乘客帶來(lái)不便。此外，根據(jù)北京地鐵標(biāo)志的設(shè)置原則，每個(gè)出入口均需標(biāo)注本站全部線路的標(biāo)識(shí)，而嘉茂大廈等出入口部分標(biāo)志缺失。②指示標(biāo)志協(xié)調(diào)性較差。地鐵西直門站為3線換乘站，內(nèi)部流線復(fù)雜繁多，為盡快疏導(dǎo)乘客，應(yīng)注重指示標(biāo)志顏色和方向的一致協(xié)調(diào)性。但目前地鐵西直門站內(nèi)部分地點(diǎn)存在指示標(biāo)志顏色單一、位置不醒目甚至信息中斷或錯(cuò)誤等問(wèn)題。

（3）部分設(shè)施閑置，利用率低。地鐵西直門站換乘資源有限，絕大多數(shù)換乘設(shè)施利用率高，唯獨(dú)13號(hào)線出現(xiàn)了樓梯、扶梯等換乘設(shè)施大量閑置的現(xiàn)象，換乘設(shè)施利用率較低。西直門站3條線路進(jìn)口均設(shè)有自動(dòng)售票機(jī)和人工售票臺(tái)。調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，無(wú)卡乘客大多選擇在人工售票處購(gòu)票，自動(dòng)售票機(jī)大量閑置。其原因在于，地鐵西直門站毗鄰北京北站，進(jìn)出地鐵站的乘客多為外埠人員，對(duì)自動(dòng)售票機(jī)操作熟練度較低，不得不選擇人工售票方式。

4 優(yōu)化方案

4.1 換乘流線組織優(yōu)化

4.1.1 方案1——流線的重新布設(shè)

隨著4號(hào)線的開(kāi)通，西直門站面臨更大的客流挑戰(zhàn)。優(yōu)化過(guò)程中，首先考慮根據(jù)客流分布及現(xiàn)有設(shè)施重新布設(shè)流線。經(jīng)多次布線，選取了如下效果最好的優(yōu)化方案（見(jiàn)圖4）。

圖4 西直門站重新布設(shè)的流線圖

2號(hào)線換乘4號(hào)線：直接由2號(hào)線站臺(tái)中部的換乘樓梯下行至4號(hào)線站臺(tái)中部；4號(hào)線換乘2號(hào)線：經(jīng)西南、東南兩條換乘通道到達(dá)2號(hào)線南廳；2、4號(hào)線換乘13號(hào)線：2號(hào)線經(jīng)站臺(tái)中部樓梯下至4號(hào)線站臺(tái)，與4號(hào)線客流匯合，經(jīng)4號(hào)線西廳進(jìn)入地下1層換乘大廳，再經(jīng)站外換乘進(jìn)入13號(hào)線站廳層；13號(hào)線換乘2、4號(hào)線：由地面一層換乘大廳經(jīng)樓梯或自動(dòng)步梯進(jìn)入北廳，2號(hào)線客流直接進(jìn)入2號(hào)線，4號(hào)線客流繞至東廳進(jìn)入4號(hào)線。

該流線布設(shè)方式優(yōu)先考慮乘坐2號(hào)線的巨大客流，減少其走行距離。然而，方案中2號(hào)線換乘13號(hào)線客流經(jīng)4號(hào)線站臺(tái)，會(huì)對(duì)4號(hào)線客流組織產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致2號(hào)線站臺(tái)中部樓梯的客流壓力增大以及4號(hào)線站臺(tái)的擁堵；且重新布設(shè)站內(nèi)流線要求更換幾乎全部站內(nèi)指示信息。可見(jiàn)，由于A口和13號(hào)線入口的位置相距較近，且這兩部分客流占整個(gè)站內(nèi)客流量的絕大部分，因此單純從流線布設(shè)的角度進(jìn)行優(yōu)化已不能解決西直門站換乘存在的問(wèn)題，需要從其他角度重新考慮。

4.1.2 方案2——工程改造

該方案從現(xiàn)在西北方向地下一層的換乘大廳底板處開(kāi)洞，開(kāi)通一條長(zhǎng)約170m、寬約7m的換乘通道，下穿2、4號(hào)線的西北環(huán)形通道后，平行到達(dá)4號(hào)線站臺(tái)上部，轉(zhuǎn)而向南到達(dá)2號(hào)線南端站廳。改造前后13號(hào)線換乘2、4號(hào)線的換乘線路如圖5所示。

圖5 西直門站改造前后換乘線路對(duì)比圖

改造后引導(dǎo)由B口乘坐2號(hào)線的乘客自東北通道、4號(hào)線東廳和東南通道從南廳進(jìn)入2號(hào)線站臺(tái)，避免其在北廳進(jìn)站對(duì)出站乘客的干擾，達(dá)到了盡快疏散北廳出站乘客的目的。由13號(hào)線換乘2、4號(hào)線的乘客改為站內(nèi)通道換乘。現(xiàn)行方案中13號(hào)線換乘大廳至13號(hào)線站臺(tái)之間的樓梯和扶梯大量閑置。改造后13號(hào)線換乘乘客可由樓梯和扶梯下行至13號(hào)線換乘大廳，前往4號(hào)線的乘客由靠近A口的樓梯下行分兩路到達(dá)4號(hào)線；前往2號(hào)線的乘客下穿現(xiàn)有西北通道，經(jīng)新建通道快速到達(dá)2號(hào)線南端站臺(tái)。改造后的站內(nèi)換乘路線如圖6。經(jīng)過(guò)改造，13號(hào)線換乘2、4號(hào)線的時(shí)間大大縮短，且避免了站外換乘的麻煩。

圖6 改造后站內(nèi)換乘流線圖

4.1.3 方案2仿真及結(jié)果

4.1.3.1 VC＋＋仿真

為驗(yàn)證改進(jìn)方案的可行性，利用VC＋＋編程對(duì)方案進(jìn)行了仿真。向VC＋＋中導(dǎo)入1∶2 500的西直門站改進(jìn)平面圖。在13號(hào)線站臺(tái)同一位置處設(shè)置4個(gè)點(diǎn)，其前進(jìn)路線分別代表改進(jìn)前后13號(hào)線換乘2、4號(hào)線的走行流線。4個(gè)點(diǎn)同時(shí)出發(fā)，時(shí)鐘開(kāi)始計(jì)時(shí)，各自到達(dá)最初設(shè)定的終點(diǎn)后停止計(jì)時(shí)。仿真結(jié)果如圖7所示。

圖7 西直門站改造方案客流仿真結(jié)果圖

由仿真結(jié)果可知，改進(jìn)后的流線組織方案中，13號(hào)線換乘2號(hào)線的時(shí)間為4.94min，比現(xiàn)行方案縮短1.69min；13號(hào)線換乘4號(hào)線的時(shí)間為4.33min，比現(xiàn)行方案縮短了0.94min。現(xiàn)狀數(shù)據(jù)顯示，早晚高峰時(shí)段，13號(hào)線換乘2、4號(hào)線的客流平均值分別為5 863人和1 435人；而優(yōu)化后13號(hào)線換乘2、4號(hào)線的全部客流節(jié)約時(shí)間分別為9 967.1min和1 348.9 min。此數(shù)值相當(dāng)可觀，表明改進(jìn)方案合理可行。

4.1.3.2 VISSIM 仿真

本研究同時(shí)利用VISSIM對(duì)方案進(jìn)行了仿真。向VISSIM中導(dǎo)入1∶2 500的西直門站改進(jìn)平面圖，在13號(hào)線站臺(tái)同一位置設(shè)置流量點(diǎn)，其前進(jìn)路線分別代表改進(jìn)前后13號(hào)線換乘2、4號(hào)線的走行流線。客流量采用早高峰13號(hào)線換乘2、4號(hào)線客流數(shù)據(jù)。時(shí)鐘開(kāi)始計(jì)時(shí)代表13號(hào)線列車到達(dá)，換乘人群自13號(hào)線站臺(tái)中部前行至2、4號(hào)線。仿真時(shí)間為3 600s。仿真過(guò)程如圖8和圖9。

圖8 西直門站改進(jìn)前換乘流線仿真過(guò)程圖

圖9 西直門站改進(jìn)后換乘流線仿真過(guò)程圖

由仿真結(jié)果可知，改進(jìn)后的流線組織方案中，13號(hào)線換乘2號(hào)線的時(shí)間為5.18min，比現(xiàn)行方案縮短了1.45min；13號(hào)線換乘4號(hào)線的時(shí)間為4.51min，比現(xiàn)行方案縮短了0.76min。根據(jù)早晚高峰13號(hào)線換乘2、4號(hào)線客流量的平均值，優(yōu)化后13號(hào)線換乘2、4號(hào)線的客流節(jié)約的時(shí)間分別為8 501.3min和1 090.6min，表明改進(jìn)方案合理可行。

與VC＋＋仿真不同的是，VISSIM仿真考慮了客流量的因素，乘客行走按照隨意換道的方式；同時(shí)使用信號(hào)控制模擬列車到達(dá)、乘客在站臺(tái)候車等情況，與現(xiàn)實(shí)更接近，為進(jìn)一步仿真提供了思路。

4.1.4 方案2通過(guò)能力檢算

1m寬樓梯的單向下樓通過(guò)能力為4 200人/h，1m寬通道單向通行能力為5 000人/h，高峰小時(shí)系數(shù)取1.4。改建后，A入口至4號(hào)線樓梯寬度為4.2m，高峰小時(shí)客流量為2 638人/h，則高峰小時(shí)換乘樓梯通過(guò)客流為2 638人/h×1.4＝3 693.2人/h，小于樓梯通過(guò)能力（4 200人/h×4.2＝17 640人/h）；新建通道寬度為7m，分流進(jìn)入2號(hào)線的高峰小時(shí)客流量為11 829人/h，則改建后高峰小時(shí)換乘通道通過(guò)客流為16 560.6人/h，小于通道通過(guò)能力35 000人/h。因此，改造方案滿足高峰小時(shí)客流要求，不會(huì)造成樓梯和通道的擁堵。

4.2 站內(nèi)標(biāo)志優(yōu)化

（1）設(shè)計(jì)時(shí)注重“以人為本”。從動(dòng)態(tài)的乘客交通流的個(gè)體感受出發(fā)，科學(xué)地對(duì)標(biāo)志的形式、位置、尺寸等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，注重可讀性、簡(jiǎn)約性、接續(xù)性。標(biāo)志設(shè)計(jì)相互照應(yīng)，保持一致性，防止誤導(dǎo)，盡可能縮短旅客的出行時(shí)間。

（2）及時(shí)補(bǔ)充或更改標(biāo)志，保證指示信息和現(xiàn)實(shí)情況的一致性。

4.3 站內(nèi)設(shè)施優(yōu)化

（1）設(shè)置引導(dǎo)人員和標(biāo)志，鼓勵(lì)乘客使用自動(dòng)售票機(jī)。乘客自助買票可以節(jié)約其在進(jìn)站口排隊(duì)等待的時(shí)間，有效緩解進(jìn)站口的擁堵。

（2）增加人工售票設(shè)施，改善進(jìn)站口擁堵現(xiàn)狀。因西直門站大部分進(jìn)站客流不能熟練操作自動(dòng)售票機(jī)，建議增加人工售票設(shè)施，減少自動(dòng)售票機(jī)，以緩解進(jìn)站口擁堵和自動(dòng)售票機(jī)大量閑置的狀況。

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