段力偉，張開萍

(重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074)

根據(jù)第七次全國人口普查，2020年中國65歲及以上人口比重達(dá)到13.5%。2035年左右，60歲及以上老年人口將突破4億，在總?cè)丝谥械恼急葘⒊^30%，進(jìn)入重度老齡化階段[1]。老年乘客比例增加對(duì)城軌車站運(yùn)營的影響已不容忽視。在此背景下，2021年2月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，指出要加強(qiáng)交通運(yùn)輸人文建設(shè)，提高特殊人群出行便利程度和服務(wù)水平，健全老年人交通運(yùn)輸服務(wù)體系，滿足老齡化社會(huì)交通需求，提升運(yùn)輸服務(wù)人性化、精細(xì)化水平。因此，隨著客流規(guī)模逐漸變大，城軌運(yùn)營不僅要考慮車站、線路、列車等客觀條件，還要考慮軌道交通乘客類型變化對(duì)站內(nèi)乘客運(yùn)動(dòng)帶來的影響，尤其是車站內(nèi)部發(fā)生乘客滯留或嚴(yán)重?fù)頂D等問題。

隨著老年乘客比例增加，老年乘客出行問題逐漸受到大家的關(guān)注，秦華等[2]通過動(dòng)態(tài)視野測試系統(tǒng)探究老年人夜間動(dòng)態(tài)視野的變化。 Chen等[3]、 Hatamzadeh等[4]通過對(duì)重慶等特殊城市老年人上下樓梯的影響因素進(jìn)行調(diào)查研究，分析老年人走行特性和不同環(huán)境下老年乘客的出行特征，為老齡化背景下城軌換乘站客流組織研究提供了理論依據(jù)。針對(duì)城軌站點(diǎn)客流組織題問,城軌換乘站內(nèi)行人運(yùn)動(dòng)受到諸多因素的影響，Bosina等[5]對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)所提及的步行速度影響因素進(jìn)行分析，并對(duì)所有可用的步行速度測量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，確定不同類別影響因素對(duì)步行速度所造成的影響程度，并給出同類別影響下不同因素的步行速度的參考值。Goyal 等[6]以印度德里地鐵站樓梯上的行人為研究對(duì)象。分析德里的3個(gè)地鐵車站行人在樓梯上的速度和流量的影響因素。為了進(jìn)一步研究站內(nèi)客流組織問題，不少學(xué)者運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行仿真分析，陳虹兵[7]利用行人仿真技術(shù)進(jìn)行客流模擬，并對(duì)換乘通道進(jìn)行服務(wù)水平評(píng)估并提出客流組織優(yōu)化建議。Li 等[8]也提出了基于社會(huì)力模型的微觀行人仿真，模擬地鐵站臺(tái)上乘客上下車方式，以此來探討不同客流條件下乘客行為對(duì)下車效率的影響。費(fèi)爽等[9]利用行人仿真軟件北京某換乘站換乘系統(tǒng)客流組織進(jìn)行仿真分析，通過辨識(shí)換乘擁堵點(diǎn)和擁堵原因分析，提出了擁堵點(diǎn)疏解方案。褚冬竹等[10]針對(duì)老年人群生理?xiàng)l件和行為特點(diǎn)與軌道交通換乘序列空間的矛盾進(jìn)行相關(guān)研究。

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，在既有研究中主要對(duì)站內(nèi)乘客行動(dòng)力影響的綜合影響因素展開分析，缺乏對(duì)特定因素和特定條件的量化分析，尤其是針對(duì)年齡這一重要影響因素。圍繞上述問題，現(xiàn)通過梳理乘客行動(dòng)力影響因素以及乘客的行為特性和人群的交通流特性，考慮未來人口老齡化背景下乘客行動(dòng)力所受影響，運(yùn)用仿真平臺(tái)對(duì)換乘站乘客運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)不同場景的仿真實(shí)驗(yàn)，分析老年乘客比例對(duì)城市軌道交通站點(diǎn)內(nèi)行人運(yùn)動(dòng)的影響，為客流組織優(yōu)化提供依據(jù)。

1 乘客行動(dòng)力影響因素分析

在城軌車站內(nèi)部，乘客走行過程是乘客行動(dòng)力的外在表現(xiàn)，乘客在站內(nèi)都是采用步行的方式實(shí)現(xiàn)位移，因此乘客自身特性將對(duì)乘客在站內(nèi)的走行過程產(chǎn)生很大的影響。此外，由于站內(nèi)乘客聚集，行人間的交互作用也會(huì)對(duì)乘客行動(dòng)力造成干擾。

根據(jù)文獻(xiàn)[2-3]等相關(guān)研究，站內(nèi)乘客行動(dòng)力影響因素主要包括乘客性別、是否攜帶行李、出行目的。在城市軌道交通站點(diǎn)內(nèi)部男性的平均行走速度一般比女性高0.02～0.15 m/s，攜帶大型行李的乘客行走速度約為標(biāo)準(zhǔn)值的97%。同時(shí)以通勤通學(xué)為目的的乘客對(duì)軌道站內(nèi)的環(huán)境熟悉，對(duì)通勤時(shí)間把控嚴(yán)格，且攜帶行李少，走行速度較快；以休閑娛樂為目的的乘客，對(duì)整體出行時(shí)間和限制沒有明確要求，走行速度適中；而長途旅行者，攜帶行李較大導(dǎo)致走行速度較慢。

需要指出的是，年齡作為影響乘客行動(dòng)力的重要因素，隨著人口老齡化比例不斷增加，軌道交通站內(nèi)老年乘客比例也將逐漸增多，對(duì)車站運(yùn)營組織的影響不容忽視。

老年乘客對(duì)站內(nèi)乘客行動(dòng)力的影響主要分為兩個(gè)方面，一是自身行動(dòng)力會(huì)因?yàn)樯硖卣鞲淖兌艿接绊懀抢夏瓿丝蛯?duì)走行環(huán)境和走行空間有更高的要求，因此會(huì)對(duì)身邊其他乘客產(chǎn)生影響。通過對(duì)老年乘客生理特征的分析發(fā)現(xiàn)老年乘客不僅自身運(yùn)動(dòng)速度較青年乘客緩慢，對(duì)空間的需求和反應(yīng)時(shí)間也和青年乘客有差異，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q乘站內(nèi)客流狀態(tài)受到影響[11-14]，具體表現(xiàn)如圖1所示。

圖1 老年乘客對(duì)城軌站內(nèi)乘客行動(dòng)力影響因素分析Fig.1 Analysis of the influencing factors of elderly passengers on passenger mobility in urban rail stations

通過把乘客年齡分為兒童、青少年、青年、中年、老年5個(gè)年齡段，不同年齡段的乘客行動(dòng)力有所區(qū)別[6]。根據(jù)文獻(xiàn)[12]相關(guān)研究顯示，綜合考慮城軌換乘站內(nèi)環(huán)境，將站內(nèi)乘客分為慢性、普通、快行三類，以行人標(biāo)準(zhǔn)速度1.34 m/s為參考值，對(duì)各種影響因素對(duì)速度的影響程度修正得到各類乘客走行速度如表1所示。

表1 乘客類別及走行速度Table 1 Passenger category and travel speed

2 老年人運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)采集與分析

2.1 數(shù)據(jù)采集

為進(jìn)一步研究老年人運(yùn)動(dòng)特征，對(duì)城軌換乘站內(nèi)乘客走行速度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。以重慶市軌道交通某換乘站為研究對(duì)象分別采集站內(nèi)老年乘客和非老年乘客的走行速度。在該站點(diǎn)內(nèi)設(shè)置4個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，分別采集站廳層、站臺(tái)層1、站臺(tái)層2的乘客的走行速度。數(shù)據(jù)調(diào)查采用人工計(jì)時(shí)法和視頻調(diào)查法相結(jié)合，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為工作日8：30—9：30，各采集點(diǎn)具體情況如表2所示。

表2 各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)具體情況Table 2 The specific situation of each data collection point

2.2 數(shù)據(jù)分析

對(duì)上述采集到的老年乘客和非老年乘客走行速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，輸出統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括走行速度均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值、最大值等，具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 站內(nèi)行人走行速度統(tǒng)計(jì)Table 3 Pedestrian walking speed statistics in the station

通過實(shí)地?cái)?shù)據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，城軌換乘站內(nèi)老年乘客走行速度均值為1.05 m/s，非老年乘客走行速度為1.35 m/s，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差在12%以內(nèi)，誤差較小，可以作為實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)。

3 基于AnyLogic的仿真實(shí)驗(yàn)

3.1 仿真過程

仿真實(shí)驗(yàn)基于AnyLogic仿真平臺(tái)，該仿真平臺(tái)基于社會(huì)力模型描述行人運(yùn)動(dòng)，該仿真平臺(tái)中的Pedestrian Library可直接用于城軌站點(diǎn)仿真建模，主要實(shí)驗(yàn)流程如下：收集數(shù)據(jù)→搭建物理模型→構(gòu)建行人邏輯模型→模型驗(yàn)證→仿真實(shí)驗(yàn)→結(jié)果分析。其中站點(diǎn)物理模型根據(jù)站內(nèi)空間尺寸和設(shè)施設(shè)備布局搭建，如圖2所示。行人邏輯模型根據(jù)站內(nèi)行人運(yùn)動(dòng)流線和設(shè)施設(shè)備使用情況構(gòu)建，如圖3所示，其中，該站點(diǎn)線路2至線路1換乘需通過站廳層進(jìn)行。

①為該站點(diǎn)站廳層；②為線路1站臺(tái)層；③為線路2站臺(tái)層圖2 實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)物理模型Fig.2 Experimental site physical model

圖3 行人流線邏輯模型Fig.3 Pedestrian streamline logic model

通過調(diào)查數(shù)據(jù)設(shè)置模型行人參數(shù)，目前該站點(diǎn)老年乘客比例約占總乘車客流的13%。為了便于實(shí)驗(yàn)操作，將乘客類型分為老年乘客和非老年乘客，不同類別乘客仿真速度參數(shù)設(shè)置如表4所示。

表4 仿真參數(shù)設(shè)置Table 4 Simulation parameter settings

3.2 仿真模型驗(yàn)證

為驗(yàn)證仿真模型的有效性和準(zhǔn)確性，在模型搭建完畢后先進(jìn)行20次重復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)，通過模擬實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)各流線行人平均速度。再對(duì)不同方向的客流進(jìn)站速度進(jìn)行抽樣實(shí)地調(diào)查，通過仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)地調(diào)查結(jié)果間的相對(duì)誤差來驗(yàn)證仿真精度，具體結(jié)果如表5所示。

表5 模型驗(yàn)證結(jié)果Table 5 Simulation verification result

驗(yàn)證結(jié)果顯示，各流線仿真速度和真實(shí)調(diào)查速度誤差在10%之內(nèi)，說明該模型能很好地描述該站點(diǎn)的真實(shí)情況，可以用于進(jìn)一步的仿真研究。

4 結(jié)果分析及優(yōu)化建議

4.1 結(jié)果分析

為研究老年乘客增加時(shí)，對(duì)站內(nèi)行人運(yùn)動(dòng)的影響，通過設(shè)置不同客流規(guī)模和不同老年乘客比例場景進(jìn)行仿真分析，并輸出行人行動(dòng)力表征指標(biāo)，如乘客站內(nèi)走行速度、乘客站內(nèi)停留時(shí)間、乘客換乘時(shí)間等。

4.1.1 乘客站內(nèi)走行速度

首先對(duì)進(jìn)站乘客進(jìn)行速度分析，隨著老年乘客比例的增加，仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)站內(nèi)乘客平均速度呈減小的趨勢，如圖4所示，按照當(dāng)前老年乘客比例為13%時(shí)，乘客速度由1.3 m/s下降至1.22 m/s，隨著未來老年乘客比例的不斷增長，在中老年乘客比例達(dá)到40%時(shí)，乘客速度將下降至1.19 m/s。

圖4 老年乘客比例與速度變化Fig.4 The proportion of elderly passengers and the change in speed

為進(jìn)一步驗(yàn)證老年乘客比例對(duì)站內(nèi)客流速度的影響，考慮未來站內(nèi)客流規(guī)模同時(shí)擴(kuò)大的場景，分別設(shè)置不同客流規(guī)模的仿真實(shí)驗(yàn)場景。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50157—2013)中對(duì)城軌站臺(tái)承載能力規(guī)定，站臺(tái)上人流密度為0.33～0.75 m2/人，實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)進(jìn)站客流約為站點(diǎn)總客流量21%,計(jì)算得該站點(diǎn)可容納進(jìn)站客流規(guī)模為8 064～18 327人/h，目前該站點(diǎn)高峰小時(shí)客流約為7 000人/h，考慮車站客流的時(shí)空分布特征和未來客流規(guī)模增長，實(shí)驗(yàn)設(shè)置6個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)照組對(duì)客流規(guī)模為4 000～9 000人/h，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)測得不同客流規(guī)模下不同老年乘客比例對(duì)站內(nèi)客流速度的影響，如圖5所示。當(dāng)進(jìn)站客流規(guī)模為4 000人/h時(shí)，站內(nèi)乘客運(yùn)動(dòng)相對(duì)自由，站內(nèi)乘客運(yùn)動(dòng)平均速度區(qū)間為1.21～1.6 m/s，當(dāng)進(jìn)站客流規(guī)模達(dá)到9 000人/h時(shí)，站內(nèi)乘客運(yùn)動(dòng)平均速度區(qū)間為1.18～1.41 m/s。

圖5 站內(nèi)乘客速度變化Fig.5 Changes in the speed of passengers in the station

4.1.2 乘客站內(nèi)停留時(shí)間

乘客站內(nèi)停留時(shí)間表征站內(nèi)客流周轉(zhuǎn)時(shí)間，是城市軌道交通站點(diǎn)運(yùn)營效率的重要指標(biāo)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，乘客站內(nèi)停留時(shí)間目前變化區(qū)間為136.5～158.2 s，隨著老年乘客比例增加時(shí)，乘客站內(nèi)停留時(shí)間也會(huì)逐漸增加，當(dāng)老年乘客比例達(dá)到40%時(shí)，乘客站內(nèi)停留時(shí)間最多將增加到170 s。此外，當(dāng)老年乘客比例達(dá)到極端情況即70%以上時(shí)，乘客站內(nèi)停留時(shí)間趨于穩(wěn)定范圍內(nèi)波動(dòng)。

圖6 乘客進(jìn)站停留時(shí)間變化Fig.6 Changes in the stop time of passengers

為進(jìn)一步考察老年乘客對(duì)站內(nèi)乘客活動(dòng)的影響，對(duì)老年乘客比例為0～40%的實(shí)驗(yàn)場景進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，通過關(guān)聯(lián)密度層生產(chǎn)站內(nèi)客流密度圖并以此識(shí)別站內(nèi)客流擁堵點(diǎn)，并輸出乘客通過站內(nèi)擁堵點(diǎn)的時(shí)間。圖7所示為該站點(diǎn)客流規(guī)模為4 000人/h時(shí)，不同老年乘客比例對(duì)站內(nèi)客流密度的影響，該站點(diǎn)內(nèi)部客流擁堵點(diǎn)主要集中在站廳層左右兩側(cè)的樓扶梯處和換乘通道處。

圖7 站臺(tái)客流密度圖Fig.10 Platform passenger flow density map

通過對(duì)乘客通過站內(nèi)樓梯的時(shí)間進(jìn)行采集，如表6所示，乘客通過樓梯的時(shí)間增加占站內(nèi)停留總時(shí)間增加的28%～82%，是乘客站內(nèi)停留時(shí)間增加的主要原因。

表6 老年乘客比例與站內(nèi)通過時(shí)間變化Table 6 The proportion of elderly passengers and the change of transit time in the station

4.1.3 乘客換乘時(shí)間

通過仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)平均換乘時(shí)間整體上隨老年乘客比例增加而增加，意味著老年乘客的增多，站內(nèi)乘客的行走過程受到了不同程度的限制，尤其是在不同站臺(tái)換乘過程中，換乘通道的實(shí)際通過能力受限，站內(nèi)換乘時(shí)間表現(xiàn)出不同程度的增加。如圖8所示，當(dāng)老年乘客比例由10%變?yōu)?0%時(shí)，各方向上換乘時(shí)間平均增加11%，當(dāng)老年乘客比例由20%變?yōu)?0%時(shí)，各方向換乘時(shí)間平均增加24%。

圖(b)、圖(c)表示老年乘客比例增加后各換乘路線換乘增加時(shí)間，如：圖(b)中“(+93)”表示老年乘客比例為20%與老年乘客比例為10%相比，線路2上行換乘線路1上行時(shí)間增加93 s圖8 換乘時(shí)間變化Fig.8 Change in transfer time

4.2 適老化背景下城軌站點(diǎn)優(yōu)化建議

通過仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著老年乘客比例增加，城市軌道交通站內(nèi)乘客行動(dòng)力會(huì)受到一定影響，從而導(dǎo)致站內(nèi)乘客走行速度變慢，進(jìn)站時(shí)間和換乘時(shí)間增加。為適應(yīng)老齡化乘客逐漸增多的未來場景，應(yīng)考慮老年乘客出行便利性和站內(nèi)客流瓶頸處的客流疏解，結(jié)合本次仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，提出適老背景下城市軌道交通站點(diǎn)優(yōu)化建議如下。

(1)根據(jù)老年乘客比例從0增加到40%時(shí)，站內(nèi)乘客速度從 1.61 m/s下降到1.37 m/s，導(dǎo)致站內(nèi)乘客滯留增多的問題，結(jié)合《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50157—2013)提出的站臺(tái)人流密度取0.33～0.75 m2/人，因此在考慮人口老齡化情況下地鐵站臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)人流密度可選擇較高的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如0.6～0.75 m2/人。

(2)老年乘客比例從0增加到40%時(shí)，乘客站內(nèi)停留時(shí)間增加約21%，隨著老年乘客站內(nèi)停留時(shí)間增長，建議在站內(nèi)候車區(qū)域應(yīng)增加候車休息區(qū)以及座椅，并且考慮在站廳層和站臺(tái)層增加慢行乘客引導(dǎo)服務(wù)，如增加工作人員引導(dǎo)服務(wù)或在站內(nèi)設(shè)置便于老年乘客獲取的“大字版”標(biāo)識(shí)信息，以改善老年乘客困難獲取站內(nèi)信息而導(dǎo)致進(jìn)站滯留時(shí)間增加的情況。

(3)考慮到老年乘客比例增加后，乘客在站內(nèi)的換乘時(shí)間增加顯著(11%～24%)，因此建議在未來的規(guī)劃設(shè)計(jì)中考慮老年人換乘信息需求，設(shè)計(jì)具有針對(duì)性的換乘引導(dǎo)標(biāo)識(shí)，并增加換乘通道自動(dòng)人行道、自動(dòng)扶梯等配置數(shù)量，以提高老年乘客的換乘效率和換乘舒適度。

5 結(jié)論

(1)借助仿真實(shí)驗(yàn)針對(duì)考慮老年化背景下的城軌換乘站客流組織問題，從乘客行動(dòng)力影響因素出發(fā)，分析老年乘客對(duì)站內(nèi)客流狀態(tài)影響的具體原因。

(2)以重慶市某換乘站為例，根據(jù)老年乘客比例、總體客流規(guī)模，設(shè)計(jì)了多場景仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著老年乘客的增加，站內(nèi)行人運(yùn)動(dòng)速度會(huì)有所下降，同時(shí)乘客進(jìn)站時(shí)間、設(shè)施通過時(shí)間和換乘時(shí)間都有一定程度的增加，尤其是通過樓梯這類高差明顯且寬度受限的區(qū)域。

(3)針對(duì)適應(yīng)老年乘客比例逐漸增多的情況下的城軌車站設(shè)計(jì)運(yùn)營提出了針對(duì)性建議，為實(shí)現(xiàn)城市軌道交通人文建設(shè)，健全老年人交通運(yùn)輸服務(wù)體系，滿足老齡化社會(huì)交通需求提供思路。