基于客流模拟的沈阳地铁1、2号线换乘站改造设计研究

霍 扬

(沈阳地铁集团有限公司,沈阳 110011)

1 概述

发达国家的城市地铁建设较早，其中日本地铁站的改造注重以人为本，强调多样化、人性化设计，并且在满足舒适、快速、便利、安全的同时，为广大市民提供明亮、宽敞、平和、温馨、美观、卫生的车站空间。同时还重视地铁资源的开发与利用，尤其是城市空间的立体化开发，不仅改善了车站运行效率，集约了土地资源，也增加了社会经济效应。与日本不同，伦敦的车站改造在扩充容量的基础上，更注重智能化管理系统的提升。根据伦敦交通局的数据，至2031年伦敦地铁出行量将比现在增加50%。

我国城市地铁的建设虽然起步相对较晚，但发展速度快，在地铁换乘站设计、空间利用、客流组织等方面积累了大量的实践经验。但由于城市发展仍处在快速增长阶段，轨道交通客流需求存在很大的不确定性，对客流特征和发展趋势的认识、换乘站的容量规模的确定、车站选型等方面造成了一定的困难。在这种形势下，轨道交通换乘设施难免出现与现实客流需求相矛盾的现象，这不仅导致换乘站的改造成为了北京、上海、广州等拥有大规模轨道交通网络的城市必须面对的难题，而天津、成都、重庆、沈阳等轨道网络初具规模的城市也开始面临诸如此类的问题[1-3]。

2 工程概况及现状客流分析

2.1 工程概况

沈阳地铁1、2号线换乘站(以下简称青年大街站)位于青年大街与十一纬路交叉口正下方，青年大街为南北向主干道，道路红线宽60 m，双向10车道，十一纬路道路红线宽48 m，双向8车道。该站为“侧-岛”十字节点换乘站型，即2号线车站在上，1号线车站在下，采用地下双层侧式站台车站，两线共用1号线站厅解决进出站需求，换乘车站通过地下一层的4条换乘通道及节点处两站台之间的换乘楼梯连接，实现单向换乘功能。沈阳地铁换乘站示意见图1。

图1 沈阳地铁换乘站示意

2.2 现状客流强度

截至2016年，沈阳地铁线网日均客运量81.7万人次，客流强度1.49万人/km。其中地铁1号线日均客运量45.7万人次，客流强度1.63万人次/km；地铁2号线日均客运量36万人次，客流强度1.33万人次/km。线网客流增长趋势如图2所示。

图2 线网客流增长趋势示意

地铁1号线工作日高峰小时最大断面流量2.42万人次/h，满载率1.18，最大断面出现在西至东云峰北街—沈阳站区间；地铁2号线工作日高峰小时最大断面流量1.52万人次/h，满载率0.82，最大断面出现在北至南青年大街—青年公园区间。如图3、图4所示。

图3 沈阳地铁1号线高峰小时断面客流示意

图4 沈阳地铁2号线高峰小时断面客流示意

经计算，线网平均运距9.17 km，1号线平均运距7.14 km，2号线平均运距7.39 km。乘坐距离8～10 km的出行最大，占总量17.9%；其次为6～8 km的出行，占总量16.5%；出行距离2～12 km的出行量占总出行量的69.6%。如图5所示。

图5 沈阳地铁人均乘距分布示意

2.3 现状客流仿真模拟

为了真实反映不同时段行人的路径、互动行为，动态测试需求与设施的能力匹配程度，形象的显示换乘站瓶颈位置、拥堵程度和高密度延续时间，研究采用Legion软件进行客流仿真模拟。

青年大街站，全日客流以换乘客流为主，占90%以上，其中在早高峰统计的客流量达到最大值。如图6所示。

图6 青年大街站全日客流分布

进一步统计分析青年大街站周一至周五客流量，发现周一总乘降量(进站+出站+换乘)略高于其他工作日，因此本研究模型选择以周一(2017.04.17)早高峰(8：00～9：00)的客流进行模拟。青年大街站工作日高峰小时客流统计见图7。

图7 青年大街站工作日高峰小时客流统计

2.4 现状客流仿真模拟分析

(1)通过客流仿真模拟，研究发现车站整体客流密度大，整体服务水平较差，车站局部区域客流密度超过2人/m2(红色)。如图8所示。

图8 青年大街站平均密度分布示意

(2)从图9可以看出，客流拥堵位置主要集中在1号线东、西两侧站厅的楼扶梯区域、1号线站台中部楼扶梯以及2号线的中部站台区域，持续时间均达到10 min以上。

图9 车站高密度持续时间示意

(3)2号线站台整体客流密度比较均衡，但在过轨楼扶梯的后侧客流密度低，空间未能充分利用。

3 客流预测

3.1 客流预测技术路线

青年大街站客流预测主要分为两方面，一方面是换乘客流预测，通过交通调查手段对出行产生、吸引预测，出行方式预测，出行分布预测，客流分配预测，进而对线路总量进行客流预测分析，得出换乘客流指标在内的5项指标；另一方面是进出站客流预测，主要通过生成率模型和趋势外推法得出新建地块和已建地块进出站客流量。图10为客流预测技术路线。

图10 客流预测技术路线示意

3.2 换乘客流预测

(1)换乘客流成长规律

通过研究上海人民广场站、广州公园前站、深圳会展中心站以及南京新街口站的客流成长规律，换乘客流成长规律主要包含3个阶段：客流快速增长期、客流回落期和客流稳定期。线网形成初期，线路呈“十”字骨架阶段，客流增长迅速，线网结构由“十”字骨架变为“环+放射”型时，核心区线网逐渐加密，出现分流线路，客流会有一定的回落，当线网持续向外围扩张，核心区基本不变，客流基本保持稳定[4-6]。

(2)换乘客流预测(表1)

表1 沈阳地铁换乘客流预测

根据客流成长规律，沈阳地铁9、10号线环网形成后，实现从1、2号线双线运营迈向网络化运营，预测青年大街站客流量会继续增长，沈阳地铁4号线，也就是第二条南北向干线开通后，该站换乘客流量会下降。

近期建设线网形成后，地铁网络化运营成熟，出现更多的分流线路(3、6、7、8线等)，该站换乘客流量会呈现稳步下降趋势。

3.3 进、出站客流预测

进、出站客流预测采用生成率法对新建和在建地块进行预测，已建地块采用趋势外推法。

综上所述，综合换乘客流和进、出站客流预测结果，按照客流风险最不利原则分析，假设该站周边新建地块在2021年前全部投入使用，将进站客流与换乘客流进行叠加，2021年该站总客流量27.5万人次，其中换乘客流23.8万人次，进站客流3.7万人次。青年大街站客流预测趋势见图11。

图11 青年大街站客流预测趋势

4 改造方案及模拟分析

通过分析现状客流特征，结合其他城市客流发展规律，进行客流预测[7-8]。同时，建立客流仿真模型，通过客流仿真模拟分析得出青年大街站拥堵主要原因是换乘客流量与车站人员有效使用空间面积不匹配，改造思路包括两个方面：一是运营调节，主要是提升运能；二是车站内局部土建改造。

4.1 运营调节及模拟分析(图12)

目前地铁1号线的列车到达换乘站约有46%的乘客需要换乘(与列车定员相比)，特别是1号线西向东方向换乘2号线的列车到达青年大街站约有68%的乘客需要换乘(与列车定员相比)，2号线列车到达青年大街站约有40%的乘客需要换乘。而且，车站设计初期，按照高峰每小时30对列车进行计算，目前早高峰1号线实际发车14对，2号线发车11对，高峰期的运力比较紧张，从而导致站台拥堵。因此提高运能是缓解青年大街站客流压力过大最为行之有效的办法。

图12 运营调节后客流模拟

4.2 车站局部土建改造及模拟分析

根据土建改造难易程度和对既有运营车站的影响，该站土建改造包括4个阶段，见图13、图14。

图13 土建改造流程示意

图14 土建改造平面示意

为了增加2号线侧站台容客能力，第一阶段首先改造2号线南北两端过轨楼梯，原设计采用楼梯加扶梯形式，改造后该楼扶梯利用率下降，取消一部扶梯，侧站台宽度增加到4.01 m；第二阶段利用既有出入口空地增设外扩厅，在外扩厅内，实现售检票和进出站功能，增加站内付费区面积；在第二阶段出入口外扩厅实现以后，站内全部为付费区，取消1号线垂直电梯，在1号线东侧和西侧区域，各新增2部扶梯和1部楼梯；之后取消换乘楼梯，增加无障碍换乘电梯，为避免无障碍电梯对2号线侧站台的影响，考虑不占用侧站台空间，外置于车站外侧[9-12]。

根据客流模拟，车站经过土建改造后车站整体服务水平有诸多改善，特别是1号线站台，由于增加付费区面积，容客能力增强，同时2号线站台拥堵情况也得到一些改善，客流模拟如图15所示。

图15 土建改造后客流模拟

5 结语

随着换乘客流的增加，换乘站承受客流压力较大，换乘站的重要性越来越引起各方面的重视；而城市规划、建设的发展，轨道交通技术的更新换代以及城市居民对轨道交通需求的增长，地铁车站尤其是换乘站在设施容量、运行效率、现代化水平以及地下空间利用等方面的矛盾也逐步显现，进行与时俱进的改造、优化和提升成为各个发展阶段城市基础设施改造的重要内容。

地铁换乘站的改造设计需要先明确换乘客流的基本特征及变化规律等，另一方面也需要对换乘设施能力、换乘设施与客流匹配性、换乘客流分布均衡性等重要指标进行预测。客流预测是车站规模控制的重要指标，而客流情况也会随着城市规模的扩展、人口数量的增长、城市综合交通体系的变化、轨道交通规划及网络化运营的进程、换乘站周边土地利用开发等多种因素呈现不同的趋势，而非固定模式的增长或降低，因此，研究近远期客流发展趋势是车站改造设计工作的重要依据，文中改造设计方案也为今后类似工程改造设计提供参考[13-15]。

[1] 李得伟，周玮腾.城市轨道交通枢纽客流仿真辅助决策技术与实践研究[J].铁道标准设计，2012(12)：48-51.

[2] 刘剑锋，陈必壮，马小毅，等.城市轨道交通网络化客流特征及成长规律——基于京沪穗深城市轨道交通网络客流数据分析[J].城市交通，2013(6)：6-17.

[3] 罗雁云，董国鹏，陈薇萍.关于城市轨道交通换乘的几点思考[J].城市轨道交通研究，2004(6)：14-16.

[4] 张成.城市轨道交通客流特征分析[D].成都：西南交通大学，2004.

[5] 尹静.西安地铁2号线车站建筑设计分析[J].铁道标准设计，2013，57(6)：122-126.

[6] 张金伟.基于行人仿真模拟技术的与既有地铁车站换乘设计研究[J].隧道建设，2013，33(4):287-294.

[7] 罗小强.城市轨道交通客流预测分析[D].西安：长安大学，2005.

[8] 毛荣昌.城市轨道交通客流预测方法研究[D].南京：河海大学，2005.

[9] 孙元广，杨乃莲，史聪灵，等.基于行人仿真技术的轨道交通多线换乘车站设计研究——以广州天河公园站为例[J].中国安全生产科学技术，2014(10)：106-111.

[10] 李春艳，陈金川，郭继孚，等.基于行为的客流预测方法探讨及应用[J].交通运输系统工程与信息学报，2006，6(6)：143-148.

[11] 张宁，谭裔，陈振武.轨道交通大客流换乘站客流组织仿真分析——以深圳会展中心站为例[J].城市轨道交通研究，2012(7)：19-24.

[12] 许俊峰.行人仿真模拟在地铁换乘站设计中的应用[J].隧道建设，2010(1)：21-25.

[13] 孙章.城市轨道交通概论[M].北京：中国铁道出版社，2001.

[14] 储强锋.杭州地铁市民中心站换乘改造实例[J].都市快轨交通，2016，29(5)：60-63.

[15] 诸葛恒英.北京城市轨道交通换乘效率研究[D].北京：北京交通大学，2007.