劉啟鋼，張 嵐

（1.中國鐵道科學(xué)研究院 運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081；2.北京市地鐵運營有限公司 安全監(jiān)察室，北京 100044）

1 研究背景

北京復(fù)興門站是地鐵的換乘樞紐站，位于1號線和2號線銜接處。車站設(shè)計為 T 型結(jié)構(gòu)，2號線通過站臺中部2部樓梯連接1號線站臺西側(cè)，實現(xiàn)2號線轉(zhuǎn)1號線的旅客換乘；1號線通過站臺東側(cè)樓梯和南北兩個換乘通道分別連接2號線站臺南北兩端，實現(xiàn)1號線轉(zhuǎn)2號線的旅客換乘。復(fù)興門站的站型結(jié)構(gòu)和旅客流線如圖1所示。

根據(jù)北京市地鐵運營公司的統(tǒng)計，復(fù)興門站的換乘系統(tǒng)能力緊張，但是缺乏量化數(shù)據(jù)的分析，難以對車站的客流組織提供有效的技術(shù)支撐。為此，針對復(fù)興門站早高峰客流組織進行調(diào)查和仿真建模，通過調(diào)整車站客流輸入方案，研究車站換乘系統(tǒng)能力和對應(yīng)服務(wù)水平，并對車站早高峰客流組織提出有針對性的建議。

2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

復(fù)興門站客流組織仿真采用車站比例尺圖、設(shè)備配置方案、高峰客流調(diào)查數(shù)據(jù)、旅客站內(nèi)行為參數(shù)、排隊設(shè)施通過能力參數(shù)等進行仿真建模。建模工具采用中國鐵道科學(xué)研究院運輸及經(jīng)濟研究所研究開發(fā)的客運站客流組織仿真系統(tǒng)[1]。

2.1 車站比例尺圖及設(shè)備配置方案

車站比例尺圖和設(shè)備配置方案如圖2所示。整個車站設(shè)置4個入口：A、B、C、D。每個入口配置一臺安檢儀，除 B 口設(shè)置進站檢票機和出站檢票機各4臺外，其他3個入口分別設(shè)置3臺進站檢票機和3臺出站檢票機。其他樓梯、電梯、通道、站臺、站廳設(shè)置如圖2所示。

2.2 高峰客流數(shù)據(jù)

通過調(diào)查統(tǒng)計得到復(fù)興門站早高峰各出入口的進出站客流量。采用高峰期 7：30—8：30 的客流調(diào)查數(shù)據(jù)進行仿真建模 (下同)，其具體數(shù)據(jù)如表1所示。

通過調(diào)查統(tǒng)計得到復(fù)興門站早高峰1號線和2號線列車到發(fā)數(shù)量和到達旅客數(shù)量，以及兩線間的旅客換乘比例。1號線和2號線列車均采用6輛編組，每輛車為單側(cè)4個車門。具體到發(fā)列車數(shù)量、到達人數(shù)和換乘比例如表2所示。

2.3 旅客行為參數(shù)

表 1 復(fù)興門站早高峰各出入口進站客流量

表2 復(fù)興門站到發(fā)列車數(shù)量、到達人數(shù)和換乘比例

旅客行為參數(shù)主要包括旅客體型尺寸、走行速度、攜帶行李尺寸等。考慮到地鐵早高峰時段主要是上班通勤客流，一般不攜帶較大行李，主要考慮旅客在仿真中占用空間大小和本身自由走行速度參數(shù)值。旅客走行速度在擁擠情況下根據(jù)社會力模型進行自動調(diào)整，因此，只需要測試旅客在平地自由走行的速度即可。旅客尺寸參數(shù)參考我國國家標準[2]，通過調(diào)查統(tǒng)計方法，得到走行速度參數(shù)，如表3所示。

表 3 地鐵旅客自由走行速度表

2.4 排隊設(shè)施通過能力參數(shù)

站內(nèi)排隊設(shè)施主要包括安檢儀、售票窗口 (售票機)、檢票機的通過能力。通過現(xiàn)場調(diào)查，得到復(fù)興門站各排隊設(shè)施的平均通過能力數(shù)據(jù)，如表 4所示。

表 4 復(fù)興門站排隊設(shè)施通過能力參數(shù)表

3 仿真建模

復(fù)興門站仿真建模是通過客流組織仿真系統(tǒng)，根據(jù)車站實際數(shù)據(jù)搭建的一個電子試驗平臺，在不同客流條件下，對車站運營狀態(tài)進行定量評估。

3.1 仿真評估流程

客流組織仿真評估流程如圖3所示。仿真建模評估的主要工作包括基礎(chǔ)資料處理、仿真建模、方案編制、動態(tài)仿真和仿真評估。

3.2 仿真模型

依據(jù)仿真基礎(chǔ)資料，對復(fù)興門站客流組織進行仿真建模，主要是將復(fù)興門站的各種設(shè)施和交通組織方案虛擬為仿真試驗平臺，如圖4所示。

3.3 仿真方案

復(fù)興門站的客流組織仿真主要是檢驗換乘系統(tǒng)能力是否滿足客流需要，即在不同客流條件下，車站設(shè)施尤其是換乘站臺、樓梯、通道的適應(yīng)能力。依據(jù)現(xiàn)狀客流，共設(shè)計了5套客流遞增的仿真方案，如表5所示。

表 5 復(fù)興門站客流組織仿真方案

4 仿真結(jié)果分析

復(fù)興門站本站客流較少，進出站設(shè)施能力在仿真方案中均能滿足運營需求。仿真數(shù)據(jù)的分析和處理表明，車站換乘系統(tǒng)是其薄弱環(huán)節(jié)。在各種換乘設(shè)施詳細分析中，服務(wù)水平分級采用歐洲 Fruin 標準[3]數(shù)據(jù)，如表6所示。其中，A 級為最好，F(xiàn) 級為最差。

表 6 服務(wù)水平分級表

4.1 站臺

由于仿真方案5的 1.4 倍客流量導(dǎo)致車站換乘系統(tǒng)癱瘓，因此，統(tǒng)計數(shù)據(jù)只給出前4個方案的仿真結(jié)果 (下同)。由表7可知，隨著客流量的增加，站臺空間密度逐漸增大，相應(yīng)地旅客走行速度和服務(wù)水平降低。按照 Fruin 標準，當(dāng)客流增大到 1.3 倍時，1 號線站臺服務(wù)水平降到 D 級，2 號線站臺服務(wù)水降到 C 級。由此可見，復(fù)興門站的站臺設(shè)計能力是比較緊張的，但尚未成為車站換乘系統(tǒng)的能力瓶頸。

4.2 樓梯

由表8可知，復(fù)興門站換乘樓梯能力很緊張，在高峰時段的服務(wù)水平較低，尤其是1號線東側(cè)樓梯。在4個方案中通行速度最高為 0.49 m/s，最低為 0.45 m/s，服務(wù)水平在 1.3 倍方案時達到 F 極，是整個換乘系統(tǒng)的能力瓶頸。其次是2號線南側(cè)、北側(cè)樓梯服務(wù)水平也很低。其主要原因是這3部樓梯均為雙向共用，旅客通行時相互影響大；客流量大時，通過能力不能滿足運營要求。其他3部樓梯屬于單向樓梯，能力雖然比較緊張，但尚未成為能力瓶頸。

4.3 通道

由表9可知，復(fù)興門站地鐵北側(cè)換乘通道能力相對緊張。由于 A 口進出站客流量大，與1號線換乘2號線的客流存在爭奪通道資源現(xiàn)象。隨著客流的增加，北側(cè)通道逐漸接近癱瘓狀態(tài)，大量旅客擁堵在通道內(nèi)，服務(wù)水平降至 F 級。數(shù)據(jù)表明，客流增加至1.3 倍時，已經(jīng)達到北側(cè)換乘通道的能力極限。

5 結(jié)束語

表 7 站臺仿真數(shù)據(jù)對比表

通過大量的客流調(diào)查統(tǒng)計、參數(shù)標定等工作，對北京地鐵復(fù)興門站換乘系統(tǒng)能力進行了仿真研究。在現(xiàn)狀高峰客流的基礎(chǔ)上，設(shè)計了5套客流仿真方案。研究結(jié)果顯示，復(fù)興門站的換乘系統(tǒng)最高能夠承受既有早高峰客流的 1.3 倍客流量，并且在局部區(qū)域要采取人工引導(dǎo)，使 55%～60% 的1號線換乘客流從南側(cè)通道換乘2號線，減少北側(cè)通道換乘客流對 A 口進、出站客流的沖擊。否則，車站換乘系統(tǒng)必然出現(xiàn)擁堵甚至癱瘓，造成極大的安全隱患。該仿真建模方法可以為地鐵站的運營管理提供必要的數(shù)據(jù)支撐和決策支持，為高效、經(jīng)濟、安全運營提供技術(shù)手段。

表 8 樓梯仿真數(shù)據(jù)對比表

表 9 換乘通道仿真數(shù)據(jù)對比表

[1] 中國鐵道科學(xué)研究院. 大型客運站仿真系統(tǒng)研究與開發(fā)[R].北京：中國鐵道科學(xué)研究院，2009.

[2] GB10000-1988，中國成年人人體尺寸[S].

[3] 史建港. 大型活動行人交通特性研究[D]. 北京，北京工業(yè)大學(xué)，2007.