基于大换乘客流复杂条件下既有线换乘站改造方案研究
2020-12-10余海
余海
（西安市轨道交通集团有限公司，陕西 西安710016）
1 概述
换乘站是每条线上的重点、难点工程，是线网规划的锚固点，换乘方式和换乘点的选择直接影响着线网的运能及运量，对换乘站进行深入研究，有利于确保线网规划的科学性和可实施性。随着我国轨道交通事业的迅速发展，各大城市的轨道交通的需求越来越迫切，一些城市的线网规划已跟不上城市发展的步伐，从而导致的问题是一些已建成的标准车站面临被动的改造成换乘站，造成工程的重复建设及换乘功能的不合理来适应新线网的需求。由此可见，针对既有该改造为换乘站的研究具有广泛的参考价值。
2 研究背景
2.1 线网分析
图1 西安地铁初期、近期线网规划
开远门站为线网规划修编及第三期建设规划（图2）落实以后地铁八号线引发的换乘站，由于上版线网规划并未考虑此站换乘，所以一号线开远门站作为标准的地下二层岛式站来设计实施，站台宽度为10.0m，未预留换乘条件及接口。基于上述前提，为设计出合理可行的换乘站方案，实现换乘车站良好的功能，通过对该站的换乘改造方案研究，既有较大的研究意义及参考价值。
图2 开远门站在第三期规划中的位置
2.2 线路及车站功能定位
八号线是线网的主骨架线路,唯一的环线，形成主城区内二环至三环之间的一条最主要的环形客运交通走廊。八号线把线网中的多条放射型线路贯穿起来，形成多个换乘节点，是线网中的重要的换乘型线路，增强了线网的通达性，优化了主城区与外围区域的联系。
3 工程概况及边界条件
3.1 站址及周边环境
3.1.1 车站站位
开远门站位于西二环路（沣惠南路）与大庆路交汇口，沿西二环南北向布置。
3.1.2 站址环境
车站沿线西二环为高架桥快速干道，路中为高架桥梁及桥桩，两侧地面道路与大庆路平交，西二环桥面为双向4 车道，桥下两侧分别为单向3 车道，大庆路路中绿化带宽度约58m，两侧均为单向3 车道，西二环路及大庆路均为主干道，交通繁忙，车流量大。
车站周边主要为多层工业厂房及商住建筑，路口东南象限为地上3 层开远门站综合出入口及5 层砖混结构住宅；路口东北、西北象限为西电公司多层工业厂房及厂区；路口东南象限为土门工人文化宫等多层商住建筑。
图3 车站周边现状卫星图
3.2 规划条件
3.2.1 道路红线、道路性质
西二环路和大庆路是西安市的主要交通干线，车站周边规划已经形成。西二环路规划道路红线宽度50m；大庆路规划道路红线宽度100m（含路中绿化带）。
3.2.2 用地规划
开远门站周边500m 客流吸引范围内基本以规划的工业、居住用地及绿地为主。
3.3 客流条件
表1 远期预测早高峰客流及超高峰系数表（人/小时）
表2 八号线开远门站远期预测早高峰客流表（人/小时）
分析客流资料，总设计客流22469 人/小时，总换乘客流17034 人/小时，本站总体客流偏大，换乘客流占总客流的比例为75.8%。
4 换乘改造方案研究
4.1 换乘思路
地铁一号线开远门站建设时未预留换乘条件，车站未跨路口且偏路口东侧绿地内设置，车站公共区距离路口较远，公共区2 组楼扶梯+垂直电梯布置紧凑，车站自身规模较小，无法实现节点换乘。八号线车站的设计需结合周边条件及车站站位，综合考虑两线车站采用通道换乘。
图4 换乘客流示意图
4.2 换乘方案
八号线车站南端有小半径线路曲线，站位宜设置在路口北侧，八号线车站的设计需避让西二环路中高架桥，并与桥桩保持适当的安全距离。综合考虑现状建筑及地下管线条件，得出以下结论：
（1）地铁八号线开远门站与地铁一号线开远门站采用通道换乘形式；
（2）地铁一号线区间与八号线线路交叉，地铁八号线车站不跨路口，采用盾构区间下穿一号线隧道，最大程度降低工程风险。
4.3 既有站改造方案
4.3.1 既有站规模核算
（1）站台宽度验算
b 左线=14969×0.50/30×113.06+0.26=2.43m≤2.50m
b 右线=16108×0.50/30×113.06+0.26=2.63m>2.50m
经验算，原设计侧站台宽度为2.5m，站台宽度为10.0m，右线侧站台宽度不满足要求。
（2）楼扶梯进出站能力验算
A（出站）= 2×7300=14600< [（2122+6846+7108）×1.24]=19935
A（进站）= 1.65×2×4200=13860<[（8121+962+6410）×1.24]=19212
经验算，一号线现状公共区扶梯台数和楼梯宽度不满足通过能力要求。
（3）事故疏散时间验算
根据《地铁设计规范》，紧急疏散时间按下列公式计算
T = 1 +（Q1+Q2）/ 0.9 / [ A1（N-1）+ A2 x B ] < 6
T=1+｛1819/0.9 [（122×1+61.7×3.3）]｝=1+｛1819/293｝=7.21（分）
经验算，疏散时间大于6.0 分钟，车站楼扶梯数量不满足紧急疏散的要求。
通过分析现状条件、客流、运营状况、改造实施难度、改造对运营的影响几个方面进行分析，主要研究两个改造方案。
4.3.2 改造增加侧站台的方案
图5 改造增加侧站台方案平面图
图6 改造增加侧站台方案剖面图
图7
本方案在一号线车站北侧改扩建站厅及站台，布置两组楼扶梯+垂直电梯，并在左线站台结构侧墙开洞，左线利用北侧侧式站台，右线利用中间岛式站台。
扩建的车站层高与一号线相同，地下一层结构侧墙开洞高度4.5m，地下二层结构侧墙开洞高度3.6m（图5-7）。
4.3.3 改造增加楼扶梯的方案
车站站厅层向北侧扩建，用于站厅层非付费区及付费区。在车站东侧增加一组楼扶梯，将东侧的安检、售票、进站闸机、票亭均设在扩建站厅内。扶梯东侧通道2.4m 宽。增加的楼扶梯处侧站台宽度为2.5m。
4.4 推荐结论
（1）站台宽度验算
b 左线=14969×0.50/30×113.06+0.26=2.43m≤2.50m
b 右线=16108×0.45/30×113.06+0.26=2.39m≤2.50m
车站改造后，右线侧站台人员密度取值0.45，侧站台均为2.5m，经验算满足要求。
（2）楼扶梯进出站能力验算
A（出站）= 3×7300=21900 > [（2122+6846+7108）×1.24]=19935
A（进站）= 1.65×3×4200=20790>[（8121+962+6410）×1.24]=19212
车站改造后，一号线现状公共区出站扶梯台数满足通过能力要求。
（3）事故疏散时间验算
根据《地铁设计规范》，紧急疏散时间按下列公式计算
T = 1 +（Q1+Q2）/ 0.9 / [ A1（N-1）+ A2 x B ] < 6
T=1+｛1819/0.9[（122×2+61.7×4.95）]｝=1+｛1819/494｝=4.68（分）
车站改造后，疏散时间小于6.0 分钟，车站楼扶梯数量满足紧急疏散的要求。
因此，一号线开远门站站台～站厅增加一组楼扶梯后各项指标均满足要求。
（4）推荐结论
综上所述，一号线开远门站改造的核心问题在于解决站台～站厅楼扶梯数量不足的问题，因此，改造增加楼扶梯的方案更符合实际的需求，推荐改造增加楼扶梯的方案。
!"#$%&’() * + , -!"#$%&’() ./01 2345 67 89*01 8: 2345 67 ;*<= 23>?8#*01@
5 客流模拟分析
5.1 动态模拟结果
5.1.1 远期高峰时段站内客流分布情况
一号线站厅层客流分布较为均匀，第二组楼梯口部存在少量的客流集中，进站检票机、出站检票机、票亭处无客流拥堵，非付费区通行顺畅。站台层楼扶梯口部存在一定的客流集中，侧站台区域客流分布均匀，可满足乘客上下车及出站需求。
5.1.2 远期高峰时段站内客流站立密度
一号线站厅层客流分布较为均匀，客流站立密度集中在0.99～3.18 人/m2。一号线站台层客流分布不均匀，第二组楼扶梯存在较为其中的客流，客流站立密度集中在0.99～3.63 人/m2（图8-9）。
5.1.3 远期高峰时段站内客流行走速度
图8 一号线站厅、站台层客流最大密度示意图
图9 八号线站厅、站台层客流最大密度示意图
一号线站厅层、站台层及八号线站厅层、站台层大部分区域客流行走速度较快，基本大于0.5m/s，换乘通道内客流行走通畅，行走速度均大于0.5m/s，站内楼扶梯处存在客流局部拥堵部位行走缓慢。
5.2 客流模拟分析结论及建议
5.2.1 一号线站台层空间有限，中部出站扶梯处易形成短时间的拥挤现象，具有潜在的交通隐患，高峰时期需要有运营管理人员在此指挥组织。
表3
5.2.2 换乘通道两端易形成客流对冲现象，需要增加引导标志。
6 经济技术分析（表3）
通过上述分析，改造工程的估算总投资额为570 万元，地铁车站主体改扩建工程使既有地铁一般站改造升级为换乘站，车站客流承载能力增强，服务水平提高，功能也更加完善，对于地铁线网规划的实现有着重大意义，使地铁车站能够更好的为城市经济发展做贡献，具体如下：
（1）实现地铁线网功能调整定位。
（2）增加既有车站的客流负载能力。
（3）两线乘客可实现便捷换乘。
7 结论与讨论
7.1 本文以开远门站改造设计方案为例，从现状、换乘形式、客流模拟论证的改造方案等方面进行了深入研究。通过研究，开远门站换乘实施技术方案整体可行，在保证一号线开远门站正常运营的前提下，完成一号线车站的改造，实现了八、一号线的换乘，是切实可行的方案。在既有线未预留换乘条件的情况下组织施工步序，确保施工方案做到了合理可行，满足换乘功能的要求；分析了改造期间对既有运营线路的影响，并提出了适当的处理措施。综上所述，一号线开远门站换乘改造方案合理可行可作为类似工程的参考与借鉴。
7.2 一号线开远门站建设期间执行的规范为《地铁设计规范》2003 年版本，改造设计期间原规范已过期，现行规范为《地铁设计规范》2003 年版本及地铁设计防火标准2018 年版本，两规范有较大的变动及调整，改造设计执行新规范难度大，需要进一步论证。
