軌道交通車站大客流疏運能力理論及模擬仿真計算評價

馬　培

(北京中安質(zhì)環(huán)技術(shù)評價中心有限公司，北京　100022)

軌道交通作為城市大運量交通運輸工具，在城市綜合交通運輸體系中的作用日益突顯。車站作為乘客進出地鐵線路的唯一節(jié)點，其自身的承載能力以及與線路運輸能力的匹配性，決定了車站的疏運能力能否滿足客流疏運需求。在早晚高峰或節(jié)假日、大型活動等期間突發(fā)大客流，若不能及時疏運出去，可能會造成踩踏、群死群傷事故[1]。準(zhǔn)確評價車站大客流疏運能力，查找疏運瓶頸點，對運營行車及客流組織具有現(xiàn)實意義。

1　計算理論

乘客從出發(fā)站出入口進入，首先進行安檢，安檢之后檢票進站，進站后經(jīng)樓梯或扶梯下行到站臺層候車，列車進站后，候車乘客經(jīng)車門上車出行；到達目的站后出站，其流程與進站相反(如圖1所示)。從乘客出行過程來看，出入口、安檢機、AFC閘機、站臺樓扶梯、站臺候車區(qū)、進站列車容納能力等節(jié)點處的通行能力決定了整個的車站疏運能力。

應(yīng)用經(jīng)濟學(xué)中的木桶原理，其核心內(nèi)容是一個由長短不一的許多木板組成的木桶，盛水量多少并不取決于最長的那塊木板，或全部木板長度的平均值，而是由其中最短木板所決定的[2]。因此：

1)車站在各節(jié)點理論最大疏運能力應(yīng)小于該節(jié)點需要疏運人數(shù)。

Qmax≥Qneed。

2)車站理論最大客流疏運能力由各設(shè)備設(shè)施最大疏運能力的最小值決定。

Qmax=min{Q1max，Q2max，Q3max，Q4max,Q5max,Q6max,Q7max，Q8max}。

3)沿乘客行進方向，各節(jié)點的通過能力應(yīng)相匹配，若后續(xù)節(jié)點通過能力小于前一節(jié)點通過能力，可能會在后節(jié)點處發(fā)生客流擁堵。

Qback≥Qfront。

其中,Qmax為理論最大疏運能力；Q1max為出入口最大通行能力；Q2max為安檢機最大通行能力；Q3max為AFC閘機最大通行能力；Q4max為站臺樓扶梯最大通行能力；Q5max為最大換乘能力；Q6max為站臺候車區(qū)最大容納能力；Q7max為車門通過能力；Q8max為列車最大疏運能力；Qneed為節(jié)點需要疏運人數(shù)；Qback為后續(xù)節(jié)點通過能力；Qfront為前一節(jié)點通過能力。

設(shè)備設(shè)施的最大通行能力計算原則如下：

自動扶梯、安檢機、閘機等通行能力=設(shè)備數(shù)量×單個設(shè)備基本通行能力；

通道、樓梯等設(shè)施通行能力=設(shè)施寬度×單位寬度基本通行能力；

站臺候車區(qū)最大容納能力=站臺有效候車區(qū)面積×單位面積人數(shù)×高峰小時列車對數(shù)；

車門通過能力=車門數(shù)量×單門基本通行能力×車門數(shù)量×有效上車時間；

列車最大疏運能力=列車定員-進站單位列車斷面客流×高峰小時列車對數(shù)。

2　計算案例

選擇某城市地鐵站，該站地下2層島式站臺車站，在試運營前采用上述公式計算該站設(shè)備設(shè)施能否滿足遠期早高峰客流疏運需求，并辨識出其客流疏運瓶頸點。由于開通試運營前，車站尚未明確安檢機、鐵馬等設(shè)置位置、數(shù)量、長度等，本次計算時僅考慮固定設(shè)備設(shè)施的疏運能力。

該站共設(shè)4個出入口，地下1層為站廳層，地下2層為站臺層，站臺—站廳間設(shè)置3組樓扶梯。車站建筑設(shè)計、設(shè)備設(shè)施及遠期客流如下：

1)車站設(shè)備設(shè)施如表1所示。

表1　車站設(shè)備設(shè)施

2)基本通行能力。

采用GB 50157—2013地鐵設(shè)計規(guī)范、GB/T 33668—2017地鐵安全疏散規(guī)范規(guī)定[3，4]，并參考所在城市已開通線路調(diào)查數(shù)據(jù)(如表2所示)。

3)遠期客流。

根據(jù)客流預(yù)測結(jié)果，本站遠期(2043年)早高峰小時客流量如表3所示。

3　理論計算結(jié)果

表2　基本通行能力表

按照第1節(jié)理論公式計算設(shè)備設(shè)施最大疏運能力，并與疏運人數(shù)進行比較，如表4所示。

表4　客流疏運計算表

理論計算結(jié)果表明：

1)無論客流進出站時，各設(shè)備設(shè)施的最大通行能力均滿足遠期高峰小時客流疏運需求。2)進站時，車門通行能力>出入口通行能力>站臺候車區(qū)容納能力>站臺—站廳樓扶梯通行能力>閘機通行能力>列車疏運能力，控制該站進站最大疏運能力為列車疏運能力。出入口、站臺候車區(qū)、車門等能力遠大于疏運人數(shù)，但受限于列車疏運能力，乘客可能會在站臺滯留，但站臺不會發(fā)生擁擠現(xiàn)象。另外，從進站閘機→上下車整個流程，通行能力逐漸增大，設(shè)備設(shè)施具有良好的匹配性。3)出站時，車門通過能力>出入口通行能力>出站閘機通行能力>樓扶梯通行能力，控制該站出站最大疏運能力為站臺站廳樓扶梯通行能力。車門通過能力遠大于樓扶梯通行能力，說明當(dāng)下車乘客短時集中時，在出站樓扶梯處可能會發(fā)生擁堵現(xiàn)象。

4　模擬仿真

根據(jù)車站建筑圖紙，按照1∶1建立了車站計算模型，采用Pathfinder軟件模擬遠期高峰小時(早高峰)，兩個行車間隔內(nèi)，乘客進站→檢票→進入站臺→候車→列車進站→列車乘客下車、站臺乘客上車→出站的全過程情景。

1)初始階段至疏運結(jié)束，進站客流秩序始終維持較好，站臺、站廳公共區(qū)域、出入口通道、閘機及樓扶梯等設(shè)備設(shè)施處，未出現(xiàn)明顯的客流擁堵現(xiàn)象。列車進站后，站臺門開啟，站臺候車乘客上車，列車上出站乘客下車出站。約20 s后列車上乘客全部進入站臺，站臺樓扶梯出現(xiàn)短暫擁堵，并與進站客流發(fā)生交織現(xiàn)象。擁堵現(xiàn)象持續(xù)約1 min，并在一側(cè)樓扶梯處出現(xiàn)客流交織現(xiàn)象。2)客流交織。站臺樓扶梯端頭處、站廳部分閘機處，進出站客流沖交織現(xiàn)象較為顯著，為車站客運組織的風(fēng)險區(qū)域。在站臺樓扶梯端頭處會出現(xiàn)短暫性客流擁堵，再加上客流交織，客流組織風(fēng)險較大。3)客流密度如圖2所示。初始階段，站臺乘客陸續(xù)出站，站臺人數(shù)逐漸減少，隨著站廳及站外乘客的進站，站臺人數(shù)有所升高。列車約100 s進站，短時站臺出現(xiàn)客流激增現(xiàn)象，隨著出站乘客人數(shù)增多，站臺客流逐漸減少。站廳人數(shù)激增主要集中在列車進站約30 s后，出站乘客進入站廳區(qū)域，站廳人數(shù)增加迅速，其余時間站廳人數(shù)較為平穩(wěn)。站臺、站廳客流密度在0.5人/m2以下，總體上客流密度不大，相對于公共區(qū)，閘機處客流相對其他區(qū)域較多，但也未達到造成擁堵密度。

5　結(jié)語

突發(fā)大客流沖擊是運營期間車站最常見的風(fēng)險，無論是早晚高峰、節(jié)假日，亦或是供電、信號等涉及行車設(shè)備故障，都有可能發(fā)生突發(fā)大客流沖擊。合理的建筑設(shè)計、設(shè)備設(shè)施布置及數(shù)量，是應(yīng)對大客流沖擊風(fēng)險的基礎(chǔ)，需要根據(jù)理論計算確定車站疏運能力。對建筑及客流組織復(fù)雜的車站，模擬仿真也是評價客流流線、疏運瓶頸點的重要手段。運營期間根據(jù)進站客流量及車站疏運能力，加強大客流分級管控和應(yīng)急疏散措施。對于交織和沖突區(qū)，通過設(shè)置樓扶梯端頭欄桿、通道欄桿等客流疏導(dǎo)設(shè)施，對客流進行合理的組織與引導(dǎo)。

參考文獻：

[1]史聰靈，鐘茂華，劉智成,等.與體育場館連接地鐵車站大客流疏運能力計算模擬分析[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2011,21(3)：34-41.

[2]劉狄，吳海燕.城市軌道交通換乘站內(nèi)部換乘客流量算法研究[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報，2010，26(2)：44-48.

[3]GB 50157—2013,地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

[4]GB/T 33668—2017,地鐵安全規(guī)范[S].