陳先龍 宋 程 廖勝華

（廣州市交通規(guī)劃研究院，510030，廣州∥第一作者，高級(jí)工程師）

由于我國(guó)主要大城市人口密度高，城市軌道交通客流規(guī)模巨大，由此導(dǎo)致了高峰期間換乘通道擁擠，換乘效率低下等一系列問題。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地鐵換乘通道也進(jìn)行了相關(guān)研究［1－6］。地鐵換乘通道設(shè)計(jì)必須考慮客流的動(dòng)態(tài)特性。本文擬采用行人交通仿真軟件對(duì)地鐵換乘通道客流適應(yīng)性進(jìn)行研究，以輔助未來地鐵換乘通道設(shè)計(jì)與建設(shè)。

1 換乘通道客流適應(yīng)性仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)擬采用建模方便、分析功能強(qiáng)大［8－9］的LEGION 行人仿真軟件，通過LEGION 軟件模擬試驗(yàn)，從而得到換乘通道長(zhǎng)度、寬度與客流密度的相互影響關(guān)系。首先進(jìn)行長(zhǎng)度適應(yīng)性仿真分析——固定通道寬度，對(duì)不同長(zhǎng)度的通道不同客流進(jìn)行測(cè)試；其次進(jìn)行寬度適應(yīng)性仿真分析——固定通道長(zhǎng)度，對(duì)不同寬度不同客流通道進(jìn)行測(cè)試。仿真分析試驗(yàn)流程如圖1所示。該試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了以下相關(guān)假定：

（1）在進(jìn)行長(zhǎng)度適應(yīng)性仿真分析中，寬度固定值為6 m，長(zhǎng)度按每60 m 間隔增加（約1 min行程時(shí)間）；

（2）在進(jìn)行寬度適應(yīng)性分析中，假定長(zhǎng)度維持100 m 不變，寬度按2 m 的間隔增加。

2 通道寬度的客流適應(yīng)性分析

經(jīng)LEGION 仿真軟件測(cè)試分析，在不同通道寬度情況下，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示客流密度與客流量呈現(xiàn)出“S型”生成曲線關(guān)系。當(dāng)通道正常運(yùn)作時(shí)，客流密度隨客流量的增加而逐漸增大；但當(dāng)客流密度達(dá)到一定程度時(shí)，擁擠開始發(fā)生，客流密度迅速增長(zhǎng)；當(dāng)客流密度處于非常擁擠的狀態(tài)時(shí)，客流量的增加對(duì)客流密度的影響已趨緩，這主要是因?yàn)檫_(dá)到通行能力后，即使有再多的客流需求也無法通行。具體分析結(jié)果見表1。

圖1 仿真分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程圖

表1 不同寬度通道客流量與客流密度仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 人／m2

從安全角度考慮，地鐵換乘通道設(shè)計(jì)時(shí)，換乘通道的客流密度宜控制在D 級(jí)服務(wù)水平以內(nèi)。從圖2和表1可以看出，在D 級(jí)服務(wù)水平下，3 m 寬的通道最大可適應(yīng)9 000人次／h的客流量，5 m 寬的通道最大可適應(yīng)客流增加到1.3萬人次／h左右，7 m 寬可達(dá)1.8 萬人次／h 左右，9 m 寬則約為 2.1 萬人次／h左右，換乘通道寬度每增加2 m 其最大適應(yīng)客流規(guī)模約增加4 000人次／h 左右。從以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在方案設(shè)計(jì)時(shí)如換乘站換乘客流超過2.1萬人次／h 的時(shí)候，其換乘通道寬度不宜低于10 m［10］。

將上述數(shù)據(jù)回歸，得到通道寬度、客流量與通道客流密度的關(guān)系式：

式中：

ρ——換乘通道密度，人／m2；

f——客流量，人次／h；

N——換乘通道寬度／m；

R2——相關(guān)系數(shù)。

3 通道長(zhǎng)度的客流適應(yīng)性分析

3.1 通道長(zhǎng)度、客流量與通道客流密度相互關(guān)系

同樣利用LEGION 軟件仿真，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示隨著客流量的增加，客流密度增大。但通道長(zhǎng)度對(duì)客流密度的影響并不十分明顯，在同一客流密度和同一寬度情形下，不同長(zhǎng)度通道對(duì)應(yīng)的密度相差不多，但當(dāng)換乘客流接近設(shè)定寬度的能力時(shí)，通道長(zhǎng)度對(duì)客流密度的影響會(huì)適當(dāng)增大。不同長(zhǎng)度通道的具體分析結(jié)果見表2。

表2 不同長(zhǎng)度通道客流量與客流密度仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 人／m2

從圖3中也可以看出，在測(cè)試寬度6 m 下，長(zhǎng)度的變化會(huì)引起最大適應(yīng)客流的輕微變化。50 m 長(zhǎng)的通道最大可適應(yīng)1.58萬人次／h的客流量，110 m長(zhǎng)的通道最大可適應(yīng)客流增加到1.7萬人次／h 左右，170 m 寬可達(dá)1.8萬人次／h左右，230 m 長(zhǎng)則約為1.84萬人次／h。通過上述數(shù)據(jù)分析，在通道長(zhǎng)度每增加60 m 的情況下，最大適應(yīng)客流約增加1 000～1 200人次／h左右。

根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，將客流量換算成單位寬度的客流，回歸得到通道長(zhǎng)度、單位寬度客流量與通道客流密度關(guān)系式：

式中：

ρ——換乘通道客流密度，人／m2；

L——換乘通道長(zhǎng)度，m；

R2——相關(guān)系數(shù)；

fm——單位換乘通道寬度客流量，人次／（h·m）；

fo——單位換乘通道寬度臨界客流量，人次／（h·m）。

當(dāng)fm＞fo時(shí)，通道開始擁擠。從上節(jié)換乘通道寬度影響研究推算，fo約在2 500～3 000人次／（h·m）左右。

從回歸公式來看，當(dāng)fm＜fo時(shí)，通道客流密度迅速穩(wěn)定，直至達(dá)到完全擁擠狀態(tài)，其密度逐漸趨于穩(wěn)定（擁擠密度），沒有明顯的函數(shù)關(guān)系。

3.2 通道長(zhǎng)度對(duì)站臺(tái)客流密度的影響

假定每次列車離站后站臺(tái)均沒有滯留乘客，通過仿真試驗(yàn)分析，換乘通道的長(zhǎng)短對(duì)站臺(tái)密度有一定的影響，其回歸函數(shù)關(guān)系式：

式中：

ρ——站臺(tái)客流密度，人／m2；

L——換乘通道長(zhǎng)度，m；

R2——相關(guān)系數(shù)。

由圖2可知，隨著換乘通道長(zhǎng)度的增加，站臺(tái)客流密度適當(dāng)降低；且當(dāng)換乘通道長(zhǎng)度在200 m 內(nèi)時(shí)，換乘通道長(zhǎng)度的增加對(duì)站臺(tái)密度影響較為明顯；換乘通道長(zhǎng)度達(dá)到200 m 以上后，其長(zhǎng)度的增加對(duì)站臺(tái)客流密度的影響相對(duì)降低。

圖2 換乘通道長(zhǎng)度對(duì)站臺(tái)客流密度影響關(guān)系示意圖

4 物理分隔的通道影響分析

4.1 按規(guī)則行走情況下的影響分析

按規(guī)則行走指的是行人沒有逆向行走的情況。根據(jù)仿真分析結(jié)果圖3、圖4可知，當(dāng)客流量在一定范圍內(nèi)時(shí)，無分隔通道和有分隔通道客流密度和運(yùn)行速度相差不大，甚至有分隔通道客流密度還略低。當(dāng)單位寬度客流量達(dá)到2 600 人次／（h·m）的時(shí)候，無分隔通道客流密度激增，行走速度突然降低，直到達(dá)到飽和密度。但有分隔通道由于較好的行走秩序，客流密度和行走速度仍然維持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，從維持較好的換乘通道服務(wù)水平來說，如單位寬度客流量達(dá)到2 400 人次／（h·m）的時(shí)候，必須設(shè)置物理分隔以規(guī)范換乘通道的運(yùn)作秩序。

圖3 物理分隔對(duì)換乘通道客流密度影響分析

圖4 物理分隔對(duì)換乘通道客流速度影響分析

4.2 逆向行走影響分析

仿真測(cè)試結(jié)果圖5顯示，隨著逆行人群比例的增加，通道行人密度會(huì)增大，此外當(dāng)單位寬度人流量小于2 800人／（h·m）的時(shí)候，逆行人群的數(shù)量對(duì)通道客流密度影響較?。蝗肆髁看笥? 800人／（h·m）后，逆行人群對(duì)通道客流密度產(chǎn)生較大影響，且逆行人群越多，顯著影響的臨界點(diǎn)越小。

圖5 逆行對(duì)通道密度影響分析

5 仿真試驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)

通道長(zhǎng)度對(duì)客流密度影響的檢驗(yàn)存在一定困難，因此本研究以通道寬度對(duì)客流密度的影響來檢驗(yàn)仿真方法的可靠性和實(shí)用性。廣州市部分地鐵換乘站點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及仿真試驗(yàn)結(jié)果見表3。從檢測(cè)結(jié)果來看，仿真試驗(yàn)推算數(shù)據(jù)的誤差基本控制在6%以內(nèi)，表明仿真試驗(yàn)方法的可靠性和準(zhǔn)確性較高，利用該方法回歸得到的相關(guān)結(jié)論可用于換乘通道的評(píng)價(jià)分析工作。

表3 廣州市部分地鐵換乘站點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及仿真試驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)表

6 結(jié)語

本文使用LEGION 行人仿真軟件，使用試驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)證研究相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究了地鐵換乘通道長(zhǎng)度、寬度與客流量和客流密度的相互關(guān)系，并研究了換乘通道長(zhǎng)度對(duì)站臺(tái)客流密度及物理分隔對(duì)換乘通道客流密度的影響，其成果對(duì)地鐵換乘站站點(diǎn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)具有較好的指導(dǎo)作用。

研究結(jié)果表明：換乘通道客流密度與通道寬度、客流強(qiáng)度密切相關(guān)，與通道長(zhǎng)度相關(guān)性不大；通道寬度每增加2 m，最大適應(yīng)客流約可增加4 000人次／h左右；而通道長(zhǎng)度每增加60 m，最大適應(yīng)客流可增加1 000～1 200人次／h左右；換乘通道長(zhǎng)度對(duì)站臺(tái)客流密度影響較大，換乘通道越長(zhǎng)，站臺(tái)密度越低，但換乘通道長(zhǎng)度超過200 m 后，其影響變小。此外，當(dāng)單位寬度客流量達(dá)到2 400人次／h，需對(duì)通道進(jìn)行物理分隔以強(qiáng)化通道的運(yùn)作秩序，提高通道通行能力。

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