大型國鐵樞紐站臺與進出站廳交通設施匹配性研究

郭佳樑 張麗娟 張津璟 李君豐 吳哲凌

摘要 國鐵客流進出站組織是樞紐各類客流動線中最基礎、最重要的流程之一，受列車班次、客流量分布不均衡等因素影響，站臺與進出站廳交通設施之間通行能力經常存在不匹配的問題。文章通過對國鐵旅客的交通特性與交通設施參數進行分析，明確站臺與進出站廳交通設施之間的通行能力匹配情況，并以杭州西站國鐵進出站人流組織為研究對象，進行靜態測算與仿真校核，為未來車站設計過程中面臨的站臺與進出站廳交通設施設計提供指引。

關鍵詞 交通樞紐；客流組織；通行能力；行人仿真

中圖分類號 U291.6文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0042-03

0 引言

21世紀以來，高鐵建設極大地改變了區域和城市發展進程，較大程度地滿足了人民對便捷出行的需求。未來，在新基建的驅動下，隨著城市群和都市圈的不斷發育，跨市域鐵路交通需求增長迅速，并呈現明顯的空間層次差異化特征，新需求下多層次軌道交通網絡逐漸形成[1]。在此背景下，為構建高效、便捷的綜合交通樞紐，該文以樞紐運營中的關鍵部分——國鐵客流交通組織為著力點，研究其站臺與進出站交通設施之間的匹配性，從而提高國鐵客流進出站運營效率。

研究項目通過調研得出的核心數據對站臺與進出站交通設施之間的匹配情況進行靜態測算，為車站關鍵交通設施規劃設計提供參照依據。同時，為了校核站臺與進出站廳交通設施的方案匹配度，該研究在靜態測算的基礎上引入動態仿真手段進行評估，利用行人微觀仿真軟件構建進、出站工況仿真模型，模擬站臺與進出站廳范圍內的局部進出站流程，依托模型輸出結果分析不同樓扶梯、閘機設施之間匹配情況對實際運營的影響，提出站臺與進出站廳交通設施匹配情況優化方案。

1 大型樞紐國鐵客流理論基礎

1.1 國鐵客流特征

國鐵客流是樞紐客流的源頭和基礎，國內主要城市群和都市圈地區的國鐵客流已呈現從長距離、低頻次、低時間價值向中短距、高頻次、高時間價值的特征轉變，城市群內以商務、通勤為代表的高時間價值的出行規模正在增加，以通勤和商務為主的客流成為鐵路的重要客源，其對時間更為敏感，對鐵路便利性訴求更加強烈[1]。

1.2 國鐵客流進出站交通組織

國鐵客流需求特征的轉變，對強化國鐵客流進出站效率與站城融合的便利度提出了更高要求。因此，近些年來國鐵站房設計中流行規劃高架進站廳和地下快速進站廳的雙層站廳模式，構建“上進下出為主，下進下出為輔”的國鐵客流進出站組織模式，方便短途通勤與商務旅客的高效轉換。與此同時，從地鐵進站旅客也可以通過樓扶梯前往高架候車廳進站，通道選擇多樣且換乘更加便捷（如圖1所示）。

針對國鐵出站旅客而言，整體路徑仍然相對單一，從站臺通過垂直設施前往出站閘機驗票后，前往出站廳集中換乘各類交通方式，既可以直接前往城市軌道站廳、公交車場、出租車場與停車樓等換乘其余交通方式，也可通過垂直設施前往地面廣場離場。

1.3 設施單位通行能力

該文選取的設施單位通行能力為最適宜通行能力。最適宜通行能力即為合理的服務水平（舒適性）下設施的通行能力取值。通行能力受設備及旅客特征影響。相較于地鐵旅客客流特征，國鐵旅客攜帶行李比例相對較高，根據調研可達到50%以上[2]。步行速度會因有無行李有所區別，通常有行李旅客的平均步行速度為1.2 m/s，無行李旅客的平均步行速度可達1.4 m/s。

綜合考慮調研數據及國內外規范，并結合國鐵旅客個人特征對通行能力產生的影響，對設施適宜通行能力進行標定。自動閘機通行能力在780人/h左右，同時調研結果顯示人工檢票相較于自動驗票效率略高，單位通行能力可達到850人/h；標準寬度（1 m）扶梯運營速度通常為0.5 m/s，考慮旅客攜帶行李狀況下的適宜通行能力約為3 000人/m/h；單向下行樓梯考慮攜帶行李的影響，通行能力約為1 650人/m/h。

2 設施通行能力匹配度靜態測算

通過對國鐵客流、進出站交通組織與設施通行能力進行理論研究后，采用靜態測算的方法來評估交通設施之間的通行能力匹配性，為后續仿真模擬評估提供基礎方案（圖2）。具體而言，旅客進站流程中主要面臨安檢、實名制、驗票閘機與樓扶梯共4道關鍵流程，該次匹配度靜態測算主要針對候車廳內驗票閘機與樓扶梯進行分析。而出站流程相對簡單，僅有樓扶梯與出站驗票共2道關鍵流程。

2.1 候車廳閘機與樓扶梯通行能力匹配情況

根據國鐵候車廳內常見的閘機與樓扶梯組合方案來看，各類組合方案的通行能力如表1所示。

單從閘機與樓扶梯通行能力來看，1扶1樓提供的通行能力可以滿足絕大部分閘機設置規模。但根據實際調研經驗來看，旅客對于使用扶梯具有較高傾向性，比如從上海虹橋站調研經驗來看，約有80%的進站旅客使用扶梯，僅20%使用樓梯，因此4自動+1人工的閘機組合中使用扶梯的客流量比較契合1部扶梯的通行能力；如果采用5自動+1人工的閘機組合，則閘機中使用扶梯的客流量將明顯超出1部扶梯的通行能力。

因此，從靜態測算來看，閘機與樓扶梯合理匹配方案為4自動+1人工閘機組合，相應配置1扶1樓（2 m）組合；5自動+1人工閘機組合方案時，1部扶梯無法較好地滿足高峰客流壓力，旅客排隊等候扶梯體驗不佳，但設置2部扶梯又顯得較不經濟。

2.2 出站廳閘機與樓扶梯通行能力匹配情況

出站流程與進站基本相反，旅客先從站臺利用樓扶梯下至出站廳，后通過出站閘機進入換乘大廳。由于高架站大多為上進下出的組織模式，因此出站時樓扶梯與閘機的單位通行能力與進站基本相同，靜態測算出站樓扶梯與閘機單位小時通行能力如表2所示。

根據上海虹橋站調研經驗來看，旅客出站首選扶梯，扶梯將處于滿載狀態。旅客充分利用扶梯通行能力，但在扶梯前聚集人數較多的情況下，有較高比例的旅客會使用樓梯離開站臺，具體而言使用樓梯的旅客占樓梯通行能力約50%左右，因此出站過程中垂直設施的整體利用率更高。從靜態測算來看，1扶1樓的實際使用通行能力與4自動+1人工閘機組合通行能力更貼近，而2扶1樓實際使用通行能力遠大于閘機組合總通行能力。因此，出站樓扶梯與閘機合理匹配方案為1扶1樓（2 m）組合，相應配置4自動+1人工閘機組合。

3 設施通行能力匹配度仿真評估——以杭州西站為例

通過靜態測算可以大致估算出站臺與進出站廳交通設施之間通行能力的匹配度，從而為國鐵到發流程中的各類設施規模提供依據與參考，但靜態測算的缺點在于無法評估各方案下旅客的排隊及延誤等量化指標。為了解決該問題，該研究引入了行人仿真手段來量化評估不同設施規模下的方案匹配度，同時提供了可視化輸出與表達方式。

3.1 杭州西站概述

杭州西站是國內領先的第四代鐵路客站，其重要標志是鐵路客站的站城一體化，強調“不拘泥于車站本身的建設，以街區的尺度設置城市功能，將車站與街區存在的問題得以一體化解決”[3]，具有快速進站與緊湊高效、立體聯通與多個首層、復合開發與縫合城市三個核心特點，成為站城一體化樞紐，也可稱為“站城綜合體”[4]。該文將杭州西站國鐵進出站客流組織作為研究對象。

3.2 仿真軟件與模型參數設置

目前各國已發展多種行人仿真計算模型。各種不同模型具有不同設計理念，該次選用的Legion軟件具有較好的易用性以及它能夠智能地、較為真實地模擬人的移動、超越、擁堵、移動速度調整等，被業內認為是目前最好、最有效的行人仿真與分析工具[5]。

為了更加精準地評估不同方案下的設施服務水平，該研究需要對模型設置參數進行標定。根據國內類似交通樞紐調研數據及杭州當地歷史數據，綜合確定了杭州西站鐵路交通樞紐設施通行能力和行人行為特征參數，如表3所示。

3.3 進站設施通行能力匹配性仿真校核

研究方案考慮較為極端的工況，即一輛16節編組列車從始發站滿載出發，該次研究選取開車前15 min作為檢票時間。模型選取表1中的三個方案進行仿真分析。

從空間維度看，方案1因閘機數量較少的緣故，每條隊伍排隊人數較多；方案2中通過閘機后使用扶梯的客流量明顯超過扶梯的通行能力，樓扶梯前出現人流集聚，呈現了閘機和樓扶梯通行能力不匹配的情況；以J.Fruin服務水平來看[6]，該區域服務等級到達E-F級，聚集人數最高可到達106人。方案3樓扶梯前最大聚集人數減少明顯，僅15人左右，服務水平優化至A-B級。

在時間維度，方案1中旅客在閘機前排隊時間較長，最大排隊時間達到了463 s。方案2中旅客最長需要排隊462 s通過閘機，在閘機開放542 s時最后一個旅客可以下至站臺層。方案3相較于方案2縮短排隊時間40 s。因此在不考慮工程成本的情況下，方案3在通行效率上表現最好，若兼顧方案成本與效率來看，方案1表現更加均衡，如表4所示。

3.4 出站設施通行能力匹配性仿真評估

出站仿真仍然選取極端工況，即兩列16節滿載列車同時抵達兩個站臺，選取表2的兩個方案進行仿真分析。從仿真結果來看，方案1出站廳整體飽和度一般，最大聚集人數達到300人，閘機前存在較大范圍排隊，并達到E級服務水平；方案2相較于方案1出站廳整體服務水平較好，表現略優，整體達到D-E級服務水平，最大聚集人數降為160人。時間上方案2比方案1旅客整體排隊時間多40 s，但均在6 min內完成旅客出站疏散，因此在考慮旅客舒適度情況下，方案2為最佳匹配方案。

4 結語

該研究明確了大型國鐵樞紐站臺與進出站廳交通設施匹配性研究技術路線，通過調研與靜態測算的方法確定了樓扶梯與閘機的單位通行能力及相互之間的設施規模匹配性方案，最后以杭州西站旅客進出站工況為仿真研究對象，利用動態仿真手段評估閘機與樓扶梯之間的匹配性方案，最終提出合理的進出站設施匹配方案以及不同設施規模方案下對運營的影響，為車站的規劃設計提供參考依據。

參考文獻

[1]蔡潤林， 何兆陽， 楊敏明. 軌道交通四網融合的發展需求， 內涵和路徑——以長三角城市群為例[J]. 城市交通， 2022（5）： 13-22+30.

[2]葉平一， 劉錚. 都市區域鐵路車站設施行人通過能力研究[J]. 交通與運輸， 2017（4）： 52-54.

[3]日建設計站城一體開發研究會. 站城一體開發： 新一代公共交通指向型城市建設： Integrated Station-City Development： the Next Advances of TOD[M]. 中國建筑工業出版社， 2014.

[4]John Zacharias， Tianxin Zhang， Naoto Nakajima. Tokyo Station City： The Railway Station as Urban Place[J]. URBAN DESIGN International， 2011（4）： 242-251.

[5]Legion Studio 2006 User Manual[M]. Legion International Limited. United Kingdom， 2006.

[6]FRUIN J J. Pedestrian Planning and Design （Revised Edition）. Elevator World[M]. Mobile， Alabama， 1984.