基于數據分析的地鐵客運組織等級劃分研究

常 利

(天津津軌商業管理有限公司，天津 300051)

隨著人們對出行質量要求的不斷提高，地鐵以準時性、安全性及舒適性的特點成為城市內部出行的首選工具。根據車站的客流情況，分析車站存在的關鍵控制點，進而對客運組織等級合理劃分，并針對不同等級采取不同措施，能有效提升車站的整體服務水平，降低大客流情況下存在的安全風險，對提高乘客出行的舒適性具有重要意義。

國內對于車站客流預測以及設施適應性分析方面進行了大量研究。周瑋騰以最小的費用成本支出和最高的運營效益，解決進站擁擠問題和閘機口通過率問題，并以北京地鐵西直門站為研究實例，進行了細致的客流進站排隊模型和成本優化分析[1]。南海超等通過調查成都市客流到達規律，結合《上海市地鐵車站行人設施服務水平標準初探》中設置的服務水平，建立了行人系統仿真模擬，對通道通過能力與服務水平進行了初步的探討[2]。針對車站服務設施的適應性，賈洪飛等基于行人流特征與樞紐內部設施服務狀態的特征分析，確定了各類設施的能力測度方法，并利用仿真系統分別對單一設施和整體設施進行了設施能力的個體適應性和整體適應性分析[3]。李明華則提出了樞紐步行設施適應性分析方法和評價指標體系[4]。饒雪平利用經典的排隊論理論，通過固定的樓扶梯輸入率和輸出率，簡化了排隊論模型，得出了一些客運延時的指標公式，為更加清晰地了解車站樓梯和自動扶梯的乘客延時狀況提供了一定的理論依據[5]。

國內外的相關研究多利用客流預測得出的數據對設備設施進行評價，并未采取實際措施應對不同設備設施之間不匹配的情況。本文以天津地鐵營口道站為例，通過對客流進行分析，計算車站設施的通行能力，在此數據基礎上對關鍵控制點進行分析，進而對營口道地鐵站客運組織等級進行劃分，得出營口道站分級客流組織方案，切實采取應對措施，解決不同客流情況下的乘客積壓和車站擁堵問題。

1 營口道站客流分析

營口道站位于天津市和平區營口道與南京路交口，是地鐵1、3號線換乘站，目前開放7個出入口(A，B1，B3，C1，C2，C3，D)，周圍為商業集中區，客流以購物出行人員、學生和換乘客流為主。目前營口道站日均客流在8萬人次左右(不包括換乘)，約占整條線路客流的20%，由于營口道站建筑面積較小，由此造成的安全風險較為突出。圖 1為營口道站站形圖。

圖1 營口道站站形圖

1.1 車站日常客流分析

選取2019年11月14日(星期五)營口道站日常客流數據，分析結果如圖2所示。可以看出，在工作日內客流特征呈現“雙峰型”，其中早高峰時段為8:00—10:00，此時段出站客流較大；晚高峰時段為17:00—19:00，此時段進站客流較大；5:00—15:00出站客流大于進站客流，15:00—24:00進站客流大于出站客流，其他時段客流情況較為平穩。出站客流每個時段約比進站客流多4 000人左右，并且以17:00—18:00這段時間最為突出。

圖2 營口道站日常客流情況

1.2 車站節假日客流分析

選取2019年11月16日(星期日)的客流數據，分析結果如圖3所示。根據計算，營口道站節假日客流量明顯高于工作日客流量。從9:00開始，出站客流明顯增加，且高于進站客流，持續至16:00，進站客流開始高于出站客流，且持續至22:00，進站客流才明顯下降。此客流變化特點與乘客的購物休閑習慣基本吻合，說明營口道站16:00前乘坐地鐵前來購物的人較多，16:00后，購物后乘坐地鐵離開返程的人較多。從圖3中可以看出，節假日期間，營口道站進出站高峰期持續較長，因此，有必要對其進行合理有效的客運組織。

2 車站設施通行能力計算

2.1 車站出入口通行能力

根據《地鐵設計規范》，計算車站出入口通行能力如表1所示。

表1 車站出入口通行能力計算表

2.2 車站安檢通行能力

由于安檢門的限制，目前C1、D口的安檢通道只能為單機單通道。表2為車站安檢通行能力。

2.3 車站自動售檢票系統(AFC)能力

根據營口道站早高峰進站閘機能力數據，實際測得通過閘機的平均速度為每人3 s。表3為車站進出站閘機通過能力。

3 車站現狀通行能力匹配分析

3.1 匹配方法

車站通行能力的匹配指的是設施與設施之間的匹配。通行能力匹配體現了相鄰設施之間的匹配程度，具體表現為客流在兩者之間區域的積滿時間的大小，簡稱“區域積滿時間”。區域積滿時間越長，設施間的適應性越好，否則容易在短時間內造成客流堆積，形成關鍵控制點。以往的經驗計算公式如下：

(1)

式中：T1——區域積滿時間，s；

D——相鄰設施之間區域容納人數，取容積率為4人/m2；

Q1——區域入口通行能力，人次/h；

Q2——區域出口通行能力，人次/h。

針對不同的設施，具體有以下3種匹配情況。

(1) 換乘扶梯與列車落客量的匹配。

(2)

式中：T2——換乘扶梯上行/下行區域積滿時間，s；

Q3——3號線換乘1號線下行/上行的速率，人次/h；

Q4——3號線和1號線上行/下行單位時間出站人數，人次/h；

Q5——扶梯通行能力，扶梯實際通行能力取理論值的45%，人次/h。

(2) 出入口通道與進出站樓扶梯的匹配。

當客流較小，乘客僅乘坐扶梯時：

(3)

式中：T3——出入口通道積滿時間，s；

Q6——安檢通行速度，人次/h。

當客流較大，乘客選擇扶梯或樓梯時：

(4)

Q7——樓梯通行能力，大客流情況下樓梯實際通行能力取理論值的70%，人次/h。

(3) 站外區域與進出站樓扶梯的匹配。

(5)

式中：T4——站外積滿時間，s。

3.2 營口道站通行能力匹配

通過以上方法，計算出各區域的積滿時間，進而得出主要關鍵控制點：

(1) 換乘扶梯①。

依據客流情況，①號扶梯上行區域要承受7 345人次/h的輸送能力，每分鐘約123人，根據扶梯的運送能力，需要在5.05 min內疏散完畢，恰巧與3號線行車間隔基本一致。該區域的有效使用面積約為20 m2，因此該區域容積率將斷續式呈現100%，每次持續約4 min。

①號扶梯下行區域需要在4.5 min疏散完畢，略小于1號線行車間隔。該區域的有效使用面積約為5 m2，因此該區域容積率將持續呈現100%。

(2) C1出入口通道。

各出入口通道積滿時間見表4。可以看出，C1口積滿時間為27.5 s，最容易產生客流積壓，各出入口在一定時間內均有可能出現客流積滿的情況。

表4 出入口通道積滿時間 s

(3) C2口站外、A口站外。

各出入口站外積滿時間見表5。可以看出，與其他出入口站外相比，C2口站外積滿時間為196 s，A口為260 s，易形成客流積壓。

表5 出入口站外積滿時間 s

4 車站客運組織等級劃分

4.1 關鍵控制點分析

車站客運組織的核心思想為各個點位的容積率，當容積率達到100%(容積率4人/m2)時，升級為關鍵控制點。依據關鍵控制點的情況，進行客運組織等級的劃分。

由以上營口道站能力匹配分析結果可知，①號扶梯上下行區域、C1出入口、C2口站外、A口站外容積率易達到100%，根據客運組織由內至外的原則，安全風險管控點在站內環節的均需要控制客流至站外，站外候車區域隨之升級為關鍵控制點。

由于營口道站進出站客流較大，且換乘客流占車站總客流總數的44%左右，車站的換乘通道與3號線進站通道重疊，車站內可利用的有效面積較小，因此車站客運組織等級劃分以常態化限流為基礎，在保障車站換乘客流有序的情況下，有序進出站，遇進出站大客流則調整出入口進出方式，充分利用站外候車面積，控制進站速度，保障車站內人員有序流動。

4.2 關鍵控制點升級時間分析

(1) 當換乘通道積滿且任一出入口外限流(即出入口通道面積容積率達到100%)時，升級為二級客運組織，即采取換向通道限流及出入口外限流措施。

(2) 當升級為二級客運組織后，車站內多個出入口站外候車人數到達黃線位置(即站外有效候車面積容積率達到100%)，且通過引導至其他出入口無效時，升級為一級客運組織，需采取出入口限制進出且變化安檢效率進行客流組織。

(3) 大客流情況下加車需求申請時機。

依據目前的行車安排，在工作日高峰期間，列車在轉換軌處于熱備狀態，進路條件滿足的情況下，上線時間約為2 min。其余平峰時間，列車從段場準備至轉換軌處于冷備狀態，1號線和3號線均需19 min。因此預計站外客流將持續T5以上時，則申請加車。

設需求加車時間為T5，其求解公式為：

T5=n×t

(6)

其中：

式中：T5——站臺積滿時間，s；

n——站臺積滿乘客列車趟數；

t——現行車間隔，s；

D1——站臺容納人數，人；

Q8——1號線、3號線換乘通道的通行能力，人次/h；

N——首趟列車甩客人數，人；

B——另外線路單個行車間隔換乘客流，人次。

則列車到達需求車站時間即列車熱備上線時間T6為：

T6=t1+t2+t3

(7)

式中：T6——列車熱備上線時間，s;

t1——段場出入站至需求車站時間；

t2——列車冷備轉熱備時間；

t3——列車冷備轉熱備時間，僅平峰時段列車處于冷備狀態時考慮。

當T5

4.3 客運組織等級劃分

根據營口道站關鍵控制點升級時間及申請加車時機，對營口道站客運組織進行了分級，進而得出客運組織等級劃分方法、啟動條件及響應措施(表6)。

表6 營口道站客運組織等級

5 結論

本文以營口道地鐵站為例，利用營口道進出站客流數據對進出站相關設施通行能力進行了計算。在此基礎上對車站設施進行了能力匹配，找出關鍵控制點為換乘扶梯①、C1出入口通道、C2口站外、A口站外，以區域積滿時間為依據對其進行有效控制，將車站客運組織方案劃分為三級，并設定了不同等級下的啟動條件、響應措施。通過這種方法，可找出合理措施有效解決不同客流情況下的客流積壓問題。

通過對營口道站的分析，證明此種方法可以適用于地鐵換乘站，也可應用于地鐵普通站，由于受客流的影響較小，也適用于運營初期的地鐵站，具有一定的推廣意義。但對于相應措施的合理性，還需要在今后的實踐中進行嘗試研究。