基于客流模擬的沈陽地鐵1、2號線換乘站改造設計研究

霍 揚

(沈陽地鐵集團有限公司,沈陽 110011)

1 概述

發達國家的城市地鐵建設較早，其中日本地鐵站的改造注重以人為本，強調多樣化、人性化設計，并且在滿足舒適、快速、便利、安全的同時，為廣大市民提供明亮、寬敞、平和、溫馨、美觀、衛生的車站空間。同時還重視地鐵資源的開發與利用，尤其是城市空間的立體化開發，不僅改善了車站運行效率，集約了土地資源，也增加了社會經濟效應。與日本不同，倫敦的車站改造在擴充容量的基礎上，更注重智能化管理系統的提升。根據倫敦交通局的數據，至2031年倫敦地鐵出行量將比現在增加50%。

我國城市地鐵的建設雖然起步相對較晚，但發展速度快，在地鐵換乘站設計、空間利用、客流組織等方面積累了大量的實踐經驗。但由于城市發展仍處在快速增長階段，軌道交通客流需求存在很大的不確定性，對客流特征和發展趨勢的認識、換乘站的容量規模的確定、車站選型等方面造成了一定的困難。在這種形勢下，軌道交通換乘設施難免出現與現實客流需求相矛盾的現象，這不僅導致換乘站的改造成為了北京、上海、廣州等擁有大規模軌道交通網絡的城市必須面對的難題，而天津、成都、重慶、沈陽等軌道網絡初具規模的城市也開始面臨諸如此類的問題[1-3]。

2 工程概況及現狀客流分析

2.1 工程概況

沈陽地鐵1、2號線換乘站(以下簡稱青年大街站)位于青年大街與十一緯路交叉口正下方，青年大街為南北向主干道，道路紅線寬60 m，雙向10車道，十一緯路道路紅線寬48 m，雙向8車道。該站為“側-島”十字節點換乘站型，即2號線車站在上，1號線車站在下，采用地下雙層側式站臺車站，兩線共用1號線站廳解決進出站需求，換乘車站通過地下一層的4條換乘通道及節點處兩站臺之間的換乘樓梯連接，實現單向換乘功能。沈陽地鐵換乘站示意見圖1。

圖1 沈陽地鐵換乘站示意

2.2 現狀客流強度

截至2016年，沈陽地鐵線網日均客運量81.7萬人次，客流強度1.49萬人/km。其中地鐵1號線日均客運量45.7萬人次，客流強度1.63萬人次/km；地鐵2號線日均客運量36萬人次，客流強度1.33萬人次/km。線網客流增長趨勢如圖2所示。

圖2 線網客流增長趨勢示意

地鐵1號線工作日高峰小時最大斷面流量2.42萬人次/h，滿載率1.18，最大斷面出現在西至東云峰北街—沈陽站區間；地鐵2號線工作日高峰小時最大斷面流量1.52萬人次/h，滿載率0.82，最大斷面出現在北至南青年大街—青年公園區間。如圖3、圖4所示。

圖3 沈陽地鐵1號線高峰小時斷面客流示意

圖4 沈陽地鐵2號線高峰小時斷面客流示意

經計算，線網平均運距9.17 km，1號線平均運距7.14 km，2號線平均運距7.39 km。乘坐距離8～10 km的出行最大，占總量17.9%；其次為6～8 km的出行，占總量16.5%；出行距離2～12 km的出行量占總出行量的69.6%。如圖5所示。

圖5 沈陽地鐵人均乘距分布示意

2.3 現狀客流仿真模擬

為了真實反映不同時段行人的路徑、互動行為，動態測試需求與設施的能力匹配程度，形象的顯示換乘站瓶頸位置、擁堵程度和高密度延續時間，研究采用Legion軟件進行客流仿真模擬。

青年大街站，全日客流以換乘客流為主，占90%以上，其中在早高峰統計的客流量達到最大值。如圖6所示。

圖6 青年大街站全日客流分布

進一步統計分析青年大街站周一至周五客流量，發現周一總乘降量(進站+出站+換乘)略高于其他工作日，因此本研究模型選擇以周一(2017.04.17)早高峰(8：00～9：00)的客流進行模擬。青年大街站工作日高峰小時客流統計見圖7。

圖7 青年大街站工作日高峰小時客流統計

2.4 現狀客流仿真模擬分析

(1)通過客流仿真模擬，研究發現車站整體客流密度大，整體服務水平較差，車站局部區域客流密度超過2人/m2(紅色)。如圖8所示。

圖8 青年大街站平均密度分布示意

(2)從圖9可以看出，客流擁堵位置主要集中在1號線東、西兩側站廳的樓扶梯區域、1號線站臺中部樓扶梯以及2號線的中部站臺區域，持續時間均達到10 min以上。

圖9 車站高密度持續時間示意

(3)2號線站臺整體客流密度比較均衡，但在過軌樓扶梯的后側客流密度低，空間未能充分利用。

3 客流預測

3.1 客流預測技術路線

青年大街站客流預測主要分為兩方面，一方面是換乘客流預測，通過交通調查手段對出行產生、吸引預測，出行方式預測，出行分布預測，客流分配預測，進而對線路總量進行客流預測分析，得出換乘客流指標在內的5項指標；另一方面是進出站客流預測，主要通過生成率模型和趨勢外推法得出新建地塊和已建地塊進出站客流量。圖10為客流預測技術路線。

圖10 客流預測技術路線示意

3.2 換乘客流預測

(1)換乘客流成長規律

通過研究上海人民廣場站、廣州公園前站、深圳會展中心站以及南京新街口站的客流成長規律，換乘客流成長規律主要包含3個階段：客流快速增長期、客流回落期和客流穩定期。線網形成初期，線路呈“十”字骨架階段，客流增長迅速，線網結構由“十”字骨架變為“環+放射”型時，核心區線網逐漸加密，出現分流線路，客流會有一定的回落，當線網持續向外圍擴張，核心區基本不變，客流基本保持穩定[4-6]。

(2)換乘客流預測(表1)

表1 沈陽地鐵換乘客流預測

根據客流成長規律，沈陽地鐵9、10號線環網形成后，實現從1、2號線雙線運營邁向網絡化運營，預測青年大街站客流量會繼續增長，沈陽地鐵4號線，也就是第二條南北向干線開通后，該站換乘客流量會下降。

近期建設線網形成后，地鐵網絡化運營成熟，出現更多的分流線路(3、6、7、8線等)，該站換乘客流量會呈現穩步下降趨勢。

3.3 進、出站客流預測

進、出站客流預測采用生成率法對新建和在建地塊進行預測，已建地塊采用趨勢外推法。

綜上所述，綜合換乘客流和進、出站客流預測結果，按照客流風險最不利原則分析，假設該站周邊新建地塊在2021年前全部投入使用，將進站客流與換乘客流進行疊加，2021年該站總客流量27.5萬人次，其中換乘客流23.8萬人次，進站客流3.7萬人次。青年大街站客流預測趨勢見圖11。

圖11 青年大街站客流預測趨勢

4 改造方案及模擬分析

通過分析現狀客流特征，結合其他城市客流發展規律，進行客流預測[7-8]。同時，建立客流仿真模型，通過客流仿真模擬分析得出青年大街站擁堵主要原因是換乘客流量與車站人員有效使用空間面積不匹配，改造思路包括兩個方面：一是運營調節，主要是提升運能；二是車站內局部土建改造。

4.1 運營調節及模擬分析(圖12)

目前地鐵1號線的列車到達換乘站約有46%的乘客需要換乘(與列車定員相比)，特別是1號線西向東方向換乘2號線的列車到達青年大街站約有68%的乘客需要換乘(與列車定員相比)，2號線列車到達青年大街站約有40%的乘客需要換乘。而且，車站設計初期，按照高峰每小時30對列車進行計算，目前早高峰1號線實際發車14對，2號線發車11對，高峰期的運力比較緊張，從而導致站臺擁堵。因此提高運能是緩解青年大街站客流壓力過大最為行之有效的辦法。

圖12 運營調節后客流模擬

4.2 車站局部土建改造及模擬分析

根據土建改造難易程度和對既有運營車站的影響，該站土建改造包括4個階段，見圖13、圖14。

圖13 土建改造流程示意

圖14 土建改造平面示意

為了增加2號線側站臺容客能力，第一階段首先改造2號線南北兩端過軌樓梯，原設計采用樓梯加扶梯形式，改造后該樓扶梯利用率下降，取消一部扶梯，側站臺寬度增加到4.01 m；第二階段利用既有出入口空地增設外擴廳，在外擴廳內，實現售檢票和進出站功能，增加站內付費區面積；在第二階段出入口外擴廳實現以后，站內全部為付費區，取消1號線垂直電梯，在1號線東側和西側區域，各新增2部扶梯和1部樓梯；之后取消換乘樓梯，增加無障礙換乘電梯，為避免無障礙電梯對2號線側站臺的影響，考慮不占用側站臺空間，外置于車站外側[9-12]。

根據客流模擬，車站經過土建改造后車站整體服務水平有諸多改善，特別是1號線站臺，由于增加付費區面積，容客能力增強，同時2號線站臺擁堵情況也得到一些改善，客流模擬如圖15所示。

圖15 土建改造后客流模擬

5 結語

隨著換乘客流的增加，換乘站承受客流壓力較大，換乘站的重要性越來越引起各方面的重視；而城市規劃、建設的發展，軌道交通技術的更新換代以及城市居民對軌道交通需求的增長，地鐵車站尤其是換乘站在設施容量、運行效率、現代化水平以及地下空間利用等方面的矛盾也逐步顯現，進行與時俱進的改造、優化和提升成為各個發展階段城市基礎設施改造的重要內容。

地鐵換乘站的改造設計需要先明確換乘客流的基本特征及變化規律等，另一方面也需要對換乘設施能力、換乘設施與客流匹配性、換乘客流分布均衡性等重要指標進行預測。客流預測是車站規模控制的重要指標，而客流情況也會隨著城市規模的擴展、人口數量的增長、城市綜合交通體系的變化、軌道交通規劃及網絡化運營的進程、換乘站周邊土地利用開發等多種因素呈現不同的趨勢，而非固定模式的增長或降低，因此，研究近遠期客流發展趨勢是車站改造設計工作的重要依據，文中改造設計方案也為今后類似工程改造設計提供參考[13-15]。

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