航站樓出發大廳行人交通特性研究*

顧佳羽 包丹文 賈俊華

(南京航空航天大學民航學院 南京 210016)

0 引 言

航站樓出發大廳是旅客進入航站樓的必經之所，聚集人數較多.旅客為各自的目的分散在各功能區內，各部分功能區的行人交通特性也不盡相同，研究各功能區的行人交通特性可為航站樓應急管理提供基礎.

國內外關于交通樞紐行人交通特性的研究較多.周繼彪等[1]對西安市北大街換乘樞紐內水平通道、樓梯、站臺和換乘通道的行人交通特征進行了研究，擬合得到四種基礎設施的行人速度與密度呈反向線性關系，而行人流量與密度呈一元三次函數關系.William等[2]研究了香港不同類型步行設施的行人流特性，用高峰小時調查收集到的數據來挖掘速度和流量之間的關系，校驗了各類型行人設施的行程時間函數.柳伍生等[3]對上海市重要集散地的樓梯行人流進行了研究，建立了樓梯行人流特征模型.陳然等[4]對我國大城市的行人交通特征進行了實測調查，研究發現行人步速、步頻服從正態分布.何流[5]采集了地鐵樞紐的行人樣本，運用多元回歸分析法建立了行人步速及空間需求模型.龔曉嵐等[6]基于實測數據，采用改進的Kaplan-Meier估計方法建立了步行交通設施上的行人自由速度分布模型.孫世煒等[7]對地鐵不同類型設施結合處的行人速度進行了研究，得到了速度隨密度的變化規律.袁佳楊[8]闡述了交通流量、人流密度和步行速度這三個交通參數的定義，總結了行人交通流模式建立的十個步驟.Jia等[9]用視頻技術收集了中國西直門地鐵站行人流的現場數據，用SPSS對數據進行分析，建立了不同樞紐設施的行人流量參數的關系模型.

雖然關于地鐵等綜合交通樞紐和其他基礎步行設施上的行人交通流研究較為完善，但是目前國內幾乎沒有學者研究航站樓內這一重要綜合交通樞紐的行人交通流特性，鑒于此，本文對航站樓出發大廳內各區域的行人交通特性進行探討，以期為航站樓內突發事件下應急救援計劃的制定提供一定的參考.

1 功能分區

安檢前航站樓出發層根據使用性質分為四個基本功能區：流通區、排隊區、商業區和進出區[10].以南京祿口國際機場T2航站樓三層出發層的四個進出口和四個值機島附近為主要研究中心，選擇四個研究區域見圖1.

圖1 南京祿口國際機場調研區域分布圖

1) 進出區 進出口是進入和離開航站樓的重要途徑，進出區是研究航站樓行人交通特性時必須考慮的區域.即使是非緊急情況下，某一進口或出口旁邊也不宜有太多的旅客，否則會造成該區域密度過大從而形成擁堵.本文研究出發大廳四個進出口附近的行人流交通特性.

2) 排隊區 排隊區是指位于出發大廳值機柜臺前，為正在等待辦理值機手續的旅客提供的區域.南京祿口國際機場值機島在出發大廳中以前列式布局，便于旅客尋找，能減少旅客步行長度，但容易造成擁堵.當出現延誤等情況時，排隊區域最可能出現騷亂，所以航站樓管理需要特別注意該區域的行人流交通特性.

3) 流通區 流通區是航站樓內行人移動的主要場所，作為進出區和排隊區之間以及值機區和商業區之間的過渡.流通區分為流通前區和流通后區和島間流通區.就南京祿口國際機場的前列式值機島柜臺而言，進出區與排隊區間的空余空間就是流通前區；流通后區指值機島后側與商業設施之間的部分；島間流通區指各值機島之間供旅客流動的區域.功能最多最重要的區域就是流通前區，離港流程中旅客也最先經過流通前區，所以本文研究進出口和值機島前排隊區之間的流通前區，這里簡稱流通區.

4) 商業區 航站樓中商業面積占航站樓總面積的10%左右，大型航站樓可達20%以上，而南京祿口國際機場T2航站樓商業面積只占總面積的5.4%，機場需要重視對商業設施的建設.對商業區域的行人交通分析有助于對商業設施的整體規劃，提高機場收益.

2 數據采集

工作日高峰時段行人流出行量大，所以行人流觀測時間為連續5個工作日：2016年12月19日-23日早高峰7:30-9:30及晚高峰4:30-6:30.每個調查點采集的信息有：行人流量、密度、速度和各調查區域的物理參數.調查時在4個進出口區域和4個值機島前的排隊區域各安排1人采用視頻錄像的方式記錄行人交通流特征，另外將流通區劃分成3個部分由3人采用視頻錄像的方式同時記錄行人交通流特征，圖1中B值機島和C值機島后方的商業區分別安排1人采用視頻錄像的方式記錄行人交通流特征.

視頻錄像的優點是可以重復使用，能提供全面的行人流數據，節約人力財力.根據錄像采集的數據，分幀處理視頻，記錄某一行人進入和離開調查區域的時間和其穿越調查區域步行的長度，然后用長度除以時間得到步行速度.同時記錄該行人進入和離開時間的中間時刻所處調查區域的密度、以及對應時刻的行人流量(對應時刻通過觀測區某一截面的行人數量)，見圖2.進出區某時刻行人流量為單位時間內通過單位長度的行人數量，人/(m·s).行人密度計算為

(1)

式中：N為某時刻航站樓某調查區域的行人數量；s為調查區域面積；a為調查區域的長；b為調查區域的寬.

圖2 某區域某時刻流量計算示意圖

按上述方式處理錄像視頻得樣本數據共423組.其中進出區91組，流通區129組，排隊區78組，商業區125組.將所有數據錄入excel中，見表1.

3 結果分析

3.1 交通參數特征

在調查的四大功能區內，行人交通特性不盡相同，結果見表2.

1) 行人速度 根據國內外研究，現代人平均步行速度為1.46 m/s，南京市行人平均步行速度為1.32 m/s.本文研究的機場航站樓四個功能區的行人平均步行速度均小于南京市行人平均步行速度，出現這樣的結果可能是由于旅客攜帶行李行動不便，步速減小.

表1 各功能區交通特性統計數據表(部分)

表2 南京祿口國際機場T2航站樓出發廳行人交通特性

流通區行人平均速度最高，為1.17 m/s；其次是進出區，為1.11 m/s，旅客都從大門進入或離開，高峰時刻很可能在進出區形成堵塞，產生拉鏈效應，影響整體步行速度，所以平均速度要小于流通區；再次是商業區，為0.70 m/s，旅客值機完后或就餐或購物，所以平均步速要明顯小于進出區和流通區；最后是排隊區，行人平均速度最小，為0.67 m/s，原因是大多數旅客在排隊區內等候辦理值機手續，排隊區的行人平均速度與值機效率有關.

2) 行人密度 進出區、流通區、排隊區、商業區行人平均密度分別為1.214，1.106，0.705，0.651 人/m2.密度最高的是進出區，是航站樓設計中必須考慮的重點；其次是流通區，它是行人主要移動場所，密度過大使行人障礙增加，造成擁擠感；再次是排隊區，南京祿口機場高峰時刻排隊區人數較多，平均密度較高，當出現延誤等突發事件時要著重考慮這部分人群的疏散；最后是商業區，南京祿口機場對商業開發力度還不大，吸引顧客較少，所以商業區平均密度最小，未來可以加強機場商業的開發，增大商業區利用率.

3) 行人流量 進出區、流通區、排隊區、商業區行人平均流量分別為0.989,1.127,0.472,0.651 人/m2.平均流量從高到低的順序與平均速度一致：流通區>進出區>商業區>排隊區.但這樣的結果并不表明速度與流量呈正相關關系，下文可以證明.

3.2 交通參數之間的關系

1) 速度與密度 在MATLAB中，將每一樣本的速度與密度轉化為散點，見圖3.

圖3 速度-密度關系散點圖

根據速度-密度散點圖，行人速度和密度大致符合反向線性關系，運用擬合工具箱cftool對密度與速度進行一元一次線性擬合，見表3.

表3 各功能區速度-密度關系擬合曲線及參數估計值

總體而言，行人群體密度增加，步行速度逐漸減小，擬合的相關系數均達0.8以上，速度和密度確實為反向線性關系.

進出區和流通區行人速度明顯高于排隊區和商業區.流通區斜率絕對值最大，為0.888 7，表明流通區行人速度受密度影響最大，原因是流通區是航站樓行人的主要移動場所，是旅客完成各項流程的過渡區域，由于存在自組織現象和拉鏈效應，需要預留足夠的空間供旅客穿行；其次是排隊區，速度隨密度變化的斜率絕對值為0.854 1，雖然在排隊區旅客速度較小，但旅客對空間要求較高；再次是商業區，斜率絕對值為0.729 1，商業區面積較大且旅客密度相對流通區來說要小得多，所以速度受密度影響并不明顯；最后是進出區，斜率絕對值為0.663 5，高峰時刻進出區旅客通常較多，對高密度空間有一定的容忍度，速度變化率較小.

在進出區，樣本密度的主要范圍是0.7～1.4 人/m2，速度基本保持在0.9～1.45 m/s之間；流通區樣本密度的主要范圍是0.6～1 人/m2，速度基本保持在1～1.55 m/s之間；排隊區樣本密度的主要范圍是0.3～0.8 人/m2，速度基本在0.5～1.2 m/s之間；商業區樣本密度的主要范圍是0.4～0.9 人/m2，速度基本在0.6～0.9 m/s之間.基于擬合曲線計算得到進出區、流通區、排隊區、商業區速度為零時的阻塞密度依次為2.7，2.2，1.5，1.6 p/m2.

2) 密度與流量 在MATLAB中，將每一樣本的流量與密度數據轉化為散點，見圖4.

圖4 流量-密度關系散點圖

根據繪制出的流量-密度散點關系圖，運用cftool對密度與流量進行一元二次擬合，相關系數均在0.8以上，可認為得到的流量-密度關系符合實際，見表4.

表4 各功能區流率-密度關系擬合曲線及參數估計值

流量隨密度的變化趨勢為：一開始密度為零流量為零；隨密度增大，流量逐漸增加.當密度達到某一最佳密度時，流量最大.密度小于最佳密度時，表示該功能區行人可以自由走動；密度大于最佳密度時，表示出現擁擠狀況，行人活動受到限制，隨著密度繼續增大，流量持續減小，該功能區越發擁擠，進而影響其他功能區乃至整個航站樓的正常運行；當密度達到某一阻塞密度時流量變為零，該功能區癱瘓.

進出區、流通區、排隊區和商業區最佳密度即行人流最大密度分別為1.4，1.0， 0.5，0.8 人/m2.文獻[11]規定，航站樓出發大廳流動區域高峰小時宜向每旅客提供1 m2的空間，與本文計算得到的流通區最佳密度十分接近.進出區最佳密度要高于流通區，說明進出區行人對空間要求低于流通區.排隊區、商業區的空間要求高于進出區和流通區，南京祿口國際機場高峰小時至少應保證排隊區1.25 m2/旅客的空間面積和商業區2 m2/旅客的空間面積，否則旅客會產生擁擠感覺.

進出區、流通區、排隊區、商業區流量為零時的阻塞密度依次為2.8，2.0，1.2，1.6 人/m2(2.7，2.2，1.5，1.6 人/m2)，與通過速度-密度擬合曲線計算得到的速度為零時的阻塞密度大致相等.查閱相關文獻發現一般樞紐內行人阻塞密度在3.8～10.0 人/m2，而航站樓功能區內的阻塞密度要小得多，表明旅客對機場服務的要求高于其他樞紐設施.

3) 流量-速度-密度 運用Matlab繪制流量-速度-密度的三維關系圖，見圖5.

圖5 流量-速度-密度關系散點圖

4 結 論

1) 在相同的密度下，南京祿口國際機場航站樓出發大廳流通區行人速度最大，其次是進出區，再次是商業區，行人速度最小的是排隊區.各功能區行人速度與密度符合反向線性關系.

2) 南京祿口國際機場航站樓出發大廳各功能區的流量與密度符合一元二次線性關系，流量隨密度先增大后減小，進出區、流通區、商業區、排隊區的最大流量分別為1.19，1.29，0.61，1.05 人/(m·s).

3) 南京祿口國際機場航站樓出發大廳進出區、流通區、商業區、排隊區的阻塞密度分別為2.7，2.0，1.2，1.6 人/m2，航站樓管理時要時刻注意各功能區的密度，使高峰小時的旅客密度小于阻塞密度，保證航站樓運行的正常性.

[1] 周繼彪,陳紅,閆彬,等.地鐵換乘樞紐行人交通特性實證研究[J].武漢理工大學學報,2014,36(4):92-99.

[2] WILLIAM H K，CHEUNG C Y. Pedestrian speed/flow relationships for walking facilities in Hong Kong[J]. Journal of Transportation Engineering,2000,126:343-349.

[3] 柳伍生,余朝瑋.地鐵站樓梯行人流交通特征的數據擬合分析[J].計算機工程與應用,2008,44(3):50-52.

[4] 陳然,董力耘.中國大都市行人交通特征的實測和初步分析[J].上海大學學報:自然科學版,2005,11(1):93-97.

[5] 何流.城市時代，協同規劃[C].2013中國城市規劃年會(城市道路與交通規劃)，佛山,2013.

[6] 龔曉嵐,魏中華.行人交通流自由速度模型研究[J].北京工業大學學報,2009,35(4):493-497.

[7] 孫世煒,李海鷹,許心越.地鐵站內不同類型設施結合處行人速度變化規律研究[J].鐵道科學與工程學報,2016,13(3):570-576.

[8] 袁佳楊.行人交通流模式與路段性能評估方法研究[J].湖南交通科技,2016,42(3):198-200.

[9] JIA H F, YANG L L, TANG M. Pedestrian flow characteristics analysis and model parameter calibration in comprehensive transport terminal[J]. J Transpn Sys Eng & IT,2009,9(5):117-123.

[10] 任廣璨.航站樓出發大廳設計研究—以北京新機場為例[D].北京:清華大學,2012.

[11] 首都機場集團公司.民用運輸機場服務質量標準:MH/T 5104—2013[S].北京,中國民航出版社,2013.