地鐵站的換乘模式與設(shè)施設(shè)計(jì)研究

周 陽(yáng)

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001)

0 引言

就地鐵站而言，是城市交通的主要設(shè)施，隨著人們對(duì)交通出行的選擇多樣性，地鐵出行越來(lái)越被居民認(rèn)可，高速高效節(jié)能環(huán)保，地鐵站人流量不斷增加，導(dǎo)致地鐵客運(yùn)組織的管理以及控制的壓力出現(xiàn)了增加，政府為了良性處理這種情況，需要新建一些地鐵站，本文就新建地鐵站和原有地鐵站能夠高效換乘，運(yùn)用了以下幾種方法。

1 客流仿真理論

客流規(guī)模將直接影響到車站建設(shè)。宏觀隨機(jī)連續(xù)的社會(huì)力模型是研究本文相關(guān)問(wèn)題的重要模型。首先，將使用Pathfinder軟件的steering功能進(jìn)行建模，使用A*算法以及導(dǎo)航網(wǎng)格對(duì)乘客的出口路徑進(jìn)行規(guī)劃，使用string pulling對(duì)出口路徑進(jìn)行平滑處理。其中，steering模塊屬于逆轉(zhuǎn)向行為，利用路徑規(guī)劃的方式與碰撞處理的方式優(yōu)化乘客流動(dòng)的軌跡。如果乘客之間的間距以及到出口的距離超過(guò)設(shè)定的范圍，則會(huì)對(duì)路徑進(jìn)行重新規(guī)劃。在靜態(tài)網(wǎng)格中，A*算法是在計(jì)算換乘最優(yōu)路線的過(guò)程中，較為適宜的一種方法。該理論的方程式如下所示：

其中，α,β均為車站中的乘客；b為車站空間的界限；i為路徑目的地；f為隨機(jī)矢量；Fα(t)為車站乘客的社會(huì)力合力。

在運(yùn)用上式計(jì)算后，還需要利用下列估價(jià)函數(shù)：

f(n)=g(n)+h(n)。

其中，g(n)為初始點(diǎn)前進(jìn)到n點(diǎn)時(shí)的實(shí)際代價(jià)；h(n)為節(jié)點(diǎn)n到目標(biāo)點(diǎn)的預(yù)估代價(jià)。

2 換乘站仿真模型

本文選取了國(guó)內(nèi)某地鐵線路中的新建車站A作為案例研究的對(duì)象。A車站的走向呈東西向，地下層數(shù)為3層，結(jié)構(gòu)為雙柱島式，A車站下穿既有地鐵站，其站臺(tái)設(shè)置于-3層，-1層設(shè)置候車廳，-2層是A車站的運(yùn)行設(shè)備間。A車站所屬線路由8輛B型列車運(yùn)營(yíng)。既有站為地下2層的島式結(jié)構(gòu)，同樣由B型列車運(yùn)營(yíng)，列數(shù)為6輛。在發(fā)車情況方面，A車站客流高峰時(shí)順時(shí)針運(yùn)營(yíng)列車26對(duì)，逆時(shí)針運(yùn)行列車24對(duì)。既有站發(fā)車對(duì)數(shù)為27對(duì)。A車站與既有站的交叉位置關(guān)系如圖1所示。A車站與既有站的周邊情況如圖2所示。A車站與既有站的相對(duì)位置關(guān)系如圖3所示。

地鐵站不同線路之間的換乘功能的實(shí)現(xiàn)要能夠保障遠(yuǎn)期最大流量高峰的客觀需求。以現(xiàn)有客流流量為依托，預(yù)測(cè)未來(lái)30年內(nèi)的客流流量。30年后的進(jìn)出站乘客數(shù)量和換乘乘客數(shù)量詳見(jiàn)表1，表2。

表1 30年進(jìn)出站乘客數(shù)量情況表(每小時(shí))

表2 30年換乘乘客數(shù)量情況表(每小時(shí))

3 換乘方式

依托案例中地鐵運(yùn)行和周邊區(qū)域的實(shí)際情況，增設(shè)線路和已有線路之間的換乘方案有以下三種：第一，通道連接二站臺(tái)，實(shí)現(xiàn)雙向混行換乘。該方案的優(yōu)點(diǎn)為乘客步行的線路較短，可以有效減少換乘所需時(shí)間。缺點(diǎn)為在客流高峰期時(shí)，站內(nèi)空間較為緊張，極容易產(chǎn)生擁擠情況。第二，新建線路與既有線路共用站臺(tái)，實(shí)現(xiàn)雙向混行換乘。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于站臺(tái)地板無(wú)需進(jìn)行開(kāi)孔作業(yè)，簡(jiǎn)便了施工流程，且較為安全。缺點(diǎn)在于既有站臺(tái)的通行能力會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于短缺狀態(tài)，可能在客流高峰時(shí)造成擁堵。第三，在換乘空間內(nèi)設(shè)置站廳以及站臺(tái)通道，利用上述兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)換乘，即單向循環(huán)模式。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于換乘過(guò)程采用了單向循環(huán)的方式，換乘與進(jìn)站客流之間不會(huì)出現(xiàn)相互影響的情況，各類設(shè)施的使用率較為均衡。但是，該方案在施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的工作量。

4 換乘通道及設(shè)施的建設(shè)方案

在本案例仿真分析的過(guò)程中，對(duì)以下數(shù)值進(jìn)行了設(shè)定：男性乘客和女性乘客的行走速度分別為1.3 m/s和1.1 m/s，男性乘客和女性乘客的最大寬度分別為45 cm和40 cm，地鐵站內(nèi)的傳送梯運(yùn)行效率為0.65 m/s。

4.1 新建線換乘既有線路

根據(jù)案例線路的實(shí)際情況，在對(duì)列車進(jìn)行調(diào)度時(shí)要避免雙向列車共同進(jìn)站，避免站內(nèi)空間不足的狀況出現(xiàn)。站內(nèi)樓梯的設(shè)置情況將對(duì)換乘時(shí)間產(chǎn)生重大影響，樓梯建設(shè)越多，所需時(shí)間越短。列車進(jìn)站方式以及樓扶梯設(shè)置狀況與所需時(shí)間之間的關(guān)系詳見(jiàn)圖4。在樓扶梯布置方面，乘客較多時(shí)應(yīng)當(dāng)采用一順布置，乘客較少時(shí)應(yīng)當(dāng)采用雙八字布置。

4.2 既有站換乘新建線

在單純考慮換乘效率時(shí)，可以通過(guò)增加換乘通道空間的方式減少換乘時(shí)間。但是，換乘乘客會(huì)受到出站客流的影響，因此，該通道的寬度應(yīng)當(dāng)大于2.4 m，底板換乘通道的寬度控制在2 m較為適宜。除此之外，設(shè)置分隔帶將有利于縮短換乘過(guò)程的所需時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

新建地鐵站和原有地鐵站的科學(xué)性和合理性，直接決定了地鐵線路的運(yùn)行效率。地鐵中的換乘乘客將在站內(nèi)進(jìn)行較長(zhǎng)距離的移動(dòng)，是否能夠及時(shí)疏導(dǎo)換乘乘客直接影響站內(nèi)空間的使用效率。本文基于對(duì)新建地鐵站提出的優(yōu)化思路，希望可以對(duì)國(guó)內(nèi)地鐵車站建設(shè)與優(yōu)化實(shí)踐提供一定的借鑒和參考。