枢纽上客区车道边泊位设置与通行能力研究

郭淑霞，吴海俊，陶 涛，姜 恒

(北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 100082)

0 引言

枢纽上落客区是枢纽换乘衔接体系中最容易形成“瓶颈”的区域，因此上落客区车道功能的正常运行是枢纽保持良好运行的重要因素[1].在交通枢纽的出发层，出租车完成落客作业后，会立即驶离，不存在车等人或者人等车的情况；但是在枢纽到达层，往往存在人等车或者车等人的情况，尤其是在乘客到达的高峰期，到达乘客具有更强的涌现性特征，因此枢纽到达层车道边面临着更大的乘客疏散压力.

目前，该领域的研究主要集中在以排队论文为主的数学模型和系统仿真2种方法.耿中波等[2]为了比较(2×2)×6和(3×2)×6两种斜列式车道边的通行效率，采用VISSIM的微观交通仿真模型，模拟获得36个(每组18个)斜列式上客车位的通行能力以及24个斜列式上客车位的通行能力.吴娇蓉等[3]比较依次发车、单独发车和并列多车道发车3种形式的出租车上客区通行能力.杨永平等[4]从工程投资及客流特征等定性的角度，比较了蛇形布局、分列岛式布局、矩阵式和组合(人行天桥和岛式发车相结合)4种出租车上客区模式的效率.张胜等[5]给出了单排平行式、并排平行单点式、并排平行两点式和斜列式4种上客区车道边的车位区间和服务能力.俞春辉等[6]针对依次发车和单独发车2种典型的泊位设置模式，以最小化出租车和乘客的综合平均排队时间为目标，建立了同时考虑泊位设置模式和规模的集成优化模型.孙健[7]对单车道、多车道(矩阵式)和斜列式3种出租车上客系统进行了计算机建模.黎冬平[8]在出租车上客区运行特征的基础上，建立了出租车上客区规模的Monte Carlo仿真计算方法.在实际运营管理中，枢纽上客区随机干扰因素包括：枢纽管理者对车道边使用的管理方式、乘客选择车辆的随机性、乘客上车时间的随机性、出租车停靠泊位的随机性等，因此结合管理方式和考虑随机因素的枢纽上客区研究非常困难.

本文选择航空枢纽、火车站、汽车站3种类型枢纽，挑选不同的上客区车道布置形式，观测乘客上车时间、车辆周转时间数据，并与相应的管理模式相结合.根据实际调查数据，抽取典型上客区车道边形式和车位数，利用VISSIM建立上客区车道仿真模型，并采用VISVAP实现对仿真模型中车辆管理的控制.基于仿真模型设计仿真测试方案，通过对方案的测试比较，分析获得上客区停车泊位的阈值以及车道通行能力表.

1 枢纽上客区车道边设置形式及基础数据采集

车道边布置形式主要有：单排平行式、并排平行式、矩阵式、斜列式4种类型.一般而言，长途汽车站由于出租车选择比例低，发车位需求少，通常采用单排平行式；铁路枢纽以并排平行式和矩阵式为主；航空枢纽以斜列式和矩阵式为主.

表1 枢纽上客区车道边布置形式

图1 上客区车道边类型示意图

上客区车道边通行能力定义为在一定的上客泊位条件下，上客区出口道断面高峰小时能够通过的最大车辆数.因此，调研时段选择车辆和乘客均充足的高峰时段，保证上客区出口道车流能够形成连续流.分别选择以上4种上客区车道边形式进行了基础数据采集，包括车位数、每辆车平均载客人数、高峰小时通过车辆数、平均车位周转时间.

表2 枢纽上客区车道边特征参数调查

根据调查数据分析：

1)单排平行式 昆明长水机场与天津站后广场数据差别较大，主要是因为昆明长水机场乘坐出租车人数较少，经常出现车等人的情况，导致高峰小时服务车辆数并不饱和.排除管理时间因素以及车辆空等时间等因素，对昆明长水机场出租车从驶入上客泊位到离开上客泊位的时间进行了单独统计，车位占用约为48 s，加上车辆纵向干扰等因素，与天津站后广场平均车位周转时间相近.

2)并排平行式 北京西站与北京南站的管理方式相同，均采用批量放车的管理方式，即所有进入车位的出租车载客离开后，放行第1批出租车进入上客车位.虹桥火车站的管理模式与北京西站和北京南站不同，虹桥火车站共设置2组上客区车道边，两组上客区车道边相距约100 m，形成相对独立的两组上客区，每组车道边使用5个车位，作为“具有超车功能的单排平行式上客区车道边”，由管理员协调2组车道边的使用.

3)矩阵式 虹桥机场实际划线矩阵式车位为4×5，即4车道，每车道5个停车位，但是实际空间每个车道可停7辆车，因此可利用的车位为20～27个，车位周转时间为92～128 s.

4)斜列式 虹桥机场共8个上客车位，但是进行了分组管理(5+3)，其中上客区和候车区分别进行管理，即进口道独立、上客区独立，因此车位周转效率较高.

通过调查数据可以看出，上客区车道边布置形式、车位数、组织管理方式均会影响车道边的通行效率和服务车辆数，因此，需要在制定仿真模型时，确定影响上客区车道边效率的相对稳定因素和随机因素，并在仿真模型中实现.

2 枢纽上客区仿真模型设计

2.1 仿真规则

1)系统规则 出租车蓄车区车辆充足，候车人员充足，不存在“车等人”或者“人等车”的情况.

2)车辆规则 车辆速度按照场区路5～15 km/h，车辆按照车位数批量放行，依次进入停车位，车辆在每个车位的停车时间服从标准正态分布，无行车道的平行式(单排平行式、并排平行式、矩阵式)停车位需等待前车离开后，才能驶离；斜列式停车位乘客上车后即可独立离开停车位.车辆批量离开后，再执行下一批的放行规则.

3)乘客乘车规则 待车辆停入车位后，优先选择距离排队区近的车辆上车.

以“单排平行式仿真方案”为例说明仿真规则：车辆按照顺序排队进上客车位，优先进入1号车位，顺次后排，乘客上车后，只要无前车阻挡，即可离开；第一批车辆清空后，再批量放车进入停车位.

图2 仿真规则示意图

2.2 仿真方案设计

综合考虑各类型上客区车道边枢纽车位数调查结果以及车道管理人员的可视范围等因素，共设计了47个仿真方案，方案见表3所示：

表3 枢纽上客区车道边仿真方案设计

仿真规则通过微观仿真软件VISSIM和VISSIM的二次开发程序VISVAP实现，上客车位前后设置检测器，末端设置信号灯，当末端检测器检测到进入车辆数与停车泊位匹配后，末端信号灯控制车辆继续驶入，当车辆全部驶离车位后，继续放行车辆进入车位.因此，信号灯和检测器充当上客区车道边管理员的角色，车辆进入车位的顺序通过设置车位的吸引力实现，车辆在车位上的停留时间通过标定车位的停车时间均值和标准差实现，定义车辆在车位上按照正态分布随机停靠，每个车位的停车时间为车辆从停入停车位至离开停车位的时间，由2部分时间构成：乘客从排队区行至车辆的时间(主要取决于车位与排队区域出口的距离、步行速度等)、乘客放置行李上车关车门等一系列动作时间(车位之间的均值差别不大，可视为相同).因此，确定影响上客区车道边效率的相对稳定因素为以上两部分时间的均值，随机因素为乘客行李多少、是否有老人或幼儿同行等，通过标定车位停留时间的标准差实现.

3 枢纽上客区车道边泊位数与通行能力分析

3.1 单排平行式

单排平行式包含了2种形式：不带超车道的并排平行式以及带超车道的并排平行式，共设计了14个仿真方案，仿真结果如表4所示：

表4 单排平行式上客区仿真结果

根据仿真结果，可以得到以下结论：

1)随着车位的增加，断面通过车辆数呈递增趋势，但是当车位数>8时，断面车辆增加数逐渐减少，增长曲线近乎平缓，主要是因为随着车位数量的增加，车辆的纵向干扰增大，对通行能力的削弱效果明显.

2)单排平行式出租车上客区合理泊位数宜取值4～8个，通行能力值为200～300 pcu/h.

进一步地，将单排平行式上客区布置为一条上客车道和一条超车道形式，进行通行能力方案比较，通过比较，得到结论如下：

1)如果采取依次发车的管理模式，则单车道的单排平行式上客区与带超车道的单排平行式上客区通行能力差别不大；

2)如果采取单独发车的管理模式，即有空车位就能发车，则通行能力提高约20%.

3.2 并排平行式

并排平行式包括了7个仿真方案，单车道车位数从4～7进行仿真测试，测试结果见表5：

根据仿真结果，可以得到以下结论：

1)随着车位的增加，断面通过车辆数呈递增趋势，当单车道车位数>7时，通过车辆数反而下降，主要是因为车位超过7个之后，仿真系统出现了紊乱，即后车因为等待前车停留时间过长，当行驶到前车位时，发生了二次停车现象.

2)根据仿真结果，并排平行式上客区每车道合理泊位设置建议为4～7个，即总泊位为8～14个，通行能力值为350～500 pcu/h.

3.3 矩阵式

矩阵式包括3车道和4车道2种形式，其仿真结果为：

表5 并排平行式上客区仿真结果

表6 3车道矩阵式上客区仿真结果

表7 4车道矩阵式上客区仿真结果

根据仿真结果，可以得到以下结论：

1)3车道平行式合理泊位数取15～21个，通行能力为530～600 pcu/h；

2)4车道平行式合理泊位数取12～24个，通行能力为540～770 pcu/h;

3)3车道和4车道平行式上客区仿真中分别对出口车道数进行了仿真测试，结果表明：出口车道数为2～4车道对通行能力的影响不大，但是应有足够的过渡段.

3.4 斜列式

斜列式设计了单车道1个车位和单车道2个车位的仿真方案，仿真结果见表8：

表8 单车道1车位斜列式上客区仿真结果

单车道1车位斜列式上客区仿真的主要结论为：

1)与其他上客区车道边布置形式相比，斜列式具有更高的周转效率；

2)采取批量放行的管理方式，单车道1个车位的斜列式上客区合理泊位数为5～7个，通行能力为300～370 pcu/h；

3)如果采取更为灵活的管理方式，比如：将乘客排队出口布置在车位中间，有空车位即由管理员指挥车辆和候车人员进入车位，则其通行能力可提高15%～20%.

同样对斜列式上客区单车道2个车位的仿真方案进行测试，仿真结果为表9：

表9 单车道2车位斜列式上客区仿真结果

单车道2车位斜列式上客区仿真的主要结论为：

1)采取批量放行的管理方式，单车道2个车位的斜列式上客区合理泊位数为10～16个，通行能力为470～560 pcu/h；

2)如果采取灵活的管理方式，比如：将乘客排队出口布置在车位中间，有空车位即由管理员指挥车辆和候车人员进入车位，则其通行能力可以提高约15%～20%.

4 结束语

本文结合实地调研情况，设计了针对枢纽上客区单排平行式、并排平行式、矩阵式和斜列式4种车道边形式的仿真方案，利用仿真软件VISSIM和VISVAP实现了对上客车位车辆的管理和控制，根据仿真模拟，获得不同上客区形式、不同车位数的上客区车道边通行能力以及推荐的上客车位数.在并排平行式和斜列式上客区车道边方案中，比较了批次放行车辆与根据空车位数放行车辆2种管理手段下的通行效率.

在枢纽上客区车道边设计时，应考虑以下几点：公路客运枢纽以及出租车客流需求较小的枢纽可采用单排平行式上客区车道边布置形式，管理更方便；铁路枢纽一般采用并排平行式出租车上客车位，当出租车泊位超过8个时，建议采用分区管理方式，提高上客区车位周转效率；出租车需求量较大的铁路枢纽，如果用地条件允许，宜采用3车道或4车道的矩阵式出租车上客区车位布置形式，其出口车道应至少为2车道；航空枢纽如果用地条件允许，可采用斜列式布置形式，但每组斜列式车道数不宜超过8条，否则应进行出租车上客分区设计.