同台换乘站站台宽度计算方法研究

同台换乘站站台宽度计算方法研究
李颖;毛保华;杜鹏;陈志杰
【摘要】This paper mainly studies the width calculation of one-platform-transfer station. The passengers’ dynamic distribution law is studied and
a method of calculating the maximum assembling on one-platform-transfer station is given. The control point of calculating the width is analyzed. In the presented method, the two waiting areas are calculated on a consolidated basis, which is different from the current code. Further, in a case of an one-platform-transfer station, the result is 11.8 m which is bigger than 9.8 m in China’s current code for design of metro, smaller than 12.4 m in American’s B level. In the end, with the help of the software, the pedestrian density is tested under the three ways. In the current code, the pedestrian density in the waiting area reaches 2.5
person/m2, and 1.8 person/m2 in American’s B level, while using the presented way, the result is 2.0 person/m2. In the distribution area, the pedestrian density in China’s current code reaches 0.8 person/m2, a nd
0.5 person/m2 in American’s B level, while using the presented way, the result is 0.6 person/m2.%以同台换乘站台为对象，研究了同台换乘站台乘客的
动态分布规律，提出了同台换乘站台最高聚集人数的计算方法；分析了乘降区、集散区宽度计算的控制点，在既有规范按方向计算乘降区宽度的基础上，通过两方向乘降区宽度合并计算改进了岛式站台宽度计算方法.以某同台换乘站为例，按本文
方法计算的站台宽度值为11.8 m，大于现有设计规范的计算值9.9 m，小于美国
B级服务水平下的计算值12.4 m.通过仿真，比较了该站台3种宽度下的客流密度，
结果表明：按我国现行方法，站台乘降区客流密度最高达2.5人/m2，集散区客流密度最高达0.8人/m2；按本文方法，分别降至2.0人/m2、0.6人/m2；按美国规范，分别为1.8人/m2、0.5人/m2.
【期刊名称】《交通运输系统工程与信息》
【年(卷),期】2016(016)003
【总页数】6页(P148-153)
【关键词】城市交通;计算方法改进;最高聚集人数;站台宽度;同台换乘
【作者】李颖;毛保华;杜鹏;陈志杰
【作者单位】北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室，北京100044;北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室，北京100044; 北京交通大学中国综合交通研究中心，北京100044;北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室，北京100044;北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室，北京100044
【正文语种】中文
【中图分类】U231
城市轨道交通车站站台是乘客乘降、候车、换乘及进出站厅的场所，站台宽度是城市轨道交通车站设计的重要参数.窄的站台宽度，可以节省投资，但会导致乘客拥挤，降低城市轨道交通系统的服务水平；站台宽度过大，降低站台空间利用率，增加车站的土建造价.
最高聚集人数是确定站台面积的基础.我国现行《地铁设计规范》［1］规定站台最高聚集人数根据高峰小时上、下车客流量及超高峰系数确定，并以此作为按方向计
算站台乘降区宽度的依据；岛式站台被视为两个侧式站台的组合.美国设计规范［2］规定站台候车区域可以计入除楼扶梯疏散区、障碍物占用区以外的任何空间.在研
究层面，赵宇刚［3］等提出了列车到达间隔时间恒定条件下非换乘站台最高聚集人数计算方法.王永亮［4］等运用趋势分析法提出了侧式换乘站台最高聚集人数计算方法.王子甲［5］在美国设计方法基础上，提出了基于客流密度的站台区域划分方法，据此计算出的站台宽度推荐值小于我国现行规范设计值，且服务水平降低不大.沈景炎［6］结合列车到达前后站台乘客的动态分布，提出了3种不同状态下乘降区宽度计算方法，但没有涉及集散区宽度计算.
本文分析了同台换乘站台层聚集人数随列车到达时间的变化规律，根据站台聚集人数给出适用于同台换乘站台的宽度计算方法.利用Anylogic软件比较了本文方法、我国现行设计规范与美国设计规范3种方法下同台换乘站台的客流密度，验证了
本文方法的合理性.
同台换乘指不同方向乘客在同一个站台上完成两线间的换乘.它包括站台同平面换
乘和上下平行站台换乘两种形式.下面以同平面换乘为对象，研究客流量较大时站
台客流特性.
在非换乘站站台，站台客流分为上车客流、下车客流两类.在同台换乘站台还包括
换乘客流.如图1所示，换乘客流在站台既产生下车行为，也产生上车行为.
由于集散区内的乘客流线较为复杂，为方便下文计算，本文将换乘乘客离开下车方向乘降区前视为下车乘客，进入集散区后视为对向上车乘客.考虑到下车客流具有
高强度、高密度、周期性等特点，假设换乘乘客转换为上车乘客是在其全部进入集散区的时刻瞬时发生的，对某一换乘乘客来说，不存在既是换乘上车乘客又是换乘下车乘客的情况.
在同台换乘站，当两方向列车同时到站时，站台聚集人数最多，因此研究该情况下同台换乘站台聚集人数随时间的变化规律.假设两方向列车发车间隔相等，且站台
上没有乘客滞留，严格遵循先下后上规则.在一个发车间隔h内，上车乘客Qu包
括进入站台的乘客Qu1和同台换乘的上车乘客Qu2.下车乘客Qd包括离开站台的乘客Qd1和不离开站台的换乘下车乘客Qd2.其中Qu2=Qd2.
若站台上车乘客Qu1服从均匀分布，则乘客进入站台的平均流速vi为
一般地，乘客可自发调整候车位置以避开拥挤，故列车各车门上车人数分布基本符合均匀分布，设tu为平均上车时间，候车乘客进入列车的平均流速vu为
类似地，若假定下车乘客均匀分布于各车门，乘客下车时间为td，则可以用平均
下车速度vd刻画下车乘客Qd进入站台的流速为
乘客离开站台的时间为hj时，不换乘乘客Qd1离开站台的平均流速vj为
按前述思路，下面分析同台换乘站站台聚集人数变化规律.如图2所示，站台聚集
人数在发车间隔h内的变化可分为5个阶段：
第1阶段乘客下车阶段；
第2阶段乘客上车阶段；
第3阶段换乘下车乘客进入集散区转换为换乘上车乘客阶段；
第4阶段下车乘客离开站台阶段；
第5阶段上车乘客继续聚集直到下次列车进站停车后开启车门阶段.
分别以t0、t1、t2、t3、t4，t5表示各阶段时间分界点；以qu1、qu2、qu3
（瞬时变化前）、（瞬时变化后）、qu4、qu5表示各阶段结束时站台的上车聚集人数；以qd1、qd2、qd3（瞬时变化前）、（瞬时变化后）、qd4、qd5表示各阶段结束时站台下车聚集人数；站台聚集人数q=qu+qd，可以得到：
如图1所示，岛式站台服务于双方向乘客的乘降和集散.在乘降区，乘客候车、上
车及下车，乘客目的性较强，客流路径相同，鱼贯式上下车对空间要求较小.在集
散区，乘客进出站、换乘，客流路径复杂，对连续流动空间的要求较高.结合图2，可得不同时刻站台不同位置客流情况如表1所示.
从表1可知，在t1时刻乘降区聚集人数达到最大，对乘降区的宽度要求最高；在t3时刻集散区人数最大，对集散区的宽度要求最高，说明乘客对集散区的空间有较大的要求，不能仅仅用楼扶梯柱子的宽度确定.
按上述分析，同台换乘站站台宽度b为
t1～t3时间较短时，vi⋅（t3-t2）-vj⋅（t3-t1）较小，故Qd-vj⋅（t3-t1）+vi⋅（t3-t2）≈Qd，从而
式中：Qu为远期或客流控制期每列车超高峰小方向1、2的上车设计客流量（人）；Qd为远期或客流控制期每列车超高峰小时方向1、2的下车设计客流量（人）；L为站台计算长度（m）；S为站台上乘客不可利用面积，包括楼扶梯所占面积、设备用房、柱子面积等；β1为乘降区人均使用面积；β2为集散区人均使用面积.
根据李三兵［8］等人的实际调研，当人均使用面积低于0.5 m2/人时，乘客的行进速度小于0.4 m/s；当人均使用面积高于1.25 m2/人，乘客可以自由行进，几乎不受拥挤影响.这里推荐乘降区客流密度β1取值为0.5 m2/人，推荐集散区客流密度β2取值为1.5 m2/人.
4.1 案例车站
以位于市中心的某同台换乘站站台为例，其布置形式如图3所示.
该车站长度为L=144m.设置两组扶梯，每组扶梯包括1个1 m宽下行自动扶梯，和1个3 m宽上行楼梯，每组楼扶梯安装宽度与柱宽合计4.5 m.站台宽度设定以下3种情景：
（1）按照《地铁设计规范》，此岛式站台的宽度应设计为9.9 m，其中，上下行乘降区宽度均为2.3 m，楼扶梯宽度为4.5 m.
（2）按照本文的计算公式，此同台换乘站的宽度应设计为
其中上行方向乘降区宽度为2.3 m，下行方向乘降区宽度为2.2 m，符合最小乘降
区宽度，集散区宽度为6.5 m，站台宽度共11.8 m.
（3）根据美国的《Transit Capacity and Quality of Service Manual》，服务水平取B级，楼梯前方集散区长度取8 m［5］，计算出案例车站站台宽度为12.4 m.
高峰小时客流量（远景）如表2所示.设计换乘客流量为下车人数的80%.超高峰系数取1.3，发车间隔为2 min.列车编组为6节B型车.
4.2 仿真软件选择及参数标定
本文采用Anylogic分析站台宽度的效果.考虑到模型中的默认参数是根据西方国家的行人心理、生理特征设定的，这里对行人形体、期望速度等关键参数进行了修正.根据中国人体尺寸标准，计入衣服鞋子厚度，男性肩宽均值为39.43 cm，女性肩宽均值为36.97 cm，行人直径为（0.35，0.4）m.
王凯英［9］通过调查，发现乘客下楼梯临近站台时的水平移动速度大约为0.837 m/s；王子甲［5］通过调研，得到行人在站台上的平均走行速度为1.28 m/s.考虑到同台换乘站台上客流量较大，乘客间阻碍较多，速度有所损失，这里取行人速度为（0.8，1）m/s.
仿真过程如图4所示.
基于上述设定，可以进一步统计分析乘降区和集散区的客流密度.
4.3 仿真结果分析
为分析客流密度，本文选取时间区间600～720 s，如图5～图7所示.从图中可以看出站台客流密度随时间不断变化.以图6为例，600 s时两方向列车同时到达，乘降区人数增加迅速；随后乘客进入集散区，集散区人数增加.610～618 s下车乘客进入集散区、候车乘客上车，乘降区乘客减少，客流密度下降.619～642 s出站乘客离开站台，换乘乘客进入对向乘降区，集散区客流密度进一步下降.643～720 s上车乘客又逐渐在乘降区聚集，乘降区客流密度增加，直到下趟列车的到来.
表3给出了上述3种情景下的仿真结果.
可以看出：3种方法中，我国现行设计规范下的站台客流密度最大，其次是本文提出的方法，美国设计规范的站台宽度最大，客流密度最小.这进一步验证了按我国现有方法设计的多数换乘站站台客流密度过大，服务水平低，安全隐患较大.按照本文的方法，站台宽度变宽，乘客人均使用面积增大，有利于提高乘客走行速度，减少疏散时间，保障了城市轨道交通的服务水平及安全性.本文方法推荐值小于美国B级服务水平的站台宽度，说明本文方法推荐值在设计上限值之内，具有合理性.由于乘客在站台上分布的不均匀性，进一步扩大站台宽度可能并不会减少站台某些区域的客流密度，反而会浪费站台空间.
本文在分析同台换乘站客流运行特征及站台乘客聚集人数变化基础上，提出了改进的站台宽度计算方法，仿真案例验证了这一方法的合理性.主要研究结论如下：（1）本文分析了同台换乘站不同位置、不同时刻的站台聚集人数，结果表明列车到站后乘客下车完毕，上车乘客开始上车前，站台乘降区内的乘客最多，是乘降区站台宽度的控制点；在下车乘客全部进入集散区时，站台集散区的乘客最多，是集散区宽度设计的控制点.
（2）案例车站中，按照《地铁设计规范》计算出站台宽度为9.9 m，按照美国设计方法为12.4 m，按照本文提出的方法为11.8 m.
（3）仿真结果表明，本文提出方法的站台客流密度大于美国B级服务水平下的站台客流密度，小于我国现行设计规范的站台客流密度.说明本文方法既可更好地满足同台换乘站台客流需求，在一定程度上也控制了车站的规模.
本文未细化两方向换乘客流不均衡即存在潮汐现象时同台换乘站乘客的行为差异及其对站台宽度的影响，这将是下一步研究的重点.
【相关文献】
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