城市軌道交通站臺寬度計算方法研究

郭福強 葉霞飛

(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，碩士研究生)

城市軌道交通站臺寬度是車站設(shè)計的重要參數(shù)，合理的站臺寬度既能滿足站臺乘客的乘降和集散功能，又能控制車站規(guī)模，降低工程造價。

我國現(xiàn)行GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》[1]的城市軌道交通站臺寬度計算公式存在一些問題，如：站臺上人流密度為面積密度，取值0.33～0.75 m2/人，跨度很大；柱寬與樓扶梯寬度及側(cè)站臺寬度直接相加不盡合理；未留出縱向流動帶寬度及下車乘客的下車通道。日本城市軌道交通站臺寬度計算公式為經(jīng)驗公式[2]，但經(jīng)驗公式有一定的適用條件。文獻[3-8]地鐵站臺寬度計算公式的密度值采用的都是傳統(tǒng)的站臺上乘客所占用的面積密度，而面積密度有一定局限性。

基于對大量軌道交通車站實地調(diào)查，如：上海軌道交通陸家嘴站、人民廣場站、莘莊站等，在高峰時段，站臺上大部分車門前的排隊隊列都為兩列，分布于車門兩側(cè)，少部分車門由于滯留嚴重，隊列前端未能成功上車的乘客排隊較為混亂，為團狀。因為設(shè)計階段不考慮滯留因素的影響，所以這種情況造成的非正常排隊現(xiàn)象暫不考慮。兩個相鄰車門排隊隊列之間的區(qū)域幾乎很少有乘客，為候車過程的無效區(qū)域。因此，采用候車乘客單排隊列密度，且對站臺區(qū)域進行合理劃分，提出新的城市軌道交通站臺寬度計算方法。

1 城市軌道交通站臺候車乘客單排隊列密度

1.1 候車乘客單排隊列密度定義

候車乘客單排隊列密度(人/m)，不考慮隊列橫向?qū)挾龋瑑H考慮單排隊列縱向排隊密度。乘客在站臺候車的過程中，側(cè)站臺的乘客數(shù)量由少變多，隊列由短變長，候車乘客單排隊列密度也從小變大，當其達到候車乘客所能接受的排隊候車密度時，趨于飽和，即候車乘客單排隊列密度達到最大值。

1.2 實地調(diào)查獲取候車乘客單排隊列密度值

在高峰時段實地調(diào)查了上海軌道交通11號線的曹楊路站、江蘇路站、隆德路站、交通大學站、徐家匯站以及2號線的陸家嘴站、人民廣場站，當列車即將進站時，候車乘客隊列經(jīng)過將近一個行車間隔的積累，單排隊列密度已達到最大值。每個候車排隊隊列的密度值為一個樣本數(shù)據(jù)(不是列車進站后的隊列，因為列車進站后，隊列乘客會向前移動，該排隊密度不是需要的密度)。對于隊列長度小于2 m的樣本直接剔除，最后一共獲取381組有效樣本數(shù)據(jù)。對密度值進行分組統(tǒng)計，結(jié)果如圖1所示。

圖1 候車乘客單排隊列密度值分組比例圖

從圖1中可以看出，候車乘客單排隊列密度1.65～2.10人/m的樣本占有效樣本總數(shù)的比例達到了91.1%，因此，將候車乘客單排隊列密度取值為1.65～2.10人/m。該方法計算的側(cè)站臺寬度最大值與最小值的比值僅為1.27倍，而《地鐵設(shè)計規(guī)范》用站臺人流密度計算的側(cè)站臺寬度最大值與最小值的比值為2.27倍，所以該方法有望提高站臺寬度計算結(jié)果的精度。

2 基于候車乘客單排隊列密度的城市軌道交通站臺寬度計算方法

在設(shè)計階段，按照同時考慮上、下車客流，使其同時滿足正常運營和緊急疏散的要求來設(shè)計樓扶梯組寬度；并在站臺的各個區(qū)域給候車乘客預(yù)留足夠的候車排隊位置，且給上、下車乘客預(yù)留足夠的流動通道，滿足站臺乘客的正常乘降及集散功能。設(shè)計階段按照單個車門的排隊隊列均為兩列來進行設(shè)計。

2.1 影響站臺寬度計算的因素

2.1.1 站臺區(qū)域劃分

在站臺長度范圍內(nèi)，根據(jù)站臺與樓扶梯及設(shè)備管理用房的位置關(guān)系，將站臺層分成正面區(qū)域、側(cè)面區(qū)域、背面區(qū)域三個區(qū)域。正面區(qū)域為樓扶梯正面區(qū)域，側(cè)面區(qū)域包括樓扶梯側(cè)面區(qū)域和設(shè)備管理用房側(cè)面區(qū)域，背面區(qū)域包括樓扶梯背面區(qū)域和設(shè)備管理用房背面區(qū)域。

當站臺上的兩個相鄰樓扶梯組的布置形式為“ / / ”時，此時簡化處理，將這兩個樓扶梯組的中間區(qū)域按就近劃分的原則等分為正面區(qū)域和背面區(qū)域兩個區(qū)域，如圖2所示。當圖2左側(cè)的樓扶梯為設(shè)備管理用房時，區(qū)域劃分方法與此相同。

當兩個相鄰樓扶梯組的布置形式為“ / ”時，二者中間區(qū)域為正面區(qū)域；而布置形式為“ / ”時，二者中間區(qū)域為背面區(qū)域；當一個樓扶梯組背對設(shè)備管理用房時，二者中間區(qū)域為背面區(qū)域。

注：——站臺邊緣；……站臺黃色安全線或者站臺門立柱內(nèi)側(cè)；

2.1.2 站臺立柱

站臺上立柱包括雙排和單排設(shè)置，位置包括：樓扶梯組兩側(cè)，以及樓扶梯組的樓梯或扶梯之間。

當站臺上的立柱設(shè)置在樓扶梯組兩側(cè)時(如圖3 a)所示)，如果立柱剛好位于候車乘客排隊隊列的位置，立柱寬一般只有幾十厘米，在該單排隊列里的乘客可以靈活選擇排隊位置，或者調(diào)整排隊隊形進行曲線排隊來避開立柱。所以可以忽略站臺立柱的影響。

當站臺上的立柱設(shè)置在樓扶梯組的樓梯或扶梯之間時(如圖3 b)所示)，此時立柱對站臺候車乘客排隊無影響，將該立柱寬度加上樓扶梯組本身的寬度，組成廣義的樓扶梯組寬度。

將側(cè)站臺寬度定義為站臺邊緣到對應(yīng)樓扶梯邊緣的寬度。

a) 立柱位于樓扶梯兩側(cè)

2.1.3 站臺設(shè)備管理用房

站臺上的設(shè)備管理用房種類很多，布置在不同位置。以下兩種設(shè)置較為合理：大型的設(shè)備管理用房應(yīng)集中布置在站臺兩端；小型或輔助型設(shè)備管理用房，宜設(shè)置在樓扶梯組下方的三角房內(nèi)。

公式推導(dǎo)中的設(shè)備管理用房區(qū)域，主要指設(shè)置在站臺兩端的設(shè)備管理用房伸入站臺計算長度內(nèi)的部分。站臺兩端的設(shè)備管理用房寬度，通常都大于或等于樓扶梯組寬度，且小于或等于樓扶梯組寬度加立柱寬度。近似將設(shè)置在站臺兩端的設(shè)備管理用房寬度等于樓扶梯組寬度，該簡化處理對最終的計算值影響較小，因此將設(shè)備管理用房側(cè)面區(qū)域和樓扶梯側(cè)面區(qū)域統(tǒng)一為側(cè)面區(qū)域簡化處理。

少數(shù)設(shè)備管理用房設(shè)置位置既不在站臺兩端，也不在樓扶梯組下方的三角房內(nèi)，在設(shè)計中盡量少用。如果實在必須設(shè)置的話，對于寬度較小的設(shè)備管理用房，在公式推導(dǎo)中可以忽略其影響；對于寬度較大，與樓扶梯組寬度接近的設(shè)備管理用房，近似將其寬度等于樓扶梯組寬度來簡化計算。

2.1.4 樓扶梯寬度

樓扶梯寬度按照《地鐵設(shè)計規(guī)范》對樓梯和自動扶梯寬度的計算方法加以確定。

2.2 基于候車乘客單排隊列密度的站臺寬度計算公式推導(dǎo)

計算公式中變量假設(shè)：

m——正面區(qū)域的單側(cè)車門數(shù)；

n——背面區(qū)域的單側(cè)車門數(shù)；

k——側(cè)面區(qū)域的單側(cè)車門數(shù)；

m+n+k——單側(cè)車門總數(shù)；

t——每組樓梯與自動扶梯寬度之和；

ρ——候車乘客單排隊列密度最大值；

Qss——遠期或客流控制期每列車超高峰小時上行上車設(shè)計客流量；

Qxs——遠期或客流控制期每列車超高峰小時下行上車設(shè)計客流量。

分以下三種情況進行公式推導(dǎo)。

2.2.1 島式站臺(一)

島式站臺(一)，上下行半個站臺的候車乘客隊列都只占用己方半個站臺，如圖4所示。

注：-- - -- - 為該區(qū)域候車隊列的隊尾位置；b為側(cè)站臺寬度

在設(shè)計階段，三個區(qū)域所提供給候車乘客排隊隊列的寬度不同，綜合站臺邊緣的安全距離以及站臺上預(yù)留的乘客縱向流動寬度來確定。

將站臺邊緣安全距離寬度設(shè)為0.4 m；在背面區(qū)域，上下行排隊隊列之間預(yù)留的縱向流動寬度設(shè)為1.1 m，可以正常滿足兩人并排或相對行走通行；在側(cè)面區(qū)域，預(yù)留的縱向流動寬度也設(shè)為1.1 m；在正面區(qū)域，為了使樓扶梯口區(qū)域能夠正常完成乘客集散功能，在設(shè)計階段，該區(qū)域的樓扶梯寬度范圍內(nèi)不能被候車乘客隊列占用，即上下行排隊隊列之間預(yù)留的流動寬度設(shè)為樓扶梯組寬度。

對于上行方向，計算上行側(cè)站臺寬度bs：

[2m(bs-0.4)+2k(bs-1.5)+2n(bs+0.5t-

0.95)]×ρ=Qss

則：

對于下行方向，同理可計算下行側(cè)站臺寬度bx。

按最大側(cè)站臺寬度進行對稱設(shè)計，島式站臺(一)的寬度為：

Bd=2max(bs,bx)+t

該站臺寬度設(shè)計思路的可實施性，通過軟隔離帶設(shè)置的可操作性來證明。

在車站運營期間，可以根據(jù)站臺高峰時段實際運營客流情況，如果候車乘客過多地集中在樓扶梯正面區(qū)域使局部區(qū)域過于擁擠，擬在站臺層設(shè)置軟隔離帶，使站臺候車客流能按照該設(shè)計站位候車，便于乘客有序排隊，使站臺客流人為地合理分配到站臺各個區(qū)域。

圖5～6為軟隔離帶布置圖，按照A型車的尺寸作圖。

圖5表示的是側(cè)面區(qū)域和正面區(qū)域車門口的軟隔離帶布置圖(尺寸暫定)。背面區(qū)域的候車乘客排隊隊列可以占用站臺寬度的中間位置，若高峰時段該區(qū)域的排隊隊列沒有阻擋到乘客的正常流動，在該區(qū)域不用設(shè)置軟隔離帶，反之則設(shè)置軟隔離帶，如圖6中的“------”；圖6為各區(qū)域設(shè)置軟隔離帶之后的整體示意圖。

2.2.2 島式站臺(二)

島式站臺(二)為不同方向候車乘客隊列可占用對面半個站臺區(qū)域，上下行的側(cè)站臺寬度相同。如圖7 a)所示，在背面區(qū)域，以上半部分站臺為例，己方半個站臺與對面半個站臺的分界線如圖7 a)中的“··——··”所示。該線為沿站臺寬度方向的中心線。在背面區(qū)域，當不同方向候車乘客隊列可占用對面半個站臺面積時，以對面半個站臺樓扶梯組的邊線“—…—”為界限，定義該線為“侵入臨界線”，表示所能占用對面半個站臺區(qū)域的最遠距離，如圖7b)所示。

a) 側(cè)面區(qū)域

尺寸單位：cm

注:○候車乘客;……側(cè)站臺內(nèi)側(cè)邊緣;——軟隔離帶

圖5 車門前的軟隔離帶示意圖

圖6 各區(qū)域設(shè)置軟隔離帶之后的整體示意圖

a) 示意圖1

按上下行上車客流差，再細分為兩種情況：

1) 當|Qss-Qxs|≤2nρ(t+1.1)時，如圖8所示，此時上車客流量大的一側(cè)，所需要占用對面半個站臺的區(qū)域的邊界線還未超過侵入臨界線。例如，市區(qū)辦公型地鐵站的晚高峰，雙向的上車客流量差距不是很大。此時：

[4m(b-0.4)+4k(b-1.5)+2n(2b+t-1.9)]×ρ=Qss+Qxs

則：

圖8 邊界線還未超過侵入臨界線

2) 當|Qss-Qxs|>2nρ(t+1.1)時，如圖9所示，此時上車客流量大的一側(cè)，如果按照前面1)的解法，所需要占用對面半個站臺的區(qū)域的邊界線超過了侵入臨界線，所以此時上車客流量大的一側(cè)的客流為決定側(cè)站臺寬度的客流，設(shè)計階段將該側(cè)的候車乘客排隊隊列的隊尾位置控制在侵入臨界線處。例如，部分郊區(qū)居住型地鐵站的早高峰，市區(qū)方向和郊區(qū)方向各自的上車客流量相差很大。此時:

Qsmax=max(Qss,Qxs)

[2m(b-0.4)+2k(b-1.5)+2n(b+t-0.4)]×ρ=Qsmax

則:

圖9 站臺邊界線控制在侵入臨界線

2.2.3 側(cè)式站臺

側(cè)式站臺的候車乘客隊列情況如圖10所示。

圖10 側(cè)式站臺的候車乘客隊尾位置示意圖

對于上行方向：

[2m(bs-0.4)+2k(bs-1.5)+2n(bs+t

-1.5)]×ρ=Qss

則:

對于下行方向，同理可得bx。

按最大側(cè)站臺寬度進行對稱設(shè)計，側(cè)式站臺寬度Bc為：

Bc=max(bs,bx)+t

3 案例研究

選取上海軌道交通2號線的中間站陸家嘴站和換乘站人民廣場站作為研究對象，站臺寬度計算所用客流量采用實際運營客流量。兩個車站都為雙柱三跨島式站臺，設(shè)置四組樓扶梯，雙排立柱設(shè)置在樓扶梯組兩側(cè)，列車為8A編組。分別用推導(dǎo)的站臺寬度計算公式和《地鐵設(shè)計規(guī)范》的站臺寬度計算公式進行計算，將計算得出的站臺寬度與實際站臺寬度相比較，以驗證兩種方法的合理性。

3.1 案例1——上海軌道交通2號線陸家嘴站

對上海軌道交通2號線陸家嘴站早晚高峰的站臺錄像視頻進行分析。由視頻里上下行列車部分車門的平均上下車客流量，得出上下行的上下車客流比例，再由四個樓扶梯組的進出站臺的客流量，得出上下行的上下車客流量。

晚高峰的超高峰時段，上下行每列車上下車客流量為：上行上車客流量Qss=554人，下行上車客流量Qxs=843人，上行下車客流量Qsx=217人，下行下車客流量Qxx=140人。

柱寬0.85 m, 樓扶梯組寬度t=5.2 m，實際側(cè)站臺寬度(含柱寬)bsj=4.15 m，實際站臺寬度Bsj=13.5 m。

3.1.1 基于站臺寬度計算方法的計算

參數(shù)取值為：m=9，n=14，k=17，ρ=1.9人/m。

下面分兩種情況：

1) 不同方向候車隊列占用對面半個站臺區(qū)域

通過計算可得：|Qss-Qxs|<2nρ(t+1.1)

則：

站臺寬度B=2b+t=14.70 m>Bsj

2) 上下行半個站臺的候車乘客隊列都只占用己方半個站臺

因為Qxs大于Qss，所以側(cè)站臺寬度由Qxs決定。

站臺寬度B=2b+t=16.60 m>Bsj

3.1.2 基于《地鐵設(shè)計規(guī)范》的站臺寬度計算

取站臺人流密度ρ′=0.5 m2/人，站臺邊緣至站臺門立柱內(nèi)側(cè)距離M=0.25 m,站臺計算長度L=186 m。

所以側(cè)站臺寬度(不含柱寬)

側(cè)站臺寬度(含柱寬)b=3.74 m

站臺寬度B=2b+t=12.68m

因此，按照《地鐵設(shè)計規(guī)范》計算得出的側(cè)站臺寬度和站臺寬度分別小于實際值，而按照本文3.1.1節(jié)計算方法中的兩種站臺利用情況計算得出的側(cè)站臺寬度和站臺寬度，都分別大于實際值。而實際情況是該站晚高峰站臺擁擠，所以本文推導(dǎo)的計算方法更合理。

3.2 案例2——上海軌道交通2號線人民廣場站

數(shù)據(jù)獲取方法與本文3.1節(jié)相同(計算過程略)。早高峰超高峰時段，Qss=816人，Qxs=524人，Qsx=349人，Qxx=459人；柱寬0.85 m，t=5.3 m,bsj=4.35 m(含柱寬)，Bsj=14 m。

3.2.1 基于推導(dǎo)的站臺寬度計算方法

參數(shù)取值為：m=10，n=15，k=15

下面分兩種情況：

1) 不同方向候車隊列占用對面半個站臺區(qū)域。計算結(jié)果為：b=4.43 m>bsj，B=14.16 m>Bsj

2) 上下行半個站臺的候車乘客隊列都只占用己方半個站臺。計算結(jié)果為：b=5.39 m>bsj，B=16.08 m>Bsj

3.2.2 基于《地鐵設(shè)計規(guī)范》的站臺寬度計算

計算結(jié)果為：側(cè)站臺寬度(不含柱寬)b=3.38 m，側(cè)站臺寬度(含柱寬)b=4.23 m

因此，《地鐵設(shè)計規(guī)范》計算得出的側(cè)站臺寬度和站臺寬度分別小于實際值，而本文3.2.1節(jié)計算方法中的兩種站臺利用情況計算得出的側(cè)站臺寬度和站臺寬度都分別大于實際值。而實際情況是該站早高峰站臺擁擠，所以本文推導(dǎo)的計算方法比《地鐵設(shè)計規(guī)范》站臺寬度計算公式更合理。

4 結(jié) 語

通過大量實地觀測，提出了基于候車乘客單排隊列密度的城市軌道交通站臺寬度計算的新方法。并以兩個已運營城市軌道交通車站為對象進行案例研究。結(jié)果表明，本文所提出的城市軌道交通站臺寬度計算方法比我國現(xiàn)行《地鐵設(shè)計規(guī)范》的站臺寬度計算公式更合理。研究結(jié)論可為進一步完善我國城市軌道交通站臺寬度計算方法提供理論支撐和參考。