西安地铁北大街站换乘功能评价研究

李世民 安栓庄 贺腊妮

(中国地铁工程咨询有限责任公司 北京100037)

1 研究背景

西安地铁现状已经开通2条线路，分别是1号线和2号线，北大街站为1号线和2号线的十字相交换乘站，也是目前西安地铁网络中唯一的换乘车站。1号线和2号线是西安地铁网络中的骨干线路，骨干线相交意味着换乘客流量相对较高，现状换乘站已经出现人流密度过高，设施前拥挤严重等问题，为了深入剖析换乘站问题，笔者采用动态模拟的方法评价北大街站的换乘功能。

选择北大街站进行换乘功能评价，主要原因是北大街站具有这样几个特征:

1)网络中的最重要两条骨干线路相交，具有客流量大，冲击性大的特点;

图1 北大街站在西安地铁网络中的位置

2)车站已经开通，可以在分析现状车站存在问题的基础上提出改造建议;

3)车站非常典型，研究北大街站换乘问题对同类换乘站具有借鉴意义，车站换乘形式为上侧下岛，同类型车站在应对大客流中表现出类似问题，例如北京的惠新西街南口。

2 换乘站动态模拟关键点

轨道交通换乘站具有客流量大，客流组织复杂的特点，采用传统的换乘设计方法难以真实地表现出换乘站的客流动态特征，尤其是换乘站客流对设施的冲击性，采用动态模拟方法可以对未来换乘站的使用状况进行较为真实的再现，尤其适用于设计车站方案比选。

相对其他换乘站评价方式，采用动态模拟对换乘站进行研究具有以下几个特点:

1)全面系统地反映车站所有设施(换乘及进出站)在复杂客流条件下的使用状况，主要通过饱和度和设施前拥堵人数等指标来体现;

2)有针对性地对流线分析中发现的冲突点进行深入的动态分析，冲突点是否影响乘客的正常使用与客流量和冲突角度等因素相关，是否存在严重问题必须通过动态模拟方式进行分析。

3)生动表现不同空间的服务水平，主要通过空间平均密度图等指标来表现。

进行动态模拟采用国内外广泛使用的较为成熟的Legion仿真模拟平台，动态模拟过程包括建模、仿真、数据结果分析和校核4个部分，具体见图2。

图2 动态模拟过程

对于动态模拟4个部分中最重要的是建模部分，建模过程中设定的参数是否合理影响整个模拟结果的合理性，所以校核部分也是针对参数设置的合理性进行的。经过校核后的模型才能用于远期客流的动态模拟。

3 北大街站模拟评价

3.1 车站方案

北大街站为1号线和2号线十字相交换乘车站，换乘形式为上侧下岛，1号线在上，为侧式站台，位于地下2层;2号线为岛式站台，位于地下3层;地下1层为1号线和2号线的公用站厅。1号线与2号线的客流通过连接1号线和2号线的楼扶梯换乘，具体见图3，2号线进出站也使用图中楼扶梯。北大街站换乘设施仅有2组楼扶梯，整体换乘设施能力较小，并且由于1号线为侧式站台，如果1号线(上行或下行)与2号线换乘客流不均衡性较大，则可能出现某一侧设施能力紧张，而另一侧设施能力富余较大的情况。岛侧换乘方式应对客流不均衡性的能力较差。

图3 北大街站换乘关系及流线图

3.2 预测客流

为了研究车站换乘设施应对大客流的能力，选取远期的高峰小时预测进行评价。预测客流受到诸多因素影响，预测结果存在不确定性，因此需要对预测客流进行分析。本站远期高峰小时预测客流见表1、2。

表1 北大街站远期早高峰换乘客流量 人次

表2 远期早高峰进出站客流量 人次

1)预测换乘客流分析。通过类比分析得出，本站预测换乘客流量级基本合理。由于在城市空间结构和地铁网络结构上西安与北京存在一定的相似性，因此类比北京地铁网络内类似区位车站的现状客流量。根据北大街站的特征，选取北京地铁网络中骨干线路相交的换乘站，并且位于城市中心地区，通过筛选有东单站和西单站符合要求。现状东单站和西单站高峰小时单向换乘量约1.2万人次，考虑西安远期人口规模应略低于现状北京人口规模，单向约1万人次的换乘量基本合理。

2)预测进出站量分析。远期高峰小时进出站量略大于现状实际运营客流，由于车站周边为建成区，远期客流增加幅度不大符合客流增长规律。

通过以上分析北大街站预测换乘量和进出站量在量级上符合客流规律，可以作为模拟评价的基础数据。

3.3 车站换乘功能评价

3.3.1 评价方法及标准

本文采用建立评价体系的方法，对换乘站进行全面系统的评价。根据现状西安换乘站调查及北京等城市的经验，从4个方面对换乘站进行评价，并根据调查结果确定评价指标标准，具体见表3。

表3 换乘站评价指标体系

应用换乘站评价体系的关键是确定评价指标是否符合标准要求，一般来说，确定评价指标的方法有静态计算和动态模拟，两种方法都可以用于换乘站评价工作，本文综合采用两种方法，例如:对于设施超高峰饱和度采用静态计算方法，这样可以在较短时间内确定设施能力是否满足客流要求;设施拥堵人数则采用动态模拟，更加形象表现设施前拥堵情况的动态变化过程。

3.3.2 评价指标模拟结果

根据评价方法体系，采用静态计算和动态模拟两种方法对评价体系内各个指标进行评价。

1)设施饱和度见表4。1号线换乘2号线设施能力不满足需求，存在大量乘客难以疏散的问题。

2)设施拥堵人数(2换1)。本站主要拥堵发生在2号线站台上行楼扶梯前，因此重点给出2号线站台的设施拥挤情况，见图4。

表4 换乘设施饱和度

由图4可以看到，上行设施拥堵人数达到120人以上，虽然未超过评价标准，但由于在发车间隔内存在乘客疏散不掉的问题，说明该指标不符合要求。通过饱和度来看设施饱和度刚刚超过1.0，但由于扶梯前拥堵人数较多，影响楼梯使用，同时由于流线冲突也影响扶梯能力的发挥，在实际模拟动画中发现楼扶梯难以达到饱和工作状态。

3)流线分析。由本站流线分析发现主要问题发生在2号线楼扶梯前，具体见图5，图中绿色流线为2号线换乘1号线，蓝色为1号线换乘2号线，两种换乘流线在楼扶梯前多处发生交叉冲突，影响人流的通过。

图4 2号线站厅人流密度及楼扶梯前拥堵情况

通过CAD图的流线分析可以找出冲突点，但冲突点是否存在严重问题则需要在动态模拟中进行分析，见图6(蓝色为进站乘客，红、粉色为出站乘客)。通过图6可以看出，图5中有3个冲突点存在乘客通过困难，冲突点存在问题，对模拟视频进行截图可以看到客流冲突点对客流通过所产生的影响。

4)站台服务水平。评价站台服务水平采用2种方式，一种是整体人流密度，另一种是站台人流密度分布，对站台人流密度采用不同颜色代表不同等级的服务水平(见表5)。

图5 换乘流线图

图6 模拟动画中冲突点

表5 排队空间服务水平标准 人/m1

地铁规范中对车站人流密度的规定是:站台上人流密度为0.33～0.75 m1/人，按照规范标准对应站台空间的C、D两级水平，也就是小于E级服务水平。

对本站模拟后发现主要问题发生在2号线站台，重点对2号线站台人流密度进行分析，从2号线站台人流密度分布来看，高密度区域主要集中在2座楼扶梯前，大面积区域服务水平大于E级，甚至已经影响到候车区域的正常使用，当然这主要是上行楼扶梯能力不足的结果，具体见图7。

整体2号线站台服务水平通过测试站台总人流密度进行评价，由于拥堵客流的不断增加，2号线总人流密度逐步接近评价标准(1人/m1)，存在一定程度上整体密度过高的问题，具体见图7。

3.3.3 换乘便捷性评价

换乘便捷性采用换乘时间进行评价，由于本站是上侧下岛的换乘形式，便捷性非常好，模拟出来的换乘时间都小于3 min，具体见表6。

表6 换乘便捷性评价

3.4 存在问题

根据以上评价指标分析，本站存在问题主要包括:2号线站台换乘1号线上行扶梯能力不足;2号线站台楼扶梯前拥堵人数过多，影响候车区、进站及换乘客流的进入;2号线站台人流密度超过评价标准，站台拥挤，安全性差;两处安检设施能力不足，在超高峰时段存在排队问题。

3.5 优化方案再评价

根据车站仿真发现问题提出2种改进方案。

3.5.1 调整运营组织方案(方案1)

调整客流组织方式，1换2采用站厅换乘，2换1不变;2号线站台混行楼梯调整为上行;站厅与换乘平台之间楼扶梯按照图中组织没有流线冲突;当单向进站和换乘客流超过7 300人/h时，站厅换乘客流冲击性较大，对楼扶梯增加围栏，楼梯仅上行。

对改进方案进行再模拟，对比改进前后2号线站台使用情况见图8。

图8 2号线站台改进前后的使用情况

可以发现，楼扶梯拥堵情况有较为明显的改善，原因是增加了上行设施能力，但同时下行设施能力降低，1号线换乘2号线的设施饱和度过高，在下行扶梯前产生一定拥堵。该方案可缓解2号线站台拥堵问题，缓冲客流对楼扶梯的冲击，但未改变设施能力紧张的问题。

3.5.2 增加换乘设施(方案2)

针对方案1设施能力依然紧张的问题，提出增加扶梯方案，在2号线站台增加2部扶梯，全部设置为上行，目的为快速疏散2号线站台上的换乘客流，具体见图9、10。

图9 2号线增加设施方案

图10 增加扶梯后2号线站台人流密度

增加扶梯方案能够很好地改善2号线站台人流密度过高和楼扶梯前拥堵的问题，2号线站台人流密度达到F级面积很小。既有线改造增加扶梯方案存在影响运营和工程代价较大的问题，建议远期客流增大后择机实施，近期建议采用方案1以缓解2号线站台问题。

4 结论及建议

北大街站为典型的上侧下岛换乘站，车站设计规模较大，岛站台为14 m宽，侧站台为7 m宽，并且侧站台连接的换乘平台空间较大，有利于缓冲侧站台换乘客流对楼扶梯的冲击。上侧下岛的换乘形式是一种便捷性非常高的换乘方式，但便捷性与冲击性往往是一对矛盾，所以本站客流冲击性较大的问题十分突出，而且2号线站台只有2组楼扶梯，其承担了双向换乘客流和2号线进出站客流，并且楼扶梯前存在换乘客流的交叉冲突，通过动态模拟评价发现本站客流瓶颈点在2号线站台的2组楼扶梯前，通过方案1的客流组织优化可以缓解客流冲击，但难以满足远期预测客流需要;方案2增加扶梯后能够满足远期预测客流的需要，但实施改造成本较大，并且可能会影响车站的正常运营。

通过对北大街站的换乘功能评价提出以下几点建议:

1)城市轨道交通骨干线相交的重要换乘站点客流量一般较大，不仅有西安北大街站，成都天府广场站的换乘客流也较大。

2)采用2组楼扶梯的设计方案在使用过程中可能存在能力不足等一系列问题，所以类似车站设计方案应尽量保证3组楼扶梯。

3)上侧下岛的换乘形式应对客流方向不均衡性能力较差，北大街站在1个方向有1组楼扶梯，可能出现一侧紧张另一侧富余较大的问题;北京的惠新西街南口设有3组楼扶梯，一侧有2组楼扶梯，另一侧有1组楼扶梯，但依然存在早晚高峰一侧不足的问题。

4)换乘站设计阶段应对方案换乘功能评价，避免车站投入运营后再去进行设施改造升级，运营后再进行改造不仅使投资远大于设计阶段的修改完善，而且会带来较大的社会影响。

5)通过动态模拟发现换乘设施能力在一定情况下应该进行折减，主要包括设施前流线冲突严重程度、设施前空间较小、拥堵人数较多等，对于交通枢纽还应该考虑乘客携带大包比例过高的情况，对设施能力造成一定程度的折减。

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