李 健 梁 平

（北京市軌道交通指揮中心，100101，北京∥第一作者，博士）

目前，城市軌道交通路網(wǎng)通達(dá)性和運營可靠性已不斷提高，但是影響軌道交通系統(tǒng)正常運營的各種不確定因素也隨路網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大在急劇增加，從而引發(fā)各種突發(fā)事件，導(dǎo)致運營中斷、乘客滯留以及連帶地面交通擁堵等現(xiàn)象。

從管理者角度來講，對頻發(fā)的運營中斷帶來的乘客影響規(guī)模的描述，往往難以做到清晰化和準(zhǔn)確化，影響到管理者對事件的準(zhǔn)確判斷。為解決這一問題，可以從交通規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)分析兩方面尋找方法。

首先，從交通規(guī)劃的技術(shù)層面考慮，“乘客影響規(guī)?！笨梢砸曌鳌熬€路客流量吸引與發(fā)生規(guī)?！钡姆磫栴}。前者以乘客出行的發(fā)生與完成為考慮原則，強調(diào)實際出行完成情況；后者以軌道線路的出行成本優(yōu)勢為考慮原則，強調(diào)出行選擇概率。“乘客影響規(guī)?！眴栴}強調(diào)雙向性，而“線路客流量吸引與發(fā)生規(guī)?！敝械陌l(fā)生和吸引均關(guān)注單向性。現(xiàn)有研究中對軌道交通客流特征及預(yù)測研究較多［1－2］，但更偏重于從宏觀視角考慮問題［3－5］。從建設(shè)精細(xì)化軌道交通，尤其是道路與軌道聯(lián)動處置的需求來看，需要對乘客影響規(guī)模問題進(jìn)行定量化的細(xì)致研究。

其次，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)角度考慮，由于道路網(wǎng)形態(tài)、結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的差異，不同地點發(fā)生中斷運營的影響模式和規(guī)模各有特點，變化和組合形式較多。從概念上來分析，軌道交通運營中斷影響乘客規(guī)模這一概念包含了多層內(nèi)涵，其中最重要的有兩個方面：一是中斷運營程度的確定，包括運營中斷的時長和范圍；二是對影響乘客類型的判定，即直接受影響的乘客和間接受影響的乘客的區(qū)別。這兩個方面的問題相互交叉，在宏觀層面（軌道路網(wǎng)）、中觀層面（線路）和微觀層面（車站）分別形成一系列問題。

在以上交通規(guī)劃及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方法分析的基礎(chǔ)上，本文針對軌道交通中斷影響這一問題設(shè)計3條分析主線，分別為：①管理功能主線——面向城市軌道路網(wǎng)交通控制指揮中心職能，需要掌握影響乘客各種信息；②路網(wǎng)空間形式主線——在中斷運營時長和范圍確定的前提下，描述各種不同中斷的發(fā)生、演化和恢復(fù)形式；③乘客影響主線——結(jié)合對影響乘客類型的判定，給出典型形式下影響乘客規(guī)模量化計算的方法。

1 基本問題說明

1.1 乘客影響規(guī)模問題含義

從管理功能主線來看，中斷運營乘客影響規(guī)模包含以下關(guān)聯(lián)遞進(jìn)的問題：①中斷發(fā)生位置（發(fā)生的線路、中間是否包含換乘站、換乘站與中斷區(qū)間的位置關(guān)系、折返區(qū)間位置）；②中斷發(fā)生時段（早高峰、平峰或晚高峰）；③中斷擴(kuò)散及程度（中斷運營的區(qū)間范圍、持續(xù)的時間）；④中斷期間應(yīng)急措施（短交路運營的運力、折返運營間隔、公交擺渡應(yīng)急疏散的運力）；⑤受影響乘客類型（判定乘客是否受到影響的標(biāo)準(zhǔn)）；⑥乘客影響規(guī)模（各種類型受影響乘客的量化計算，中斷后各階段受影響乘客規(guī)模的動態(tài)變化）。

1.2 乘客影響規(guī)模關(guān)鍵詞說明

中斷運營：軌道交通運營的正線上造成堵塞阻隔狀態(tài)，不論事件發(fā)生在區(qū)間或站內(nèi)，造成單線、雙線區(qū)間或雙線區(qū)間之一不能行車時，即為中斷運營正線行車。本文中考慮雙線區(qū)間中斷的形式。

規(guī)模：以受影響的乘客數(shù)量為表征。

影響：因客觀原因造成出行方式改變或出行時間明顯增加，可以認(rèn)定為乘客出行受到影響。

2 中斷運營形式與影響乘客類型

2.1 中斷運營影響發(fā)生形式

中斷運營主要有以下3種代表形式：（1）線路雙向中斷，運營中斷區(qū)間內(nèi)可包含若干車站，如圖1所示；（2）換乘站在雙向中斷區(qū)間內(nèi)，如圖2所示；（3）換乘站在雙向中斷區(qū)間外，如圖3所示。

圖1 線路雙向中斷運營形式

圖2 換乘站在中斷運營區(qū)間內(nèi)形式

圖3 換乘站在中斷運營區(qū)間外形式

2.2 中斷運營影響擴(kuò)散與演化

從路網(wǎng)空間形式主線分析，正線中斷運營影響包含了發(fā)生——擴(kuò)散（邊緣與極限）——演化升級——演化衰退——穩(wěn)定恢復(fù)等5個階段。

（1）發(fā)生階段。中斷運營發(fā)生，部分乘客正常出行開始受到影響。

（2）擴(kuò)散階段。中斷運營發(fā)生后，影響乘客規(guī)模不斷擴(kuò)大，影響范圍開始在路網(wǎng)擴(kuò)散；到達(dá)擴(kuò)散的邊緣或極限時，擴(kuò)散停止。

（3）演化升級階段。包含兩種形式：① 擴(kuò)散過程中疊加發(fā)生其它事件或引發(fā)了次生事件，影響升級演化；② 擴(kuò)散過程中，出現(xiàn)滯留乘客規(guī)模在特定區(qū)域內(nèi)累積速度過快現(xiàn)象，特別在高峰期或不利天氣環(huán)境下，容易引起一定范圍內(nèi)交通整體中斷。

（4）衰退階段。在擴(kuò)散開始后的短時間內(nèi)，影響乘客規(guī)模迅速擴(kuò)大；但在采取措施后，擴(kuò)散速度降低或停止，影響范圍被限制在一定區(qū)域內(nèi)。

（5）穩(wěn)定與恢復(fù)階段。穩(wěn)定階段運營可能仍然中斷，但后續(xù)乘客出行沒有受到影響或程度很小；恢復(fù)階段運營恢復(fù)正常，且前期滯留乘客已疏散。

2.3 影響乘客類型劃分

（1）按照乘客出行計劃完成的程度，總體上可以將中斷運營受影響乘客分為以下3種性質(zhì)類型：①付費區(qū)乘客包括已刷卡進(jìn)站候車以及在受影響列車中的乘客；② 非付費區(qū)乘客，已選擇地鐵出行，但尚未付費；③計劃選擇地鐵出行乘客，受運營中斷影響，可能改變出行計劃。其中：①是直接影響乘客；②和③屬于間接影響乘客；而①和②是受影響乘客的主體部分。

（2）按照乘客所處空間位置來劃分，對應(yīng)以上①和②兩類，受影響的乘客至少包括以下4部分：A，故障區(qū)間上下行各自后方區(qū)間在途尚未達(dá)到折返運營車站的乘客；B，已進(jìn)入及后續(xù)到達(dá)中斷區(qū)間內(nèi)車站的乘客；C，已進(jìn)入及后續(xù)到達(dá)折返車站并以中斷區(qū)間包含車站以遠(yuǎn)車站為目的地的乘客；D，故障區(qū)間上下行方向停運列車內(nèi)滯留乘客。按位置對中斷運營影響乘客類型劃分如圖4所示。

圖4 按位置對中斷運營影響乘客類型劃分

3 乘客影響規(guī)模量化計算

3.1 乘客影響規(guī)模量化計算思路

根據(jù)軌道交通運營中斷后實際情況考慮受影響的乘客問題：

（1）如果運營在短時間內(nèi)可以恢復(fù)，則受影響乘客可能僅是已付費進(jìn)站候車以及中斷區(qū)間滯留的乘客，規(guī)模較小，數(shù)量比較容易確定。這種情況下，其他可能受到影響的乘客還包括尚未進(jìn)站的乘客?？紤]這部分乘客進(jìn)站走行的時間和站臺容量兩方面因素，由于運營在短時內(nèi)恢復(fù)，此時的影響是出行延誤，影響程度較小。

（2）不包含換乘車站，如果運營中斷持續(xù)時間較長且車站關(guān)閉。在這種情況下：①已付費進(jìn)站候車、上下行方向后續(xù)到達(dá)的乘客以及中斷區(qū)間疏散的乘客需要疏導(dǎo)出站；②計劃進(jìn)站但未付費的乘客需要引導(dǎo)至站外。

（3）包含換乘車站，如果運營中斷持續(xù)時間較長且本線車站關(guān)閉。這種情況下：①已付費進(jìn)站候車、本線上下行方向后續(xù)到達(dá)的乘客以及中斷區(qū)間疏散的乘客，需要疏導(dǎo)出站；② 計劃進(jìn)站但未付費的乘客，需引導(dǎo)至站外；③ 線間換乘部分的乘客（由正常線換乘到中斷線的乘客），需疏導(dǎo)出站。

乘客影響規(guī)模計算對應(yīng)有3種計算方法，基本思路相同，具體如下：

（1）區(qū)間運營中斷影響乘客的規(guī)模問題，均是指正常情況下的影響（即不考慮降雨、降雪、意外傷害等外界條件產(chǎn)生的影響），純粹是因為線路本身的故障問題引起的乘客出行影響。

（2）受影響乘客以直接受影響和間接受影響來區(qū)分，既不放大范圍，也不壓縮規(guī)模。

（3）中斷運營之后，原計劃乘坐地鐵出行的兩種類型乘客中的一部分會改變出行方式，但實際上還是受到了運營影響而改變出行計劃。按此原則推理，受影響乘客的規(guī)模量化是否正確，可以采用倒推方法來確定：中斷運營后，實際的進(jìn)站量與以往正常時間內(nèi)的進(jìn)站量相比，兩者之差肯定小于受影響乘客規(guī)模。如果相反，那么計算結(jié)果需要進(jìn)一步調(diào)整。

（4）事發(fā)車站后方車站進(jìn)站的乘客中，所有以事發(fā)車站以遠(yuǎn)車站為目的地的乘客，均為直接受影響的乘客。

全線客流類型如圖5所示。圖中各參考定義如下：

Sn，進(jìn)——時間t內(nèi)，由n 站進(jìn)站上行的乘客數(shù)量；

Xn，進(jìn)——時間t內(nèi)，由n站進(jìn)站下行的乘客數(shù)量；

Sn，出——時間t內(nèi)，上行由n 站出站的乘客數(shù)量；

Xn，出——時間t內(nèi)，下行由n站出站的乘客數(shù)量；

Sn，n＋1——時間t內(nèi)，車站n至n＋1上行斷面流量；

Xn，n＋1——時間t內(nèi)，車站n＋1至n下行斷面流量；

Pn，進(jìn)——時間t內(nèi)，由n站進(jìn)站乘客總量；

Pn，出——時間t內(nèi)，由n站進(jìn)站乘客總量；

T——兩端短交路折返列車運行間隔。

圖5 全線路客流類型表示

3.2 中斷運營影響規(guī)模基本問題

首先考慮最基本的乘客影響規(guī)模問題。即中斷運營發(fā)生后，直接受影響的是在事發(fā)車站的后方車站進(jìn)站并以事發(fā)車站以遠(yuǎn)車站為目的地的乘客，在數(shù)量上等于事發(fā)車站之間的斷面客流。

以P影響，站內(nèi)表示站內(nèi)中斷運營后的直接受影響客流規(guī)模。若車站n與車站n＋1之間發(fā)生中斷，則：

3.3 線路中斷運營影響規(guī)模

對應(yīng)線路中斷運營影響乘客規(guī)模，以P站內(nèi)，影響表示線路中斷運營發(fā)生形式下的直接受影響客流規(guī)模，所有受影響的客流均以粗線標(biāo)出（見圖6）。

圖6 線間運營中斷全線路影響客流量類型表示

由圖6所示，線路運營中斷影響乘客實際包括兩種類型，即：①中斷運營區(qū)間內(nèi)所有車站的進(jìn)出站客流；②兩端正常運營中車站的上下行客流。

結(jié)合圖5，非付費區(qū)乘客與各自對應(yīng)的后方區(qū)間客流形成中斷運營區(qū)間上下行第一個區(qū)間的斷面客流，并與中斷區(qū)間內(nèi)所有車站的進(jìn)出站客流形成總的影響客流，如式（2）。

需要說明的是，同樣是分析中斷運營的影響問題，中斷運營影響乘客規(guī)模與中斷運營滯留乘客公交擺渡疏散問題的不同之處在于：前者需要計算出累積量，而后者只需要滿足各站之間的最大需求?？梢?，考慮的思路和計算方法存在較大差別。

3.4 路網(wǎng)中斷運營影響規(guī)模

對于路網(wǎng)中斷運營影響乘客規(guī)模，影響乘客中增加了正常線向中斷線換乘部分的客流量（以P正常線，中斷線表示），如圖7所示。故此時的

圖7 路網(wǎng)運營中斷影響換乘客流量類型表示

4 案例研究應(yīng)用

本文選擇北京地鐵13號線全線以及與其聯(lián)接的昌平線、8號線、10號線及15號線部分區(qū)間組成的區(qū)域軌道路網(wǎng)（見圖8）為對象，對路網(wǎng)中換乘站發(fā)生運營中斷后的乘客影響規(guī)模問題進(jìn)行分析，對運營中斷在路網(wǎng)中擴(kuò)散與衰退穩(wěn)定進(jìn)行定性描述，并給出了乘客影響規(guī)模的定量計算方法。

4.1 中斷運營影響擴(kuò)散與演化

案例中，假設(shè)13號線立水橋站發(fā)生雙邊供電故障，則霍營至立水橋及立水橋至北苑區(qū)間中斷，如圖9中（a）所示。以粗線條表示中斷影響在路網(wǎng)中的擴(kuò)散最大范圍，影響的發(fā)生及擴(kuò)散演化如圖9中（b）與（c）所示。

圖8 13號線全線及周邊相關(guān)線路網(wǎng)現(xiàn)狀示意圖

13號線的霍營—北苑區(qū)間運營中斷后，受到影響的乘客包括以下5類：①13號線西直門至霍營區(qū)間下行方向所有以霍營站以遠(yuǎn)為目的地的乘客；②昌平線全線在西二旗換乘進(jìn)入13號線下行方向所有以霍營站以遠(yuǎn)為目的地的乘客；③13號線東直門至北苑區(qū)間上行方向所有以北苑站以遠(yuǎn)為目的地的乘客；④5號線上下行所有在立水橋站換乘13號線的乘客；⑤10號線在知春路和芍藥居換乘到13號線的乘客。理論上，霍營至北苑區(qū)間運營中斷后影響范圍應(yīng)如圖9中（b）所示。

圖9 13號線霍營—北苑區(qū)間中斷運營影響發(fā)生與擴(kuò)散

在所有乘客獲知信息之后，上述①中部分乘客部分在知春路換乘；②中部分乘客不變；③中部分乘客在芍藥居換乘；④中部分乘客在惠新西街南口站換乘；⑤中部分乘客在北土城或芍藥居換乘。此時，影響范圍演化如圖9中（c）所示。

4.2 典型形式影響規(guī)模計算

假設(shè)運營中斷發(fā)生在早高峰期間并持續(xù)30 min以上，按照式（3），在霍營至北苑區(qū)間雙向中斷運營后，直接受影響的客流包括：霍營至立水橋站下行方向客流，北苑至立水橋上行方向客流；13號線立水橋站進(jìn)站客流；以及5號線立水橋站換乘至13號線立水橋站客流。即：

5 結(jié)語

路網(wǎng)中斷運營發(fā)生、擴(kuò)散和演化的形式多種多樣，如果再考慮路網(wǎng)內(nèi)客流的方向不均衡特征及天氣影響等因素，變化的形式會更復(fù)雜。本文研究中，在量化分析時僅考慮了直接影響乘客，對間接影響乘客規(guī)?？紤]不足。另外，如果僅發(fā)生單向中斷時，除正常線路維持短交路折返運行外，中斷區(qū)間內(nèi)一般會視具體情況配合采取單線雙向運行。但受折返時間及可運用車輛數(shù)的限制，單線雙向運行不能達(dá)到正常運力，導(dǎo)致效率下降并引發(fā)其他問題。從出行服務(wù)質(zhì)量降低的角度衡量，此部分輸送的乘客也要計算在影響乘客范圍內(nèi)。

綜合考慮以上兩點不足，對影響乘客進(jìn)一步細(xì)分并在規(guī)模量化的基礎(chǔ)上對乘客影響程度進(jìn)行量化計算，將是未來深化研究的突破點。

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