喻 敏
(中鐵隧道勘測設計院有限公司, 天津 300123)
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青島地鐵江蘇路站換乘方案研究
喻敏
(中鐵隧道勘測設計院有限公司, 天津300123)
摘要:地鐵換乘站是連接城市軌道交通路網的橋梁,對促進區域經濟協調發展有重要作用。因此,城市軌道交通換乘站是全線車站設計的重點。以青島地鐵江蘇路站為例,從換乘形式的角度,對3個換乘方案從車站換乘及服務功能、附屬設置和工程可行性、設計特色等方面進行了分析和比選,最終選擇了方案2。對存在多個通道換乘的方案,客流組織方式的分析也至關重要,以某一方案為例,采用Anylogic仿真軟件對換乘形式進行了客流仿真,從量化的角度對換乘客流流線進行了分析,最終確定了該方案以單向循環為主、雙向循環為輔的換乘客流組織方式。
關鍵詞:青島地鐵; 換乘方案; 換乘關系; 客流組織形式; Anylogic仿真
0引言
隨著國家“十二五”規劃項目的推進,全黨和各族人民正向著全面建成小康社會的目標而努力奮斗,構建綜合交通運輸體系也成為了“十二五”規劃中的一項重要內容。它既能夠促進區域良性互動、協調發展,也能夠滿足人們對出行方式選擇的多元化需求。城市軌道交通的發展建設是構建綜合交通運輸體系的一個分支,對綜合交通樞紐起重要的輔助分流作用。近幾年,全國掀起了城市軌道交通建設的熱潮,城市軌道交通對緩解地面交通運輸壓力和減少道路擁堵起到了顯著的效果。
隨著城市軌道交通工程的持續開展,軌道交通換乘站作為線路的節點,既要滿足一般軌道交通車站的使用功能,又擔負著整個軌道交通的網絡化運營職責。軌道交通換乘站的設計水平決定著整個地鐵網絡的運行效率。換乘功能的發揮有助于提高城市經濟效益,所以研究軌道交通換乘站具有重要意義[1]。基于換乘車站在整個線網中的重要性,對換乘車站的研究已經成為了當前研究的熱點。結合工程實際,在換乘車站的換乘模式、換乘評價體系、換乘流線設計以及仿真分析等方面已經有很多學者進行了針對性的研究,如: 于慧東[2]研究了鐵路與城市軌道交通的主要換乘模式;馬令[3]建立了基于換乘影響因素的評價體系;田苗[4]以成都東站為例,利用灰色關聯度評價模型和仿真軟件分析了綜合樞紐流線設計的要點;陳富安[5]研究了平行換乘車站的各種換乘形式。
本文所研究的換乘站,由于站位所處地理位置較特殊,地形高低起伏較大,站位周邊施工環境條件較差;因此,既要滿足工程可行性,又要使車站換乘功能實現最優,需要綜合換乘車站的各方面影響因素和工程實際情況,不能只偏重于考慮車站的換乘因素。本文在前人研究的基礎上,分析了不同換乘方案對車站功能、結構風險及周邊環境的影響,闡述了每個設計方案的設計特色,并應用仿真軟件對存在多個換乘點的車站客流組織進行分析,從而進一步優化設計方案,以期為類似換乘車站的方案設計和實施提供參考。
1工程概況
青島是一座有著悠久歷史和人文氣息的美麗海濱城市,旅游季節客流激增。青島的地理位置特殊,地面公共交通運輸線路長、站點多,出行耗時長,城區部分道路狹窄,易造成交通事故。人口密集區域早晚高峰時段車流量大,地面交通十分擁堵,從而限制了人們的出行。因此,青島建設城市軌道交通是十分必要的。青島地鐵4號線共計劃建設10座換乘站,占全線的46%。青島市軌道交通遠景線網規劃見圖1。

圖1 青島市軌道交通遠景線網規劃圖
江蘇路站是青島地鐵1號線和4號線的近期換乘車站。1號線整體呈南北走向,江蘇路站位于膠寧高架路南側,膠寧高架路為青島城市高架快速路,車流量大,交通繁忙。4號線為主城區東西向的骨干線,江蘇路站位于膠寧高架路與江蘇路交叉口以南江蘇路下方。兩線區間呈十字交叉。車站位于青島老城區,且屬于風貌保護區范圍,西北側為青島市立醫院,西南側為基督教堂(文保建筑)、青島市第六中學和觀象山公園等,周邊其他建筑密集。1號線車站所處地塊地勢高差達20 m,采用明暗挖結合工法施工。4號線區間位于1號線區間下方, 4號線從海邊起始,該站是第3站,與前一站間距較小,軌面提升能力有限,故4號線江蘇路站軌面最大埋深約50 m,是目前青島地鐵建設過程中埋置最深的地鐵車站,并且車站前后區間均為曲線段。江蘇路站及周邊環境如圖2和圖3所示。

圖2 江蘇路站具體位置示意圖

(a) 五岔路口(江蘇路、觀象二路、膠寧高架路、上海路及熱河路交叉口)

(b) 膠寧高架路及其下穿道

(c) 市立醫院

(d) 密集居民區
2車站方案
2.1設計思路
在做換乘站設計時,首先,要對換乘客流有較為清晰的分析和組織,其次,要考慮到車站周邊環境對車站方案實施的影響,繼而選擇合理的換乘形式,以達到換乘功能的合理化。換乘客流一部分來源于乘車進行線路的換乘,這部分客流往往偏向于選擇臺到臺的換乘方式;另一部分來源于地面客流就近選擇出入口進入地鐵車站而選擇另一條線路出行,這部分客流則會選擇廳到廳的換乘方式。因此,采用何種方式進行換乘、換乘節點的規模以及換乘客流組織方式都會影響到換乘車站的使用功能。
根據兩線車站、站臺立體相交平面或豎向相對位置的不同,通道換乘可配合節點換乘(見圖4)。由“十”字形、“T”形、“L”形節點換乘形式搭配通道換乘來實現雙向客流單向或雙向循環的客流組織模式,各自利用其換乘形式的優勢組合出更方便快捷的換乘模式[6]。

(a) “L”形布置

(b) “H”形布置

(c) “T”形布置
Fig. 4Plan showing transfer scheme of channel transfer + node transfer[7]
2.2對江蘇路站換乘關系的研究
根據工可階段客流預測報告,江蘇路站1號線和4號線的初期、近期及遠期換乘客流如表1所示。
超高峰小時系數為1.36;
車站遠期早高峰換乘客流為(3 696+3 151)×1.36=9 313 人/h;
1號線車站的設計換乘客流量占總客流量的9 312/11 863=78.5%;
4號線車站的設計換乘客流量占總客流量的9 312/21 694=42.9%。
表1江蘇路站初期、近期及遠期換乘客流
Table 1Primary, short term and long term transfer passenger flow of Jiangsulu Station

人/h
2.2.1換乘方案1
從車站形式來看,兩線車站均采用雙層島式車站的標準站形式,可以減少施工難度,降低工程造價且方便客流組織,不管是結構形式還是建筑功能都較優。兩線軌面線高差8.8 m,4號線軌面埋深約45 m。由于4號線車站埋置過深,出入口超長需3次提升,局部3層暗挖節點施工風險較大,且不利于乘客快速進出車站,但由于輻射范圍較廣,便于吸引客流,疏導交通。此外,車站建設過程中涉及拆遷較多,給周圍環境造成了一定程度影響。方案1總平面布置如圖5所示。

圖5 方案1總平面布置
從換乘方式來看,兩線車站采用通道換乘形式,類似于“L”形布置,包括廳—廳和臺—臺2個換乘點。該換乘通道存在高差,因此,廳廳換乘采用兩扶一樓,通道寬度8 m,如圖6所示。臺臺換乘通道與4號線左線區間并行,采用樓梯進行客流組織,寬度4 m,如圖7所示。換乘采用“點+通道”的組合換乘方式,對于大量換乘客流突發集中的緩沖能力最強,安全性最好。

圖6 站廳—站廳換乘通道剖面圖
Fig. 6Cross-section showing transfer gallery between two station halls

(a) 1號線部分站臺換乘節點剖面圖

(b) 4號線部分站臺換乘節點剖面圖
Fig. 7Cross-sectional view of transfer node between two platforms
2.2.2換乘方案2
從車站形式來看,1號線采用明暗挖結合雙層島式車站,4號線采用站廳與站臺分離的暗挖3層分離島式車站,車站站廳層及設備層采用19 m凈寬標準斷面,車站總長164 m。4號線軌面埋深約49 m。該方案設計新穎,有效解決了由于車站埋置過深造成的出入口超長問題,1、4號線設備小端形成組合六風亭,使出地面建筑更加規整。方案2較方案1車站拆遷量少,對周圍環境影響小,但車站主體和附屬均與部分人防工程沖突,結構形式及工法轉換相對較復雜,造價高,存在一定程度的土建浪費,出入口對地塊的影響較大等是制約該方案的主要因素。
從建筑形式的新穎性和結構突破性的角度來看,該方案研究價值較大??偲矫娌贾萌鐖D8所示。
從換乘方式來看,兩線車站的換乘形式采用站廳—站廳的8 m寬換乘通道,該通道可以實現平行換乘[8],換乘客流在站廳層分流,減少了站臺層客流擁堵狀況,對換乘客流密集到達有良好的緩沖能力,縮短了在站內的滯留時間。平行換乘形式對于行動不便的乘客更加有利,也更加人性化。該換乘形式類似于“H”形布置(如圖9所示),通道長度78 m。

圖8 方案2總平面布置

圖9 方案2換乘關系剖面圖
2.2.3換乘方案3
1號線在原站位,將4號線站位沿著江蘇路北移,車站外形呈曲線型,暗挖3層島式車站,1號線和4號線進行“T”形換乘,站廳層結構連通,總平面布置如圖10所示。地面出入口覆蓋范圍擴大,可有效提高疏解交通的能力。但換乘客流量較大時,還需配合平行換乘或通道換乘等換乘形式來疏導換乘客流。因此,該方案設置了連通非付費區的通道兼兩線出入口作為換乘通道。4號線跨五岔路口,下穿3條下穿道和橋樁,頂板距離橋樁較近,結構斷面較大,施工風險高,且在標高上與人防工程有沖突,雖然換乘形式較好,但方案可實施性較低。

圖10 方案3總平面布置
對上述3個方案從車站功能、換乘方式、設計方案創新性、拆遷量、對周圍環境的影響、現場實施條件以及工程實施難度等方面進行了論述,綜合比較后,確定方案2為推薦方案。
2.3各方案的設計特色
在車站用地條件比較緊張的情況下,出地面的建筑在滿足功能需求的前提下力求量少規整,因此,對換乘車站的出地面建筑位置和數量要求更高。在不改變全線通風模式統一控制的原則下,采用單活塞和高風亭組充分利用平面和空間。
1)方案1的設計特色。臺臺換乘節點是一個暗挖3層結構,結構高度28.5 m,寬度22.1 m,且為兩線設備小端的連接。該節點處利用空間優勢,每層的布置如圖7(b)所示。地下負1層為1號線車站活塞風道和排熱風道; 地下負2層為1號線車站新風道和4號線車站活塞風道及冷水機房;地下負3層為4號線左、右線區間及換乘通道。
2)方案2的設計特色。平行換乘功能好,減少出入口提升高度;廳臺分離形式新穎,創新點高;與一些端廳車站不同,實現了站廳層連通;主體暗挖,組合六風亭,均能減少房屋拆遷量。充分利用其所處位置存在地勢高低差的優勢,從地勢低處開始做側出風口,以減小其高度,避免對周邊建筑造成過大影響。
3)方案3的設計特色。付費區和非付費區均可以實現平行換乘,換乘距離短,換乘功能好,主體跨路口設置減少了出入口的長度,附屬布置靈活。
3基于Anylogic的換乘客流仿真研究
城市軌道交通中部分換乘站的人性化設計考慮不足,尤其是采用通道換乘方式的車站,換乘通道距離過長、換乘流線不合理等問題,削弱了換乘站作為重要節點實現軌道交通線網可達性的能力。產生該問題的原因之一是缺乏對車站換乘方式的適應性研究[9]。
目前Vssim和AnyLogic是所有仿真軟件中最成熟、應用最廣泛的技術。考慮2種仿真軟件的仿真效果、軟件獲取代價、技術水平和建模難易程度等情況,本文選擇采用Anylogic研究換乘的微觀仿真。近年來,隨著國家和社會對公共安全的重視,AnyLogic日漸被應用于大型建筑物、地鐵站、車站和機場等公共場所,主要研究解決人群疏散模擬、行人交通流、安全隱患預測模擬、公共安全預警機制建立及應急保障方案建設等問題[10-12]。
多通道的換乘站客流組織形式僅采用單向循環有可能存在空間浪費的問題,而雙向循環有可能出現客流流線不順暢的情況,因此客流組織形式不能十分明確。由于方案1存在2處換乘通道,因此,以方案1的換乘形式為例,利用Anylogic軟件進行客流仿真。
3.1模擬疏散能力
根據表1中的數據,疏散能力計算如下。
3.1.1廳廳換乘
1)通道。5.5×4 000=22 000 人/h>(5 027+4 286)=9 313 人/h。
2)樓扶梯。8 190×1+(1.65×3 200)=13 470 人/h>5 027 人/h。
3.1.2臺臺換乘
1)通道。3.3×5 000=16 500 人/h>(5 027+4 286)=9 313 人/h。
2)樓梯。3.3×4 200=13 860 人/h>5 027 人/h。
通過計算可知,換乘設施的疏散能力滿足要求。
3.2模擬客流組織
根據客流預測數據,可知換乘客流在1號線車站客流中的比重是4號線車站的1.83倍,1號線車站以換乘為主;因此,從乘客行為特性角度出發系統研究通道換乘站,利用Anylogic軟件重點分析換乘節點的客流組織[13],從單循環換乘和雙循環換乘2個角度進行仿真實驗。本節主要分析的是換乘通道處的客流組織,因此,分析時只考慮換乘客流。其中,行人在平面上的走行舒適速度為1.02~1.86 m/s,在扶梯的平均走行速度為0.65 m/s,而行人在樓梯的走行速度是將在平面上的走行速度做一個速度加乘,加乘因子為0.66[14-15]。將所有參數輸入到構建的模型當中,最終運行仿真,得到實驗結果,其值可以作為換乘循環方式的選用依據。
Fruin教授提出的服務水平(Los, Levelof Service)概念,現在已經普遍運用在人行空間的設計和評估領域。該評價標準分為A—F級,用于區分不同的服務水平,評價標準如圖11所示[16]。A級,自由流水平;B級,行人的移動方向不受限制,逆向人流以及交叉人流僅產生較小的沖突;C級,少量行人的移動受到周圍其他人的影響,逆向人流與交叉人流移動遇到困難;D級,大部分行人的移動方向受到限制,逆向人流與交叉人流移動非常困難;E級,所有行人的移動方向受到限制,逆向人流與交叉人流移動非常困難,需要中途停頓來避免沖突;F級,行人行走困難,行走過程中需要不斷停頓。

圖11 仿真模擬服務評價標準
3.2.1單循環換乘客流組織
1)1號線換乘4號線客流。從1號線站臺層換乘樓梯下行進入4號線站臺層,換乘距離長約65 m,通道寬4 m。
2)4號線換乘1號線客流。從4號線站廳層進入換乘通道,通過樓扶梯上行進入1號線的站廳層,再通過樓扶梯進入到1號線站臺,換乘通道長度約88 m,通道寬8 m。
仿真運行3 min和5 min結果分別如圖12和圖13所示。
由圖12可知,3 min內換乘客流沒有在站臺和站廳的通道處出現大面積的擁堵。
由圖13可知,5 min內換乘客流相較于3 min內的換乘客流密集情況沒有發生突變,客流均衡,流線順暢。
從仿真結果可以看出,單向換乘客流比較順暢,且隨著時間延長,客流密度無較大變化,因而不會出現較大面積的擁擠。
3.2.2雙循環換乘客流組織
2個換乘方向的客流既可以選擇從站臺換乘也可以選擇從站廳換乘,走行方向具有隨意性。一部分乘客會考慮換乘效率,選擇站臺樓梯進行換乘,造成樓梯口部擁堵;另一部分乘客會考慮下車時人流量大,而選擇就近的樓扶梯進行換乘。仿真運行3 min和5 min結果分別如圖14和圖15所示。

(a) 站廳層

(b) 站臺層
Fig. 12Simulation results of single cycling transfer mode after 3 min

(a) 站廳層

(b) 站臺層
Fig. 13Simulation results of single cycling transfer mode after 5 min

(a)站廳層

(b) 站臺層
Fig. 14Simulation results of double cycling transfer mode after 3 min

(a) 站廳層

(b) 站臺層
Fig. 15Simulation results of single cycling transfer mode after 5 min
由圖14可知,3 min內換乘客流僅在站臺換乘通道處出現大面積嚴重擁堵,站廳換乘通道客流順暢。
由圖15可知,站臺換乘通道5 min內換乘客流相較于3 min內的換乘客流密集激增,擁堵范圍擴大,而站廳換乘通道的客流則無明顯變化。
從仿真結果可以看出,雙向換乘客流容易在站臺樓梯口位置出現擁堵現象,且隨著時間的延長,擁擠程度會更加嚴重。
由上述結果可知,采用單向換乘更有利于換乘客流組織以及滿足運營管理的需求。從客流進站就近選擇出入口的角度,站廳層雙向換乘可以提高服務效率。同時,站臺通道在換乘客流量小的時間段也可實現雙向換乘,由工作人員輔助引導客流,既可以充分利用車站功能,又可以提高換乘效率。因此,建議采用以單向循環換乘為主、雙向循環換乘為輔的換乘客流組織形式,既不會出現客流大面積嚴重擁堵影響車站功能的情況,又不會造成空間浪費。
通過仿真觀察可知,站廳換乘通道行人走行時間為2 min,站臺換乘通道行人走行時間為80 s。不論何種換乘形式,均能實現在5 min內完成換乘,說明整個換乘通道的長度是合理的。
4結論與討論
本文對3個換乘方案從換乘功能方面進行了深入分析,且分析了3種不同形式的車站可行性。換乘方案1采用“點+通道”的組合換乘方式,方便客流組織,但出入口超長需3次提升,不利于乘客快速進出車站,方案涉及拆遷較多,局部3層暗挖節點施工風險較大;換乘方案2優化了方案1的出入口提升高度,同時采用平行換乘方式使換乘舒適度有了很大提升,但分離島式站臺不如島式站臺開闊,工法轉換相對較復雜,與部分人防工程沖突;換乘方案3可實現付費區和非付費區的平行換乘,換乘功能上是最優的,但車站頂板距離橋樁較近,施工風險極高,且同樣在標高上與人防工程沖突,方案可實施性較低。因此,考慮在實現較優換乘功能的前提下,設計方案的新穎性以及工程的可行性,最終確定換乘方案2為推薦方案。換乘方案1在付費區存在2個換乘點,如何能更好地組織客流流線是十分重要的,利用Anylogic仿真模擬軟件分析方案1的客流組織形式,建議采用以單向循環換乘為主、雙向循環換乘為輔的換乘客流組織形式。由于站位所處地塊道路狹窄且曲折,因此不可能位于道路正下方,車站及區間會下穿部分民房,雖然車站埋置較深,但施工過程中的爆破震動還是會對周邊居民生活造成影響,如何減小施工過程中對周邊居民生活的干擾以及如何結合仿真軟件優化深埋車站的逃生疏散,是目前需要進一步深入研究的問題。
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Study on Transfer Scheme of Jiangsulu Station of Qingdao Metro
YU Min
(ChinaRailwayTunnelSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd.,Tianjin300123,China)
Abstract:Metro transfer station is the bridge connected to the urban rail transportation networks; and it plays an important role in promoting coordinated regional economic development. As a result, the urban rail transfer station is the key to the design. In this paper, the three transfer schemes of Jiangsulu Station of Qingdao Metro is analyzed and compared in terms of the transfer and service functions, auxiliary structure, project feasibility and design characteristics. And then the transfer scheme No. 2 is chosen in the end. Meanwhile, the passenger flow is simulated by means of Anylogic simulation software, and the transfer route is analyzed quantitatively. Finally, the passenger follow organization mode of “mainly single-direction cycling+double-direction cycling as a supplement” is decided.
Keywords:Qingdao Metro; transfer scheme; transfer relationship; passenger flow organization mode; Anylogic simulation
中圖分類號:U 451
文獻標志碼:A
文章編號:1672-741X(2016)03-0301-08
DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.03.009
作者簡介:喻敏(1988—),女,四川安岳人,2014年畢業于燕山大學,結構工程專業,碩士,助理工程師,現從事隧道及地下工程的設計和研究工作。E-mail: 731492093@qq.com。
收稿日期:2015-09-22; 修回日期: 2015-11-19