基于客流特征的城市轨道交通车站闸机配置方案

邱华瑞 张 宁

（东南大学教育部ITS工程研究中心，210018，南京∥第一作者，硕士研究生）

基于客流特征的城市轨道交通车站闸机配置方案

邱华瑞 张 宁

（东南大学教育部ITS工程研究中心，210018，南京∥第一作者，硕士研究生）

分析了城市轨道交通闸机类型的特点。根据车站客流模式特征，对闸机类型进行匹配，以选择合适的闸机类型。基于车站客流量，给出进站、出站、双向闸机数量配置要点。探讨了基于客流流线的车站闸机布局优化，为我国城市轨道交通AFC（自动售检票）系统车站闸机布设提供参考。

城市轨道交通车站；闸机配置；客流模式

First-author’s addressITS Research Center of MOE，Southeast University，210018，Nanjing，China

随着城市轨道交通线网建设和自动化水平的提高，AFC（自动售检票）系统因其在票务管理、运营管理、客流监视、数据挖掘、辅助决策等诸多方面的功能而在我国各城市轨道交通系统中广泛应用［1-2］。闸机作为AFC系统的基本设备，其数量、类型及布局的合理性将直接影响车站内客流的通行能力、通行方向、通行安全性和通行效率，从而影响整个轨道交通系统的运营效率和服务水平。

设置闸机的目的是为了保证客流能够有序、顺利地进出车站并完成计费。闸机的数量及布局应满足站点高峰客流的服务需求，因此，客流是闸机设置方案的首要考虑因素。目前，我国在建设城市轨道交通AFC系统时，车站闸机的数量按近期超高峰客流量计算确定，并按远期超高峰客流量预留位置与安装条件，同一车站采用相同类型的闸机。由于同一城市轨道交通线路或线网内不同车站在空间时间上的客流分布、增长模式不尽相同［3-4］，因此，根据具体车站的客流模式、近远期规划来合理选择闸机类型及布设闸机，可节约闸机购置、维护成本，提高AFC系统建设、运营的经济性。

1 不同闸机类型特点分析

目前国内城市轨道交通车站所使用的闸机，按功能分为进站、出站及双向闸机；按通行模式分常开和常闭闸机；按阻挡机构分为三杆式闸机、剪式门闸机及拍打门式闸机。三杆式、剪式门、拍打门式闸机在价格、性能和人性化程度上有较大差异（见表1），在日常运营中各具特点，在不同类型的车站和运营阶段有不同的适用性。根据《地铁设计规范》，非接触式IC卡三杆式和门扉式闸机的理论最大通行能力分别为1 800人次/h和2 100人次/h；但根据对上海地铁和北京地铁的具体观测，二者的实际通行能力分别为1 333人次/h和1 800人次/h［5］。

2 基于客流模式特征的闸机类型选择

国内地铁对闸机类型的选择多以线路为单位，同一线路上配置相同类型的闸机（如南京地铁1、2号线），但也出现一条线路不同车站、甚至一个车站配置不同类型闸机的情况。笔者认为，在城市轨道交通线网中，不同车站由于所属类型、所处地点以及线网近远期规划的不同，其客流模式也不尽相同；根据不同的客流模式，在满足通行效率和服务水平的基础上对不同车站进行闸机选型，在线路或线网上组合配置各种闸机（对一个站应是相同类型），能够提高轨道交通的建设经济性和运营效益。本文对各类站点客流模式及其对应的闸机类型配置进行分析。

表1 不同阻挡机构闸机特点比较

（1）稳定大客流车站：其特点是车站客流大部分时间甚至全天处于饱和状态。内外换乘枢纽站由于频繁受到内外客流冲击，其客流类型属于该模式；此外，部分商业中心、旺季旅游景点附近车站点也属于该模式。在受到大规模客流冲击时，剪式门闸机和拍打门式闸机可保证最大的通行能力，但易产生拥挤通过现象，而三杆式闸机则容易导致站内排队客流急剧上升。因此从通行能力与可靠性角度考虑，此车站宜选用剪式门闸机或拍打门式闸机。

（2）稳定小客流车站：其特点是车站客流在初期、近期和远期（初期指未来3年之内；近期指未来3~10年；远期指未来10~25年）都远不能达到饱和状态，全天基本无高峰客流。此类车站往往在线网的末端，由于土地开发利用不足，导致该区域交通需求持续低下，客流量增长缓慢。对于该类车站，无论哪种闸机类型都能满足其通行效率与服务水平，从经济性方面考虑，宜选择三杆式闸机。

（3）客流增长型车站：其特点是车站初期、近期客流较小，但增长潜力大，远期可转型成其他客流模式。部分轨道交通线路在城市发展中起到交通引导发展（TOD）作用，其车站随着周边土地开发利用深入、配套设施健全或其他线路影响，逐步摆脱稳定小客流模式，发展成为其他客流模式。该类车站闸机的选择可分为近期和远期两个阶段：近期由于客流小且稳定，考虑闸机的使用寿命及经济性，可选择三杆式闸机来满足初期及近期运营需求，并为增设闸机预留一定的空间；远期可根据其客流模式，选择与之相适应的闸机类型。

（4）潮汐客流车站：其特点是车站早晚高峰持续明显，其他时间段客流稀少，进出车站客流方向分布差异大。通常，位于集中居住区或集中办公区附近的车站极易出现此类客流模式。该类车站可考虑设置一定数量的双向闸机，以节约空间、减小闸机购置数量。

（5）单峰客流车站：其特点是车站客流全天只出现一个持续明显的高峰时段（通常是晚高峰），其他时间段客流量一般。商业区附近车站易出现此客流模式。对于该类车站，若车站高峰小时客流量大，出现排队拥堵状况，采用剪式门闸机或拍打门式闸机可保证客流疏散顺畅；若车站高峰小时客流不足以使闸机通行能力达到饱和状态，近期可考虑使用三杆式闸机节约购置和维护成本。

（6）双峰客流车站：其特点是车站早晚高峰持续明显，其他时间段客流量一般，进出车站客流方向分布差异小。换乘站易出现此客流模式。可在该类车站设置满足通行能力的单向剪式门闸机或拍打门式闸机，保证进出站客流互不干扰，疏导顺畅。

（7）突峰客流车站：其特点是车站易受到集中大规模客流的冲击。突峰模式可分为单向突峰与双向突峰。某些体育场馆附近的站点易出现单向突峰模式，可考虑设置一定数量的双向闸机；靠近旅游景点的站点易形成双向突峰模式，除需设置足够数量的剪式门闸机或拍打门式闸机外，最好再配备一定数量的便携式检票机。

3 基于客流的闸机数量配置

闸机设置的数量取决于车站当前及未来预测的进出站客流。闸机需满足乘客对通行能力的要求，防止因大量旅客拥堵滞留于车站收费区与非收费区而导致运营效率和服务水平的降低。合理的进站、出站和双向闸机数量的配置计算方法如下。

3.1 进站闸机数量配置

客流通过多台闸机进站的过程可用排队论M/ M/N系统中的单路排队多通道服务模式来描述。车站的进站闸机总数配置可用下式计算［6］：

式中：

Qf——高峰小时进站客流量；

Ai——站厅第i个入口所需配置的闸机数量；

Kf——到达客流的超高峰小时系数；

V——闸机通行能力；

n——入口数量。

3.2 出站闸机数量配置

出站客流与进站客流相比具有特殊性。出站客流随着列车的到达而呈现出短时的脉冲性，具有明显的间断流特征，在较短时间内对出站闸机具有较强冲击力。因此，出站闸机数量计算方法与进站闸机配置算法有差异，如式（2）：

式中：

Qo——高峰小时出站客流量；

A＇i——站厅第i个出口所需配置的闸机数量；

Kd——列车到站客流的超高峰小时系数；

V——闸机通行能力；

λf——间断流修正系数。

3.3 双向闸机配置

对于潮汐现象较为明显的车站，早高峰与晚高峰进出站客流量存在一定的差异，若简单按照进出口超高峰客流量配置闸机，必然会造成平峰时段设备的浪费，不利于降低成本。参照公路交通中的可变车道管理方式，在某些车站灵活配置一些双向闸机，能够在有效满足进出站客流通行需要基础上，进一步提高设备使用率，节省投资和空间［7］。双向闸机的配置比例没有固定的标准，通常以地铁车站的潮汐客流特征为依据。在配置时考虑以下原则：

（1）根据现场观测采集客流数据，统计分析出早晚客流高峰的时间（通常为2~3 h），可按得出的高峰时间设计双向闸机的开启时间；

（2）在数量配置上，可根据统计的早高峰与晚高峰进出站客流量以及它们之间的差值进行设置；

（3）若运营部门对同类型车站做过双向通行闸机的配置研究，可参照同类型车站的配置进行分析确定。

3.4 闸机的增减

闸机利用率是判断闸机使用情况与增减闸机数量的依据。闸机利用率过高，表示乘客使用该组闸机较为频繁，高峰期易产生拥挤排队现象。若车站闸机组在高峰期均有较高利用率，则有必要增加闸机。闸机利用率低，表示该闸机有部分资源浪费。闸机利用率的计算公式为［8］：

闸机数量的改变导致闸机分担率的改变。闸机增减的具体数量由高峰时段闸机利用率来决定。

4 基于客流流线的闸机布局

闸机的合理布置需考虑闸机与其他AFC设备（如自动售票机）的空间关系，并使得AFC设备与乘客行程轨迹得到密切有效的配合，防止持有储值卡进站客流、购买好单程票的进站客流、自动售票机排队客流及闸机排队客流发生交织冲突，并尽量使闸机的利用率趋于均衡，为地铁乘客提供一个安全、舒适、美观的使用环境。

闸机的布局主要分为垂直于客流行走方向布置与平行于客流行走方向布置。如图1和图2所示。

当闸机垂直于客流方向布置时，由于乘客追求便捷性，都趋向于选择离自己距离较近的闸机，这种求近原则导致闸机组的利用率不均。当闸机平行于客流方向布置时，由于乘客到各闸机入口的距离大致相等，乘客对闸机入口的选择概率也大致相同。文献［5］和文献［9］分别从计算和仿真的角度证明了闸机平行于客流方向布置在乘客行走时间损失上要优于闸机垂直于客流方向布置。同时，客流方向与闸机布置方向角度越小，客流间相互影响越小，乘客通行效率越高。因此，在空间布局条件满足的情况下，建议采用闸机平行于客流方向，或尽量减少客流方向与闸机布置方向角度的布置方式。

图1 闸机垂直于客流方向布置

图2 闸机平行于客流方向布置

5 结语

城市轨道交通车站所设置闸机的类型、数量以及布局，决定了车站客流集散的效率，其配置合理性严重影响AFC系统建设及运营经济性，以及轨道交通的运营效率与服务水平。在满足通行能力的前提下，根据不同车站对应的不同客流模式，进行不同类型的闸机配置，能够降低AFC系统的购置、运营成本，提高经济性。本文首先分析了几种常用闸机类型的特点，然后根据不同客流模式特征，进行相应的闸机选型配置，并简要描述了车站闸机数量配置要点；最后探讨了基于客流流线的车站闸机布局及优化，为城市轨道交通车站闸机的配置提供参考。

［1］ 邓先平，陈凤敏.中国城市轨道交通AFC系统的现状及发展［J］.都市快轨交通，2005，18（3）：18.

［2］ 王健，张宁，黄亮，等.南京地铁AFC系统网络化建设思路和再思考［J］.都市快轨交通，2011，24（1）：69.

［3］ 陶志祥，张宁，杜波.城市轨道交通客流时空分析研究［J］.城市公共交通，2004（2）：33.

［4］ 张成.城市轨道交通客流特征分析［D］.成都：西南交通大学，2006.

［5］ 冯真勇.城市轨道交通车站乘客在站行为研究［D］.上海：同济大学，2009.

［6］ 李三兵.城市轨道交通车站客流特征与服务设施的关系研究［D］.北京：北京交通大学，2009.

［7］ 邵巍跃.城市轨道交通站内AFC设备通行能力研究及应用［D］.南京：东南大学，2012.

［8］ 冯建栋.轨道交通自动检票闸机机组利用不均衡度研究［J］.城市交通，2010，8（3）：29.

［9］ 王子甲，陈峰，罗诚.轨道交通车站检票闸机布局的仿真优化［J］.北京交通大学学报，2011，35（6）：29.

［10］ 张晓璇，陈旭梅.城市公共交通换乘走行特性分析研究［J］.城市轨道交通研究，2012（2）：74.

表2 两种工况下滑动门和固定门的受力状况

4 结语

本文建立了地铁屏蔽门的结构分析模型，利用有限元法分析了屏蔽门结构的刚度和强度，得到了屏蔽门在各种荷载作用下的变形及应力情况，为屏蔽门的优化设计及可靠性设计提供了基础数据。

参考文献

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［2］ 应寅琼，江虹，李成，等.基于有限元法的屏蔽门机械系统结构响应分析［J］.机车电传动，2012（2）：75.

［3］ 雷菊珍，朱毅，李东波.基于有限元分析的城市地铁屏蔽门结构计算与分析［J］.设计与研究，2007，34（11）：15.

［4］ 王永刚，胡煦.屏蔽门系统顶部结构的应力分析［J］.舰船科学技术，2007，29（1）：121.

［5］ 王珩.深圳地铁11号线站台屏蔽门系统设计中的几个问题［J］.城市轨道交通研究，2012（9）：83.

（收稿日期：2012-10-29）

Configuration of Urban Rail Transit Station Gates Based on Passenger Flow

Qiu Huarui，Zhang Ning

The characteristics of auto gates are analyzed，and considering the patterns of metro passenger flow at different stations，the gates type selection is determined. Then，based on the volume of passenger flow，the main points to deploy the amount of entrance，exit and twoway gates are presented，the optimization of gates configuration is discussed.This research can provide a reference for metro gates configuration in the automatic fare collection（AFC）system adopted in China.

urban rail transit station；gates configuration；passenger flow mode

U 293.22

2013-06-05）