基于車站設(shè)施服務(wù)水平累積時間的地鐵換乘車站風(fēng)險分析*

胥 旋，劉國林，史聰靈

(1.中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，北京 100012； 2.地鐵火災(zāi)及客流疏運(yùn)安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100012)

0 引言

我國城市快速發(fā)展，地鐵成為城市居民出行的重要交通工具。隨城市地鐵線路增加，換乘車站數(shù)量逐漸增加，作為地鐵大客流匯集主要節(jié)點(diǎn)，部分換乘車站的換乘客流數(shù)量遠(yuǎn)超車站出入口進(jìn)出站客流。地鐵換乘車站會根據(jù)客流預(yù)測結(jié)果，設(shè)計理論最大輸運(yùn)能力,但在實(shí)際運(yùn)營中會面臨早晚高峰客流、突發(fā)性大客流等情況，若客流組織方式不當(dāng)，會造成人員聚集、客流交叉、通道堵塞，嚴(yán)重時可能引發(fā)客流踩踏等安全事故[1-3]。因此，制定合理的換乘車站客流組織方案，是保障地鐵安全運(yùn)營的重要環(huán)節(jié)。針對地鐵換乘車站客流組織，部分學(xué)者開展相關(guān)研究：艾忠華[4]對北京地鐵2，4號線的換乘車站-宣武門站改造方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，并對改造前后換乘服務(wù)水平、進(jìn)出站服務(wù)水平及站廳服務(wù)水平進(jìn)行對比；霍揚(yáng)[5]將客流仿真模擬技術(shù)引入沈陽地鐵1，2號線換乘站改造設(shè)計中，總結(jié)該站的擁堵原因，并為車站改造提供設(shè)計思路；孫元廣等[6]利用行人仿真動力學(xué)，對廣州地鐵多線換乘車站-天河公園站客流組織進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)貫通式方案的客流組織效果較好；史聰靈等[7]通過對某單通道換乘車站客流進(jìn)行分析，提出優(yōu)化的客流流線；劉雋雅[8]對西安地鐵小寨站流線組織、導(dǎo)向標(biāo)識等進(jìn)行分析，為改善該區(qū)域乘客的出行效率提供依據(jù)；白濤[9]分析將紡織城站設(shè)置為三線換乘站的必要性，通過綜合比較各項技術(shù)條件，確定該換乘站的車站布置方案。

目前，針對車站換乘方案的研究以定性分析為主，在定量化指標(biāo)方面研究相對較少。因此，本文在Fruin設(shè)施服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，提出通過比較各級服務(wù)水平累積時間以評估車站客流風(fēng)險的方法，并以北京地鐵1，5號線的換乘站-東單站為研究對象，對單向換乘和雙向換乘2種方案進(jìn)行比較，以期為運(yùn)營單位制定相關(guān)客流組織方案提供參考。

1 車站換乘場景設(shè)置

1.1 車站建筑結(jié)構(gòu)

北京地鐵東單站是5號線與1號線換乘車站，其中，5號線東單站為雙層結(jié)構(gòu)的地下端頭廳式車站、島式站臺。地下1層為站廳層，共有4個出入口(北側(cè)為E、F口，南側(cè)為G、H口)，北側(cè)和南側(cè)站廳與站臺均通過1臺上行扶梯和1部樓梯連接。在北站廳設(shè)置1條換乘通道，與1號線東單站站廳相連，通道內(nèi)設(shè)置1臺上行扶梯、1部樓梯以及1臺水平自動步道；在南站廳設(shè)置1條換乘通道，與1號線東單站站廳相連，通道內(nèi)設(shè)置1臺下行扶梯、1部樓梯。站臺、站廳層結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 東單站站廳、站臺層結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Structure Schematic diagram of station hall and platform layer in Dongdan station

1.2 車站客流

本文選取某工作日早高峰7∶30～8∶30的客流數(shù)據(jù)，地鐵5號線東單站進(jìn)站客流、出站客流、換乘客流及斷面客流情況見表1。其中，崇文門站→東單站→燈市口站為5號線上行方向，燈市口站→東單站→崇文門站為下行方向。

表1 地鐵5號線東單站早高峰客流情況Table 1 Passenger flow in morning rush hour at Dongdan station of Metro Line 5 person 人

1.3 車站行車組織

列車到站時間決定出站客流及換乘客流的時間分布，早高峰東單站列車到達(dá)時刻表見表2。

表2 東單站列車到達(dá)時刻表Table 2 Train arrival schedule of Dongdan station

1.4 關(guān)鍵位置通行參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果，該車站進(jìn)出站閘機(jī)、電扶梯運(yùn)行速度等關(guān)鍵位置通行參數(shù)設(shè)置情況如下：進(jìn)站檢票機(jī)通行能力為25人/(min·通道)，出站檢票機(jī)通行能力為20人/(min·通道)，電扶梯運(yùn)行速度為0.65 m/s，自動步道運(yùn)行速度為0.65 m/s。

2 模擬方案

本文對單向換乘及雙向換乘2種方案早高峰1 h的客流疏運(yùn)過程進(jìn)行模擬，對由單向換乘方案變?yōu)殡p向換乘方案的安全性及可行性進(jìn)行對比。

在單向換乘方案中，與5號線車站北站廳相連的通道作為1號線換乘5號線的單向換乘通道，與5號線車站南站廳相連的通道作為5號線換乘1號線的單向換乘通道，如圖2所示。雙向換乘方案中，南北通道均可用于5號線換乘1號線以及1號線換乘5號線，由于換乘通道與1號線站廳相連的2個通道口相距較近，認(rèn)為從1號線換乘5號線的換乘客流平均分配。

圖2 地鐵5號線東單站客流流線(單向換乘方案)Fig.2 Passenger flow streamline at Dongdan station of Metro Line 5 (one-way transfer scheme)

由表1可知，在單向換乘方案中，北通道客流共5 260人(即1號線換乘5號線的單向客流)，南通道客流共9 618人(即5號線換乘1號線的單向客流)；在雙向換乘方案中，由于5號線車站具有對稱結(jié)構(gòu)，且換乘通道與1號線站廳相連的2個通道口相距較近，因此，假設(shè)上述單向客流被平均分配到2個通道，北通道客流和南通道客流均為7 439人(即1號線換乘5號線的2 630人與5號線換乘1號線的4 809人之和)。

本文采用行人動力學(xué)軟件Legion模擬疏散過程，Legion軟件是基于社會力模型的行人仿真軟件，社會力模型屬于受力驅(qū)動的矢量模型，能夠體現(xiàn)個體間的受力作用，精確反映行人微觀運(yùn)動。

針對車站容易出現(xiàn)擁堵的位置，在2種方案下共設(shè)置12處區(qū)域，重點(diǎn)考察該區(qū)域內(nèi)人員密度及持續(xù)時間情況，如圖3所示。

圖3 模擬分析區(qū)域Fig.3 Area of simulation analysis

3 結(jié)果分析

3.1 客流平均密度

2種方案下各區(qū)域人員平均密度見表3。由表3可知，采用雙向換乘方案后，站臺北端上行扶梯多接納5號線換乘至1號線的4 809人，此處客流平均密度由1.10人/m2突增至3.76人/m2；采用雙向換乘方案后，雖然站臺南端上行扶梯相對于單向換乘方案少接納5號線換乘1號線的4 809人，但該客流量足以使上行扶梯長時間保持飽和運(yùn)行狀態(tài)，此處客流平均密度由3.73人/m2下降至3.61人/m2，下降不明顯；采用雙向換乘方案后，站廳北端樓扶梯附近形成較明顯的相向客流，該處客流平均密度由1.17人/m2增加至1.61人/m2，同理，站廳南端樓扶梯附近客流平均密度由0.94人/m2增加至1.02人/m2；采用雙向換乘方案后，由于北通道客流總量由5 260人增加至7 439人，使得北通道N1，N2，N3區(qū)域客流密度均有所上升，但北通道N4，N5區(qū)域客流密度下降，這是由于采用該方案后，雖然北通道客流總量增加，但增加部分主要是5號線換乘1號線的客流，當(dāng)增量客流到達(dá)N4，N5區(qū)域時，并未與1號線換乘到5號線的客流構(gòu)成重疊，對N4，N5局部而言，客流量反而下降，因此N4，N5區(qū)域客流密度下降；采用雙向換乘方案后，由于南通道客流總量從9 618人減少至7 439人，因此，南通道S1，S2區(qū)域的客流密度均有所下降。但南通道S3區(qū)域的客流密度增加，這是由于S3區(qū)域靠近1號線站廳，當(dāng)1號線車輛到達(dá)后，換乘客流短時間內(nèi)涌入換乘通道，造成S3區(qū)域客流密度瞬間增加。

表3 各區(qū)域客流平均密度Table 3 Average density of passenger flow in each area

3.2 車站設(shè)施服務(wù)水平累積時間

本文在Fruin設(shè)施服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，計算各級服務(wù)水平累積時間，分析不同換乘方案的客流風(fēng)險點(diǎn)。Fruin建立步行通道、樓梯、排隊區(qū)域等行人設(shè)施的服務(wù)水平等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，主要影響因素有步速、行人空間和沖突幾率等，該服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)劃分依據(jù)為行人密度，步行通道的服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)見表4，其中，行人感到最舒適的是A級水平，感到最不舒適的是F級水平。

表4 行人設(shè)施服務(wù)水平分級標(biāo)準(zhǔn)(步行通道)Table 4 Grading standard for service level of pedestrian facilities (pedestrian passage)

高密度人群會帶來潛在的安全風(fēng)險，但高密度區(qū)域持續(xù)時間更為重要，綜合這2項因素作為車站客流風(fēng)險的評判依據(jù)。利用模擬結(jié)果，統(tǒng)計換乘通道內(nèi)，各區(qū)域在1 h內(nèi)E，F(xiàn)服務(wù)水平的累積時間，如表5所示。由表5可知，采用雙向換乘后，由于站臺北端上行扶梯相對單向換乘方案多接納4 809人由5號線換乘1號線的客流，站臺北端上行扶梯入口的E，F(xiàn)服務(wù)水平累積時間共增加68.5倍；站廳北端樓扶梯附近形成明顯的相向客流，E，F(xiàn)服務(wù)水平累積時間共增加4.9倍。其他區(qū)域E，F(xiàn)服務(wù)水平累積時間沒有明顯增加。因此，采用雙向換乘方案后，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注站臺北端上行扶梯入口和站廳北端樓扶梯附近新增的客流風(fēng)險，在早高峰期間，該區(qū)域應(yīng)適當(dāng)增加客流疏導(dǎo)人員。

表5 各區(qū)域服務(wù)水平(D、E、F)累積時間Table 5 Cumulative time of service levels (D,E,F) in each area

表5(續(xù))

北通道N4，N5區(qū)域的F服務(wù)水平累積時間分別由15.7 min和4.02 min幾乎降為0 min；南通道S2區(qū)域的F服務(wù)水平累積時間由52.51 min降為0.15 min，降低97.8%，可減少該區(qū)域的早高峰值守人員。

4 結(jié)論

1)采用雙向換乘方案后，客流平均密度高峰值對應(yīng)區(qū)域發(fā)生變化，運(yùn)營單位可對應(yīng)調(diào)整疏導(dǎo)監(jiān)控策略。

2)采用雙向換乘方案后，站臺北端上行扶梯入口的E，F(xiàn)服務(wù)水平累積時間共增加68.5倍，站臺北端扶梯附近的E，F(xiàn)服務(wù)水平累積時間共增加4.9倍，成為新的客流風(fēng)險點(diǎn)，早高峰期間應(yīng)在該區(qū)域加強(qiáng)客流疏導(dǎo)。

3)采用雙向換乘方案后，北通道N4，N5區(qū)域的F服務(wù)水平累積時間分別由15.7 min和4.02 min幾乎降為0 min；南通道S2區(qū)域的F服務(wù)水平累積時間由52.51 min降為0.15 min，降低97.8%，說明可以減少該區(qū)域的值守人員。

4)提出的研究方法和結(jié)論，可為地鐵換乘站的車站設(shè)計和運(yùn)營時期客運(yùn)組織方案的制定提供依據(jù)，為保障地鐵運(yùn)營安全提供參考。