基于行人流線網絡的上海軌道交通長江南路站行人設施布置方案優化*

盛應平 何 彬 顧保南

(1. 上海軌道交通十八號線發展有限公司， 200135， 上海； 2. 同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室， 201804， 上海//第一作者，高級工程師)

我國城市軌道交通車站行人設施布置方案評價一般是按照規范要求檢算各設施的最大通過能力是否滿足超高峰客流需求。文獻[1- 4]采用微觀行人流仿真軟件對車站行人設施布置方案進行評價。城市軌道交通車站的擁堵一般發生在安檢儀、進出站閘機組、樓扶梯等設施前方區域，基于規范的通過能力檢算并不能夠實現上述區域的擁堵分析；應用微觀仿真軟件雖能夠實現這些區域的擁堵分析和輸出延誤時間、區域行人流密度等參數，但由于規劃設計階段車站行人設施布置方案存在大量變化，微觀行人流仿真軟件在處理方案變化時，需要將新方案導入再次完成全部仿真流程,其過程復雜耗時，同時仿真時出入口與站臺間多條路徑客流量的設定影響仿真分析的準確性。

文獻[5-10]提出了“網絡法”。該方法首先將車站行人走行區域抽象為拓撲網絡，然后通過客流分配得到行人站內走行時間、設施流量及飽和度等指標來對方案進行評價。目前,最具可操作性的“網絡法”是文獻[9-10]中提出的行人流線網絡法。本文將改進此方法，并將其應用于上海軌道交通18號線(以下簡稱18號線)長江南路站行人設施布置優化方案。

1 行人流線網絡與方案測試方法

1.1 行人流線網絡概述

行人流線網絡是將安檢儀、檢票閘機組、自動扶梯、樓梯、人行通道等行人設施抽象成邊，再將各邊端點按照考慮障礙物繞避的最短路徑連接成拓撲網絡，并引入實結點表示擁堵區域，利用實結點模型計算對應擁堵區域的擁擠度和延誤時間等參數[10]。通過網絡客流分配可以對不同客流情況進行測試，同時，在車站行人設施布置方案發生變化時，可通過更改邊屬性或增加、刪除、移動相應流線實現行人流線網絡更新。

1.2 方案測試方法

利用連續平均法對行人流線網絡進行客流分配，其中，邊阻抗仍沿用文獻[10]的BPR函數(美國聯邦公路局函數)。采用該方法計算閘機組前區域、扶梯前區域的擁堵面積以及乘客平均延誤時間與行人設施擁擠度，以實現城市軌道交通車站行人設施布置方案的客流適應性分析測試。

針對扶梯前、閘機組前等區域的擁堵分析，文獻[10]提出了實結點模型。該模型將擁堵范圍固定為基本區域和極限區域，但未對擁堵范圍隨滯留人數的變化進行描述，同時，目前暫無可靠的離開流率函數可供采用。文獻[11]采用的控制體積模型認為設施前擁堵面積等于滯留人數與單位空間容納的最大人數之比，但其假定滯留范圍內的密度始終不變，有悖于實際情況。

綜上，對既有實結點模型做出如下改進，如圖1所示。

(1) 結合控制體積模型的密度假設，當滯留人數超過基本區域的容納人數后，以極限密度為區域密度，計算當前滯留面積。該改進使模型能夠給出滯留面積隨客流持續時間的變化，有利于判斷擁堵等級。

(2) 以GB 50157—2013《地鐵設計規范》規定的設施最大通過能力作為離開流率,該改進能夠在現階段無可靠的離開流率函數的情況下提高模型實用性。

2 原方案及其客流適應性分析

2.1 原方案概況

長江南路站是18號線與既有3號線的兩線換乘站。18號線長江南路站位于3號線長江南路站西南側，B1層為站廳層，B2層為站臺層。兩站通過換乘通道實現客流雙向換乘，如圖2所示。18號線車站站廳付費區內均勻布置3組樓、扶梯，兩端為2扶1樓，中部為T型樓梯。采用兩邊進、中間出的客流組織，分別設置2組進站閘機和2組出站閘機[12]。換乘通道寬度8 m，設于18號線車站的北側，乘客通過自動扶梯到達3號線站廳付費區內，通道內上、下行自動扶梯各2部，沒有人行樓梯。

注：i——循環迭代次數；T——分析時長；N——最大迭代次數

圖2 長江南路站原方案示意圖

根據文獻[9-10]所述的行人流線網絡構建方法,得到原方案行人流線網絡,如圖3所示。

2.2 測試客流量

測試客流量基準是文獻[13]給出的工程可行性研究(以下簡為“工可”)客流量乘以超高峰系數1.4后得到的超高峰客流量，工可客流量與超高峰客流量如表1所示。

圖3 長江南路站原方案行人流線網絡

考慮客流彈性與各象限(東北、西北、西南、東南)進出站客流的不均勻性，結合長江南路站周邊土地利用情況，設置如表2所示的6種工況。

為保證設計方案能夠應對突發大客流情況，保證一定的客流彈性，在超高峰客流量的基礎上，再次對客流量進行擴大，取客流彈性系數分別為1.0、1.5和2.0的情況進行分析。

各出入口進出站客流比例分別考慮均勻與非均勻兩種情況。其中，工況1、工況3、工況5的進出站各象限采用均勻比例，即1∶1∶1∶1；工況2、工況4和工況6的進站不均勻比例取各象限(東北、西北、西南、東南)對應的居住用地面積比例，即0.2∶0.53∶0.11∶0.16，出站不均勻比例取各象限對應的工作用地面積比例，即0.1∶0.32∶0.49∶0.09。

表2 工況情況表

2.3 理論測試結果分析

工況5和工況6下，18號線車站內各行人設施最大飽和度分別為0.63和0.62，從能力角度而言，其能很好地滿足2倍超高峰客流量的客流需求。但是在上述兩種工況下，站廳西側出站閘機組前方的最大擁堵面積分別達到8.77 m2和11.43 m2，站廳東側出站閘機組前方的最大擁堵面積則分別為8.79 m2和7.93 m2，詳細結果見表3。兩種工況下平均排隊長度可達2.54 m，存在一定的優化空間。

表3 原方案部分設施前方不同工況時的最大擁堵面積

工況5和工況6下，換乘通道飽和度保持在0.41，從能力角度而言，其能很好地滿足2倍超高峰客流量的客流需求。但是，在工況3和工況4下，3號線換乘18號線的兩個下行扶梯前方的最大擁堵面積均為7.41 m2，排隊長度為4.94 m；在工況5和工況6下,最大擁堵面積均達到了23.66 m2，排隊長度可達15.77 m。由于換乘通道內缺少人行樓梯，當任一下行自動扶梯不能使用時，在工況1下最大擁堵面積將達到24 m2，在工況5下會占據3號線地面換乘廳88.6 m2的空間；當任一上行自動扶梯無法使用時，在工況3和工況5下，最大擁堵面積將分別達到18.82 m2和39 m2，會對換乘客流疏散產生不利影響。

3 優化方案及其客流適應性分析

3.1 優化方案概況

針對原方案存在的問題，在保證已開通運營的地鐵3號線長江南路站不中斷運營的前提下，提出以下3個優化方案。

(1) 優化方案一：將18號線車站站廳西側的3個出入口合并為1個，將進出站閘機由三桿式改為門扉式。將換乘通道擴大為換乘廳，在自動扶梯間增加1部下行專用的樓梯，如圖4所示。

圖4 優化方案一的行人設施布置示意圖

(2) 優化方案二：基于優化方案一，在18號線車站站臺東端增加1個換乘通道與3號線站廳層東側連接，如圖5所示。

圖5 優化方案二的行人設施布置示意圖

(3) 優化方案三：基于優化方案一，在18號線車站站臺東端增加1個換乘通道與3號線站廳層東側連接，如圖6所示。

圖6 優化方案三的行人設施布置示意圖

上述3個優化方案相對于原方案的主要變化是3個措施的組合，即18號線車站西側出入口合并(措施一)；西側換乘通道拓寬為換乘廳(措施二)；3號線車站東側增加換乘通道連接至18號線站臺東端(措施三)，具體的措施組合情況見表4。

表4 長江南路站優化方案措施組合

3.2 客流適應性分析

3.2.1 行人流線網絡更新

(1) 措施一。18號線車站西側原有3個出入口，其中2個出入口距安檢儀較遠，乘客需要通過198 m的通道到達站廳，這使得乘客在站內走行距離較長，同時通道寬度僅為3.7 m，不利于乘客疏散。現將3個出入口合并為1個，以減少乘客站內走行時間。刪除圖7 a)中右側的4條流線，添加1條連接出入口和安檢儀的進站流線、1條連接站廳南側非付費區通道與出入口的出站流線，如圖7 b)所示。

a) 方案調整前

b) 方案調整后

(2) 措施二。原方案的3號線與18號線的換乘形式為通道換乘，采用1條寬度8 m的換乘通道將3號線站廳西側與18號線站廳北側相連。該換乘通道更改為換乘廳時，在換乘廳中添加了2根結構柱，使換乘廳客流分為3股，如圖8所示。

b) 方案調整后

(3) 措施三。在原有流線的基礎上，增加的1支流線代表水平通道、增加的3支流線代表樓扶梯的流線及數條連接通道和梯組的流線，如圖9所示。該措施并不會對既有站廳設施布局產生影響，故既有站廳流線不需要工作調整。

3.2.2 測試結果分析

對上述3個優化方案中行人設施飽和度及設施前擁堵面積有較大影響的4個主要變化及其引起的設施客流變化進行說明。表5～7中的數據均利用由原方案改進的實結點模型在客流分配過程中得出。

圖9 18號線站臺東側換乘通道行人流線示意圖

(1) 變化1：優化方案一將18號線站廳閘機由3桿式改為門扉式，各組閘機數量統一為5個。出站閘機組最大滯留面積優化前后對比如表5所示。由表5可知，在工況4～6下，優化后的站廳東西兩側出站閘機組前的擁堵面積較優化前均有顯著減小，減小幅度最大可達23%、最小為5.6%。

表5 出站閘機組最大滯留面積優化前后對比 m2

(2) 變化2：優化方案一將原方案上下行換乘扶梯中央新增1部人行樓梯。由表6可知，在工況5～6下，優化后的3號線地面換乘廳內的2個下行自動扶梯最大擁堵面積較優化前有明顯下降。在工況3和工況4下，兩自動扶梯的總擁堵面積于優化前后持平。

表6 換乘下行自動扶梯前擁堵面積優化前后對比 m2

(3) 變化3：優化方案二和優化方案三在3號線車站東側新增的換乘通道與換乘梯組專供18號線與3號線上行方向的換乘客流使用，西側換乘通道專供3號線下行方向與18號線的換乘客流使用，并將3號線車站西側換乘梯組在優化方案一的基礎上去掉1部上行自動扶梯和1部下行自動扶梯。

在工況5下，東側換乘通道飽和度在0.2以下，上行自動扶梯飽和度為0.46，2部下行自動扶梯飽和度均為0.32，樓梯最大飽和度為0.39，且自動扶梯前方的最大擁堵面積僅為2.36 m2；西側換乘通道上行自動扶梯和下行自動扶梯的飽和度分別為0.51和0.62，樓梯最大飽和度為0.53，且下行自動扶梯前方最大擁堵面積僅為10.25 m2，該值略低于表6中西側自動扶梯的最大擁堵面積。因此，該變化能夠滿足雙向換乘客流的彈性需求，并能有效解決原方案和優化方案一的換乘客流與3號線進出站客流沖突的問題。

(4)變化4：將西側換乘通道擴展為換乘廳。由表7可知，將西側換乘通道擴展為換乘廳后，優化方案一中的換乘通道飽和度較原方案顯著下降。

表7 西側換乘通道飽和度優化前后對比

4 結語

根據優化方案理論測試結果，將優先推薦優化方案三作為長江南路站行人設施布置方案，將優化方案二作為第二推薦方案；若車站站臺東側換乘通道無法實施，則將優化方案一作為推薦方案。

對于行人流線網絡法應用于長江南路站的具體過程而言，行人流線網絡法在一定程度上能夠有效評價方案優劣，其在應對車站行人設施布置方案調整時，較行人流線微觀仿真方法簡便。