西安地鐵換乘站設計影響因素分析及功能設計研究

宋 楊

(西安市軌道交通集團有限公司，710018，西安∥高級工程師)

換乘站是城市軌道交通網絡化運營的關鍵控制點，其服務水平直接關系到城市軌道交通網絡的運行效率。從北京、上海、廣州等超大城市的軌道交通線網運營狀況看，在線網逐步完善過程中，一些主要換乘站都出現了換乘客流增加以及車站規模和換乘設施能力同客流量不匹配的問題，致使后期對部分已運營的換乘車站結合周邊控制條件實施了改造。南京、成都、西安等城市的部分換乘站建成后不久，也出現了換乘客流量激增、客流量接近遠期預測水平的現象，換乘站設施普遍呈現能力緊張的問題。因此，在設計階段對換乘站進行深入、系統的研究，設計出設施能力充足、換乘便捷和舒適安全的換乘車站十分必要。

1 西安地鐵換乘站概況

近年來，西安市軌道交通工程建設速度不斷加快，第一、二期建設規劃中的地鐵1—5號線、6號線一期及9號線已通車運營；第三期建設規劃線路正在全面建設，14號線于2021年6月底通車運營。一、二期建設規劃線路較少，換乘站共16座，換乘形式單一；三期建設規劃線路的實施將使換乘站達到37座，換乘站設計較為復雜。

2 西安地鐵既有換乘車站情況調研分析

目前，西安地鐵共有8條運營線路，運營里程為259 km，2021年二季度線網日均客流量為336.5萬人次，開通以來線網最高日客流量448萬人次(2021年5月)。目前全線網共有14座換乘站。

北大街站是1號線和2號線的換乘站，是西安地鐵的首座換乘站，為上側下島三層地下站。1號線和2號線通過中間的換乘樓梯實現雙向換乘。高峰期間，北大街站客流大，站內擁堵現象比較嚴重。北大街站的高峰小時的進出站客流量約為3.2萬人次，節假日高峰小時的進出站客流量達4.0萬人次，日均客流量25萬人次左右。1號線換乘2號線需上至站廳，通過 “幾”字型鐵馬到2號線兩側樓扶梯處，通過樓梯換乘至2號線；運營公司將2號線站臺層中間區域設置為客流疏導區，排隊上車的客流疏導至站臺兩側候車。從整個布局來看，客流擁堵點主要存在于換乘樓扶梯上下基點和樓扶梯本身，在高峰時段目前通過限流手段來緩解擁堵。

二期建設規劃線路換乘站基本采用T型換乘。換乘站的站臺寬度：小寨站為13 m，大雁塔站為16 m，五路口站和通化門站等其他站為14 m。兩線站臺換乘節點間距離的大小對換乘客流的疏導能力有很大影響，大雁塔站3號線和4號線的站臺換乘節點間的距離為8 m，小寨站2號線和3號線的站臺換乘節點處基本貼合。目前已對通化門站(1號線與3號線換乘)和大雁塔站的換乘節點區域均進行了放大處理。目前小寨站高峰時段站內較為擁堵(預測初期2018年高峰小時客流量約為1.90萬人次，2018年1月實際客流量為2.64萬人次，遠大于預測客流)，其余換乘站高峰時段的客流組織較為有序。

因線網規劃調整，將南稍門站由原標準站改造成了換乘站。主要改造措施為：擴建既有換乘廳，在既有站臺至站廳增加一組扶梯，設置雙通道單向換乘，換乘通道內增加扶梯數量等。南稍門站高峰時期的運行狀況較好。

3 換乘車站設計影響因素及其應對策略

3.1 換乘車站網絡功能定位及分級標準

換乘車站的規模一定程度上取決于線路本身的定位。西安地鐵換乘站分級標準如表1所示。根據換乘車站分級標準，確定站臺寬度、建筑空間、樓扶梯和通道的設計標準。

表1 西安地鐵換乘站分級標準表

從實際運營看，隨著線網密度增大和客流量逐步提高，早期換乘站的站臺就顯得偏小、應對風險能力較低。線網規劃調整后，需將部分標準站改為換乘站，因原標準站站臺偏小且未預留換乘條件，因此需通過改造方式實現換乘。雖然后期規劃建設的線路規模比前期規劃建設的線路規模大，但實際換乘效果好于前期的。

3.2 車站建設時序

1) 與已運營線路換乘：對擬建線路的影響，主要取決于已運營車站是否預留換乘條件。若已預留，則根據預留條件采用節點換乘或通道換乘；若未預留，則需要對已運營車站進行改造，使其滿足換乘條件。

2) 與在建線路換乘：對擬建線路的影響，主要是需根據預留條件選擇換乘節點或者是否同期實施。

3) 與同一建設規劃期內的線路換乘：主要是根據線網建設時序及路由穩定情況，在條件允許的情況下，預留換乘節點或者同期實施，以避免造成換乘功能水平的降低。

4) 與非同一建設規劃期內的線路換乘：主要是需根據線網穩定條件及交織形式，判斷遠期線路路由是否穩定。若路由不穩定，為避免工程廢棄，則采用通道換乘，預留節點換乘條件；若路由相對較穩定，預留換乘節點。

3.3 客流規模風險與對策

客流預測對車站規模起決定性作用，因此要充分估計客流規模風險。會對運營產生較大沖擊的風險源主要包括大型交通樞紐的轉乘、大規模集體活動、大規模假日休閑活動、人口高密度功能區、線網建設時序以及換乘站運能不匹配。相應的應對對策如下：

1) 車站規模及站臺寬度首先應滿足換乘站分級標準，設施設備和公共空間的匹配及預留應滿足一定客流規模的需求。

2) 在進行換乘站規模設置和設施設備能力驗算時，除考慮控制時期運能匹配及各線運能外，還應考慮將兩列列車同時到站情況作為驗算的基礎條件。

3) 在和已運營車站或已實施車站進行換乘時，應將運營車站運營時期的客流量作為換乘站設計或運營車站改造的基礎數據，并結合遠期客流數據進行綜合分析，在此基礎上明確車站規模和其他重要節點的能力。

4) 建議在車站建筑設計中增加客流規模風險分析，并采用可靠的設計方法，提出合理的運營組織建議。在此基礎上形成全線網風險評估報告，以此作為行車組織設計與建設計劃決策的參考依據。

3.4 周邊控制因素

城市建設是立體、全面展開的，換乘站的設計需要與城市規劃、地下空間開發以及周圍的地形條件相協調。換乘形式的選擇受多種因素影響，包括規劃條件、道路概況、工程地質水文條件、地下地上構筑物與管線等，因此選擇換乘形式時，要充分考慮上述因素，堅持與環境的可持續發展相協調。

換乘站站位優先選擇商業、住宅和市政服務設施地塊(客運站、醫院和展館等)，盡量避開軍事用地和文物保護用地。首先考慮在主要道路路口設站，便于交通接駁；并優先考慮跨路口站位的可實施性，以兼顧各個象限客流。

3.5 換乘站改造

由于城市發展及線網規劃的完善，導致既有車站功能無法滿足現狀客流需求。如：站臺寬度較小，車站樓扶梯或換乘樓扶梯設施設備能力不足，尤其是不能滿足近期車站疏散要求；車站公共空間較為狹小，不能滿足現狀客流疏導要求；或因線網調整，已建成的標準站變換乘站后，因原標準站未預留換乘條件，無法實現換乘功能等。以上情況，均需要對既有車站進行改造或功能提升。

3.5.1 改造車站的總體原則

根據既有車站周邊規劃，研究客流規模和流向；研究車站現狀，梳理存在問題，提出解決方案；應對客流增長，增加疏散設施，保障運營安全；結合運營現狀，合理組織實施，避免運營風險。

3.5.2 改造車站注意事項

改造前應對既有站進行分析(站臺寬度、樓扶梯能力、閘機能力和改造工作量等)，驗證換乘的可行性和可適性。改造方案對既有線各系統專業設計均有較大的調整，需協調既有線運營方對設計調整予以確認，并建議結合運營實際情況組織專項設計、實施方案評審和安全風險評估。車站改造量因站而異，但改造過程均會對既有線運營造成一定影響，因此，在改造工程的實施期間，需保證既有線的運營，但不排除個別系統倒接期間會對運營造成一定的影響，運營單位需提前做好應急預案。

3.5.3 改造車站重點問題分析

1) 消防標準：根據GB 51298—2018年《地鐵設計防火標準》的要求，車站擴建工程的消防應滿足該標準的要求；對于改建工程，其消防可以根據項目的實際情況進行分析，有困難的可以執行老標準，但需要征得本市消防部門的認可，并應制定改造期間的消防專項預案。

考慮目標加速及轉彎影響，目標運動模型選擇三維協同轉彎模型(3DCSCT)、擴維勻速直線運動模型(CV)，3DCSCT相應的過程噪聲Q(ω)參見文獻[10]。

2) 風險評估及對策：地鐵改造工程相對復雜，社會影響大，因此在進行地鐵車站改造時應進行必要的風險分析和評估工作。從項目前期、施工和運營等各個階段可能對外產生的負面影響，全面、動態和全程識別判斷可能影響項目總體目標順利實現的各種風險因素。

3.5.4 結構安全及施工措施

1) 施工圍擋：為減少與運營接口時對運營的干擾，接駁施工時需要在接口部位設置圍擋。

2) 墻體破除：在破除區域搭設防塵網布，安裝排風筒，防止破除時的灰塵及電焊煙霧流入運營區域內。

3) 中板開洞：在站內中板開洞范圍內搭設施工圍擋，設立施工警戒區域，防止無關人員進入施工區域；在破除區域處搭設防塵網布，安裝排風筒，防止破除時的灰塵及電焊煙霧流入運營區域內。

4) 設備改造及置換：為保證改造期間的運營安全與設備運轉，主要設備設施可以遵循以舊換新、先建再拆的改造原則。

3.6 換乘站的設計標準

根據已運營一、二期規劃線路換乘站存在的站臺偏小和設施能力不足等問題，結合車站的網絡功能定位及分級標準，適當提高了三期線路換乘站的設計標準。本文以西安地鐵線網中唯一一條環線8號線(共設18座換乘站)為例進行分析，設計規模采用如下標準：

1) 站臺寬度：采用節點換乘的車站，其站臺寬度不小于14 m；采用通道換乘的車站，可根據不同的換乘量及客流量確定站臺寬度，一般不小于13 m，島式站臺側站臺寬度不小于3 m。

2) 建筑空間：根據提高空間舒適度的原則，換乘站的空間高度標準與一般車站的相比應適當放大。公共區樓梯寬度單向樓梯凈寬不小于1.8 m，雙向樓梯凈寬不小于2.4 m；T型和L型島式換乘站節點處的臺臺換乘樓梯總凈寬不小于5.6 m，樓梯下端距站臺門端門的距離不小于6 m；換乘通道的寬度應根據客流控制期高峰小時換乘客流量計算確定，單向換乘通道裝修后最小凈寬不小于5 m，雙向換乘通道裝修后最小凈寬不小于10 m。

通過提高設計標準，滿足人性化設計，使車站設施能力與換乘客流量相互匹配，實現換乘便捷和舒適。

3.7 換乘站功能評價

換乘站功能評價的有力手段為動態客流仿真模擬，在充分分析客乘規模和周邊規劃等因素，研究換乘乘客心理和行為特性的基礎上，兼顧換乘安全性、便捷性和舒適度等要求，同時把握換乘客流非靜態和非均衡，而是存在時間和方向上的不均衡性和短時沖擊性等特點，對換乘站的設計方案及服務水平進行綜合評價。

客流模擬可以初步驗證方案的站臺大小、擁堵點及設施能力等是否滿足要求。在三期線路中，換乘站均采用“仿真模擬驗證—方案優化—再次模擬驗證”的方式調整和優化方案，確保換乘功能最優。

4 三期線路換乘站設計實例

以科技六路站的設計為例，該站是地鐵6號線、8號線和11號線的三線換乘站，設置在高新區唐延路、高新路和科技六路相匯處。周邊規劃主要以商業用地、公共綠地以及居住用地為主。該站的6號線車站為地下三層島式，站臺寬度為12 m，滿足6節B型車編組列車需求，已先期實施；該站8號線車站為地下三層島式，站臺寬度為16 m，滿足6節A型車編組列車需求；該站11號線車站為地下兩層島式，站臺寬度為14.5 m，滿足6節A型車編組列車需求，與該站8號線車站的土建同期實施。

科技六路站采用8號線和11號線兩線同期實施的方案，8號線站臺寬度為16 m，換乘節點處兩線站臺脫開距離達15 m，同時在鄰近換乘節點的第一組樓扶梯與結構柱之間留出通行空間。8號線及11號線站臺寬度和空間高度設計均高于一般換乘站；換乘方式采用扶梯，提高了換乘標準。

科技六路站站廳層換乘關系如圖1所示。對初步方案進行動態客流模擬驗證，針對存在問題先后進行了6次“方案優化—再次模擬驗證”的反復調整過程(結果如圖2所示)，提出將該站6號線車站南端樓扶梯由兩扶梯一樓梯改為三扶梯，南側欄桿外擴，增加中部樓扶梯設施；將該站8號線車站進站閘機移到中間兩部扶梯之間；該站11號線車站中部樓梯開口改為向西開；擴大該站6號線與11號線站廳相交拐角處區域，形成切角，增大通行空間。最終的實施方案實現了設施能力充足、換乘便捷舒適的目標，達到換乘方案最優。

圖1 科技六路站站廳層換乘關系

圖2 多輪方案優化后的科技六路站客流模擬密度圖

5 結論

1) 在前期設計中，應預留換乘站設備設施能力。應增加換乘站客流規模風險分析，基于此提出合理的控制客流風險的運營組織建議，并形成全線的風險評估報告，作為行車組織設計與建設計劃決策的參考依據。

2) 通過對換乘站公共區空間布局形式進行驗算，確定了換乘站基礎設施設計標準和客流組織原則。通過客流模擬對設計方案進行初步驗證，在設計階段提前預警可能出現的運營風險，進而對線路的運力配置、運營組織甚至線網規劃提出相應要求。

3) 既有線改造會對已運營線路造成一定影響，且改造過程中存在較大風險，費用也較高。因此，在預留車站換乘條件方面，應有一定的前瞻性與包容性，以盡量減少后期改造工程。關于將標準站改造為換乘站，本文明確了改造理念、相關標準、總體原則、土建改造及設備改造需要注意的問題，對后續線路涉及的車站改造有一定的指導意義。