城市軌道交通系統負荷評價標準研究

楊長露 徐行方

(同濟大學交通運輸工程學院,201804,上海∥第一作者,碩士研究生)

城市軌道交通系統負荷評價標準研究

楊長露 徐行方

(同濟大學交通運輸工程學院,201804,上海∥第一作者,碩士研究生)

我國城市軌道交通快速發展,對已投入運營的線路定期進行安全評價尤為重要。確定了系統負荷重要評價項指標(線路負荷和站臺負荷)的計算參數取值。通過乘客上車后選座行為及狀態的分析,以車輛內部的服務水平標準(即立席密度評價標準)為參考依據,分析得出線路負荷的評價標準。分析了站臺乘客集結過程及分布規律,以站臺乘客排隊服務水平標準和地鐵站臺設計標準為依據,研究得出站臺負荷的評價標準。最后，以上海軌道交通10號線某日早高峰小時客流為樣本,計算出其系統負荷值,并進行了評價。

城市軌道交通; 線路負荷; 站臺負荷; 評價標準

Author′s address College of Transportation Engineering,Tongji University,201804,Shanghai, China

近年來,我國城市軌道交通呈現了快速發展態勢,隨著各條軌道交通線路相繼投入使用,其運營安全問題也日益突出,因此,對運營線路進行安全評價十分重要。而評價體系中系統負荷評價標準是十分關鍵的指標。

系統負荷包括線路負荷和車站設施負荷。文獻[1]對線路負荷評價標準的論述較為簡單模糊,對車站設施負荷評價缺少相應的評價標準。相關研究(如文獻[2-7]等)多側重于負荷的計算方法,而對于負荷值評價標準的研究較少。本文針對線路負荷及站臺負荷評價標準進行研究,為運營安全評價、日常運營管理提供合理的系統負荷評價標準。

文獻[2]提出了運營系統負荷的計算公式,以及線路和站臺負荷的計算方法。運營系統負荷為高峰小時實際客流量與系統設計的最大能力之比,線路負荷和站臺負荷的算式分別為:

(1)

式中:

P實際斷——高峰小時實際斷面客流量,人次/h;

n1——高峰小時斷面列車通過能力，列/h;

m——列車編組輛數;

a車——列車車輛定員。

(2)

式中：

ρ站臺——高峰小時站臺負荷,側式站臺時上下行站臺分別計算;

n2——高峰小時列車通過對數,側式站臺時為單向“列/h”,島式站臺時數值相同但單位含義為“對/h”，當上下行列對數不同時可取平均值進行計算；

P集散——高峰小時實際集散客流量,包括換乘客流(換入+換出)與本站客流(進站+出站)的總和；。

P設計——站臺設計集散能力,P設計=S有效·p,其中,S有效為站臺用于乘客候車的有效面積(不計樓梯、電梯、售貨亭、書報亭、站臺邊緣非安全區域等占用面積,也可用站臺總面積乘以有效系數求得)，p為設計平均單位面積人數。

1 系統負荷評價標準

線路負荷決定著列車服務水平,也反映了車輛滿載程度。線路負荷越大,車內越擁擠,運能越緊張;反之,車內乘客少,人均面積大,舒適度就高。車站負荷亦是如此。因此,可利用服務水平的評價標準制定系統負荷的評價標準。

1.1 線路負荷

1.1.1 席別人數變化規律

按照國際通用標準,城市軌道交通車輛類型主要有A型車、B型車、C型車3種。其車體寬度分別為3 m、2.8 m及2.6m。車寬不同則定員不同。上海已運營的14條軌道交通線路中，有11條線路采用A型車。本文選取A型車作為分析對象。

根據文獻[2]中車輛技術規格標準,A型車座席數為56人,定員數為310人,超員數為432人。定員數和超員數的計算方法為座席數與有效空余地板站立人數之和。人數計算要點如下:

(1) 有效空余地板面積站立人數,定員按6人/m2計,超員按9人/m2計。

(2) 有效空余地板面積,指客室地板總面積減去座椅垂向投影面積和投影面積前250 mm內高度不低于1 800 mm的面積。

(3) 每節車輛的有效空余地板面積約為42 m2。

乘客一般優先選擇座席,無座席時選擇站立。當車內人數增加到一定數量后,如座位不可調節，則座席乘客數不變,而立席乘客數隨乘客數增加而不斷增加。乘客增加過程的乘客數變化如圖1所示。因此,車廂內擁擠程度只取決于立席乘客數和立席乘客密度。

圖1 至超員數為432人時座席及立席乘客數變化

1.1.2 線路負荷評價標準

文獻[3]參照國內經驗以及日本、俄羅斯地鐵車輛擁擠度標準,提出了車廂內立席密度評價標準和推薦標準(如表1所示)。

文獻[3]指出,確定車內有效面積時,不僅減去了座椅面積還去除了座椅前寬為250 mm的面積。

表1 車廂內立席密度評價標準

當車內較擁擠時,座椅前的這部分面積會被立席乘客占用,使得實際的立席有效面積增加,從而導致計算得出的立席密度與實際密度有所偏差。

根據上述情況及表1可知,當立席密度大于定員標準6人/m2時已屬相當擁擠狀態,大于超員標準9人/m2時處于極其擁擠狀態。本文將服務水平與列車負荷評價的關系總結如表2所示。

表2 車內服務水平與列車負荷評價的關系

需要指出的是,滿載率與負荷是從不同角度反映列車利用程度。前者是從充分利用設備的角度,是越大越好的正指標,單位為%;后者是從減輕設備壓力的角度,是越小越好的負指標。本文將實際人數等于定員數時的負荷定義為1.0。據此可推算各服務水平對應的列車負荷(見表3)。

表3 立席密度與列車負荷的關系

由于系統負荷通常是由高峰小時內的均值表達,因而小于高峰小時的瞬時高峰值。此外,高峰小時客流數據往往采集的是整點間(如8:00—9:00)客流數據,而對于不同區間(車站),其實際高峰時段并非在整點范圍內(如7:45—8:45)。由于這些因素,線路斷面高峰負荷往往小于相應列車瞬時負荷值。

文獻[8]規定地鐵超高峰小時系數應為1.1～1.4,文獻[4]也驗證了其取值范圍的合理性。本文超高峰小時系數取中間值1.25進行計算,得到不同線路負荷值范圍對應的運能利用緊張程度(如表4所示)。

表4 不同線路負荷值范圍對應的運能利用緊張程度

1.2 站臺負荷

與車站負荷相關的設施設備有出入口、閘機、樓梯(含自動扶梯)、通道及站臺等。由于來自不同方向的客流都將匯集于站臺,且站臺擴能的可能性很小；因此,本文將車站站臺作為分析對象。

1.2.1 站臺客流集散規律

站臺客流由候車上車乘客與到站下車乘客構成。候車客流分布根據其候車行為隨時間推移劃分為自由等候階段、聚集等候階段及準備上車階段[5]。

(1) 自由等候(T1)階段。一般為上一列車離開至本次列車到達前1 min左右的時間段。乘客等候站位相對稀松,乘客間距離較遠,無高密度聚集區。

(2) 聚集等候(T2)階段。一般在距列車到達前1 min左右開始至列車開門前15 s止。每個候車區形成兩列隊列,出現明顯的聚集現象,乘客相互間距離減少,占用空間降低。

(3) 準備上車(T3)階段。為從列車進入站臺至列車停穩后打開車門和屏蔽門時的階段。受到盡快上車占據位置心理的驅使,乘客開始進一步向列車車門靠攏,形成高密度的聚集。乘客間彼此距離達到最小。

假設：進入站臺客流服從均勻分布;列車進站后,乘客遵守先下后上的原則;站臺候車乘客全部上車不存在乘客滯留現象。則站臺乘客數變化規律如圖2所示。

圖2 周期內站臺乘客數量變化過程

列車到達前,站臺人數不斷增加。列車到達后,下車乘客先下車,站臺人數達到最大值。隨后,上車乘客迅速上車,而下車的乘客離開站臺需要一定的時間。

1.2.2 站臺負荷評價標準

我國公共交通候車區域的服務水平標準通常參照文獻[6]中關于排隊及等候區的服務水平,尚無針對城市軌道交通站臺的服務水平標準。文獻[7]根據《地鐵設計規范》、《城市軌道交通設計規范》等國內設計規范中關于站臺的設計標準,結合上海地鐵調查數據,在文獻[6]的基礎上,確定了城市軌道交通車站站臺空間服務水平指標(見表5)。本文將其作為服務水平指標的參照依據。

站臺允許的人均占有面積應該以不發生危險及集體性恐慌為原則。現國家標準使用的人均占有面積設計指標為0.5 m2/人。文獻[1]規定站臺高峰小時集散量應小于站臺設計的最大能力。綜上所述,本文將站臺負荷評價與其服務水平的關系總結如表6所示。

由于站臺負荷是指高峰小時站臺的平均負荷,而不是瞬時負荷;故其評價與線路負荷相似,取超高峰小時系數1.25。按照站臺人均占有面積標準為0.5 m2/人推算,式(2)中站臺設計集散人數中平均單位面積候車人數p的取值為2人/m2。以此計算出站臺運能負荷評價標準如表7所示。

表5 站臺服務水平標準

表6 站臺負荷評價與服務水平的關系

表7 站臺負荷評價標準

從運營實踐看,城市軌道交通客流承載力的警戒線一般定在設計客流能力的60%～70%。當車站實際客流達到設計能力的60%～70%時，即應采取限流措施。可見,將站臺負荷值大于0.67定為嚴重緊張級別是符合實際的。

2 案例分析

由于早高峰負荷普遍大于晚高峰,故本文選取上海軌道交通10號線龍溪路站—新江灣城站區段2015年7月21日早高峰客流數據為樣本。線路斷面負荷及站臺運能負荷計算結果分別見表8及表9。

表8 上海軌道交通10號線各區間斷面滿載率及其評價

由表9可知,上海軌道交通10號線的老西門站及海倫路站運能較緊張,南京東路站運能緊張,其余各站運能均不緊張。

3 結語

由于城市軌道交通車站站臺區域由墻體封閉圍成,而墻體附近的站臺空間一般利用率較低,因此，在計算有效面積時并沒有考慮這方面的因素。此外站臺乘客分布極不均勻,越靠近車門其乘客密度越大,遠離車門的區域密度會很低,而站臺負荷的計算結果為站臺空間的平均值,故實際可能出現局部區域密度遠大于平均值的情況,進而需要車站工作人員進行控制。

表9 上海軌道交通10號線各站臺負荷

[1] 中華人民共和國建設部.地鐵運營安全評價標準:GB/T 50438—2007[S].北京:中國建筑工業出版社,2008:16.

[2] 徐行方,李旭輝,蒲琪,等.上海軌道交通1號線運營負荷分析與評價[J].城市軌道交通研究,2014(10):42-46.

[3] 沈景炎.關于車輛定員與擁擠度的探析[J].都市快軌交通,2007(5):14-18.

[4] 何潔.城市軌道交通自動檢票機配置數量的研究[J].鐵道通信信號,2008(10):14-17.

[5] 馮真勇.城市軌道交通車站乘客在站行為研究[D].上海:同濟大學交通運輸工程學院,2009.

[6] 美國交通運輸研究委員會.公共交通通行能力和服務質量手冊(原著第二版)[M].楊曉光,滕靖,譯.北京:中國建筑工業出版社,2010:398.

[7] 畢艷祥,蔣順章.城市軌道交通車站站臺空間服務水平指標體系探討[J].城市軌道交通研究,2013(10):7-10.

[8] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.地鐵設計規范:GB 50157—2013[S].北京:中國建筑工業出版社,2013:17,60.

[9] 許陽.城市軌道交通車站站臺候車乘客分布規律研究[D].北京:北京交通大學,2015.

Evaluation Standards of System Load for Urban Rail Transit

YANG Changlu, XU Xingfang

In recent years, urban rail transit in China has experienced a rapid development,it is essential to undertake safety evaluation of the operating lines regularly. The calculation parameter value of important system load evaluation indexes: line load and platform load are determined. By analyzing the seat selection behavior of passengers on board and the standing density index, the line load is obtained. By analyzing the aggregation process and distribution law of passengers on the platform, and based on the queuing service level and metro platform design standards, the platform load is calculated. Finally, taking a regular early peak passenger flow of Shanghai metro Line 10 as an example, the system load of rail transit is calculated and evaluated.

urban rail transit; line load; platform load; evaluation standard

U 29-39

10.16037/j.1007-869x.2017.03.023

2015-11-02)