基于城市軌道交通換乘客流管控的量化方法研究

賈拴航，盧劍鴻，劉明明

（西安市軌道交通集團有限公司運營分公司，西安 710018）

隨著城市軌道交通的建設與發展，其網絡結構日趨復雜，換乘節點數量不斷增多，線網整體規模的擴大，使得客流來源及其集散方式更加多樣化、復雜化。如何判別軌道網絡中的客流狀態，并平衡各線路、換乘站間的客流壓力，降低換乘站客流運營組織的風險，是城市軌道交通安全運營的主要目標。以往的換乘站客流控制工作多是憑借現場的運營組織經驗，執行相應的具體控制措施，缺乏一定的科學性和精準性，因此開展換乘站客流量化管控的理論研究，對于地鐵安全運營組織有著重大意義。

1 換乘站客流特征及管控難點

1.1 換乘站客流特征分析

換乘站的客流主要包括進站客流、出站客流以及換乘客流，換乘站客流組織工作的側重點會因不同運營時段客流構成不同而有所區別。例如，某些換乘站早晚高峰的進、出站客流量很少，而換乘客流量很大，所以在進行客流組織時，應當加強換乘通道和車站站臺的客流指引與疏導工作[1]。

換乘站客流構成可以細分為分方向的進、出站量，以及分方向的換乘量。其中，分方向換乘量可以細分到各個方向線路上的換出客流量和換入客流量。兩線換乘站的換乘方向可以達到8種，如圖1所示。三線及以上的換乘站客流構成更加復雜。

圖1 換乘站客流Figure 1 Passenger flow of transfer station

1.2 換乘站運營風險點分析

由于換乘站連接至少兩條線路，車站的結構形式相對一般車站更為復雜，常見的形式有十字形結構、T形結構、L形結構和平行結構。同時，隨著線網建設的日趨擴大，網絡形態日漸成熟，單個換乘站的換乘客流量占其客流總量的比例不斷提高，在高峰時段，部分換乘站的換乘客流比例已超過50%。此外，由于換乘站的客流組成也較為復雜，在有限的復雜結構空間內，組織不同出行目的、類型乘客的走行路徑，必然存在不同程度的走行流線交織[2]。

另一方面，換乘站的換乘客流隨列車的到達呈現脈沖式的分布規律，在短時間內會對換乘設施產生較大的沖擊。當一批換乘客流達到時，由于換乘設施的通行能力有限，在換乘設施端部容易形成擁堵和客流排隊的現象，從而形成瓶頸點，如果短時間內不能進行有效的疏散，將會給運營組織工作帶來巨大的安全隱患[3]。因此，受換乘站客流集中、客流流線復雜、方向不均衡、短時沖擊性強等客流特點的影響，換乘站會存在換乘通道能力不足、客流沖突點較多以及列車運行銜接時間及運輸能力不匹配等問題，從而產生站內客流擁堵，如果出現大客流踩踏以及火災等意外事件，容易造成疏散困難等運營風險[4]。

1.3 單線故障對換乘站客流組織的影響

由于換乘站客流構成相對復雜，且高峰時段客流量大，發生不可預見性問題的概率較高。以單線列車故障為例，受制于有限的站臺空間，換乘客流的持續到達將使站臺候車人數持續增長，由于線路發生故障后無法及時疏散站臺上的候車乘客，單純通過換乘站的站控措施無法緩解換乘客流帶來的壓力，因此只有通過另一線路沿線的其他車站配合客流控制，有效地減少換乘客流的來源，才能起到保障故障線路所在站臺安全穩定運營的目的[5]。

2 換乘客流管控的量化方法

2.1 換乘客流管控研究思路

換乘車站的客流來源分為兩部分：進出站客流、換乘客流。進出站客流可以通過所在站的站控措施得到有效控制，而換乘客流來源于全線網各站，無法通過所在站的客流組織加以控制[6]。

本研究從換乘客流來源的角度考慮，通過OD數據確定換乘站相鄰斷面客流主要來源車站及其在各站進站量中所占的比例，再結合換乘站的相鄰斷面客流與列車額定運能的差值確定客流控制量，并將控制量分配至相關車站中，實現換乘站客流控制量化的目的，下面將配合客流控制的車站稱為換乘站組團客流控制車站。

2.2 客流量化控制計算步驟

2.2.1 分析車站客流特征

分析待研究車站的客流特征，選用與該車站相鄰區間的斷面客流量、線網OD客流數據作為分析的基礎，從車站的客流特征中確定高峰時段和高峰斷面，作為后續的研究目標和依據[7]。

2.2.2 確定組團控制車站

假設某換乘站S，連接線路1、2，以線路1換乘至線路2下行方向為例，則其中線路1換乘至線路2的乘客均來自線路1沿線車站的進站客流；線路2下行方向列車到達換乘站S站時，列車所載乘客來自線路2沿線車站的進站客流。為了使S站能夠在最大負荷限度下安全穩定運營，需要線路1、2的沿線車站配合控制進站客流，以緩解換乘站高峰期的客流壓力。

受各車站周邊用地結構、城市空間形態的影響，由線路1沿線各車站進站在S站換乘線路2下行列車的乘客人數，與由線路2各車站進站乘坐下行列車占用列車運能通過S站的乘客人數存在較大差異，因此需要確定線路1、2中對該換乘站(S站)客流影響較大的車站，將其作為該換乘站的配合客流控制車站，即組團控制車站。

本研究先對線網OD客流數據進行分析，如表1所示(僅截取了由線路1進站、線路2出站的OD數據)。通過統計匯總得到線路1沿線各站進站客流中將在S站換乘通過研究斷面(假設研究斷面為S站至線路2下行方向后方站)的客流量，以及線路2沿線各車站進站客流中乘坐下行列車占用列車運能通過 S站的客流量，將其作為線路1、2沿線各站對于研究斷面的客流貢獻量。

表1 線網OD數據Table 1 Network OD data schematic table

具體到OD數據的處理，對于線路1來說，各站對于研究斷面的貢獻量為由各站進站、在S站換乘、去往線路2下行方向S站后方各站的OD客流之和(例如，101車站對研究斷面的貢獻量為101～204-215的OD客流總和)；對于線路2來說，各站對于研究斷面的客流貢獻量為由各站進站后通過S站去往線路2下行方向S站后方各站的OD客流總和(例如，201對研究斷面客流的貢獻量為 201～204-215的 OD客流之和)，從而得到各站對于研究斷面貢獻量的統計，如表2所示。接下來對其進行排序，選擇排名位于前20位(排位量由各地鐵結合城市地鐵運營及服務現狀進行選擇)的車站作為組團客流控制車站，如表3所示。

表2 各站對于研究斷面客流貢獻量的統計Table 2 Statistics of the contribution of each station to the passenger flow of the research section

表3 組團控制車站排序Table 3 Group control station sorting table

2.2.3 計算客流控制量

將S站至線路2下行方向的后方相鄰車站作為研究斷面，以該斷面客流量A與列車額定運能B的差量作為客流控制量，有

2.2.4 客流控制量分配

根據確定的組團控制車站，已知來自線路1各站在S站換乘且通過研究斷面的OD客流之和為αi、來自線路2各站將通過S站的OD客流之和為σj，n為組團控制車站中屬于線路1的車站個數。在確定的組團控制車站中，線路1各組團車站的客流控制量分配比為

線路2各組團車站的客流控制量分配比為

線路1各組團車站的客流控制量分別為

線路2各組團車站的客流控制量分別為

已知各車站高峰小時進站客流為mi或mj，通過研究斷面的客流量為αi或σj，則各車站進站客流中實際通過研究斷面的客流占進站客流的比例為或者則可計算得到各組團車站每10 min進站客流量需控制的量。對于線路 1、2組團車站每10 min控制進站人數分別為qi和pj，有

2.2.5 客流控制啟動時間

根據運營時刻表，確定由各組團控制車站到達S站時的運行時間，作為該站需提前啟動客流控制措施的時刻。同時，控制乘客進站至乘車產生a(3～5 min)的用時，非本線路車站客流還需預留換乘時間b(2～4 min)，均含客控期間的乘客等候時間，即各站客流量化控制開始和結束的時刻計算如表4所示。

表4 組團車站客流控制時間Table 4 Passenger flow control schedule of group station

3 小寨站工作日早高峰算例

3.1 小寨站客流特征

小寨站為西安地鐵2、3號線的換乘車站，由于其工作日早高峰2號線換往3號線下行方向的客流較大，車站客流瓶頸位置為3號線下行站臺。分析2019年11月西安地鐵3號線每周一的高峰時段及高峰斷面客流量，統計結果如表5所示。

表5 2019年11月西安地鐵3號線周一高峰時段及斷面客流量Table 5 Peak hour and section passenger flow of Xi’an Metro Line 3 on Monday in November 2019

3.2 確定組團控制車站

結合表5的結果，計算07:45—08:45的2號線全部車站、3號線小寨站以東至吉祥村—魚化寨各站的OD客流總量，計算過程如下：

1) 由于2、3號線早高峰的列車運行時間間隔約為2.5 min，為確保精確，計算OD客流總量時，充分考慮車程因素，不同車站按照小寨站早高峰時段(07:45-08:45)換乘或通過的OD篩選，進行反向O點定位，如鳳城五路站選取07:20—08:20的客流數據。

2) 為避免某一日客流數據的波動性，以2、3號線各站11月份每周一的OD客流數據為分析基礎，計算每日至魚化寨—吉祥村各站的OD客流平均值并進行排序，排序前20的結果如表6所示，即為組團客流控制車站。

表6 早高峰期間各站—小寨站以西OD表Table 6 OD table for each station-west of Xiaozhai station during the morning peak 人次

3.3 客流分配及控制

1) 利用斷面客流與運能分析客流控制量如下：

以早高峰為例，抽取 11月每周一的高峰時段(07:45—08:45)小寨—吉祥村斷面客流，按照式(1)計算客流控制量：此時段小寨—吉祥村區間斷面客流平均值A=3.54萬人次，下行小時運能B=3.41萬人次，客流控制量φ=A-B=1 285人次。

2) 按照式(7)計算得到2、3號線組團控制車站客流控制量，如表7所示。

表7 小寨站客流控制組團各站客流控制量Table 7 Passenger flow control volume of each station in the Xiaozhai Station passenger flow control group 人次

3) 結合各組團車站至小寨站的車程時間，算例中部分組團控制車站的客流控制起止時間如表8所示。

表8 各組團車站客流控制起止時間Table 8 Passenger flow control starting and ending time of each group station

4 風險評估及相關舉措

目前，各城市地鐵進站客流未啟用目的地選擇功能，無法通過目的地篩選、控制進站客流，故本方法論得到的各組團車站客流控制量包含通往控制斷面的客流及其他斷面客流，在一定程度上會影響乘客服務水平，故結合組團車站實際情況，制定以下措施：

1) 組團車站控制量調整。組團車站結合高峰時段客流控制量及本站該時段實際進站客流，計算客流控制程度比，結合車站實際客流組織壓力(進站客流量及車站容納量、設備能力影響)，可適當降低原客流組織壓力大的車站的客流控制程度比。可通過現場驗證，對此結果進行調整。

2) 各站結合客流控制量及車站容納量、設備能力，制定各組團車站高峰時段客流控制專項組織方案。為降低乘客輿情的影響，盡可能采取延長乘客進站走行距離、減慢安檢速度等物理控制措施，減少采用人為干擾因素影響的客流控制措施。

5 結論

隨著我國城市軌道交通網絡化、規模化的發展，安全、高效的運營需求日益突出[8]。筆者通過換乘站客流量化控制、流量平衡原理研究，解決目前換乘站客流控制大多依靠工作人員經驗所造成的工作不精確、效果不明顯、安全風險不可控等問題，進一步提高換乘站客流管控的精準化和科學化，降低運營風險，提高服務質量，促進我國城市軌道交通安全運營生產的良性發展。