国内外地铁车站楼扶梯设计方法比较分析

2012-01-17赖丽萍陈勇烽晏小波

城市轨道交通研究 2012年10期

关键词：自动扶梯扶梯客流量

赖丽萍陈勇烽晏小波

（1.福建船政交通职业学院道路工程系，350007，福州；2.中铁工程设计咨询集团有限公司，100055，北京∥第一作者，助教）

地铁车站是地铁工程中最为复杂的建筑［1］。楼梯和自动扶梯作为地铁车站重要的垂直运输设施，必须重视其合理的规划与设计，力求提高行人乘坐地铁时的舒适度和集散效率。

1 英国地铁车站楼扶梯设计

1.1 楼梯的设计

1.1.1 设计影响因素

楼梯的通过能力很大程度上受楼梯宽度的影响。与人行道不同，在楼梯上，即使是很小的反向客流，也会降低楼梯近一半的通过能力。因此，楼梯的设计应考虑客流的方向性。由于行人上楼梯比下楼梯需要消耗更多的能量，所以行人上楼是降低楼梯通过能力的主要原因。因此，在英国地铁车站的楼梯设计中，只考虑行人上楼对楼梯通过能力的影响。

当处于缓慢前移客流中时，绝大部分行人的上楼速度变化范围为12.2m／min到50.2m／min。行人上楼的速度与步行空间的关系见图1。图1表明：当行人步行空间大于0.9m2／人时，行人上楼的速度达到正常值；当步行空间达到1.9m2／人时，行人可以任意选择自己上楼的速度穿越客流。

图1 上楼速度与行人步行空间关系图

楼梯向上方向的通过能力与行人步行空间的关系见图2。由图2可得：最大的通过能力在行人步行空间为0.3m2／人时获得。比较图1和图2发现：楼梯获得最大通过能力时，对应的行人步行空间小于获得正常上楼速度所需的最小行人步行空间。由于行人上楼的速度受到多方面因素的影响，且楼梯存在停止工作的可能，因此，设计时并不采用楼梯的最大通过能力作为设计通过能力。

另外，楼梯底部发生行人排队的可能性很大，必须进行楼梯两端处排队区域的设计。

1.1.2 楼梯服务水平等级标准

确定楼梯的宽度时，应保证楼梯理想的行人服务水平等级。楼梯的服务水平等级根据行人步行空间和通过能力划分，具体的服务水平等级划分见表1。

图2 每延米通过能力与行人步行空间关系图

1.1.3 楼梯设计

在进行楼梯设计时，应考虑以下几个方面：

（1）在靠近楼梯处，必须为排队等待上楼的行人提供排队所需要的空间；

（2）每一级楼梯的高度应保持不高于0.18m，以减少行人上楼时体力的消耗，从而提高楼梯的交通效率；

（3）由于楼梯的通过能力一般低于通道走廊的通过能力，因此，当楼梯直接设置在走廊上时，应将楼梯作为通道设计的控制因素来考虑；

（4）当楼梯上经常有较小的反向客流发生时，按主要方向客流设计的楼梯的有效宽度应当在计算值基础上增加0.8m。

表1 英国楼梯服务水平等级划分

1.1.3.1 确定楼梯宽度

确定所需的楼梯宽度应以保持楼梯理想的行人服务水平为基础。一般情况下，楼梯的服务等级保持在C或者D就足够了。由于地铁车站一般都设置自动扶梯作为行人上下楼的主要设备，地铁站楼梯的设置，仅仅是在自动扶梯超载或者自动扶梯发生故障无法工作时起辅助、补充作用，因此，地铁车站楼梯的服务等级只要达到E（即通过能力为55.8人次／m·min）就足够了。

确定楼梯所需宽度的步骤为：

（1）确定楼梯所要达到的服务水平等级，并选择表1中该等级对应的最大通过能力作为设计通过能力；

（2）估计楼梯主客流方向在高峰期15min的客流量；

（3）算出高峰期15min内每分钟的客流量，作为设计客流量；

（4）将设计客流量除以设计通过能力，算出所需的楼梯宽度；

（5）当楼梯上经常发生较小的反向客流时，楼梯所需的宽度还应在上述计算结果上增加0.8m。

1.1.3.2 计算楼梯每小时通过能力

地铁车站楼梯的服务水平等级一般为E等级，即通过能力为55.8人次／m·min，对于给定宽度的楼梯，可按以下步骤计算楼梯每小时的通过能力：

（1）将楼梯宽度乘以55.8人次／m·min，计算楼梯每分钟的通过能力；

（2）楼梯每分钟通过能力乘以60，得到楼梯每小时的通过能力。

1.1.3.3 计算排队区域面积

由于楼梯的通过能力有限，在楼梯底部发生行人排队的可能性是存在的。因此，进行楼梯设计时，还应计算楼梯处排队区域的面积。计算过程如下：

（1）算出楼梯每分钟的通过能力；

（2）确定一次性到达楼梯处的最大客流量；（3）最大客流量减去楼梯每分钟通过能力，得到超出楼梯通过能力的到达客流量；

（4）超出楼梯通过能力的到达客流量乘以0.5m2／人，即为所需的排队区域面积。

1.2 自动扶梯的设计

1.2.1 设计影响因素

自动扶梯的通过能力与扶梯倾斜角度、扶梯宽度和运行速度等有关。在英国，自动扶梯的倾斜角度一般为30°，扶梯的宽度为0.6 m或1.0m，扶梯的运行速度一般为27.4 m／min或36.6 m／min。

研究表明，自动扶梯的速度从27.4 m／min增加到36.6 m／min，其通过能力可增加12%。此外，行人在移动的自动扶梯上行走，并不能显著增大扶梯的通过能力。其原因在于：当行人在扶梯上行走时，必须同时占据两个梯级，这就降低了扶梯的利用空间，因此无法显著增大扶梯的通过能力。

与楼梯设计一样，自动扶梯也应计算行人排队所需的空间。

1.2.2 自动扶梯通过能力

厂家在计算扶梯的最大理论通过能力时，是以每一个梯级都得到充分利用考虑扶梯利用率的。事实上，充分利用每一个梯级是不可能的。在客流量很大的情况下，扶梯梯级无法被完全利用的原因主要有以下几个方面：

（1）行人并非连续到达自动扶梯处，而是断断续续到达；

（2）行人无法迅速登上自动扶梯，需要一定的反应时间；

（3）行人带有行李；

（4）行人需要足够的个人空间。

因此，在设计时采用标准通过能力。标准通过能力的计算方法为：对于宽度为0.6 m的自动扶梯，每两个梯级上站立一个行人；对于宽度为1.0m的自动扶梯，每一个梯级上都站立一个行人。宽度为0.6 m和1.0m的自动扶梯的标准通过能力见表2。

表2 自动扶梯标准通过能力

1.2.3 自动扶梯设计

1.2.3.1 确定自动扶梯数量

自动扶梯数量与所选自动扶梯的宽度和运行速度有关。确定扶梯数量的步骤为：

（1）估计扶梯主客流方向在高峰期15min内的客流量；

（2）算出高峰期15min内每分钟的客流量，作为设计客流量；

（3）根据所选自动扶梯的宽度和运行速度，从表2中确定扶梯的标准通过能力；

（4）将设计客流量除以扶梯的标准通过能力，计算出自动扶梯的数量。

1.2.3.2 计算排队区域面积

在自动扶梯处出现行人排队的主要原因有：客流量超过扶梯的通过能力；行人间歇大量到达扶梯处；行人带有较多行李。而且，当客流量小于自动扶梯的标准通过能力时，也有可能出现行人在扶梯处排队的情况。因此，在靠近扶梯处应设置充足的排队区域。每位行人的排队空间为1.65m2。在自动扶梯的尽端也应留有充足的区域，以避免从扶梯上下来的行人与其他方向客流发生冲突。计算扶梯处排队区域面积的过程如下：

（1）根据所选自动扶梯的宽度和运行速度，从表1中确定扶梯的标准通过能力；

（2）取一次性到达扶梯处的最大客流量作为最大客流需求量。通常认为，当行人需要在扶梯处等待1min以上才能登上扶梯时，行人会选择可用的楼梯上楼。即如果自动扶梯处有楼梯能供行人方便使用，则在扶梯处行人最大的排队等待时间可取1min。

（3）最大客流需求量减去扶梯的标准通过能力，得到超出扶梯通过能力的客流需求量；

（4）超出扶梯通过能力的那部分客流量乘以1.65m2／人，即得所需要的排队区域。

2 国内楼扶梯设计［2－3］

2.1 楼梯的设计

地铁车站中常用的楼梯有两种形式：无中间休息平台楼梯和有中间休息平台楼梯，如图3所示［4］。

图3 常用楼梯形式

GB 50157—2003《地铁设计规范》规定：楼梯的每个梯段不超过18步，否则应设计中间休息平台。休息平台长度应为1.2～1.8m。楼梯宜采用26°34′倾角，其宽度为单向通行不小于1.8 m，双向通行不小于2.4 m，当宽度大于3.6 m时，应设置中间扶手。困难情况下，与自动扶梯并排布置的楼梯最小宽度为1.2 m。

1 m宽的楼梯上行方向的最大通过能力为3 700人次／h，下行方向的最大通过能力为4 200人次／h。

2.2 自动扶梯的设计

地铁车站选用的自动扶梯为公共交通型自动扶梯。公共交通型自动扶梯与商用自动扶梯的主要区别在于工作场合和工作强度不同。大部分地铁车站属于地下建筑，其自动扶梯的工作条件比商场自动扶梯的恶劣，且地铁车站自动扶梯除了需要每天将近20h、每周7天、每年365天连续工作外，还要承受高峰期客流的考验。因此，规范对地铁车站自动扶梯的要求更为严格［5］。

2.2.1 扶梯的倾角

GB 16899—1997《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》规定公交型扶梯不能采用大于30°的倾角。《地铁设计规范》规定，自动扶梯的倾角为30°。

2.2.2 扶梯的梯级宽度

目前，自动扶梯的梯级宽度主要有0.6 m、0.8 m、1.0m三种。《地铁设计规范》规定，地铁车站自动扶梯的梯级宽度为1.0m。

2.2.3 扶梯的运行速度

地铁是快速运输交通系统，自动扶梯作为地铁车站垂直方向的主要运输工具，应采用较高的运行速度，以增大输送能力，适应地铁的工作速度。但是，考虑到自动扶梯的使用安全，扶梯的速度不能无限增大。因此，必须选择一个合适的自动扶梯运行速度。《地铁设计规范》规定：地铁车站自动扶梯的运行速度宜采用0.65 m／s。

2.2.4 水平梯级数量

《地铁设计规范》规定：当自动扶梯的运行速度为0.65 m／s时，上、下两端不应少于3块水平梯级，以保证乘客有足够的反应时间，采用4块水平梯级则效果更佳。

2.2.5 扶梯的输送能力

《地铁设计规范》规定：运行速度为0.65 m／s、宽度为1.0m的自动扶梯理论输送能力为11 700人次／h。地铁扶梯设计时按理论输送能力的75%～85%取值，一般不大于9 600人次／h。此外，扶梯还应满足事故疏散时间不大于6 min的要求。

3 对比与分析

借鉴英国楼扶梯的设计规范和经验，结合我国的城市现状和地铁建设情况，优化我国地铁车站楼扶梯的设计具有重大的意义。

3.1 楼梯服务水平等级划分

英国在确定楼梯的宽度时，以保证楼梯理想的行人服务水平等级为基础。其楼梯的服务水平等级是根据行人步行空间和楼梯的通过能力划分的。我国在进行楼梯设计时，可借鉴该思想：首先根据行人步行空间的大小划分楼梯服务水平等级，每一等级对应不同的每延米通过能力；然后选择理想的楼梯服务水平等级，确定对应该等级的楼梯每延米通过能力；最后根据客流量确定所需的楼梯宽度。