軌道交通站點超大客流管控措施研究

王淑偉 孫立山 榮 建

(北京工業大學城市交通學院 北京 100124)

軌道交通站點超大客流管控措施研究

王淑偉 孫立山 榮 建

(北京工業大學城市交通學院 北京 100124)

客流管控措施是緩解軌道站點客流過載的重要途徑，既有措施多基于經驗判斷，實施效果不佳。基于此，對北京市軌道站點超大客流管控措施應用的現狀進行分析，結合國內外行人交通特性的研究成果，提出針對軌道交通站點的超大客流管控線性規劃模型，并以四惠東站為例對模型進行仿真驗證。結果表明，該模型能夠在確定軌道交通站點服務能力的前提下，得到各入口限流值，為客流管控實踐提供科學依據，同時輔助實現軌道交通線網運力的合理分配。

軌道交通;超大客流;網控限流;行人仿真;管控措施

1 研究背景

大客流沖擊所造成的軌道站點客流過載現象不僅會降低服務水平，同時也形成安全隱患。

1)服務水平下降。客流密度增加導致服務水平下降，同時大量乘客滯留站臺影響了乘客上下車速度，限制發車間隔的進一步縮短，形成惡性循環。

2)安全隱患增加。過度擁擠的乘車環境極易引發踩踏事故，如遇火災等突發事件，還將導致場面失控、疏散受阻，增加生命和財產損失。

因此，研究超大客流管控技術對于軌道交通的安全、高效運營意義重大。

1.1 北京軌道交通超大客流管控措施應用現狀

北京市軌道交通目前實行的超大客流管控措施可分為流量控制和速度控制。

1)流量控制。由工作人員根據站臺客流密度的變化情況，引導乘客分批進入，如圖1所示。四惠、國貿、劉家窯等站點采用了流量控制。

圖1 流量控制措施

2)速度控制。通過設置導流圍欄，降低乘客行走速度，如圖2所示。目前北京南站、西直門、天通苑等站點采用了速度控制。

圖2 速度控制措施

流量控制與速度控制所起到的作用在本質上相同，即限制一定時間內進入站內的客流總量。關于如何確定限流值，目前尚處于經驗化管理階段，科學性和實用性不強。

1.2 國內外行人交通特性研究現狀

早期的行人特性研究主要圍繞流量、速度、密度三要素之間的關系展開。1948年，前蘇聯火災防治科研中心(VHIIPO)首次提出行人密度概念，并構建了行人流率與速度及密度的關系模型［1］;1958年，Hankin和Wright建立了單方向行人流的速度密度曲線［2］;1997年，W H K Lam對香港MTR車站的行人流特征與路徑選擇規律進行研究，提出了反映當地乘客行為特征的基礎數據資料［3］。

20世紀90年代開始的研究主要圍繞行人設施的通行能力和服務水平。美國交通運輸研究委員會(TRB)在總結前人研究的基礎上，主持編寫的《通行能力手冊》(HCM)［4］和《樞紐通行能力和服務水平手冊》(TCQSM)［5］，規范了行人交通特性的分析方法以及行人設施的設計過程。

近年來，學者主要圍繞超大客流組織進行研究。史小俊、朱效杰、宋立明［6-8］等人通過分析地鐵站內超大客流現象，提出了站控、線控、網控三個層次的限流思路:車站級客流控制(簡稱“站控”)是指各車站根據本站實際情況獨立制定客流管控措施;線路級客流控制(簡稱“線控”)是指當站控不能起到預期效果的時候，本線路限流車站協同制定客流管控措施，其控制效果優于站控;線網級客流控制(簡稱“網控”)是指當線控不能起到預期效果的時候，全網限流車站協同制定客流管控措施，其效果優于線控。

綜上所述，國內外對行人交通的研究多集中于設施通行能力和微觀行為參數，針對客流管控措施的研究較為有限，且多處于定性階段。

2 軌道交通站點網控限流模型

分析發現，造成軌道站內乘客滯留的主要原因是線路運力的不足。因此，客流管控措施的制定應以各站點的列車運力作為依據。

基于網控思想，為每個站點規定列車的出發滿載率。上一個站點的出發滿載率即為該站的到達滿載率，調查某站點的下車人數比例、換乘人數比例，結合該站規定的出發滿載率，即可得到該站的計劃上車人數。根據上車人數確定站點的限流閾值，既能夠充分利用站點分配的運力，又能夠最大限度地降低站內客流密度，

基于以上分析，以車輛滿載率為限制條件、最大限度地降低站內客流密度為目標，構建軌道交通站點的線性優化模型。

2.1 模型的構建

假設某軌道交通換乘站點有n個入口，建立線性規劃模型如下:

式中:n為站點入口數;m為站點內地鐵線路條數;Xi為入口i的限流值，人/h，Rij為由入口i進入站內的乘客選擇線路j的比例，Aj為第j條地鐵線路的實際運力，人/h。

式中:Cj為線路j的滿載運力，人/h;Fj為線路j乘客上車后的滿載率;Ej為線路j乘客上車前的滿載率;Tj為通過站內換乘進入線路j的客流量(可通過分析AFC數據得到)，人/h。

式中:Pj為地鐵線路j每節車廂的額定載客人數;Nj為線路j的列車編組數;Kj為線路j的每小時發車數。

2.2 模型的驗證

四惠東站為1號線與八通線的換乘車站，是1號線的起點站，八通線的第2站。目前高峰小時(早7∶30—8∶30)進站量約為6 500人，站內擁擠嚴重。該站共有兩個出入口，分別為A、B，其站型結構和乘客流線如圖3所示。調查發現，從A、B口進站的乘客選擇1號線的比例均為84%。

圖3 四惠東站站型結構與乘客流線

對四惠東站開展實地調研，獲取車站地面設施尺寸、各換乘流線的客流量以及列車運行特性。調研時間選擇 2012年 7月的某工作日早(8∶00—9∶00)晚(17∶00—18∶00)高峰時段，調查方法采用人工跟隨、人工計數法和錄像法。

該站共有兩條地鐵線路，分別為1號線和八通線;兩條線路均為6節編組，每節車廂核載226人;高峰時段1號線平均發車間隔為2 min 30 s，八通線平均發車間隔為3 min;滿載率為實際乘客數與滿載容量的比值，其中1號線自東向西的上車前滿載率為0，為實現運力合理分配，將其離開滿載率設為0.6;八通線自西向東方向的上車前滿載率約為0.2，離開滿載率約為0.4。綜上所述，限流模型各輸入參數取值如表1所示。

計算得到中間值:C1=32 544，C2=27 120，A1=3 860.4，A2=2 095。將中間值代入規劃限流模型，得到四惠東站線性優化模型，其中X1，X2分別為兩個入口的限流值。

表1 限流模型輸入參數

運用Matlab求解，得到最優解為

即:A、B兩個入口的限流值均為2 298人/h。當采用此限流值時，兩條線路分配的運力均得到充分利用，而且不會引起站臺的乘客滯留。

2.3 仿真驗證

綜合調研數據，搭建行人仿真模型。四惠東站屬于常態限流站點，限流方式為通過設置導流圍欄降低乘客行走速度。原有限流措施下的客流運行狀態在仿真驗證中稱為限流前，采用以上措施之后的客流運行狀態稱為限流后。四惠東站乘客流線中有兩處關鍵節點，分別是站臺樓梯與站廳樓梯。仿真得到限流前后客流密度變化情況，如圖4、5所示，不同顏色表示不同的Fruin服務水平等級，如圖6所示。

圖4 限流前后站臺樓梯平均客流密度對比

圖5 限流前后站廳樓梯平均客流密度對比

圖6 Fruin排隊服務水平

如表2所示，限流前站臺樓梯和站廳樓梯的服務水平分別為F級和D級;限流后分別達到D級和C級，客流密度明顯降低。同時，由于采取了限流措施，安檢服務水平亦從D級變為A級，提高了安檢效率與質量。因此，采用模型計算所得的限流值，能夠明顯降低關鍵節點的客流密度，提升軌道站點在大客流沖擊下的運營安全性。

表2 限流前后關鍵節點客流密度變化

3 研究結論

以四惠東站為例，對軌道交通站點網控限流模型進行驗證，結論如下:

1)模型能夠在充分利用站點運力的基礎上，得到各入口限流值，保障一定的服務水平，提高運營安全性。

2)模型能夠在給定車輛滿載率的情況下，輔助實現軌道交通線網運力的合理分配，進而提高城市軌道交通體系的運行效率。

3)模型是對軌道交通站點線網級客流控制的有益探索，限于研究深度，如何確定各站的運力分配比例等問題有待進一步研究。

［1］沙云飛.人群疏散的微觀仿真模型研究［D］.北京:清華大學，2008.

［2］Hankins B D，Wright R A.Passenger flows in subways［J］.Operational Research Quarterly，1958(9):81-88.

［3］Lam W H K，CHEUNG C Y.Pedestrian Speed-Flow Relationships for Walking Facilities in Hong Kong［J］.Journal of Transportation Eng，2000，13(2):343-349.

［4］Transportation Research Board.Highway capacity manual［M］.Washington DC:TRB，National Research Council，2000.

［5］Transportation Research Board.TCRP Report 100:Transit capacity and quality of service manual［R］.Washington DC:TRB，National Research Council，2003:7223.

［6］史小俊.地鐵車站應對大客流的組織措施［J］.城市軌道交通研究，2009，12(10):76-78.

［7］朱效潔.上海軌道交通人民廣場樞紐站大客流組織對策研究［J］.城市軌道交通研究，2010，13(1):7-12.

［8］宋利明.地鐵線網大客流應對措施探討［J］.城市軌道交通研究，2011，14(8):73-74.

Study on the Control Measures of Rail Transit Large Passenger Flow

Wang ShuweiSun Lishan Rong Jian
(College of Metropolitan Transportation，Beijing University of Technology，Beijing 100124)

Abstract:Effective control measures of large passenger flow could reduce negative effect caused by transit station overload.Current control measure research is based on experience and judgment and cannot harness large passenger flow effectively;this paper aims to solve this problem.A network－level linear planning control model in transfer stations was put forward in line with the analysis on the present passenger flow control measures of Beijing transit station and research achievements on pedestrian traffic characteristics in the world.A model validation simulation with Sihuidong station was conducted subsequently.Validation results show that the model could help to reduce passenger density under the premise of not reducing station convey capacity，and at the same time assist reasonable allocation of rail transit network capacity.

Key words:rail transit;large passenger flow;network－level passenger flow limiting;pedestrian simulation;control measures

U231+.4

A

1672-6073(2014)01-0016-03

10.3969/j.issn.1672-6073.2014.01.005

收稿日期:2013-02-24

2013-03-21

作者簡介:王淑偉，男，博士研究生，從事軌道交通與土地利用互動關系研究，wangsw@emails.bjut.edu.cn

北京市交通行業科技項目(Ky2011-30);高等學校博士學科點專項科研基金資助課題(20121103120025)

(編輯:曹雪明)