樊茜琪

(1.同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院， 201804， 上海； 2.上海軌道交通檢測(cè)認(rèn)證(集團(tuán))有限公司， 201804， 上?！尾┦垦芯可?

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的城市軌道交通進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)階段[1]。換乘站是城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點(diǎn)，也是影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)性的重要因素。交通運(yùn)輸部發(fā)布的交辦運(yùn)〔2019〕84號(hào)《城市軌道交通運(yùn)營(yíng)期間安全評(píng)估規(guī)范》[2]要求重點(diǎn)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的情況。該規(guī)范的第6條提出：網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)安全評(píng)估包括線網(wǎng)控制中心功能評(píng)估、線網(wǎng)應(yīng)急能力評(píng)估、換乘站客流匹配評(píng)估。該規(guī)范的第9條明確規(guī)定應(yīng)實(shí)施換乘站客流匹配評(píng)估，測(cè)算線路實(shí)際運(yùn)行能力與客流的匹配情況，并結(jié)合各線路高峰小時(shí)斷面客流量、列車滿載率等指標(biāo)，分析判斷線網(wǎng)內(nèi)是否存在運(yùn)力協(xié)調(diào)不匹配的換乘站，以及運(yùn)能、運(yùn)量的變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體可靠性的影響。

但行業(yè)內(nèi)針對(duì)換乘站客流匹配評(píng)估尚無(wú)統(tǒng)一的方法，因此，亟需探索可反映換乘站客流匹配性的指標(biāo)，并基于網(wǎng)絡(luò)客流需求和換乘特性建立換乘站運(yùn)力協(xié)調(diào)匹配評(píng)估指標(biāo)，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)背景下的精細(xì)化管理。

為此，本文對(duì)換乘站的客流匹配評(píng)估研究側(cè)重于換乘站的運(yùn)力協(xié)調(diào)匹配，擬通過對(duì)換乘站客流匹配性的影響因素進(jìn)行分析，建立適用的協(xié)調(diào)匹配評(píng)估指標(biāo)，并通過典型城市的指標(biāo)實(shí)例計(jì)算來(lái)驗(yàn)證評(píng)估指標(biāo)的有效性。

1 換乘站客流影響因素分析

1.1 網(wǎng)絡(luò)客流需求

從供需角度看，換乘站客流匹配情況主要由供給量(即線路的運(yùn)輸能力，以下簡(jiǎn)稱“運(yùn)力”)和需求量(即線路的客流量，以下簡(jiǎn)稱“運(yùn)量”)決定的，而運(yùn)力和運(yùn)量均是隨時(shí)間和空間兩個(gè)維度變化的變量。在時(shí)間維度上，本文主要關(guān)注運(yùn)力、運(yùn)量變化對(duì)換乘站客流匹配性的影響，僅針對(duì)線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的早高峰時(shí)段(工作日的8:00—9:00)這一特定時(shí)段進(jìn)行研究；在空間維度上，本文重點(diǎn)討論運(yùn)力、運(yùn)量對(duì)換乘站客流匹配情況的影響。

對(duì)于某一線路的特定運(yùn)營(yíng)時(shí)段，可用滿載率來(lái)衡量線路實(shí)際運(yùn)行能力與客流的匹配情況[4]。但是，對(duì)于某一換乘站的客流匹配情況，則需要結(jié)合空間上各換乘線路不同斷面的滿載率情況來(lái)綜合判斷，所以換乘站各線路的運(yùn)力差異、運(yùn)量差異均會(huì)影響換乘站的客流匹配。此外，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的換乘總體匹配情況則還需結(jié)合整個(gè)網(wǎng)絡(luò)各線路高峰小時(shí)最大斷面的空間分布情況來(lái)綜合評(píng)估。

1.1.1 運(yùn)力分析

由于不同線路運(yùn)量不一，其運(yùn)輸能力的利用程度不等，在客觀上各線路存在一定的運(yùn)力差異。其運(yùn)力差異主要體現(xiàn)為各線路列車的車型和編組不同，以及行車間隔的不同等[4]。如重慶市軌道交通線網(wǎng)中，部分線路有4節(jié)編組、6節(jié)編組混跑或6節(jié)編組、8節(jié)編組混跑的情況，其車型還包括了6節(jié)編組的As型車(以下簡(jiǎn)稱“6As”)和6節(jié)編組的B型車(以下簡(jiǎn)稱“6B”)兩種。

本文定義運(yùn)力均值為同一時(shí)段不同線路運(yùn)輸能力的平均值。令運(yùn)力差異率=[運(yùn)力最大值-運(yùn)力最小值)/運(yùn)力均值]×100%。

表1為重慶市軌道交通線網(wǎng)2019年某個(gè)早高峰各換乘站運(yùn)力差異率的計(jì)算結(jié)果。其中：冉家壩站、紅土地站、大龍山站和上新街站等換乘站雖然不同線路的列車均為6 As型車，但由于行車間隔不同，這些換乘站運(yùn)力差異率的最大值達(dá)到78%，最小值僅為35%；兩路口站、紅旗河溝站、重慶北站南廣場(chǎng)站、牛角沱站、小什字站、大坪站和四公里站等換乘站不同線路列車的車型、編組、行車間隔均不相同，其運(yùn)力差異率最大值為77%，最小值僅為2%。

如表1所示，在運(yùn)力差異率大于70%的換乘站中，僅有部分換乘站明顯存在換乘站客流不匹配的表現(xiàn)(如站臺(tái)擁擠、二次候車等)。而對(duì)于運(yùn)力差異率低于70%的車站，如上新街站雖然運(yùn)力差異率僅為35%，但因該站的換乘客流需求存在差異，也會(huì)導(dǎo)致站內(nèi)存在客流擁擠等客流不匹配現(xiàn)象。

表1 重慶市軌道交通2019年某個(gè)早高峰各換乘站運(yùn)力表Tab.1 Transport capacity of Chongqing rail transit transfer stations at certain morning peak hour in 2019

因此，換乘站各線路運(yùn)力差異，只是影響換乘站客流匹配情況的一個(gè)影響因素，還需考慮換乘站各線路運(yùn)量需求的差異，這樣才能真實(shí)反映換乘站的客流匹配情況。

1.1.2 運(yùn)量分析

基于運(yùn)量需求的線路實(shí)際運(yùn)行能力(運(yùn)輸能力)與客流匹配情況的衡量指標(biāo)為斷面滿載率。對(duì)于某一線路的單向單斷面，該指標(biāo)可以很好地反映運(yùn)力與運(yùn)量的匹配情況；但對(duì)于換乘站，該指標(biāo)反映的是車站上下客后的終了狀態(tài)，未能體現(xiàn)換乘客流的過程狀態(tài)。此外，不同線路的不同方向均存在到站斷面滿載率(列車進(jìn)站前的斷面的滿載率)和離站斷面滿載率(列車離站后的斷面的滿載率)兩個(gè)指標(biāo)，對(duì)于換乘站而言，到站斷面滿載率反映的客流匹配狀態(tài)將直接影響離站斷面滿載率反映的客流匹配狀態(tài)。

引入現(xiàn)有的線路斷面滿載率不均衡系數(shù)來(lái)計(jì)算換乘站的各斷面滿載率不均衡系數(shù)指標(biāo)，令斷面滿載率不均衡系數(shù)=[(最大斷面滿載率—最小斷面滿載率)/各斷面滿載率均值]×100%。仍以重慶市軌道交通為例，表2為大坪站、較場(chǎng)口站兩個(gè)換乘站2019年某個(gè)早高峰時(shí)段的不同方向的斷面滿載率。經(jīng)計(jì)算可得到，大坪站的斷面滿載率均值為63%，斷面滿載率不均衡系數(shù)為109%；較場(chǎng)口站的斷面滿載率均值為40%，斷面滿載率不均衡系數(shù)為80%。

表2 大坪站和較場(chǎng)口站2019年某個(gè)早高峰斷面滿載率Tab.2 Section full load rate of Daping Station and Jiaochangkou Station at certain morning peak hour in 2019

雖然較場(chǎng)口站的斷面滿載率不均衡系數(shù)為80%，但由于較場(chǎng)口站客流需求較小，該指標(biāo)忽略了線路斷面滿載率的絕對(duì)值(運(yùn)量需求)，因而不能體現(xiàn)真實(shí)的客流匹配情況。大坪站運(yùn)力差異率僅為58%，斷面滿載率不均衡系數(shù)為109%，該指標(biāo)由于忽略了線路上下行客流的潮汐性，也不能體現(xiàn)該站真實(shí)的客流匹配情況。因此，運(yùn)量需求的絕對(duì)值和換乘客流潮汐特性均會(huì)影響換乘站的客流匹配情況。

1.2 換乘特性分析

換乘站的乘降客流包括換乘客流和進(jìn)出站客流兩部分,因此換乘站的斷面客流包括換乘客流、進(jìn)出站客流和通過客流3個(gè)部分。其中：通過客流在到站斷面滿載率和離站斷面滿載率中的占比保持不變，動(dòng)態(tài)變化的是換乘站的乘降客流(進(jìn)出站客流、換乘客流)。列車進(jìn)站的客流行為過程與對(duì)應(yīng)的列車滿載率如表3所示。

表3 換乘站列車進(jìn)站行為與列車滿載率的對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.3 Corresponding relation between train entry behavior and full load rate at transfer station

從表3可看出，到站斷面滿載率和離站斷面滿載率的差值即為進(jìn)出站滿載率和換乘滿載率的變化，其中，換乘滿載率=[(換入客流-換出客流)/線路運(yùn)力)]×100%；進(jìn)出站滿載率=[(進(jìn)站客流-出站客流)/線路運(yùn)力]×100%。

典型的通道換乘站換乘示意圖如圖1所示。換乘站任一線路任一方向的滿載率存在以下關(guān)系：A線離站斷面滿載率=A線到站斷面滿載率+A線進(jìn)出站滿載率+A線換乘滿載率。

圖1 典型通道換乘站換乘示意圖Fig.1 Schematic diagram of typical passage transfer stationinterchange

換乘滿載率中，A線換乘客流等于A線換入客流減去A線換出客流。對(duì)于任一多線換乘站，設(shè)i為換乘站涉及的換乘線路號(hào)，則各線路的換入客流Qi,換入之和等于各線路的換出客流Qi,換出之和，即：

∑Qi,換入=∑Qi,換出

(1)

由式(1)可知，對(duì)A線、B線兩線換乘站而言，QA,換出=QB,換入，因此換乘站任一線路，存在以下關(guān)系：

(2)

式中：

PA,a、PB,a——分別為A線、B線的到站斷面滿載率；

PA,o、PB,o——分別為A線、B線的進(jìn)出站滿載率；

PA,l、PB,l——分別為A線、B線的離站斷面滿載率；

qA、qB——分別為A線、B線的線路運(yùn)力。

從式(2)可看出，影響換乘站滿載率協(xié)調(diào)的動(dòng)態(tài)因素為Po和Pt，而影響換乘滿載率的動(dòng)態(tài)因素為各線路的換入客流。因此，引入換入滿載率指標(biāo)Pr，則線路i的換入滿載率Pr,i為：

(3)

式中：

qi——線路i對(duì)應(yīng)時(shí)段的運(yùn)力。

重慶市軌道交通2019年各換乘站某個(gè)早高峰的換入滿載率計(jì)算結(jié)果見表4。此外，客流的潮汐特性影響了某一線路客流斷面的方向不均衡性，需考慮建立上下行方向的不均衡系數(shù)，用以對(duì)換入滿載率進(jìn)行修正。

表4 重慶市軌道交通2019年各換乘站某個(gè)早高峰的換入滿載率Tab.4 Full load rate of inbound passenger flow of Chongqing rail transit transfer stations at certain morning peak hour in 2019

由網(wǎng)絡(luò)客流需求分析可知，影響換乘站客流協(xié)調(diào)關(guān)系絕對(duì)值的為Pa或Pl的絕對(duì)值。因此，本文評(píng)估換乘站的客流協(xié)調(diào)匹配情況時(shí)，取Pl絕對(duì)值進(jìn)行綜合評(píng)估。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)建立

2.1 指標(biāo)建立

本文用Pr來(lái)定量分析換乘站任一線路換乘客流與該線路本身運(yùn)力的匹配關(guān)系；采用上下行方向的不均衡系數(shù)來(lái)修正各線路的換入滿載率，形成換入滿載率Pr,修；用換乘站不同線路修正后的換入滿載率差異值(換乘滿載率不均衡系數(shù))來(lái)定量分析不同線路在該換乘站表現(xiàn)出的換乘匹配情況；再結(jié)合離站斷面滿載率Pl的絕對(duì)值綜合評(píng)估該換乘站的換乘客流匹配情況。

2.1.1 方向不均衡系數(shù)

在城市軌道交通換乘數(shù)據(jù)中，目前換乘客流數(shù)據(jù)為換入整條線路的客流而非區(qū)分上下行方向的換乘客流，但Pr,i存在如下關(guān)系：

Pr,i=PU,r,i+PD,r,i

(4)

式中：

PU,r,i——換乘站線路i上行方向的換入滿載率；

PD,r,i——換乘站線路i下行方向的換入滿載率。

設(shè)換乘站線路i的方向不均衡系數(shù)為Ki，則有：

(5)

式中：

PU,i,a——換乘站線路i上行方向的到站斷面滿載率；

PD,i,a——換乘站線路i下行方向的到站斷面滿載率；

PU,i,l——換乘站線路i上行方向的離站斷面滿載率；

PD,i,l——換乘站線路i下行方向的離站斷面滿載率；

PU,i,x——換乘站線路i上行方向的到站斷面滿載率或離站斷面滿載率；

PD,i,x——換乘站線路i下行方向的到站斷面滿載率或離站斷面滿載率。

即若分子最大值為PU,i,a或PD,i,a，則分母為PU,i,a+PD,i,a,反之則為PU,i,l+PD,i,l。

2.1.2 換乘滿載率不均衡系數(shù)

任一線路i修正后的換入滿載率Pi,r,修為：

Pi,r,修=Pr,iKi

(6)

設(shè)n為換乘站的換乘線路數(shù)。對(duì)換乘站u，其換乘滿載率不均衡系數(shù)表示為Cu,t。Cu,t的計(jì)算式為：

(7)

令線網(wǎng)所有換乘站的換乘滿載率不均衡系數(shù)綜合評(píng)價(jià)值為CN,t，其計(jì)算式為：

(8)

式中：

wJ——線網(wǎng)中換乘站u的結(jié)構(gòu)權(quán)重值，取wJ=n。

2.1.3 離站斷面滿載率評(píng)估值

換乘站的體現(xiàn)了換乘終了狀態(tài)。設(shè)定換乘站u的離站斷面滿載率評(píng)估值為Pu,l,其計(jì)算式如下：

(9)

令線網(wǎng)所有換乘站的離站斷面綜合評(píng)價(jià)值為PN,l，則有：

(10)

為了對(duì)式(10)的Pu,l作進(jìn)一步的修正，引入線網(wǎng)中換乘站u的客運(yùn)強(qiáng)度權(quán)重值wK,其計(jì)算式如下：

(11)

式中：

fu,i——換乘站u中線路i的客運(yùn)強(qiáng)度值。

2.2 指標(biāo)分級(jí)

參照城市軌道交通服務(wù)質(zhì)量評(píng)估和運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)中滿載率的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)換乘站u的Pu,l值的分級(jí)描述如下：當(dāng)其小于80%時(shí)，充分利用運(yùn)力且乘客舒適性較高，匹配狀況良好；當(dāng)其大于等于80%且小于100%時(shí)，充分利用運(yùn)力且乘客舒適性一般，匹配狀況一般；當(dāng)其大于等于100%且小于130%時(shí)，運(yùn)力緊張且乘客舒適性差，匹配狀況較差；當(dāng)其大于等于130%時(shí)，運(yùn)力極其緊張且乘客舒適性差，匹配狀況差。

參照滿載率評(píng)估中不同級(jí)別的差值，對(duì)換乘站對(duì)應(yīng)的Cu,t值的等級(jí)劃分及描述如下：當(dāng)其小于30%時(shí)，匹配程度良好；當(dāng)其大于等于30%且小于60%時(shí)，總體匹配程度一般；當(dāng)其大于等于60%且小于80%時(shí)，總體匹配程度較差；當(dāng)其大于等于80%時(shí)，總體匹配程度差。

結(jié)合Pu,l和Cu,t共同形成換乘站u的客流匹配情況綜合判斷矩陣，如表5所示。

表5 換乘站匹配情況綜合判斷矩陣Tab.5 Comprehensive judgment matrix of transfer station matching

3 案例計(jì)算

本文選取重慶和成都軌道交通線網(wǎng)中處于城區(qū)中心位置且換乘客流大的換乘站為典型換乘站，并將由這些典型換乘站組成的城市軌道交通線網(wǎng)稱為該城市的城市軌道交通核心線網(wǎng)(以下簡(jiǎn)稱“核心線網(wǎng)”)。采用典型換乘站的運(yùn)力和客流數(shù)據(jù)進(jìn)行換乘站客流匹配分析計(jì)算示例。

3.1 重慶市軌道交通換乘站客流匹配分析

基于重慶市軌道交通典型換乘站運(yùn)力和客流數(shù)據(jù)，首先計(jì)算換乘站的Ki，各線路的Pi,r，計(jì)算出換乘站各線路的Pi,r,修，進(jìn)而得出Cu,t；在此基礎(chǔ)上，計(jì)算得出換乘站u的Pu,l。通過以上兩個(gè)指標(biāo)及評(píng)估判斷矩陣則可得出某一換乘站的總體匹配情況。針對(duì)城市軌道交通核心線網(wǎng)，結(jié)合各換乘站的wK計(jì)算PN,l，再結(jié)合各換乘站的wJ計(jì)算CN,t。

根據(jù)以上兩個(gè)指標(biāo)結(jié)合判斷矩陣綜合評(píng)估核心線網(wǎng)整體換乘匹配情況。重慶市軌道交通線網(wǎng)典型換乘站的評(píng)估指標(biāo)計(jì)算如表6所示。

表6 重慶市軌道交通典型換乘站2019年某個(gè)早高峰換乘匹配指標(biāo)計(jì)算Tab.6 Interchange matching index calculation of Chongqing rail transit typical transfer stations at certain morning peak hour in 2019

由表6可知，兩路口站雖運(yùn)力差異率不大，但該站1號(hào)線換入3號(hào)線客流量大，換乘滿載率不均衡系數(shù)為20%，且離站斷面滿載率評(píng)估值高達(dá)98%，因此該站換乘客流匹配總體評(píng)估結(jié)果為“一般”。大坪站雖運(yùn)力差異率較大(該站2號(hào)線運(yùn)力小)，但2號(hào)線的換入客流量較小，1號(hào)線的換入客流量較大，換乘滿載率不均衡系數(shù)達(dá)48%，且換乘后離站斷面滿載率評(píng)估值高達(dá)112%，因此該站換乘客流匹配總體評(píng)估結(jié)果為“較差”。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研實(shí)際情況，大坪站2號(hào)線站臺(tái)確有二次候車現(xiàn)象。

再次計(jì)算由這7個(gè)典型換乘站組成的重慶市軌道交通核心線網(wǎng)換乘站總體匹配情況，每個(gè)換乘站的wK如表7所示?；诒?的wK，綜合計(jì)算得出重慶市軌道交通核心線網(wǎng)換乘站的PN,l為110%，CN,t為48%，結(jié)合判斷矩陣可得到重慶市軌道交通核心線網(wǎng)總體換乘匹配評(píng)估結(jié)果為“較差”。

表7 重慶市軌道交通典型換乘站客運(yùn)強(qiáng)度權(quán)重Tab.7 Station passenger transport intensity weight of Chongqing rail transit typical transfer station

3.2 成都軌道交通換乘站客流匹配分析

基于成都軌道交通典型車站運(yùn)力和客流數(shù)據(jù)，首先計(jì)算換乘站各線路Pr,i、Ki、Pi,r,修并收集fu,i的數(shù)據(jù)(見表8)。進(jìn)一步計(jì)算Cu,t和Pu,l，根據(jù)以上兩個(gè)指標(biāo)結(jié)合判斷矩陣可得到換乘站換乘匹配綜合評(píng)估結(jié)果(見表9)。最后在計(jì)算wJ和wK的基礎(chǔ)上，針對(duì)核心線網(wǎng)計(jì)算CN,t、PN,l，根據(jù)以上兩個(gè)指標(biāo)結(jié)合判斷矩陣可得到核心線網(wǎng)總體換乘匹配綜合評(píng)估結(jié)果。

表8 成都市軌道交通典型換乘站2020年6月某個(gè)早高峰換乘匹配指標(biāo)計(jì)算Tab.8 Transfer matching index calculation of Chengdu rail transit typical transfer station at certain morning peak hour in June 2020

表9 成都市軌道交通典型換乘站2020年6月某個(gè)早高峰換乘匹配指標(biāo)計(jì)算Tab.9 Interchange matching index calculation of Chengdu rail transit typical transfer station at certain morning peak hour in June 2020

再次計(jì)算由這10個(gè)換乘站組成的成都市軌道交通核心線網(wǎng)，得到CN,t為34%，PN,l為66%，結(jié)合判斷矩陣可得到成都軌道交通核心線網(wǎng)總體換乘匹配評(píng)估結(jié)果為“一般”。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)換乘站客流匹配情況影響因素的分析，建立了評(píng)估換乘站客流匹配情況的評(píng)估指標(biāo)、換乘滿載率不均衡系數(shù)和離站斷面綜合評(píng)估值；建立了城市軌道交通線網(wǎng)換乘站綜合匹配評(píng)估指標(biāo)并建立了基于這2個(gè)指標(biāo)的綜合判斷矩陣。結(jié)合重慶、成都軌道交通線網(wǎng)典型換乘站的計(jì)算示例，經(jīng)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況的對(duì)比，以上指標(biāo)基本能夠反映車站現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。

但本文針對(duì)三線及以上換乘站并未結(jié)合不同換乘線路間的換乘滿載率不均衡系數(shù)進(jìn)行深入分析。此外，綜合判斷矩陣指標(biāo)分級(jí)的劃定仍有一定的局限性，尤其是換乘滿載率不均衡系數(shù)的分級(jí)需結(jié)合各城市軌道交通總體客流管控要求進(jìn)一步的優(yōu)化。