基于车站设施服务水平累积时间的地铁换乘车站风险分析*

胥 旋，刘国林，史聪灵

(1.中国安全生产科学研究院，北京 100012； 2.地铁火灾及客流疏运安全北京市重点实验室，北京 100012)

0 引言

我国城市快速发展，地铁成为城市居民出行的重要交通工具。随城市地铁线路增加，换乘车站数量逐渐增加，作为地铁大客流汇集主要节点，部分换乘车站的换乘客流数量远超车站出入口进出站客流。地铁换乘车站会根据客流预测结果，设计理论最大输运能力,但在实际运营中会面临早晚高峰客流、突发性大客流等情况，若客流组织方式不当，会造成人员聚集、客流交叉、通道堵塞，严重时可能引发客流踩踏等安全事故[1-3]。因此，制定合理的换乘车站客流组织方案，是保障地铁安全运营的重要环节。针对地铁换乘车站客流组织，部分学者开展相关研究：艾忠华[4]对北京地铁2，4号线的换乘车站-宣武门站改造方案进行详细设计，并对改造前后换乘服务水平、进出站服务水平及站厅服务水平进行对比；霍扬[5]将客流仿真模拟技术引入沈阳地铁1，2号线换乘站改造设计中，总结该站的拥堵原因，并为车站改造提供设计思路；孙元广等[6]利用行人仿真动力学，对广州地铁多线换乘车站-天河公园站客流组织进行仿真，发现贯通式方案的客流组织效果较好；史聪灵等[7]通过对某单通道换乘车站客流进行分析，提出优化的客流流线；刘隽雅[8]对西安地铁小寨站流线组织、导向标识等进行分析，为改善该区域乘客的出行效率提供依据；白涛[9]分析将纺织城站设置为三线换乘站的必要性，通过综合比较各项技术条件，确定该换乘站的车站布置方案。

目前，针对车站换乘方案的研究以定性分析为主，在定量化指标方面研究相对较少。因此，本文在Fruin设施服务水平划分标准基础上，提出通过比较各级服务水平累积时间以评估车站客流风险的方法，并以北京地铁1，5号线的换乘站-东单站为研究对象，对单向换乘和双向换乘2种方案进行比较，以期为运营单位制定相关客流组织方案提供参考。

1 车站换乘场景设置

1.1 车站建筑结构

北京地铁东单站是5号线与1号线换乘车站，其中，5号线东单站为双层结构的地下端头厅式车站、岛式站台。地下1层为站厅层，共有4个出入口(北侧为E、F口，南侧为G、H口)，北侧和南侧站厅与站台均通过1台上行扶梯和1部楼梯连接。在北站厅设置1条换乘通道，与1号线东单站站厅相连，通道内设置1台上行扶梯、1部楼梯以及1台水平自动步道；在南站厅设置1条换乘通道，与1号线东单站站厅相连，通道内设置1台下行扶梯、1部楼梯。站台、站厅层结构示意如图1所示。

图1 东单站站厅、站台层结构示意Fig.1 Structure Schematic diagram of station hall and platform layer in Dongdan station

1.2 车站客流

本文选取某工作日早高峰7∶30～8∶30的客流数据，地铁5号线东单站进站客流、出站客流、换乘客流及断面客流情况见表1。其中，崇文门站→东单站→灯市口站为5号线上行方向，灯市口站→东单站→崇文门站为下行方向。

表1 地铁5号线东单站早高峰客流情况Table 1 Passenger flow in morning rush hour at Dongdan station of Metro Line 5 person 人

1.3 车站行车组织

列车到站时间决定出站客流及换乘客流的时间分布，早高峰东单站列车到达时刻表见表2。

表2 东单站列车到达时刻表Table 2 Train arrival schedule of Dongdan station

1.4 关键位置通行参数

根据现场实测结果，该车站进出站闸机、电扶梯运行速度等关键位置通行参数设置情况如下：进站检票机通行能力为25人/(min·通道)，出站检票机通行能力为20人/(min·通道)，电扶梯运行速度为0.65 m/s，自动步道运行速度为0.65 m/s。

2 模拟方案

本文对单向换乘及双向换乘2种方案早高峰1 h的客流疏运过程进行模拟，对由单向换乘方案变为双向换乘方案的安全性及可行性进行对比。

在单向换乘方案中，与5号线车站北站厅相连的通道作为1号线换乘5号线的单向换乘通道，与5号线车站南站厅相连的通道作为5号线换乘1号线的单向换乘通道，如图2所示。双向换乘方案中，南北通道均可用于5号线换乘1号线以及1号线换乘5号线，由于换乘通道与1号线站厅相连的2个通道口相距较近，认为从1号线换乘5号线的换乘客流平均分配。

图2 地铁5号线东单站客流流线(单向换乘方案)Fig.2 Passenger flow streamline at Dongdan station of Metro Line 5 (one-way transfer scheme)

由表1可知，在单向换乘方案中，北通道客流共5 260人(即1号线换乘5号线的单向客流)，南通道客流共9 618人(即5号线换乘1号线的单向客流)；在双向换乘方案中，由于5号线车站具有对称结构，且换乘通道与1号线站厅相连的2个通道口相距较近，因此，假设上述单向客流被平均分配到2个通道，北通道客流和南通道客流均为7 439人(即1号线换乘5号线的2 630人与5号线换乘1号线的4 809人之和)。

本文采用行人动力学软件Legion模拟疏散过程，Legion软件是基于社会力模型的行人仿真软件，社会力模型属于受力驱动的矢量模型，能够体现个体间的受力作用，精确反映行人微观运动。

针对车站容易出现拥堵的位置，在2种方案下共设置12处区域，重点考察该区域内人员密度及持续时间情况，如图3所示。

图3 模拟分析区域Fig.3 Area of simulation analysis

3 结果分析

3.1 客流平均密度

2种方案下各区域人员平均密度见表3。由表3可知，采用双向换乘方案后，站台北端上行扶梯多接纳5号线换乘至1号线的4 809人，此处客流平均密度由1.10人/m2突增至3.76人/m2；采用双向换乘方案后，虽然站台南端上行扶梯相对于单向换乘方案少接纳5号线换乘1号线的4 809人，但该客流量足以使上行扶梯长时间保持饱和运行状态，此处客流平均密度由3.73人/m2下降至3.61人/m2，下降不明显；采用双向换乘方案后，站厅北端楼扶梯附近形成较明显的相向客流，该处客流平均密度由1.17人/m2增加至1.61人/m2，同理，站厅南端楼扶梯附近客流平均密度由0.94人/m2增加至1.02人/m2；采用双向换乘方案后，由于北通道客流总量由5 260人增加至7 439人，使得北通道N1，N2，N3区域客流密度均有所上升，但北通道N4，N5区域客流密度下降，这是由于采用该方案后，虽然北通道客流总量增加，但增加部分主要是5号线换乘1号线的客流，当增量客流到达N4，N5区域时，并未与1号线换乘到5号线的客流构成重叠，对N4，N5局部而言，客流量反而下降，因此N4，N5区域客流密度下降；采用双向换乘方案后，由于南通道客流总量从9 618人减少至7 439人，因此，南通道S1，S2区域的客流密度均有所下降。但南通道S3区域的客流密度增加，这是由于S3区域靠近1号线站厅，当1号线车辆到达后，换乘客流短时间内涌入换乘通道，造成S3区域客流密度瞬间增加。

表3 各区域客流平均密度Table 3 Average density of passenger flow in each area

3.2 车站设施服务水平累积时间

本文在Fruin设施服务水平划分标准基础上，计算各级服务水平累积时间，分析不同换乘方案的客流风险点。Fruin建立步行通道、楼梯、排队区域等行人设施的服务水平等级划分标准，主要影响因素有步速、行人空间和冲突几率等，该服务标准划分依据为行人密度，步行通道的服务水平划分标准见表4，其中，行人感到最舒适的是A级水平，感到最不舒适的是F级水平。

表4 行人设施服务水平分级标准(步行通道)Table 4 Grading standard for service level of pedestrian facilities (pedestrian passage)

高密度人群会带来潜在的安全风险，但高密度区域持续时间更为重要，综合这2项因素作为车站客流风险的评判依据。利用模拟结果，统计换乘通道内，各区域在1 h内E，F服务水平的累积时间，如表5所示。由表5可知，采用双向换乘后，由于站台北端上行扶梯相对单向换乘方案多接纳4 809人由5号线换乘1号线的客流，站台北端上行扶梯入口的E，F服务水平累积时间共增加68.5倍；站厅北端楼扶梯附近形成明显的相向客流，E，F服务水平累积时间共增加4.9倍。其他区域E，F服务水平累积时间没有明显增加。因此，采用双向换乘方案后，应重点关注站台北端上行扶梯入口和站厅北端楼扶梯附近新增的客流风险，在早高峰期间，该区域应适当增加客流疏导人员。

表5 各区域服务水平(D、E、F)累积时间Table 5 Cumulative time of service levels (D,E,F) in each area

表5(续)

北通道N4，N5区域的F服务水平累积时间分别由15.7 min和4.02 min几乎降为0 min；南通道S2区域的F服务水平累积时间由52.51 min降为0.15 min，降低97.8%，可减少该区域的早高峰值守人员。

4 结论

1)采用双向换乘方案后，客流平均密度高峰值对应区域发生变化，运营单位可对应调整疏导监控策略。

2)采用双向换乘方案后，站台北端上行扶梯入口的E，F服务水平累积时间共增加68.5倍，站台北端扶梯附近的E，F服务水平累积时间共增加4.9倍，成为新的客流风险点，早高峰期间应在该区域加强客流疏导。

3)采用双向换乘方案后，北通道N4，N5区域的F服务水平累积时间分别由15.7 min和4.02 min几乎降为0 min；南通道S2区域的F服务水平累积时间由52.51 min降为0.15 min，降低97.8%，说明可以减少该区域的值守人员。

4)提出的研究方法和结论，可为地铁换乘站的车站设计和运营时期客运组织方案的制定提供依据，为保障地铁运营安全提供参考。