城市轨道交通换乘站运营设施能力匹配性评价方法研究

彭 丹，刘 悦，宁 佳

（西南交通大学交通运输与物流学院，四川成都 611756）

0 引言

随着城市轨道交通的不断发展及网络化运营，客流增长迅猛。目前车站设计主要基于客流预测，鉴于预测客流与实际客流之间的差异，很多车站出现了能力匹配性不足，甚至严重拥挤的情况，如何对其匹配性进行有效评价一直是重难点。国内外学者大都基于乘客满意度的角度，采用模糊综合评价法、层次分析法等评价车站服务水平[1-3]。城市轨道交通换乘站是轨道交通网络构成中的重要节点，大部分研究偏向于换乘站宏观布局以及与其他交通方式衔接的协调性[4-5]，缺乏站内基于实际客流的设施能力匹配性研究。本文基于换乘站运营设施实际能力分析，本着客观科学的原则，构建了相应的评价指标体系，并建立模糊综合评价模型，对换乘站运营设施的改造优化提供一定的参考建议。

1 换乘站运营设施能力及其与客流匹配性分析

乘客在换乘站的活动主要分为进出站、换乘和上下车3大类，根据换乘站客流路径，主要对进出站运营设施、换乘设施以及上下车站台等能力进行分析。由于车站性质不同，所吸引的客流类型也有所差异，车站运营设施的实际通过能力不尽相同。因此，对某大型换乘车站S在高峰小时进行实地调研，以确定各运营设施的实际通过能力。

车站S为城市轨道交通3号线和5号线（以下简记为L3和L5）的交汇换乘站，L3呈南北向分布，L5呈东西向分布。在车站S中，站厅层和站台层分布如图1所示。

图1 车站 S 站厅层与站台层分布示意图

1.1 进出站运营设施

根据乘客进出站活动，其运营设施可分为售票机、进出站闸机以及进出站楼扶梯。

1.1.1 售票机

售票机一般分为人工售票机和自动售票机2种，车站S人工售票窗口不提供进站购票服务，其自动售票机的实际服务能力为：

式（1）中，NSPJ为自动售票机服务能力，人/（h·台）；tSPJ为每位乘客平均使用自动售票机耗时，s。

车站S为办公商业型，早高峰出站客流和晚高峰进站客流较大，但是由于绝大部分为通勤客流，多使用一卡通，购票比例小，早晚高峰进站乘客购票比例分别为15.2%、4.4%。早晚高峰小时自动售票机能力富裕度如图2所示。车站S共计20台售票机，服务能力十分充裕，其早晚高峰平均富裕度分别达到89.3%、61.7%。

图2 高峰小时售票机能力富裕度分析

1.1.2 进出站闸机

进出站闸机是车站站厅付费区和非付费区的分界，一般有门扉式和三杆式2大类。车站S均为门扉式，有单向和双向2种，其实际服务能力分别如下：

式（2）中，NDXZJ、NSXZJ分别为单向和双向闸机的服务能力，人/（h·台）；nDXZJ、nSXZJ为高峰小时客流连续情况下，平均每台单向和双向闸机每分钟服务人数，人/（min·台）。

车站S站厅层进出站闸机数分布如表1所示。车站S早晚高峰小时各区域闸机能力利用富裕度达21%～96%不等，如图3所示。早高峰出闸能力富裕度较小，约为30%；晚高峰进闸能力富裕度较小，约为50%。整体而言，车站S各方向闸机服务能力比较充裕。

表1 车站 S 站厅层进出站闸机数分布 台

图3 高峰小时各区域闸机能力富裕度分析

1.1.3 进出站楼扶梯

站台与站厅一般靠楼扶梯连接。楼梯一般为上下行混合通行。楼梯混合通行能力以及扶梯的实际疏散能力分别如下：

式（3）中，NLT-HH、NFT分别为楼梯混合通行能力以及扶梯的疏散能力，人/（h·m）；nLY-HH、nFT分别为高峰小时客流连续情况下，平均每组楼梯和扶梯每分钟疏散人数，人/（min·组）。

表2 车站 S 进出站楼扶梯分布 组

车站S站厅层进出站楼扶梯分布如表2所示。早晚高峰小时各区域进出站能力利用富裕度达26%～97%不等，如图4所示。早高峰出站能力富裕度较小，约为45%；晚高峰进站能力富裕度较小，约为42%。整体而言，车站S各区域进出站楼扶梯服务能力比较充裕。

图4 高峰小时各区域楼扶梯能力富裕度分析

1.2 换乘楼扶梯设施

L3与L5在车站S的换乘楼扶梯分布如表3所示。根据乘客乘车行为习惯和偏好，乘客优先选择扶梯而非楼梯。基于此，通过计算得到早高峰L3和L5之间各换乘楼扶梯能力富裕度如表4所示，早高峰L3换乘L5的客流较大，换乘楼扶梯能力不足。

表3 L3 和 L5 线路间换乘楼扶梯分布 组

表4 早高峰 L3 和 L5 线路间换乘楼扶梯能力富裕度 %

1.3 上下车站台设施

站台是供乘客上下车和候车的活动场所，主要有岛式、侧式和混合式3种类型。L3和L5在车站S的站台形式分别为岛式站台和侧式站台。

已知站台容纳能力NZTRN与站台有效面积SZTYX正相关，与站台客流密度ρKL负相关。

式（4）中，NZTRN为站台容纳能力，人；SZTYX为站台有效面积，m2；ρKL为站台客流密度[6]，m2/人。其中ρKL—般取0.33～0.75m2/人，综合考虑站台利用率及乘客安全，通常情况下取0.75m2/人。

以列车行车间隔为时间段，考虑站台最大程度拥挤。假设乘客均遵守“先下后上”的乘车规则，则当列车车厢内所有下车乘客刚好下完未乘坐楼扶梯疏散，同时上车乘客还未上车，此时站台乘客最多最拥挤。对于岛式站台考虑极端情况——2个方向列车同时到达，对于侧式站台主要考虑大客流方向。

当站台客流密度ρKL分别取0.33m2/人、0.5m2/人和0.75m2/人时，早高峰车站S各站台容纳能力富裕度如图5所示。L3在车站S的站台P3，站台面积及有效面积小，站台容纳能力不足；L5在车站S的站台P5E和P5W，站台面积及其有效面积较大，且2个方向客流无交叉，站台容纳能力基本满足需求。

图5 早高峰小时车站 S 各站台容纳能力富裕度分析

2 评价指标与模型

2.1 评价指标

根据对换乘站运营设施能力的分析，建立的评价体系分为2层：第1层共3个指标，第2层共7个指标，如图6所示。

2.2 模糊综合评价模型

城市轨道交通换乘站运营设施能力与客流的匹配性具有一定的模糊性，其影响因素是多方面的，各影响因素的权重也略有差异。为了恰当地评价换乘站运营设施能力匹配性，利用模糊数学原理，从进出站设施、换乘设施以及上下车站台3个方面，建立换乘站运营设施能力匹配性的模糊综合评价模型。

图6 城市轨道交通换乘站运营设施能力评价指标体系

2.2.1 建立因素集

设因素集U是城市轨道交通换乘站运营设施能力评价指标体系第1层的3个指标的集合，U={U1，U2，U3}，其中U1、U2、U3是U的子因素集，分别表示进出站运营设施能力匹配性、换乘楼扶梯能力匹配性和上下车站台能力匹配性。

设因素集u是城市轨道交通换乘站运营设施能力评价指标体系第2层的7个指标的集合，u={u1，u2，u3，u4，u5，u6，u7}。

2.2.2 建立评价集

设V是城市轨道交通换乘站运营设施能力评价集。V ={V1，V2，V3，V4，V5}，其中V1、V2、V3、V4、V5分别表示对应的评价等级为十分富裕、富裕、匹配、不足、严重不足。

2.2.3 建立权重集

由于各评价因素对事件产生影响的轻重程度不一样，所以需要建立相应的权重集。可视为因素集上的1个模糊集，模糊集由 m 个权重元素构成：w ={w1，w2，…，wm}，满足，wj≥0。

记第1层指标权重为W=（W1，W2，W3），记第2层指标权重分别为。

2.2.4 模糊综合评价

单因素模糊评价是指从1个因素出发确定评价对象对评价集V的隶属程度rki。本文构建的指标体系分为2层，因此需要进行2次分级评价。

（1）一级模糊综合评价

记为单因素评价集，。则第1层3个指标的单因素评价矩阵分别如下：

记Pk为一级模糊综合评价集，，其中“°”表示模糊算子，本文取M（∧，∨）。则这3个一级模糊综合评价集所组成的评价矩阵R如下：

（2）二级模糊综合评价

记Q为二级模糊综合评价集，基于第1层指标权重W以及一级模糊综合评价矩阵R，进行整体评价：

根据此计算结果，按照最大隶属度原则来确定能力匹配性等级。选择二级模糊综合评价集Q中最大的模糊综合评价指标所对应的评价集V中的等级，作为城市轨道交通换乘站运营设施能力匹配性评价的综合评价结果。

3 案例分析

3.1 数据整理

模糊综合评价是各因素权重和单因素评价的复合，因此权重确定至关重要，其方法主要有专家估计法、AHP法和频数统计法等。由于对车站能力匹配性研究专业性较强，因此本文采用专家估计法确定权重。

基于城市轨道交通换乘站运营设施能力匹配性分析，采用专家估计法确定各级因素指标权重以及因素集模糊评价数据，分别如表5和表6所示。

3.2 模糊综合评价

3.2.1 一级指标模糊综合评价

基于第1层3个指标的单因素评价矩阵，分别计算模糊综合评价集P1、P2、P3：

表5 各级因素指标权重

表6 因素集模糊评价数据统计

同理可得。

3.2.2 二级指标模糊综合评价

基于以上3个模糊综合评价集所组成的评价矩阵R，进行模糊综合评价：

3.3 评价结论

根据计算结果，按照最大隶属度原则来确定能力匹配性等级。对于一级模糊综合评价集，分别选择P1、P2、P3中最大值所对应的评价集V中的评价等级作为一级模糊综合评价结果；对于二级模糊综合评价集，选择Q中最大值所对应的评价集V中的评价等级作为二级模糊综合评价结果，也就是城市轨道交通换乘站S运营设施能力匹配性评价的综合评价结果。

模糊综合评价结果如表7所示，P1中最大值为0.55，则评价值为0.55，表示进出站运营设施能力匹配性评价等级为“富裕”；P2中最大值为0.50，则评价值为0.50，表示换乘楼扶梯能力匹配性评价等级为“匹配”或“不足”；P3中最大值为0.60，则评价值为0.60，表示上下车站台能力匹配性评价等级为“不足”。整体上，换乘站S运营设施能力与客流匹配性为中等偏下；具体而言，换乘楼扶梯能力匹配性较弱，上下车站台能力不匹配。

3.4 改善措施

基于以上分析，换乘车站S运营设施能力匹配性较弱的关键在于车站换乘客流大，换乘楼扶梯能力略有不足，以及上下车客流较大，站台面积小，站台容纳能力不足。因此，可以从楼梯改造、扩大站台面积以及引导客流3个方面入手，对车站进行改善。

3.4.1 换乘楼梯改造

基于车站换乘楼扶梯疏散能力与实际客流的匹配性分析，薄弱之处在于站台P3与P5W之间，其换乘方式包括2组1m宽扶梯和1组1.4m宽楼梯。由于同等宽度下，楼梯的疏散能力远小于扶梯，因此，可利用这1组1.4m宽的楼梯，将其改造为扶梯，或者利用该面积将2组1m宽扶梯更换为1.2m或1.4m的更宽的扶梯，提高两站台间换乘扶梯的疏散能力。

表7 模糊综合评价结果

3.4.2 扩大站台面积

岛式站台P3面积小，上下车客流大。站台上6组进出站扶梯以及4组换乘扶梯和2组换乘楼梯占据了很大部分面积，导致站台可供乘客上下车活动的可使用面积小，且早高峰下车客流大、晚高峰上车客流大，使站台容纳能力严重不足。

因此，可考虑对车站S站台P3进行扩建，在原有的岛式站台的基础上，扩建1个侧式站台，形成“一岛一侧”，增加站台面积，提高站台容纳能力。

3.4.3 引导客流

利用工作人员或者栏杆对客流进行引导，让乘客按秩序乘车、候车、下车，减少客流冲突，以减轻站台客流压力。

4 结束语

城市轨道交通换乘站运营设施能力匹配性是提高车站运营服务质量的先决条件。对其进行有效的评价，找到能力的薄弱环节并进行改善，有利于车站提供更好的服务。以车站S 为例，根据城市轨道交通换乘站运营设施的特点，构建了换乘站运营设施能力匹配性评价指标体系，并建立了相应的模糊综合评价模型。经过详细的分析，结果表明该评价方法具有一定的实用性和可操作性，可为城市轨道交通优化改造提供依据，对提高车站运营服务水平具有重要作用。

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