面向冬奧會突發客流的鐵路客運運力應急處置策略研究

李禎怡，廖鳳華，王洪業，呂曉艷

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

北京2022 年冬奧會和冬殘奧會（簡稱：冬奧會）采取兩地三賽區的舉辦形式，交通運輸作為基礎性服務，是此次盛會成功舉辦的重要保障[1]。冬奧會交通的主要服務人群為相關工作人員、裁判員、運動員、媒體工作者、觀賽群眾和普通旅客，需滿足其賽事（比賽、觀賽）和旅游需求。冬奧會期間，要求交通運輸系統既能承載短期高密度賽時客流，亦能靈活應對其它突發性客流需求。賽事需求的時效性較強，交通運輸組織應確保交通運力資源配置與旅客出行時間需求精確匹配，將相關人群安全、準時、舒適地送達目的地。為此，需對賽時客流特征進行分析，針對突發客流制定相應的交通組織策略，為冬奧會期間交通運力資源配置提供調整依據，協調好北京與崇禮、延慶3 個賽區之間的區域交通運輸系統。

冬奧會期間，鐵路將成為各類人群出行的重要交通方式，賽區之間的區域交通運輸主要由北京—張家口高速鐵路（簡稱：京張高鐵），以及崇禮支線和延慶支線承載。本文基于崇禮、延慶賽區歷史到達客流數據、場館賽事時間和容納能力數據，分析冬奧會期間兩賽區的基本客流特征；同時，針對冬奧會期間突發客流的產生原因和發生場景，選取合理預警指標，建立突發客流特征捕捉與運力調整響應機制，并對賽事期間高鐵運力資源配置給出調整策略。

1 冬奧會高鐵運輸系統及客運組織要求

1.1 冬奧會高鐵運輸系統簡介

冬奧會鐵路運輸系統主要由京張高鐵、崇禮支線和延慶支線組成，如圖1 所示。其中，北京—崇禮太子城賽區的高鐵線路包括京張高鐵和崇禮支線，途徑車站包括北京北、清河、沙河、昌平、八達嶺長城、東花園北、懷來、下花園北和太子城9 個車站；北京—延慶賽區的高鐵線路包括京張高鐵和延慶支線，沿途車站包括北京北、清河、沙河、昌平、八達嶺長城和延慶6 個車站。

圖1 冬奧會高鐵運輸系統構成示意

1.2 冬奧會期間鐵路客運組織要求

自開通以來，京張高鐵客運組織主要依據日常較為穩定的客流編制運行圖，同時結合節假日客流規律加以局部調整。冬奧會期間，兩地三賽區的辦賽模式將帶來高密度客流，給客運組織帶來挑戰。

冬奧會期間，鐵路客運組織主要考慮以下幾個方面的要求。

（1）提供周密完備的安全保障：做好冬奧會旅客運輸服務，首先要做好安全運輸，保證運輸組織安全、運輸管理安全、旅客運輸安全、設備運用安全和運輸秩序安全，圍繞客運安全工作建立的完備數據流、信息流和服務流，做好安全工作的應急支撐。

（2）高效率完成運輸任務：冬奧會賽事密集，兩地三賽區的辦賽模式下，高時效轉移、大能力疏散是冬奧鐵路運輸組織的一個重要特征。在滿足運動員等相關客流在賽區之間快速轉移需求的同時，冬奧會期間客流還具有較高的不確定性，當出現突發情況時，應能為賽區內大客流提供短時快速疏散的集約化運輸[2]。

（3）全面提高鐵路服務水平：冬奧會是中國鐵路對外全面展示的窗口，亦是鐵路企業提高綜合運輸服務質量，提升鐵路服務水平的契機。旅客可直接感受到的服務水平提升體現在較少的候車時間、舒適的乘車體驗等，對于鐵路企業，則體現在合理的發車間隔、靈活的編組、與其它交通方式無縫接駁等。

2 冬奧會高鐵運輸系統基本客流分析

冬奧會期間，高鐵運輸系統的基本客流主要包括日常客流和觀賽客流兩部分。日常客流是較為恒定、符合常年客流變化規律的常規客流，受冬奧會賽事的影響較小；觀賽客流則是伴隨冬奧會賽事活動所產生的變化客流，與賽事時空分布及場館觀賽席位數量有關。

本文根據冬奧會高鐵運輸系統末端車站太子城、延慶站的日常客流情況，分析兩車站出發客流的基本分布規律，并根據冬奧會期間崇禮、延慶賽區每日賽事時空分布和場館觀賽席位，對冬奧會客流高峰日和高峰時段特征進行分析。

2.1 日常客流分析

日常客流分析主要考察崇禮賽區太子城站和延慶站的出發客流情況。為方便評估冬奧會期間的日常客流，主要依據往年冬季旺盛期日常客流進行分析。考慮疫情對鐵路客流影響，崇禮支線選擇2020年1 月6 日—1 月19 日為考察期，延慶支線選擇2021 年1 月11 日—1 月24 日為考察期（因該線路2020 年底開通）。對兩車站分別按日、按小時進行客流分析。

2.1.1 日客流分布

以太子城站和延慶站為例，兩個車站工作日出發客流分布有所差異。太子城站周一～周五的出發客流量較低，日均為1 600 人次左右；延慶站周二～周六出發客流量較低，日均為300 人次左右；兩個車站的工作日客流分布如圖2 和圖3 所示。

圖2 太子城站工作日出發客流分布

圖3 延慶站工作日出發客流分布

定義一周內旅客出行量較大的日期為高峰日。則太子城站高峰日為周六和周日，而延慶站高峰日為周日和周一。太子城站高峰日均出發客流超過2 000人次；延慶站高峰日均出發客流超過280 人次。高峰客流分布如圖4 和圖5 所示。

圖4 太子城站高峰日出發客流分布

圖5 延慶站高峰日出發客流分布

元旦期間，太子城和延慶站的出發客流分布趨勢基本一致，元旦假期第3 日出發客流量達到最大，假期第1 日出發客流量最小。

2.1.2 分時段客流分布

太子城站和延慶站的日客流分布情況如圖6、圖7 所示。在一天之內，太子城站在16：00～17：00的出發客流達到最大，17：00～18：00 次之；延慶站工作日和高峰日時7：00～8：00 客流最多，元旦節假日則在17：00～18：00 出發客流最多。

圖6 太子城站分時段客流分布

圖7 延慶站分時段客流分布

由上述分析可知，崇禮支線和延慶支線的日客流具備較強的規律性；一般來說，節假日客流量最大，周末客流量大于工作日客流量。

2.2 觀賽客流分析

根據奧組委官網發布賽事日程安排，預估觀賽客流分布，按照場館比賽信息、可容納觀眾人數預估峰值觀賽客流分布，為冬奧會期間鐵路運輸組織提供決策參考信息。

2.2.1 觀賽客流日變化特征

觀賽客流主要由賽區購票觀眾數量決定，延慶和崇禮賽區的日觀賽客流峰值即為當日內每場賽事場館觀眾席最大容納人數之和。結合根據奧組委官方網站提供的賽事時間安排信息[3]與賽區各場館最大可容納觀眾數量[4]，可生成兩賽區日觀賽客流峰值圖，如圖8 和圖9 所示。

圖8 崇禮賽區日觀賽客流峰值

圖9 延慶賽區日觀賽客流峰值

由圖8 和圖9 可知：（1）崇禮賽區觀賽客流峰值預計出現在2 月5 日，其峰值觀賽客流可達62 500人次左右，這與文獻[5]中給出的冬奧會高峰客流預估值相吻合；延慶賽區觀賽客流峰值預計出現在2 月10 日；（2）崇禮賽區的日觀賽客流在冬奧會期間持續處于較高水平的概率較大，而延慶賽區的日觀賽客流則集中分布在冬奧會賽事前半程。

2.2.2 觀賽客流時變特征

冬奧會期間，各賽區內場館賽事舉辦密集，且各場館的觀眾容納能力較大，兩賽區日觀賽客流可達到萬級的數量單位，且一般觀賽客流的到達和離開時間較為集中，為此需對觀賽客流時變特征進行分析。

根據現有冬奧會比賽場館的賽事日程安排，從兩賽區冬奧會期間小時賽事總頻次，同日期內小時賽事頻次、相鄰賽事間隔時間維度對冬奧會賽程進行分析。

（1）兩賽區小時賽事頻次分布特征

冬奧會期間崇禮賽區將承辦約75 場比賽，延慶賽區將承辦約35 場比賽，兩賽區賽事時段分布差異性顯著。

圖10、圖11 分別為崇禮和延慶賽區冬奧會賽事時段分布圖，可以看出：崇禮賽區冬奧會賽事時間分布在9：00～20：00，比賽高峰時段為19：00，賽事散場時段分布均勻；延慶賽區賽事時段分布不均，比賽高峰時段集中在晚間，而15：00～18：00 無一場比賽；賽事散場高峰時段為22：00，散場時段分布不均勻。

圖10 崇禮賽區冬奧賽事時段分布

圖11 延慶賽區冬奧賽事時段頻次分布

由圖10 和圖11 可知：冬奧期間各賽事開場時間與散場時間峰值交錯分布，即在下一波觀賽客流高峰到來前，前一批觀賽客流已良好疏散；這一特征可保證賽區客流在賽事正常狀態下處于一個較為合理的數量范圍。

（2）同日同賽區場館賽事接續時間分布

崇禮、延慶賽區場館的賽事接續時間分布，如表1 所示。崇禮賽區同一日內一半左右賽事接續時間集中在30 min 以內；延慶賽區同一日內超過一半的賽事接續時間（EvtConTm）大于100 min。

表1 崇禮、延慶賽區場館EvtConTm 分布

根據2008 年奧運會檢票經驗，結合相關文獻對賽區客流的分析，入場客流高峰期為賽前30 min[5]。基于崇禮、延慶賽區場館的賽事接續時間分布，可推知：入場高峰客流與離場高峰客流接續時間主要集中在60 min 以內。

3 冬奧會突發客流形成分析及分級

突發客流是指冬奧會賽事期間，由于不可預估因素，使得賽區在極短時間內交通需求激增或陡降，影響交通系統既有運輸計劃的客流。不可預估因素包括自然災害、事故災害、公共衛生事件和社會安全事件4 類[6]，由于不可預估因素形成的突發客流可分為兩類：瞬時突變客流和調整變化客流。

3.1 瞬時突變客流

瞬時突變客流主要是指由于外在不可抗力造成的集中單向流動客流。例如，某賽事由于突發情況（如天氣突變等）臨時取消，則其入場客流瞬時轉變為離場客流，若與正常離場客流疊加，賽區高鐵站將迎來大量突發性返程客流。根據場館賽事接續時間分析，崇禮賽區有50%左右比賽接續時間在30 min 以內。當上一場館比賽結束散場客流達高峰時，此時接續觀賽的入場觀眾亦達到峰值。若此時接續比賽取消，則兩個高峰會同向疊加，造成單向離場客流量將加倍。

若突發事件對賽區的影響是區域性的，則賽區內所有客流在某時段內將集中疏散，此時鐵路運輸系統將要面臨更大考驗。

3.2 調整變化客流

冬奧會期間，鑒于可提前獲得部分賽事地點和時間調整信息，可及時評估由此造成的客流需求變化。鐵路企業對這類客流變化有一定緩沖時間，能夠在客流實際發生調整運輸方案。因而該類客流對鐵路運輸系統的負面影響較小。

3.3 客流密度分級

3.3.1 冬奧會期間每日分時段客流出行強度

大型活動的客流主要由直接參與大型活動的客流和受大型活動影響出行的客流組成[7]。基于太子城和延慶站歷史出發客流分布數據，可估算冬奧期間旅游流的時段分布密度；依據賽事時間和賽事場館的容納人數估計觀賽客流的時段分布密度；將兩者疊加，可得到賽事期間的客流分布。圖12 和圖13 分別為太子城和延慶站賽事期間每日分時段出行強度灰度圖，灰度顏色越深，表示對應時段內的客流出行強度越大。

圖12 賽事期間太子城站每日時段出行強度灰度

圖13 賽事期間延慶城站每日分時段出行強度灰度

由圖12 和圖13 可知：賽事期間，崇禮賽區每日出發客流高峰時段分布集中于16：00 后，且在2月5 日18：00～19：00，2 月9 日16：00～17：00和2 月16 日20：00～21：00，客流預計突破16 000人；延慶賽區每日出發客流高峰時段集中于16：00 前（含16：00）和22：00～23：00，客流預計達10 000人左右。

3.3.2 客流密度分級定義

目前，北京—太子城、北京—延慶日均開行5對8 編組列車（定員576 人），遠不能滿足冬奧會期間客流需求。為此，考慮采用16 編組列車，以5 min為發車間隔（參考京滬高鐵發車間隔），在假定京張高鐵、崇禮支線、延慶支線區間通過能力一致且不考慮線路其他方向列車對區間能力占用的情況下，估算太子城站、延慶站最大區間運輸能力約為14 000人次/h。由圖12 和圖13 的客流時段分布灰度圖分析，太子城站有99%的賽程時段內預估客流小于14 000 人次，延慶站賽程時段內預估客流均小于10 000人次，因此鐵路線路基本可滿足冬奧會期間賽區站正常情況下的客流需求。但高峰時段內若正常客流疊加瞬時突發客流，此時車站聚集客流量將突破高鐵運輸系統的能力上限。因此，需要對客流密度進行分級監測和預警，輔助鐵路企業準確把握鐵路運輸系統面臨的客流壓力大小，及時采取應急措施，保障系統平穩、高效地應對客流高峰。

客流密度分級由本時段內和相鄰時段的客流密度決定：若某時段內客流密度及與其相鄰的時段內客流密度均較高時，突發客流產生后導致交通擁堵的可能性將極大增加。為此，根據運輸能力，將60 min 內客流密度（TtrDns）定義為3 個級別，如表2 所示。

表2 TtrDns 分級定義

依據上述定義，對太子城站和延慶站的客流密度進行分級，可生成賽事期間太子城站客流密度分級圖和賽事期間延慶城站客流密度分級圖，分別如圖14 和圖15 所示。

圖14 賽事期間太子城站客流密度分級

圖15 賽事期間延慶站客流密度分級

根據圖14 和圖15 可知，崇禮賽區15：00 和22：00 客流出行量較多，客流密度為一級或二級，其余時段客流出行量較少，客流密度為三級；延慶賽區客流出行時段集中于11：00～17：00，22：00～23：00，其余時段客流出行量較少，客流密度為三級。客流密度分級提升了客流監測的直觀性，其分級對象主要包括預估客流和實時監測客流。預估客流密度分級可用于評估和指列車開行方案設計；實時監測客流密度分級可用于評估時段內客流異常狀態影響度，協助鐵路企業制定應急預警策略。

4 突發客流預警及應急措施

在充分分析冬奧會客流特征基礎上，針對性選擇預警指標，建立一套面向突發客流的應急組織策略，可保證運輸企業及時合理調整客運運力資源，保障鐵路運輸系統正常運營。

4.1 鐵路運輸系統應對突發客流的一般處置過程

突發客流一般經歷產生、傳播和消散3 個過程。通常，鐵路運輸系統中的突發客流與處置措施關系，如圖16 所示。

圖16 突發客流與處置措施關系

鐵路運輸系統應急機制中，若在突發客流產生前及時預判，在傳播時提供與客流變化相匹配的運力支撐，可實現突發客流平穩消散，保障鐵路運輸系統的穩定性。

4.2 指標預警定義

指標預警是基于既有實時客流分布和列車運輸狀態的多指標分析，對鐵路運輸系統未來一段時間內的運輸狀態進行評估預警，幫助鐵路運輸企業針對未來客流狀態及時調整運輸策略。

可從客流狀況和企業客運能力2 個角度定義預警指標。

4.2.1 客流預警指標

賽區出現突發情況后，突發的觀賽客流可通過“一張票”乘坐高鐵，短時內會有大量旅客涌入高鐵站，從而造成客流擁堵和聚集。

客流預警指標主要包括：客流到達密度和客流累積量。對于某車站，假定監測時段 [t1,t2]時間內車站到達客流量為，相同測定時段內列車疏散客流量為。假定該時段內客流到達密度為 ρt，客流累積量為，則有：

其中，客流到達密度可用于評估和監測客流流速，若某時段內客流流速顯著高于正常水平，則該時段客流可能異常；客流累積量可用于評估和監測系統疏散能力，若某時段內客流累積量一直處于上升趨勢，則該段時間內客流可能出現擁堵。

客流到達密度和客流累積量常應用于車站和場館等場所的客流監測。一般來說，相對于出現突發客流的時刻，車站監測到的突發客流的時刻相對滯后。在冬奧會期間，鐵路企業應充分結合賽事場館等其它場所的客流指標監測結果，提前及時檢測到突發客流并預警。

4.2.2 列車預警指標

列車是承載客流的運輸容器，列車預警指標在一定程度上反映客流狀態。當突發客流進入車站后，需要通過加開列車來快速疏散旅客，由此造成列車運力緊張。

列車預警指標主要包括列車賽區站實時上座率σ(k)t和沿途站客流運輸能力。由于賽區站均為盡頭站，且冬奧會客流主要在賽區間交互，因此沿途站客流運輸能力可近似認為由賽區客流決定。假設時段 [t1,t2]內 從賽區站r出 發 的 列車h(k)的 定員為C(k)，賽區站搭乘h(k)的 客流人數為，沿途站s到站客流為，則有：

列車賽區站實時上座率可以反映某時段內賽區客流需求；若某時段內賽區站實時上座率持續高于正常狀態下的指標值，可判斷該時段客流處于高峰狀態。

沿途站客流運輸能力反映某時段內列車沿途帶流情況；若某時段內列車沿途站上車人數持續低于正常狀態，可推測該段時間內列車在賽區站持續滿員，賽區客流可能處于異常狀態。

4.3 實現突發客流與鐵路運力相匹配的措施

根據前文預估的高峰時段客流需求量，適當超前配置運力資源，使運力供給既能滿足當前客流需求，同時預留部分運力應對突發客流，從而實現靈活調度[8]。當出現監測指標預警時，冬奧會高鐵運輸系統可通過運輸組織調整和鐵路車站客流控制等方面采取應對措施，調整運力來疏散突發客流。

4.3.1 運輸組織調整

從鐵路運輸系統自身出發，在突發客流產生時，調度系統內運輸資源來提高系統運力，應對措施主要包括：增加單趟列車運輸能力和提高列車服務頻次。

針對單趟列車運輸能力，可通過動車組列車重聯擴大編組。此時，首先計算車站到達客流流入速度與疏散客流速度；若到達客流速度高于疏散客流速度，即便按既有服務頻次開行重聯動車組列車也無法及時疏散突發客流時，可進一步提高行車密度[9]，來增加列車服務頻次。列車服務頻次指標直接相對應與列車發車間隔，在滿足列車最小追蹤時間約束下，加密列車運行線，可顯著提高列車服務水平，提高突發客流聚集站的疏散效率。

為此，在應對突發客流而調整列車開行計劃后，需要同步調整車底周轉計劃，可從2 個方面考慮車底周轉計劃。

（1）加速車底周轉速度：減少沿途停站縮短列車運行時間，或開行大小交路列車。

（2）增加動車組儲備：在易產生突發客流的車站增加存車線，平峰時供動車組停放。

4.3.2 車站客流控制

車站客流控制從鐵路系統承載能力考慮，保證車站客流組織工作正常開展。

若遇到鐵路運輸組織指標值逼近系統穩定運行臨界值時，旅客在車站累積量指標值仍不斷增加時，需要對鐵路車站的進站客流進行限制，將旅客疏導至其它交通方式疏散。

4.4 運力恢復正常

當突發客流得到有效疏解時，鐵路運輸系統的運力將回復至正常水平。判斷突發客流的疏解程度，亦可根據上文中各項指標值的實時變化情況進行分析。

從客流指標角度，當客流到達密度逐漸降低并達到正常范圍，或者客流累積量達到峰值后持續減少；或從列車指標角度，若突發客流車站實時上座率逐漸降低，或者沿途車站上車人數恢復至正常水平，均可說明突發客流被有效疏散。此時，列車運輸組織可從應急狀態轉變為正常狀態，降低企業運輸成本。

5 結束語

冬奧會期間突發客流形成主要與旅游客流和觀賽客流相關，突發客流對冬奧會鐵路運輸的平穩、暢通是一項嚴峻挑戰。基于冬奧會鐵路運輸系統歷史客流數據，崇禮和延慶賽區賽事日程表和場館觀眾席分布數據，分析兩地冬奧會期間基本客流特征。其中，不同日期段和時間段內日常客流形態與其間旅游客流形態相似；觀賽客流受賽事日程影響較大，當賽事日程臨時性修改時易產生突發客流。本文通過構建冬奧會突發客流預警指標，形成相應的應急運輸措施，實時調整運力配置，對冬奧期間鐵路運輸系統的穩定運行有著重要意義。

鑒于冬奧會賽事購票數據及列車開行方案尚未確定，本文提出客流監測指標和運力配置以定性分析為主。下一步考慮依據更為準確可靠的客流和運輸資源信息，構建面向冬奧會突發客流的鐵路運力調整方案，確保冬奧會鐵路交通穩健、暢通。