王宇嘉，張振宇

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京　100081；2.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海　200092）

城市軌道交通樞紐換乘銜接評(píng)價(jià)體系研究

王宇嘉1，張振宇2

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京100081；2.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

分析城市軌道交通樞紐換乘銜接影響因素，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出換乘樞紐銜接的評(píng)價(jià)方法。運(yùn)用仿真軟件建立模型，對(duì)樞紐內(nèi)換乘銜接情況進(jìn)行模擬，得到指標(biāo)計(jì)算參數(shù)值；通過(guò)體系內(nèi)各指標(biāo)的取值情況分析和評(píng)價(jià)樞紐換乘銜接效果。以北京地鐵海淀黃莊樞紐為實(shí)例，得出其整體上的換乘銜接較為順暢但換乘設(shè)施仍需改進(jìn)的評(píng)價(jià)結(jié)果。

城市軌道交通；換乘樞紐；銜接評(píng)價(jià)指標(biāo)；Anylogic仿真

1　引言

城市軌道交通換乘樞紐承擔(dān)了巨大的換乘客流，在高峰時(shí)期一些樞紐表現(xiàn)出換乘能力不足，客流擁堵嚴(yán)重，設(shè)計(jì)能力與實(shí)際需求不匹配，造成旅客走行距離過(guò)長(zhǎng)、換乘銜接不流暢，降低了樞紐服務(wù)水平。目前，對(duì)軌道交通樞紐的評(píng)價(jià)側(cè)重探討樞紐布局、周邊交通環(huán)境以及多種交通方式換乘的協(xié)調(diào)性［1-4］，對(duì)于樞紐內(nèi)部線路換乘銜接的評(píng)價(jià)則需進(jìn)一步研究。本文通過(guò)分析樞紐換乘銜接的影響因素，提出合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)樞紐換乘銜接服務(wù)水平進(jìn)行研究。

2　換乘銜接影響因素分析

城市軌道交通樞紐換乘銜接主要內(nèi)容為如何聚集和疏散換乘客流，其優(yōu)劣主要受線路運(yùn)能銜接、換乘設(shè)施效率等影響。

（1）換乘設(shè)施便捷性。換乘設(shè)施分為固定設(shè)施及可變動(dòng)設(shè)施［5］。固定設(shè)施包括通道樓梯、自動(dòng)扶梯、集散大廳、站臺(tái)等；可變動(dòng)設(shè)施可根據(jù)換乘客流量的大小來(lái)改變其設(shè)置，包括自動(dòng)售票機(jī)、檢票閘機(jī)等。換乘設(shè)施具備良好的便捷性可縮短換乘時(shí)間，有效緩解客流對(duì)換乘設(shè)施的沖擊，使各線路有效銜接。

（2）換乘線路客流協(xié)調(diào)性。兩條線路之間換乘，當(dāng)其中一條線路換乘到另一條線路的客流量過(guò)大時(shí)，會(huì)對(duì)該線路的運(yùn)輸能力造成大負(fù)荷，使得換乘樞紐站臺(tái)的聚集人數(shù)增大，造成擁堵及影響車(chē)站各方面的組織工作，從而影響兩線路之間的換乘銜接。

（3）換乘流線順暢性。樞紐內(nèi)換乘流線安排不合理會(huì)導(dǎo)致較多的客流沖突、乘客長(zhǎng)時(shí)間處于排隊(duì)狀態(tài)中等降低換乘效率的現(xiàn)象，增加乘客的換乘時(shí)間，影響換乘銜接。換乘樞紐在滿足旅客換乘需求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)能及時(shí)疏散樞紐內(nèi)滯留旅客，提高服務(wù)質(zhì)量。

3　評(píng)價(jià)體系

本文采用基于仿真技術(shù)的評(píng)價(jià)方法［6］。首先根據(jù)影響換乘銜接的各因素選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)既有的樞紐換乘評(píng)價(jià)體系中未完善或未涉及的方面進(jìn)行分析及再定義，構(gòu)建合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；通過(guò)實(shí)地測(cè)量獲得模型所需數(shù)據(jù)，運(yùn)用仿真軟件建立所需評(píng)價(jià)樞紐的仿真模型，對(duì)樞紐內(nèi)乘客換乘行為進(jìn)行仿真，結(jié)合實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算；最后根據(jù)指標(biāo)值評(píng)價(jià)樞紐換乘銜接的優(yōu)劣。

3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

考慮到評(píng)價(jià)的普遍性，對(duì)換乘樞紐銜接的評(píng)價(jià)應(yīng)呈現(xiàn)多目標(biāo)性和多層次性，在建立換乘銜接評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，選取能夠反映樞紐內(nèi)設(shè)施、布局、組織管理等主要方面的制約因素。建立指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1　城市軌道換乘樞紐換乘銜接評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

各評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算公式及參數(shù)說(shuō)明見(jiàn)表1。

表1　換乘銜接評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算公式及參數(shù)說(shuō)明

3.2評(píng)價(jià)步驟

（1）選擇適宜的仿真工具。選取的仿真工具應(yīng)具備如下特點(diǎn)：①能夠真實(shí)模擬旅客換乘的停留、候車(chē)、排隊(duì)等微觀走行過(guò)程；②能獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算所需的數(shù)據(jù)，包括對(duì)客流量、時(shí)間、密度等數(shù)值的統(tǒng)計(jì)；③通過(guò)輸入?yún)?shù)的改變能對(duì)換乘情況進(jìn)行反復(fù)的仿真模擬。

（2）獲取仿真模型建立所需數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)地測(cè)量獲取建立換乘樞紐仿真模型所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括通道、樓梯、站臺(tái)等設(shè)施的幾何尺寸，統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)客流量及時(shí)間參數(shù)等。

（3）建立換乘樞紐仿真模型并設(shè)置初始條件。根據(jù)獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立換乘樞紐的仿真模型，并設(shè)置換乘設(shè)施屬性、列車(chē)到發(fā)時(shí)間、客流量分布及流線、旅客走行速度等初始條件。

（4）實(shí)施仿真試驗(yàn)并對(duì)樞紐換乘銜接情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。運(yùn)行仿真模型，觀測(cè)仿真模型運(yùn)行情況并對(duì)指標(biāo)計(jì)算所需數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與統(tǒng)計(jì)，輔以實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)，根據(jù)表1中的方法計(jì)算體系中各指標(biāo)值；分析評(píng)價(jià)指標(biāo)值，對(duì)樞紐換乘銜接優(yōu)劣做出合理評(píng)價(jià)。

4　實(shí)例分析

選取北京地鐵4號(hào)線與10號(hào)線的換乘樞紐—海淀黃莊站進(jìn)行案例分析。海淀黃莊站附近商業(yè)發(fā)達(dá)，高科技園區(qū)和學(xué)校云集，擔(dān)負(fù)著周邊地區(qū)龐大的客流集散任務(wù)。該站為十字型換乘樞紐，10號(hào)線在上層，4號(hào)線在下層。10號(hào)線站臺(tái)為側(cè)式站臺(tái)，站臺(tái)下層?xùn)|西方向有兩個(gè)站廳，通過(guò)樓梯和自動(dòng)扶梯與站臺(tái)連接，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向站臺(tái)的相互連通。4號(hào)線站臺(tái)為島式站臺(tái)，站臺(tái)上層南北方向有兩個(gè)站廳，通過(guò)樓梯和自動(dòng)扶梯與站臺(tái)相連。

4.1換乘流線及設(shè)施編號(hào)

為了便于評(píng)價(jià)，現(xiàn)對(duì)車(chē)站的設(shè)施及流線進(jìn)行編號(hào)。由于4號(hào)線為同站臺(tái)換乘，這里將4號(hào)線兩個(gè)方向的換乘客流統(tǒng)一處理，則換乘流線編號(hào)情況見(jiàn)表2。

表2　海淀黃莊換乘站流線及設(shè)施編號(hào)

海淀黃莊換乘樞紐主要采用“雙向通行，過(guò)程隔開(kāi)”的客流組織方式，即通道、站廳、樓梯可通過(guò)兩個(gè)方向的客流，但旅客在換乘行走的過(guò)程中用護(hù)欄等設(shè)施隔開(kāi)。

4.2海淀黃莊換乘樞紐仿真模型建立

本實(shí)例應(yīng)用專(zhuān)業(yè)虛擬原型環(huán)境Anylogic軟件對(duì)海淀黃莊站進(jìn)行仿真評(píng)價(jià)。AnyLogic用于設(shè)計(jì)離散、連續(xù)和混合行為的復(fù)雜系統(tǒng)，能夠幫助快速地構(gòu)建換乘樞紐的仿真模型，包括換乘設(shè)施和乘客［9］。其行人庫(kù)模塊能夠在具體的“物理空間”對(duì)行人流進(jìn)行模擬，其核心算法為社會(huì)力模型，精確的模擬了行人的心理對(duì)行動(dòng)的影響。

在模型建立過(guò)程中需要建立乘客換乘邏輯圖，用來(lái)定義乘客的行為，描述乘客從進(jìn)站到進(jìn)入站臺(tái)候車(chē)的整個(gè)客流流線，是整個(gè)建模的核心部分。在此設(shè)定客流從車(chē)站入口、列車(chē)車(chē)門(mén)以及上下樓梯口進(jìn)入樓層，從車(chē)站出口、列車(chē)車(chē)門(mén)以及上下樓梯口消失。圖2為仿真評(píng)價(jià)模型運(yùn)行情況。

圖2　海淀黃莊換乘樞紐模型運(yùn)行部分情況

4.3評(píng)價(jià)指標(biāo)取值及分析

（1）換乘方向均衡度。通過(guò)實(shí)地監(jiān)測(cè)獲取海淀黃莊站早高峰客流量數(shù)據(jù)，換乘方向均衡度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　換乘方向均衡度C1取值

海淀黃莊站早高峰換乘客流隨換乘方向具有顯著的不均衡性。由表3可知，C1ac、C1bd的取值分別為2.1、3.24，均大于1，表明早高峰以10號(hào)線換往4號(hào)線的客流為主；C1ab的取值為1.62，表明在10號(hào)線換往4號(hào)線的客流中從勁松方向換乘4號(hào)線的客流較大；C1cd的取值為2.63，大于1，表明4號(hào)線換往10號(hào)線的客流中去往勁松方向的客流量較大。

（2）換乘設(shè)施飽和度。根據(jù)4.1節(jié)對(duì)換乘設(shè)施的編號(hào)，本文評(píng)價(jià)的換乘設(shè)施主要有1號(hào)-4號(hào)換乘通道以及1號(hào)-2號(hào)樓梯和扶梯。換乘設(shè)施飽和度取值結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　海淀黃莊站各換乘設(shè)施飽和度取值

由表4可知，換乘客流對(duì)通道的負(fù)擔(dān)較大，但總體上未超過(guò)通道設(shè)計(jì)能力；由于不同方向的換乘客流量不均衡，2號(hào)通道的飽和度最大；1號(hào)樓梯/扶梯飽和度比2號(hào)樓梯/扶梯高，這符合海淀黃莊站換乘方向客流不均衡性（10號(hào)線勁松方向換乘客流量較大）；1號(hào)樓梯的飽和度大于1，表明其設(shè)計(jì)能力已不能滿足高峰時(shí)段換乘的需求，樓梯內(nèi)部過(guò)于擁擠。

（3）瓶頸設(shè)施沖擊系數(shù)。海淀黃莊站內(nèi)直接承受換乘客流沖擊的設(shè)施有1號(hào)樓梯/扶梯、2號(hào)樓梯/扶梯以及4個(gè)通道。根據(jù)換乘設(shè)施飽和度的計(jì)算結(jié)果，選擇飽和度較大的1號(hào)樓梯/扶梯以及2號(hào)通道為瓶頸設(shè)施。

瓶頸設(shè)施沖擊系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　各瓶頸設(shè)施沖擊系數(shù)取值

乘客在4號(hào)線下車(chē)后，遠(yuǎn)端乘客距離1號(hào)樓梯/扶梯較遠(yuǎn)，有較長(zhǎng)的走行時(shí)間供樓梯及扶梯疏散先到的乘客，因此1號(hào)樓梯/扶梯的沖擊系數(shù)均小于1，處于正常范圍之內(nèi)；2號(hào)通道的沖擊系數(shù)大于1，表明在適宜的疏散時(shí)間內(nèi)，2號(hào)通道無(wú)法將實(shí)際的客流完全疏散，在通道入口處會(huì)造成擁堵，影響乘客換乘。

（4）換乘客流沖突點(diǎn)數(shù)。根據(jù)仿真模型模擬結(jié)果結(jié)合實(shí)地觀測(cè)得出海淀黃莊換乘樞紐內(nèi)沖突點(diǎn)數(shù)，見(jiàn)表6。

表6　換乘客流沖突點(diǎn)取值

海淀黃莊站的總客流沖突點(diǎn)總數(shù)為18個(gè)，產(chǎn)生客流沖突的主要原因有：①進(jìn)出站客流與換乘客流在扶梯口處存在明顯的沖突；②樓梯為雙向通行，在樓梯入口處存在上下樓客流的沖突；③車(chē)站在通道入口處設(shè)置了較長(zhǎng)護(hù)欄，旅客在候車(chē)時(shí)需要繞行，使得乘車(chē)旅客與下車(chē)旅客之間產(chǎn)生流線沖突；④4個(gè)通道均為雙向通行，出入口處均有進(jìn)入通道的乘客與退出通道的乘客之間的沖突。

（5）高峰小時(shí)平均排隊(duì)長(zhǎng)度及最大排隊(duì)長(zhǎng)度。將車(chē)站站臺(tái)候車(chē)區(qū)按方向分為4個(gè)區(qū)域，各區(qū)域高峰小時(shí)平均排隊(duì)長(zhǎng)度及最大排隊(duì)長(zhǎng)度見(jiàn)表7。

表7　各方向高峰小時(shí)平均排隊(duì)長(zhǎng)度

4號(hào)線站臺(tái)的候車(chē)區(qū)候車(chē)排隊(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，表明早高峰換乘4號(hào)線的乘客較多。海淀黃莊站指定候車(chē)區(qū)域內(nèi)最大可以容許5-6個(gè)人排成一隊(duì)，而候車(chē)區(qū)3和4的平均排隊(duì)長(zhǎng)度大于6人，表明候車(chē)隊(duì)列長(zhǎng)度超出了指定的候車(chē)區(qū)域，排隊(duì)乘客與站臺(tái)走行乘客會(huì)發(fā)生輕微交叉。

（6）運(yùn)能匹配度。4號(hào)線與10號(hào)線運(yùn)營(yíng)列車(chē)均采用B型車(chē)，取總定員1 408人；4號(hào)線高峰小時(shí)內(nèi)發(fā)車(chē)間隔為2.5min/列，10號(hào)線高峰小時(shí)發(fā)車(chē)間隔為3min/列；由仿真模擬獲得指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)，得出各線路運(yùn)能匹配度，見(jiàn)表8。

表8　4號(hào)線與10號(hào)線運(yùn)能匹配度取值結(jié)果

從取值結(jié)果看，10號(hào)線與4號(hào)線的運(yùn)能匹配度小于1，表明換乘客流對(duì)10號(hào)線的運(yùn)輸能力負(fù)擔(dān)較小，能滿足換乘客流需求；10號(hào)線換往4號(hào)線的客流量對(duì)4號(hào)線的運(yùn)輸能力造成了較大負(fù)擔(dān)，其運(yùn)能匹配度大于1且接近滿載率1.2。

（7）平均換乘時(shí)間。在4.1節(jié)中已將海淀黃莊換乘站內(nèi)的換乘路徑分為了4條，因?yàn)闃翘?、扶梯、通道的換乘客流以及換乘時(shí)間不同，現(xiàn)將各路徑拆分，總共的換乘路徑為10條。各路徑換乘時(shí)間參數(shù)取值見(jiàn)表9。

表9　各路徑高峰小時(shí)平均時(shí)間參數(shù)取值

結(jié)合仿真模擬與實(shí)地觀測(cè)情況發(fā)現(xiàn)，換乘客流主要排隊(duì)時(shí)間集中發(fā)生在進(jìn)入扶梯和2號(hào)、4號(hào)通道；1號(hào)/3號(hào)通道走行較為暢通，無(wú)排隊(duì)現(xiàn)象發(fā)生；由于10號(hào)線列車(chē)到達(dá)間隔時(shí)間較長(zhǎng)，在換乘10號(hào)線時(shí)候車(chē)時(shí)間普遍比4號(hào)線長(zhǎng)。

4.4評(píng)價(jià)結(jié)果

分析各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)取值，可得如下評(píng)價(jià)結(jié)果：

（1）設(shè)施適應(yīng)性。1號(hào)樓梯為雙向混行，雖然樓梯中央有護(hù)欄隔開(kāi)，但乘客在走行過(guò)程中并未自發(fā)性的按方向進(jìn)行分流，其內(nèi)部的平均擁擠程度最高；2號(hào)通道受到的客流沖擊最大，在通道入口處擁擠程度較高，主要原因可能是2號(hào)通道設(shè)置在靠近電梯一側(cè)，大量客流在出電梯之后就近進(jìn)入，且2號(hào)通道距離10號(hào)線站臺(tái)中部較近，10號(hào)線列車(chē)下車(chē)乘客就近選擇2號(hào)通道走行。

（2）銜接順暢性。海淀黃莊換乘樞紐共有18個(gè)客流沖突點(diǎn)，沖突點(diǎn)數(shù)較多且大多為換乘設(shè)施的出入口；各站臺(tái)平均排隊(duì)長(zhǎng)度在9以內(nèi)，鑒于高峰時(shí)期客流量較大，此排隊(duì)長(zhǎng)度仍處于適宜范圍；總體上海淀黃莊換乘站的平均換乘時(shí)間均在4min以內(nèi)，基本在乘客可以接受的范圍，整體上的換乘銜接較為順暢，但可對(duì)換乘流線進(jìn)行優(yōu)化以減少客流沖突點(diǎn)。

（3）銜接協(xié)調(diào)性。海淀黃莊換乘樞紐早高峰以10號(hào)線換往4號(hào)線的客流為主，兩線路間的換乘客流量較大且趨于穩(wěn)定；從運(yùn)能匹配度來(lái)看10號(hào)線換乘客流對(duì)4號(hào)線運(yùn)輸能力造成較大沖擊，在加入本站乘車(chē)客流后4號(hào)線的運(yùn)輸能力接近飽和。車(chē)站及地鐵運(yùn)營(yíng)公司在高峰時(shí)期可縮短發(fā)車(chē)間隔，提高4號(hào)線的運(yùn)輸能力。

5　結(jié)語(yǔ)

本文提出的城市軌道交通樞紐換乘銜接評(píng)價(jià)體系，依托Anylogic仿真軟件，能夠?qū)Τ丝?、設(shè)施等換乘微觀屬性進(jìn)行有效模擬及統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)地測(cè)量難以完成的評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算；該評(píng)價(jià)體系能較為科學(xué)的反映換乘樞紐內(nèi)乘客的行為在時(shí)間、空間上的數(shù)量變化特征，指標(biāo)選取靈活且具有一定的綜合性，加入了對(duì)線路運(yùn)能銜接的評(píng)價(jià)，為城市軌道樞紐換乘評(píng)價(jià)提供了新的思路。城市軌道交通換乘站換乘評(píng)價(jià)問(wèn)題的研究是一個(gè)探索性強(qiáng)、內(nèi)容豐富的課題，在今后的研究中，可將對(duì)換乘樞紐的優(yōu)化加入到評(píng)價(jià)體系中，通過(guò)仿真模擬得出新的指標(biāo)值與優(yōu)化前的指標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，提出對(duì)換乘樞紐的優(yōu)化方案。

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Study on Evaluation of Connectivity of Urban Rail Transit Interchange Hubs

Wang Yujia1，Zhang Zhenyu2
（1.China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081；2.Shanghai Municipal Engineering Design&Research Institute（Group）Co.，Ltd.，Shanghai 200092，China）

In this paper，we analyzed the factors influencing the connectivity of the urban rail transit interchange hubs，established the comprehensive evaluation index system，and proposed the specific evaluation process.First we established a simulation model to simulate the connectivity of the interchange hubs and obtain the value of the relevant parameters and on such basis，analyzed and evaluated the connecting effect of the interchange hubs.Next，in the case of the Beijing Metro Huangzhuang Interchange Hub，we applied the above process and reached the corresponding conclusion.

urban rail transit；internchange hub；connectivity evaluation index；Anylogic simulation

U293.6

A

1005-152X（2016）04-0113-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.04.027

2016-03-12

王宇嘉（1990-），男，山西太原人，碩士研究生，研究方向：鐵路運(yùn)力資源配置；張振宇（1991-），男，江西南昌人，碩士研究生。