突發大客流對軌道交通換乘站服務水平和列車運行影響分析

（西南交通大學交通運輸與物流學院,610031,成都∥第一作者,教授）

突發大客流對軌道交通換乘站服務水平和列車運行影響分析

彭其淵段力偉文超余曉珂

（西南交通大學交通運輸與物流學院,610031,成都∥第一作者,教授）

換乘站作為城市軌道交通網絡的重要節點,其連通性和可靠性對客流出行特征有著重要影響。在分析不同換乘方式對網絡客流分配影響的基礎上,以城市軌道交通路網發生突發大客流為例,以站臺候車區的乘客密度、到達列車的剩余載客能力、站臺候車乘客數和乘客的上車效率等幾個因素為主,研究了當載有突發大客流的列車在換乘站產生到達延誤后,對車站服務水平和列車運行的影響,并給出了定量化公式。同時,進一步得出了成網條件下,突發大客流對換乘站的影響機理。

城市軌道交通網絡;突發大客流;換乘方式;服務水平;列車運行;影響機理

First-author’saddress School of Transportation and Logistics,Southwest Jiaotong University,610031,Chengdu,China

1 不同換乘方式對網絡客流分配的影響

在城市軌道交通網絡條件下,換乘站的設置使得乘客出行選擇具有多樣化的特性,相同 OD（起始）之間往往存在多條出行路徑,乘客可以根據自己的出行偏好選擇合適的換乘方式。同時,換乘站使得一部分客流可以通過換乘至其他線路而到達目的地,即會有一部分本線客流經過換乘而轉移到其他線路;同時,也會有部分客流通過換乘站,從其他線路轉移至本線。因此,相對于單線情況下的客流組織而言,成網條件下換乘站的設置使得路網中的客流相互轉移和相互疊加,客流特征相對復雜。

根據換乘站所銜接的方向數和換乘特點的不同,城市軌道網絡條件下換乘站的布局方式主要分為以下2種（見圖1）。

圖1 城市軌道交通換乘站布局方式

圖1（a）為分散式換乘方式,表示換乘站銜接2個方向線路的換乘站布局方式;圖1（b）為集中式換乘方式,表示換乘站銜接2個以上方向線路的換乘站布局方式。

在分散式換乘方式下,單個換乘站的路網連通度較低,但是路網的可靠性較高,即當發生火災、地震、線路故障等突發事件導致該類換乘站不能提供運輸服務時,也僅是對局部路網的服務水平造成影響,對整個路網的影響程度相對較低。另一方面,如果該區域發生大客流,乘客往往需要經過多次換乘才能到達目的地,在線上的旅行時間也相應增加。此外,該類換乘站內客流疏散引導及固定設施的設置也相對簡單。

在集中式換乘方式下,單個換乘站的路網連通度很高,集中了多個線路方向。但是在路網中的可靠性較低,一旦在此集中式換乘站發生突發事件,將會使突發事件對換乘站的影響通過所銜接的各個線路方向迅速傳播至整個路網,導致整體路網都受到不同程度的影響。另一方面,該區域若發生大客流,乘客一般只需1次換乘就能到達目的地,旅客換乘次數少,時間較短。但是此類換乘站的客流組織工作較分散式換乘方式更加復雜,客流擁擠度較高,疏散引導及固定設施的設置較多。

2 突發大客流的定義與特點

突發大客流,簡稱大客流,是指城市軌道交通網絡中的站點周邊,短時間內所迅速聚集起來的大規模客流。通常情況下,突發大客流的產生主要是由于在城市軌道交通車站周邊舉辦的大型活動,吸引了大量的人流,使得活動結束時軌道交通車站周邊的客流集中度很高。大客流的突發性主要體現在客流在短時間內的迅速聚集與疏散。

從突發大客流的產生原因來看,其在城市軌道交通網絡中主要表現出以下特點：

（1）客流時空分布不均,峰值明顯且流量巨大,經常出現短時積聚和消散現象;

（2）出行目的地具有顯著的差異性,往往需要在路網中經過多次換乘;

（3）對候車環境和乘車舒適性的要求有所降低,乘客以“快速出行”為主要選擇標準;

（4）隨著突發大客流的發生、發展、衰退及消失,突發大客流的影響具有一定的周期性。

3 突發大客流對換乘站的影響機理分析

突發大客流對換乘站的影響主要體現為對換乘站服務水平及列車運行的影響,為便于分析和定量計算,定義相關概念與變量如下。

客流疏散周期——在突發大客流到達換乘站后,該站所銜接各個方向的列車,均到達車站并從車站發出1次為1個客流疏散周期;

C——列車的最大載客量,人;

Sk——k（k=1,2,…,W ）方向到達列車所對應的站臺候車區面積,m2;

Vk——發生延誤前,k（k=1,2,…,W ）方向站臺的候車乘客數,人;

T延——1個客流疏散周期內,換乘站所銜接各個方向的出發列車在換乘站的總延誤時間,s;

W——換乘站所銜接的線路方向數,個;

φ——乘客到達率,即單位時間內到達站臺的乘客數量,人/s;

μk——k（k=1,2,…,W ）方向列車所到達站臺的候車區乘客密度,人/m2;

μ0——車站站臺候車區內乘客候車環境由舒適變為擁擠的臨界值,人/m2;

μmax——車站站臺候車區的乘客密度上限,即單位候車面積內所能容納的最大乘客數量,人/m2;

α——乘客的上車效率,即單位時間內乘客的上車人數,人/s;

t停,k——k（k=1,2,…,W ）方向的到達列車在換乘站的圖定停站時間,人/s;

t到延,k——k（k=1,2,…,W ）方向的到達列車在換乘站的到達延誤時間,人/s;

t發延,k——k（k=1,2,…,W ）方向的到達列車在換乘站所產生的出發延誤時間,人/s;

t延,k——k（k=1,2,…,W ）方向的到達列車在換乘站所產生的總延誤時間,人/s。

根據文獻［3］,一般情況下,站臺候車區的乘客密度為2.5～3人/m2,列車進站后在車門區域的乘客,擁擠狀態下的最大乘客密度可達6～8人/m2。因此,可得μ0=6（人/m2）。

3.1 大客流對換乘站服務水平的影響

以大客流疏散方向上的某一換乘站為例,對大客流所引起的車站服務水平變化情況進行分析。

假定前方列車到達延誤,則產生列車到達延誤后,k（k=1,2,…,W ）方向站臺候車區的乘客密度

3.2 大客流對換乘站列車運行的影響

3.2.1 當 C（1-τk）≥（Vk+φt到延,k）時

因此,當 C（1-τk）≥（Vk+φt到延,k）時,k（k= 1,2,…,W）方向列車在本換乘站的總延誤時間：

3.2.2 當 C（1-τk）≤（Vk+φt到延,k）時

因此,當 C（1-τk）≤（Vk+φt到延,k）時,k（k= 1,2,…,W）方向列車在本換乘站的總延誤時間

綜上所述,一個客流疏散周期內,換乘站所銜接各個方向的出發列車在換乘站的總延誤時間：

3.3 大客流對換乘站服務水平和列車運行的影響機理

大客流隨前方列車到達換乘站后,若列車到達延誤,則將導致換乘站的客流聚集,并引起站臺候車區的乘客密度增大;列車到站后,由于列車到達延誤導致候車乘客數增加,且從前方發來的列車基本上屬于滿載或者超載運行,車內乘客密度較大,運輸能力也達到飽和或者過飽和。列車中的出站客流比例較高,列車到達換乘站后,需要下車的乘客人數或規模很大,而此時站臺又聚集了大量的候車客流,導致下車乘客與上車乘客在乘降過程中發生嚴重的交叉干擾。

此外,列車所裝配的ATC（列車運行自動控制）系統,限制了列車的啟動必須以車門安全關閉為前提。因此,隨著換乘站所銜接各個方向站臺的乘降效率降低,會引起各個方向列車的出發延誤。列車輸送能力隨之下降,站內候車客流得不到及時疏散,引起乘客在站臺的候車時間再次延長,降低了換乘站聚集客流的疏散效率。同時,由于列車出發延誤,使得同方向列車的行車間隔增加,導致與換乘站相銜接的各個線路方向列車到達延誤,從而導致路網中的其他車站產生客流聚集,使得突發大客流的影響通過換乘站在路網中網絡化傳播,對路網中車站服務水平和列車運行均造成一定程度的影響。

突發大客流對換乘站服務水平和列車運行產生的影響及客流傳播示意圖如圖2所示。

圖2 突發大客流對換乘站的影響機理及客流傳播示意圖

4 結語

突發大客流對換乘站的影響機理主要體現在對車站服務水平的影響以及對車站列車運行的影響。

突發大客流對換乘站服務水平的影響,表現為當前方列車到達延誤后,會引起本換乘站站臺候車區乘客密度的增加,并且與列車到達延誤時間呈正相關的線性關系：列車到達延誤的時間越長,站臺候車區乘客密度越大。當乘客密度達到一定程度（即μ0）時,就會使站臺候車區產生擁擠,導致車站服務水平的相應下降;隨著乘客密度的進一步增加,乘客密度達到最大值（即μmax）,站臺內不能再容納更多乘客,需車站工作人員引導乘客,在非候車區等待。

突發大客流對換乘站列車運行的影響,表現為當前方列車到達換乘站后,由于上下車乘客相互擁擠,引起乘降效率的降低,并進一步導致列車的出發延誤。列車是否會產生出發延誤,主要取決于列車的剩余載客能力（即 C（1-τ））、站臺候車乘客數（即 Vk+φt到延,k）、乘客的上車效率（即α′）等3個因素之間的大小關系。

在實際運營過程中,換乘站的布局方式不同,發生突發大客流后對路網的影響程度也有所差異。同時,由于換乘站銜接了多個線路方向,是城市軌道交通路網中的樞紐型車站,突發大客流對換乘站的影響,將會通過各方向的列車,傳播至路網中各個線路上的車站,造成局部路網乃至整體路網中的車站服務水平下降以及列車運行延誤。

值得注意的是,突發大客流對城市軌道交通路網中各車站的影響,除了與上述因素有關外,還與列車運行圖預留的緩沖時間、相鄰列車間隔的閉塞分區數目、是否采用備車、列車運行調整措施等眾多因素有關。城市軌道交通運營部門通過對換乘站的歷史統計數據進行分析,能夠初步掌握將來可能發生的突發大客流對車站服務水平和列車運行的影響機理,并針對可能造成的影響程度,通過改進車站進出站的流線組織,在具備條件的車站預留備車等措施,編制完善的突發大客流應急預案,這樣可以在突發大客流發生后,將大客流對車站服務水平和列車運行的影響降到最小。

［1］ 王祎南.突發特大客流城市軌道交通運營組織研究［D］.北京：北京交通大學,2008.

［2］ 吳洋,王月明,曾理.晚點情況下地鐵列車間隔的實時調整方法［J］.電力機車與城軌車輛,2003,26（5）：21.

［3］ 朱自剛,張知青,徐瑞華.列車運行延誤條件下的城市軌道交通客流研究［J］.城市軌道交通研究,2006（12）：81.

［4］ 徐瑞華,江志彬,邵偉中,等.城市軌道交通列車運行延誤及其傳播特點的仿真研究［J］.鐵道學報,2006,28（2）：7.

［5］ 江志彬,苗秋云.城軌交通列車運行延誤影響及其減緩措施［J］.現代城市軌道交通,2009（5）：59.

［6］ 宋利明.地鐵線網大客流應對措施探討［J］城市軌道交通研究, 2011（8）：49.

［7］ 楊梅,徐瑞華.城市軌道交通換乘客流組織的仿真［J］.城市軌道交通研究,2011（9）：48.

［8］ 張寧,覃矞,陳振武.軌道交通大客流換乘組織的仿真分析［J］.城市軌道交通研究,2012（7）：86.

Impact of Emergent Large Passenger Flow on Service and Train Operation at Transfer Station

Peng Qiyuan,Duan Liwei,Wen Chao,Yu Xiaoke

As a key node in urban rail transit network,the connectivity and reliability at transfer station cast important impact on passenger travel characteristics.On the basis of passenger flow assignment in different transfer modes, the impact mechanism of emergent large passenger flow on service level and train operation at transfer station is addressed,especially when the arrival train is delayed.Several mathematical formulas are put forward,including the passenger density in waiting areas,additional passenger capacity in the arrival train,the number of waiting passengers and the passengers’riding efficiency as well.

urban rail transit network;emergent large passenger flow;transfer mode;level of service;train operation;impact mechanism

U 293.1

2012-04-06）