交通枢纽功能与结构匹配模型探讨

啜二勇

（天津市交通科学研究院，天津 300300）

交通枢纽是城市综合交通网络的关键节点，其规划布局直接影响交通网络的运行效率[1]。一些学者从整体空间视角，对交通枢纽布局进行了深入分析。张胜等[2]按枢纽用地规划将布局划分为3 个圈层并深入探究其中核心区布局策略；叶道均等[3]基于空间和交通双重属性对交通枢纽功能层次重新划分，提出基于可达性的交通枢纽空间布局方法。上述研究突出交通枢纽整体布局作用；但以局部视角来看，交通枢纽内的客流运行效率还受到内部设施结构和功能的影响。王永清等[4]对厦门北站综合交通枢纽交通衔接设施布局提出4 种方案，为其他枢纽的建设提供借鉴；马彩雯等[5]以大连北站综合交通枢纽客流预测为基础，确定场站类设施配置基本规模。上述研究以已建交通枢纽为研究对象，结果适用性受到很大限制。

随着承担运输需求的剧增，交通枢纽中设施功能与乘客需求延续之间的不匹配导致乘客奔波于不同设施结构之间，造成交通枢纽运行效率降低。针对这一问题，本文以乘客需求、设施功能和设施结构三者之间的映射机制为基础，对乘客需求进行分解，按对应终端功能重构设施结构，构建交通枢纽概念布局模型。在交通枢纽详细布局中，针对增长要素，提出时间作用、距离作用和结构作用约束条件。

1 基本方法

交通枢纽除基本建筑结构功能外，还承担着交通运输、商业等特定功能；其布局是一项复杂的任务。从乘客对高效交通枢纽需求出发，分析了需求与设施结构不同特征差异，以功能层为媒介阐明两者之间关系的不确定性和多重性。基于乘客需求、枢纽结构和功能关系提出一种概念布局模型。

2 交通枢纽概念布局模型

2.1 需求、功能和结构映射机制

乘客在运输枢纽站的一系列活动包括购票、安检、检票、等候、上下车、购物、换乘等。这些活动分布在枢纽内的不同区域；乘客在特定时间内完成各类结构设施的转化且每种结构应满足不同乘客的需求；为解决这类问题，在乘客需求和结构设施之间建立模拟人类思维的功能性运输层。

首先分析乘客的原始需求、终端功能演化的客观规律及终端结构设施的特点。对于某类乘客需求Di，对应的功能元件Fi被逆分解，终端结构的设施要素Si可以同时分解，以形成映射组合Ci={Di，Fi，Si}，见图1。

图1 需求、功能和结构相互关系

2.2 概念布局模型

交通枢纽概念布局模型的分解和重构过程见图2。

图2 交通概念布局模型的分解和重构

图2中第一层将运输枢纽的乘客需求分为几个子需求，例如：运输、商务、建筑等。作为核心的运输需求又细分为几个需求单位，例如：中转、等待、购买车票、停车和进出车站等。

为了满足需求单位的功能，需要相应的结构设施，例如：为了实现转移需求，需要转移大厅、转移通道、栏杆、转移楼梯、自动扶梯、自动人行道和电梯等设施。因此，罗列终端功能实现所需的所有设施并归纳为不同子结构，其中设施被划分为四个子结构。

子结构1 包括安全检查设备、电梯、楼梯、自动人行道、自动扶梯和通道。

子结构2 包括检票口、自动售票机、自动查询机、自动充值系统、进出站口、辅助票务台、咨询处和栏杆。

子结构3 包括转运大厅、转运通道、栏杆、转运楼梯、自动扶梯、人行道和电梯。

子结构4包括通道、电梯、自动扶梯、楼梯、平台和平台屏蔽门。

2.3 模型的约束

为对布局进行详细设计，需计算增长要素，包括设施的形式、比例、相对位置等，计算关键是确定增长要素的约束条件。本文着重研究了时间作用、距离作用和结构作用约束的计算。

2.3.1 时间作用

时间作用是计算枢纽增长要素中最重要的约束，由设施的服务水平、乘客量、设施适应性关系等决定。

式中：E1——时间作用约束；

n——乘客类型，分为一起到达和一起离开的乘客、独自到达和一起离开的乘客、一起到达和单独离开的乘客、独自到达和独自离开的乘客共4类；

Pn——n类乘客的数量，n= 1，2，3，4；

tˉn1——n类乘客购票所需平均时间；

tˉn2——n类乘客安检所需平均时间；

tˉn3——n类旅客到达车站所需平均时间；

tˉn4——n类乘客平均等待时间；

tˉn5——n类乘客离开车站所需平均时间；

tˉn6——n类乘客不同线路换乘所需平均时间。

2.3.2 距离作用

距离作用是计算交通枢纽增长要素的基本约束之一，由设施在乘客步行流线中的相对位置确定。

式中：E2——距离作用约束；

M——乘客移动方式数；

Pm——使用m类移动方式的乘客数量；

dˉm——m类方式的移动平均距离。

2.3.3 结构作用

结构作用作为枢纽增长要素的约束之一，由设施容积率、组织顺序和设施关联度决定。

式中：E3——结构作用约束；

α——设施容积率；

β——组织顺序；

γ——设施关联度；

ε1——设施容积率的权重；

ε2——组织顺序的权重；

ε3——设施关联度的权重。

ε1、ε2、ε3均＞0且三者和为1。

设施容积率由设施有效利用面积与整体利用面积的平均比决定，与结构合理性成正比。

式中：a——设施容积率；

k——设施数量；

SI——设施有效利用面积；

Sc——整体利用面积。

流线组织顺序反映了各条流线的相互影响，取决于流线的冲突点总数与流线的设施节点总数之比。

式中：β——流线组织顺序；

H0——流线的冲突点总数；

H1——流线的设施节点总数。

设施关联度由流线各节点的组合相关值决定，设施关联度越大，结构设计越合理。

式中：γ——设施关联度；

m——设施中流线数量；

ri——流线i节点处的设施数；

n(j，j+1)——设施 节点j与设施节 点j+ 1 之间的乘客总数；

d(j，j+1)——从设 施节点j到设施 节 点j+ 1 的步行距离。

3 结论

1）遵循逆向工程原理研究交通枢纽功能与结构之间的关系，将运输枢纽的整体功能和结构分解为需求单位和设施结构要素。

2）给出时间作用、距离作用和结构作用约束的计算方法，建立了面向功能的交通枢纽概念布局模型，为交通规划设计提供了一种新的方法。

3）针对为满足功能需求造成的出行效率降低问题，以乘客需求对应重构功能设施结构，从规划角度指导枢纽中设施布局的流线化组织设计。

以模型约束条件最优解集为指导，进一步优化交通枢纽布局；但定性表述需求单位和结构设施，在约束求解过程中不够明晰，甚至出现无最优解的情况。因此，在未来的研究中，需要更加深入的研究规定需求及结构的定量表达式并在此基础上针对已建交通枢纽布局优化问题提出解决方法。