劉 斌 樂北晨 字俊奇 張騰飛

(1.同濟大學(xué)交通運輸工程學(xué)院，201804，上海；2.同濟大學(xué)道路與交通工程教育部重點實驗室，201804，上海；3.上海市軌道交通結(jié)構(gòu)耐久與系統(tǒng)安全重點實驗室，201804，上海；4.武漢地鐵運營有限公司，430030，武漢 ∥ 第一作者，高級工程師)

流線的優(yōu)化是客運樞紐設(shè)計中最核心的內(nèi)容。目前，國內(nèi)對于流線優(yōu)化的研究，主要集中在設(shè)計階段[1-2]。對運營階段的大型軌道交通換乘站的流線優(yōu)化研究較少。近年來，國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)發(fā)展迅速，大量換乘站投入運營。運營中的換乘站空間結(jié)構(gòu)受限，不便進(jìn)行較大幅度改造。因此，在給定的空間結(jié)構(gòu)條件下，充分挖掘客流時空分布特性，進(jìn)而調(diào)整設(shè)施設(shè)備布局、優(yōu)化流線組織，是目前運營企業(yè)關(guān)注的重點難點。

武漢軌道交通香港路站是3、6及7號線超大型換乘站。其由1個車控室統(tǒng)一控制，采用“立體化、多層次”設(shè)計[3]，有地下4層，為側(cè)式、疊島式混合站臺。該站站形復(fù)雜，客流流線繁多，車站管理難度大。本文提出了城市軌道交通換乘站流線優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)化流程，并以香港路站為例進(jìn)行驗證。

1 流線優(yōu)化方案設(shè)計

1. 1 流線優(yōu)化原則及流程

合理高效的客流流線，應(yīng)動線簡單、清晰明確，即使面對大客流，也仍能保持較高的順暢度。客流優(yōu)化原則一般為[4]：①保證乘客走行安全；②減少流線的交叉及對流，以保證換乘流線順暢；③引導(dǎo)標(biāo)志應(yīng)清晰明確，能快速分流減少擁堵；④滿足方便性及舒適性要求。

城市軌道交通換乘站為城市節(jié)點，如何避免客流沖突是其流線優(yōu)化需解決的核心問題[5]。通過合理優(yōu)化流線，可提升設(shè)備利用率，避免流線交叉，從而提升乘客通行效率。

結(jié)合運營管理經(jīng)驗，總結(jié)換乘站流線優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)化流程為：首先，開展理論分析，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研，總結(jié)出車站流線的問題；然后，針對問題進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)用流程再造法，幫助運營單位扭轉(zhuǎn)固化思維，提出優(yōu)化措施；最后，建立車站流線走行時間模型，驗證優(yōu)化措施，進(jìn)而有序?qū)嵤?/p>

1.2 流線走行時間計算模型

運營中的換乘站客流流線主要從兩個環(huán)節(jié)優(yōu)化：①因設(shè)備設(shè)施服務(wù)能力有限而導(dǎo)致乘客擁擠的環(huán)節(jié)，如安檢及自動扶梯(以下簡為“扶梯”)等；②因區(qū)域乘客密度較大導(dǎo)致行走速度下降的環(huán)節(jié)，如樓梯及通道等。建立乘客走行時間模型，并將之作為檢驗優(yōu)化方案的途徑。

1.2.1 安檢用時

假設(shè)車站高峰時段安檢環(huán)節(jié)的排隊模型為M/M/c/N/∞排隊系統(tǒng)，其含義為：顧客到達(dá)間隔時間的概率分布和服務(wù)時間的概率分布服從泊松分布，c為服務(wù)臺數(shù)量，系統(tǒng)容量為N，顧客源無限，先到先服務(wù)。根據(jù)排隊系統(tǒng)理論，存在如下關(guān)系[6]：

1)

2)

式中：

ρ——設(shè)備的服務(wù)強度；

λ——乘客平均到達(dá)率，人/min；

c——服務(wù)臺數(shù)量；

μ——單個設(shè)備平均服務(wù)率，人/min；

P0——設(shè)備空閑的概率；

k——服務(wù)臺計算參數(shù)，為正整數(shù)，取0，1，2，…，c-1；

乘客安檢環(huán)節(jié)所需時間tA為：

3)

1.2.2 通過扶梯的時間

正常情況下，扶梯能夠滿足乘客需求。當(dāng)列車到站時，瞬間巨大客流涌入扶梯口造成的擁堵，將增加乘客的排隊時間。故有：

(4)

式中：

tB——通過扶梯的時間；

t扶梯——扶梯服務(wù)時間；

t等待——下車客流進(jìn)入設(shè)施等待服務(wù)時間；

Le——扶梯長度；

ve——扶梯運行速度；

A——換乘人數(shù)。

1.2.3 通過通道、站臺或樓梯的時間

乘客在地鐵站內(nèi)行走速度受該區(qū)域人員密度影響較顯著，通過對香港路站乘客數(shù)據(jù)調(diào)查分析，得出乘客平均走行速度與人員密度D關(guān)系如下[7]：

v通道/站臺=-0.003D3+0.063D2-0.418D+1.446

5)

v樓梯=-0.002D3+0.035D2-0.216D+0.685

6)

式中：

v通道/站臺——乘客在通道或站臺的平均走行速度，m/s；

v樓梯——乘客在樓梯上的平均走行速度，m/s；

D——區(qū)域內(nèi)的乘客密度，人/m2。

乘客通行時間tC為：

tC=L/v

(7)

式中：

L——通道、站臺或樓梯的長度；

v——乘客的平均走行速度。

1.2.4 乘客流線走行時間計算模型

通過計算各環(huán)節(jié)走行時間，建立乘客流線走行時間計算模型。為方便計算，假設(shè)乘客在通道等區(qū)域走行服從均勻分布。

式中：

ti——流程i的乘客總走行時間；

θij——流程i與環(huán)節(jié)j的關(guān)聯(lián)系數(shù)，是0-1變量；若流程i包括環(huán)節(jié)j，則θij=1，否則θij=0。

2 香港路站的客流流線分析

2.1 車站結(jié)構(gòu)

香港路站為地下4層結(jié)構(gòu)，采用側(cè)式、疊島式混合站臺，設(shè)有8個出入口。負(fù)1層及負(fù)2層為設(shè)有安檢點和進(jìn)出站閘機的站廳；6號線位于負(fù)2層按側(cè)式站臺布置；3、7號線垂直于6號線在負(fù)3、4層分別按島式站臺布置，且3號線與7號線為同站臺換乘[8]。香港路站總面積約5.35萬m2，共有40部扶梯，16部樓梯。

2.2 客流流線

香港路站2019年日均集散量7萬人次，換乘客流超10萬人次。換乘站的扶梯和安檢處為主要的客流瓶頸區(qū)域[9]。對立體化換乘站來說，樓梯和通道的利用率較小，扶梯是最主要的走行通道。故本文將扶梯和安檢點作為流線優(yōu)化的重點。

將6號線金銀湖公園方向線路及站臺所在的車站側(cè)定義為車站A端，東風(fēng)公司方向線路及站臺所在的車站側(cè)為B端。將車站付費區(qū)樓扶梯依次編號見圖1，其中色塊區(qū)域是客流擁堵區(qū)域。

圖1 香港路站平面圖

圖2中，F(xiàn)2、F5及F6扶梯同時承載換乘和進(jìn)出站客流，客流壓力較大；F7扶梯距離6號線站臺較遠(yuǎn)，乘客換乘需要穿行整側(cè)付費區(qū)，故進(jìn)出站客流和換乘客流存在流線交叉。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，高峰時段的安檢排隊隊列較長。由此可見，香港路站客流流線存在以下問題：

圖2 香港路流線走行示意圖

1) 換乘流線和進(jìn)出站流線沖突。車站扶梯未能形成方向單一獨立的路徑；換乘流線和進(jìn)出站流線共用扶梯，導(dǎo)致流線交叉、擁堵嚴(yán)重；車站標(biāo)志引導(dǎo)難度較大，增加乘客走行時間。

2) 設(shè)備利用率不均衡。部分扶梯承載功能過多，高峰時段乘客排隊時間較長；部分扶梯承載功能少，其設(shè)備利用率低。

3) 高峰時段安檢點較為擁堵。車站兩端站廳僅各有1處安檢點，不能滿足高峰時段的安檢需求；A端安檢點與客服中心距離較遠(yuǎn)，不便于乘客處理票卡故障。

3 流線優(yōu)化措施

3.1 邏輯層流線優(yōu)化設(shè)計

應(yīng)用流程再造法，以乘客需求為出發(fā)點，以高效現(xiàn)場管理為目標(biāo)，使用ECRS法進(jìn)行流程優(yōu)化[10]。所謂ECRS，指“取消(Eliminate)-合并(Combine)-重排(Rearrange)-簡化(Simplify)”。流程再造法是對流程活動環(huán)節(jié)及活動連接關(guān)系的具體再造方法，是國際流行的管理理念和方法，可應(yīng)用在運輸領(lǐng)域的運營管理和運營組織中。

邏輯層流線優(yōu)化設(shè)計過程為：

1) 正確分析乘客需求。進(jìn)站乘客和換乘乘客的最大需求是以最便捷的方式、最短的時間到達(dá)站臺，故應(yīng)在有限的條件下盡可能降低流線沖突點，以減少乘客的走行時間。

2) 對乘客乘車流程進(jìn)行分析。對于運營單位來說，主要需權(quán)衡運營成本、服務(wù)質(zhì)量及客流控制措施等3方面：提升服務(wù)質(zhì)量是運營的總要求；一方面，要考慮到運營成本，盡可能減少不必要的人力支出和設(shè)備支出；另一方面，要兼顧到特殊情況的客流控制。對于乘客而言，最重要的是舒適、便捷的乘車體驗，最短的出行時間。 因此，應(yīng)盡可能發(fā)揮有限的設(shè)備功能，提升利用率。

3) 使用ECRS方法進(jìn)行邏輯層流線再造。再造后的A端站廳乘客流線邏輯如圖3所示。對于進(jìn)站的乘客，進(jìn)站前的瓶頸點是安檢點及進(jìn)站閘機位置。為盡可能讓乘客方便快捷地通過安檢，應(yīng)采取以下措施：進(jìn)站閘機應(yīng)設(shè)置在靠近客服中心一側(cè)，以便于乘客處理票卡故障；應(yīng)精簡乘客進(jìn)站后的客流流線，以提升通行效率。

圖3 A端站廳客流流線再造示意圖

3.2 流線優(yōu)化方案

香港路站的客流流線優(yōu)化方案如圖4所示。其中，香港路站A端的客流流線優(yōu)化方案為：

圖4 香港路站流線優(yōu)化示意圖

1) 在負(fù)4層，引導(dǎo)進(jìn)出站乘客通過F3及F4扶梯走行，減少換乘客流和進(jìn)出站客流的交叉，進(jìn)而提高F2扶梯的雙向換乘效率。

2) 將F1及F2扶梯作為換乘專用扶梯，將F1扶梯設(shè)置為負(fù)3層和負(fù)4層的通用扶梯。在F2扶梯擁堵嚴(yán)重時，去往負(fù)4層的部分乘客可先經(jīng)由F1扶梯前往負(fù)3層，再由F4扶梯前往負(fù)4層，避免出現(xiàn)在F2扶梯處排隊擁堵、而F1扶梯空閑的情況。

3) 將安檢機由單通道改為雙通道，提升安檢點的乘客通行能力。

4) 將安檢機位置移至客服中心一側(cè)，便于乘客處理票卡故障。

香港路站B端的客流流線優(yōu)化方案為：

1) 將F6扶梯作為負(fù)4層進(jìn)出站乘客的專用扶梯；將F5扶梯由雙上運行更改為一上一下運行，作為負(fù)4層與負(fù)2層之間換乘乘客的專用扶梯，從而實現(xiàn)進(jìn)出站流線和換乘流線分離，減少客流擁堵，提升F5扶梯進(jìn)出站效率及F6扶梯雙向換乘的通行效率。

2) F7扶梯功能不變；將S2樓梯限制為上行單方向通行，便于負(fù)3層乘客換乘至負(fù)2層，減少F7扶梯的客流壓力，并減少負(fù)3層與負(fù)2層之間換乘客流在站廳的流線沖突，進(jìn)而提升負(fù)3層3、7號線乘客換乘至6號線的通行效率。

3) 將安檢機由單通道改為雙通道，以提升安檢點乘客通行能力。

4 流線優(yōu)化方案的效果評價

結(jié)合現(xiàn)場設(shè)施及高峰期客流情況，設(shè)定各流程參數(shù)，運用構(gòu)建模型對下面4條流線進(jìn)行優(yōu)化計算：L1為A端進(jìn)站去往負(fù)4層客流流線，其走行時間為t1；L2為A端6號線換乘負(fù)4層客流流線，其走行時間為t2；L3為B端6號線換乘負(fù)4層客流流線，其走行時間為t3；L4為B端負(fù)3層換乘6號線客流流線，其走行時間為t4。

首先收集需要的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 流線計算參數(shù)表

計算流線優(yōu)化前的走行時間，并與實測值對比，如表2所示。

表2 流線優(yōu)化前的走行時間

從表2可以看出，實測值與計算值的誤差均小于10%。這證明乘客走行時間模型實用性較高，流線優(yōu)化評價方法具有普遍適用性。

通過優(yōu)化后的各項參數(shù)，可進(jìn)一步得到優(yōu)化前后的乘客走行時間對比如表3所示。

表3 流線優(yōu)化前后走行時間計算結(jié)果對比表

由表3可知，經(jīng)過優(yōu)化，香港路站的客流流線交叉沖突點得到疏解，設(shè)備利用率進(jìn)一步均衡，乘客走行時間顯著縮短，流線優(yōu)化措施切實可行。經(jīng)現(xiàn)場實施應(yīng)用，效果良好。

5 結(jié)論

客流流線設(shè)計是城市軌道交通換乘站設(shè)計中最為重要的環(huán)節(jié)，其設(shè)計過程應(yīng)開展充分論證，統(tǒng)籌設(shè)計。立體化換乘站在規(guī)劃設(shè)計階段，應(yīng)采用運營前置的理念，以避免設(shè)計和運營的脫節(jié)。在換乘站投入運營后，設(shè)計單位應(yīng)積極與運營單位開展溝通，進(jìn)一步提高換乘站客流流線設(shè)計水平[11]。對于運營單位而言，隨著車站客流形態(tài)的變化，其客流流線組織應(yīng)隨之不斷優(yōu)化。

本文以武漢軌道交通香港路站為例，開展換乘站客流流線優(yōu)化研究，總結(jié)了運營后軌道交通換乘站的流線優(yōu)化方法，提出了具有適用性的流線優(yōu)化流程和流線時間計算模型，并以香港路站為例進(jìn)行計算和驗證。驗證結(jié)果表明，優(yōu)化流程和計算模型具有可行性和參考性。流程再造法作為一種流線優(yōu)化思考模式的新選擇，在本案例中得到成功應(yīng)用。