邱華瑞 張 寧

（東南大學教育部ITS工程研究中心，210018，南京∥第一作者，碩士研究生）

基于客流特征的城市軌道交通車站閘機配置方案

邱華瑞 張 寧

（東南大學教育部ITS工程研究中心，210018，南京∥第一作者，碩士研究生）

分析了城市軌道交通閘機類型的特點。根據(jù)車站客流模式特征，對閘機類型進行匹配，以選擇合適的閘機類型?；谲囌究土髁浚o出進站、出站、雙向閘機數(shù)量配置要點。探討了基于客流流線的車站閘機布局優(yōu)化，為我國城市軌道交通AFC（自動售檢票）系統(tǒng)車站閘機布設(shè)提供參考。

城市軌道交通車站；閘機配置；客流模式

First-author’s addressITS Research Center of MOE，Southeast University，210018，Nanjing，China

隨著城市軌道交通線網(wǎng)建設(shè)和自動化水平的提高，AFC（自動售檢票）系統(tǒng)因其在票務管理、運營管理、客流監(jiān)視、數(shù)據(jù)挖掘、輔助決策等諸多方面的功能而在我國各城市軌道交通系統(tǒng)中廣泛應用［1-2］。閘機作為AFC系統(tǒng)的基本設(shè)備，其數(shù)量、類型及布局的合理性將直接影響車站內(nèi)客流的通行能力、通行方向、通行安全性和通行效率，從而影響整個軌道交通系統(tǒng)的運營效率和服務水平。

設(shè)置閘機的目的是為了保證客流能夠有序、順利地進出車站并完成計費。閘機的數(shù)量及布局應滿足站點高峰客流的服務需求，因此，客流是閘機設(shè)置方案的首要考慮因素。目前，我國在建設(shè)城市軌道交通AFC系統(tǒng)時，車站閘機的數(shù)量按近期超高峰客流量計算確定，并按遠期超高峰客流量預留位置與安裝條件，同一車站采用相同類型的閘機。由于同一城市軌道交通線路或線網(wǎng)內(nèi)不同車站在空間時間上的客流分布、增長模式不盡相同［3-4］，因此，根據(jù)具體車站的客流模式、近遠期規(guī)劃來合理選擇閘機類型及布設(shè)閘機，可節(jié)約閘機購置、維護成本，提高AFC系統(tǒng)建設(shè)、運營的經(jīng)濟性。

1 不同閘機類型特點分析

目前國內(nèi)城市軌道交通車站所使用的閘機，按功能分為進站、出站及雙向閘機；按通行模式分常開和常閉閘機；按阻擋機構(gòu)分為三桿式閘機、剪式門閘機及拍打門式閘機。三桿式、剪式門、拍打門式閘機在價格、性能和人性化程度上有較大差異（見表1），在日常運營中各具特點，在不同類型的車站和運營階段有不同的適用性。根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》，非接觸式IC卡三桿式和門扉式閘機的理論最大通行能力分別為1 800人次/h和2 100人次/h；但根據(jù)對上海地鐵和北京地鐵的具體觀測，二者的實際通行能力分別為1 333人次/h和1 800人次/h［5］。

2 基于客流模式特征的閘機類型選擇

國內(nèi)地鐵對閘機類型的選擇多以線路為單位，同一線路上配置相同類型的閘機（如南京地鐵1、2號線），但也出現(xiàn)一條線路不同車站、甚至一個車站配置不同類型閘機的情況。筆者認為，在城市軌道交通線網(wǎng)中，不同車站由于所屬類型、所處地點以及線網(wǎng)近遠期規(guī)劃的不同，其客流模式也不盡相同；根據(jù)不同的客流模式，在滿足通行效率和服務水平的基礎(chǔ)上對不同車站進行閘機選型，在線路或線網(wǎng)上組合配置各種閘機（對一個站應是相同類型），能夠提高軌道交通的建設(shè)經(jīng)濟性和運營效益。本文對各類站點客流模式及其對應的閘機類型配置進行分析。

表1 不同阻擋機構(gòu)閘機特點比較

（1）穩(wěn)定大客流車站：其特點是車站客流大部分時間甚至全天處于飽和狀態(tài)。內(nèi)外換乘樞紐站由于頻繁受到內(nèi)外客流沖擊，其客流類型屬于該模式；此外，部分商業(yè)中心、旺季旅游景點附近車站點也屬于該模式。在受到大規(guī)?？土鳑_擊時，剪式門閘機和拍打門式閘機可保證最大的通行能力，但易產(chǎn)生擁擠通過現(xiàn)象，而三桿式閘機則容易導致站內(nèi)排隊客流急劇上升。因此從通行能力與可靠性角度考慮，此車站宜選用剪式門閘機或拍打門式閘機。

（2）穩(wěn)定小客流車站：其特點是車站客流在初期、近期和遠期（初期指未來3年之內(nèi)；近期指未來3~10年；遠期指未來10~25年）都遠不能達到飽和狀態(tài)，全天基本無高峰客流。此類車站往往在線網(wǎng)的末端，由于土地開發(fā)利用不足，導致該區(qū)域交通需求持續(xù)低下，客流量增長緩慢。對于該類車站，無論哪種閘機類型都能滿足其通行效率與服務水平，從經(jīng)濟性方面考慮，宜選擇三桿式閘機。

（3）客流增長型車站：其特點是車站初期、近期客流較小，但增長潛力大，遠期可轉(zhuǎn)型成其他客流模式。部分軌道交通線路在城市發(fā)展中起到交通引導發(fā)展（TOD）作用，其車站隨著周邊土地開發(fā)利用深入、配套設(shè)施健全或其他線路影響，逐步擺脫穩(wěn)定小客流模式，發(fā)展成為其他客流模式。該類車站閘機的選擇可分為近期和遠期兩個階段：近期由于客流小且穩(wěn)定，考慮閘機的使用壽命及經(jīng)濟性，可選擇三桿式閘機來滿足初期及近期運營需求，并為增設(shè)閘機預留一定的空間；遠期可根據(jù)其客流模式，選擇與之相適應的閘機類型。

（4）潮汐客流車站：其特點是車站早晚高峰持續(xù)明顯，其他時間段客流稀少，進出車站客流方向分布差異大。通常，位于集中居住區(qū)或集中辦公區(qū)附近的車站極易出現(xiàn)此類客流模式。該類車站可考慮設(shè)置一定數(shù)量的雙向閘機，以節(jié)約空間、減小閘機購置數(shù)量。

（5）單峰客流車站：其特點是車站客流全天只出現(xiàn)一個持續(xù)明顯的高峰時段（通常是晚高峰），其他時間段客流量一般。商業(yè)區(qū)附近車站易出現(xiàn)此客流模式。對于該類車站，若車站高峰小時客流量大，出現(xiàn)排隊擁堵狀況，采用剪式門閘機或拍打門式閘機可保證客流疏散順暢；若車站高峰小時客流不足以使閘機通行能力達到飽和狀態(tài)，近期可考慮使用三桿式閘機節(jié)約購置和維護成本。

（6）雙峰客流車站：其特點是車站早晚高峰持續(xù)明顯，其他時間段客流量一般，進出車站客流方向分布差異小。換乘站易出現(xiàn)此客流模式?？稍谠擃愜囌驹O(shè)置滿足通行能力的單向剪式門閘機或拍打門式閘機，保證進出站客流互不干擾，疏導順暢。

（7）突峰客流車站：其特點是車站易受到集中大規(guī)?？土鞯臎_擊。突峰模式可分為單向突峰與雙向突峰。某些體育場館附近的站點易出現(xiàn)單向突峰模式，可考慮設(shè)置一定數(shù)量的雙向閘機；靠近旅游景點的站點易形成雙向突峰模式，除需設(shè)置足夠數(shù)量的剪式門閘機或拍打門式閘機外，最好再配備一定數(shù)量的便攜式檢票機。

3 基于客流的閘機數(shù)量配置

閘機設(shè)置的數(shù)量取決于車站當前及未來預測的進出站客流。閘機需滿足乘客對通行能力的要求，防止因大量旅客擁堵滯留于車站收費區(qū)與非收費區(qū)而導致運營效率和服務水平的降低。合理的進站、出站和雙向閘機數(shù)量的配置計算方法如下。

3.1 進站閘機數(shù)量配置

客流通過多臺閘機進站的過程可用排隊論M/ M/N系統(tǒng)中的單路排隊多通道服務模式來描述。車站的進站閘機總數(shù)配置可用下式計算［6］：

式中：

Qf——高峰小時進站客流量；

Ai——站廳第i個入口所需配置的閘機數(shù)量；

Kf——到達客流的超高峰小時系數(shù)；

V——閘機通行能力；

n——入口數(shù)量。

3.2 出站閘機數(shù)量配置

出站客流與進站客流相比具有特殊性。出站客流隨著列車的到達而呈現(xiàn)出短時的脈沖性，具有明顯的間斷流特征，在較短時間內(nèi)對出站閘機具有較強沖擊力。因此，出站閘機數(shù)量計算方法與進站閘機配置算法有差異，如式（2）：

式中：

Qo——高峰小時出站客流量；

A＇i——站廳第i個出口所需配置的閘機數(shù)量；

Kd——列車到站客流的超高峰小時系數(shù)；

V——閘機通行能力；

λf——間斷流修正系數(shù)。

3.3 雙向閘機配置

對于潮汐現(xiàn)象較為明顯的車站，早高峰與晚高峰進出站客流量存在一定的差異，若簡單按照進出口超高峰客流量配置閘機，必然會造成平峰時段設(shè)備的浪費，不利于降低成本。參照公路交通中的可變車道管理方式，在某些車站靈活配置一些雙向閘機，能夠在有效滿足進出站客流通行需要基礎(chǔ)上，進一步提高設(shè)備使用率，節(jié)省投資和空間［7］。雙向閘機的配置比例沒有固定的標準，通常以地鐵車站的潮汐客流特征為依據(jù)。在配置時考慮以下原則：

（1）根據(jù)現(xiàn)場觀測采集客流數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析出早晚客流高峰的時間（通常為2~3 h），可按得出的高峰時間設(shè)計雙向閘機的開啟時間；

（2）在數(shù)量配置上，可根據(jù)統(tǒng)計的早高峰與晚高峰進出站客流量以及它們之間的差值進行設(shè)置；

（3）若運營部門對同類型車站做過雙向通行閘機的配置研究，可參照同類型車站的配置進行分析確定。

3.4 閘機的增減

閘機利用率是判斷閘機使用情況與增減閘機數(shù)量的依據(jù)。閘機利用率過高，表示乘客使用該組閘機較為頻繁，高峰期易產(chǎn)生擁擠排隊現(xiàn)象。若車站閘機組在高峰期均有較高利用率，則有必要增加閘機。閘機利用率低，表示該閘機有部分資源浪費。閘機利用率的計算公式為［8］：

閘機數(shù)量的改變導致閘機分擔率的改變。閘機增減的具體數(shù)量由高峰時段閘機利用率來決定。

4 基于客流流線的閘機布局

閘機的合理布置需考慮閘機與其他AFC設(shè)備（如自動售票機）的空間關(guān)系，并使得AFC設(shè)備與乘客行程軌跡得到密切有效的配合，防止持有儲值卡進站客流、購買好單程票的進站客流、自動售票機排隊客流及閘機排隊客流發(fā)生交織沖突，并盡量使閘機的利用率趨于均衡，為地鐵乘客提供一個安全、舒適、美觀的使用環(huán)境。

閘機的布局主要分為垂直于客流行走方向布置與平行于客流行走方向布置。如圖1和圖2所示。

當閘機垂直于客流方向布置時，由于乘客追求便捷性，都趨向于選擇離自己距離較近的閘機，這種求近原則導致閘機組的利用率不均。當閘機平行于客流方向布置時，由于乘客到各閘機入口的距離大致相等，乘客對閘機入口的選擇概率也大致相同。文獻［5］和文獻［9］分別從計算和仿真的角度證明了閘機平行于客流方向布置在乘客行走時間損失上要優(yōu)于閘機垂直于客流方向布置。同時，客流方向與閘機布置方向角度越小，客流間相互影響越小，乘客通行效率越高。因此，在空間布局條件滿足的情況下，建議采用閘機平行于客流方向，或盡量減少客流方向與閘機布置方向角度的布置方式。

圖1 閘機垂直于客流方向布置

圖2 閘機平行于客流方向布置

5 結(jié)語

城市軌道交通車站所設(shè)置閘機的類型、數(shù)量以及布局，決定了車站客流集散的效率，其配置合理性嚴重影響AFC系統(tǒng)建設(shè)及運營經(jīng)濟性，以及軌道交通的運營效率與服務水平。在滿足通行能力的前提下，根據(jù)不同車站對應的不同客流模式，進行不同類型的閘機配置，能夠降低AFC系統(tǒng)的購置、運營成本，提高經(jīng)濟性。本文首先分析了幾種常用閘機類型的特點，然后根據(jù)不同客流模式特征，進行相應的閘機選型配置，并簡要描述了車站閘機數(shù)量配置要點；最后探討了基于客流流線的車站閘機布局及優(yōu)化，為城市軌道交通車站閘機的配置提供參考。

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［10］ 張曉璇，陳旭梅.城市公共交通換乘走行特性分析研究［J］.城市軌道交通研究，2012（2）：74.

表2 兩種工況下滑動門和固定門的受力狀況

4 結(jié)語

本文建立了地鐵屏蔽門的結(jié)構(gòu)分析模型，利用有限元法分析了屏蔽門結(jié)構(gòu)的剛度和強度，得到了屏蔽門在各種荷載作用下的變形及應力情況，為屏蔽門的優(yōu)化設(shè)計及可靠性設(shè)計提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

參考文獻

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（收稿日期：2012-10-29）

Configuration of Urban Rail Transit Station Gates Based on Passenger Flow

Qiu Huarui，Zhang Ning

The characteristics of auto gates are analyzed，and considering the patterns of metro passenger flow at different stations，the gates type selection is determined. Then，based on the volume of passenger flow，the main points to deploy the amount of entrance，exit and twoway gates are presented，the optimization of gates configuration is discussed.This research can provide a reference for metro gates configuration in the automatic fare collection（AFC）system adopted in China.

urban rail transit station；gates configuration；passenger flow mode

U 293.22

2013-06-05）