武汉轨道交通香港路站换乘客流的流线优化设计

刘 斌 乐北晨 字俊奇 张腾飞

(1.同济大学交通运输工程学院，201804，上海；2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，201804，上海；3.上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室，201804，上海；4.武汉地铁运营有限公司，430030，武汉 ∥ 第一作者，高级工程师)

流线的优化是客运枢纽设计中最核心的内容。目前，国内对于流线优化的研究，主要集中在设计阶段[1-2]。对运营阶段的大型轨道交通换乘站的流线优化研究较少。近年来，国内城市轨道交通行业发展迅速，大量换乘站投入运营。运营中的换乘站空间结构受限，不便进行较大幅度改造。因此，在给定的空间结构条件下，充分挖掘客流时空分布特性，进而调整设施设备布局、优化流线组织，是目前运营企业关注的重点难点。

武汉轨道交通香港路站是3、6及7号线超大型换乘站。其由1个车控室统一控制，采用“立体化、多层次”设计[3]，有地下4层，为侧式、叠岛式混合站台。该站站形复杂，客流流线繁多，车站管理难度大。本文提出了城市轨道交通换乘站流线优化的标准化流程，并以香港路站为例进行验证。

1 流线优化方案设计

1. 1 流线优化原则及流程

合理高效的客流流线，应动线简单、清晰明确，即使面对大客流，也仍能保持较高的顺畅度。客流优化原则一般为[4]：①保证乘客走行安全；②减少流线的交叉及对流，以保证换乘流线顺畅；③引导标志应清晰明确，能快速分流减少拥堵；④满足方便性及舒适性要求。

城市轨道交通换乘站为城市节点，如何避免客流冲突是其流线优化需解决的核心问题[5]。通过合理优化流线，可提升设备利用率，避免流线交叉，从而提升乘客通行效率。

结合运营管理经验，总结换乘站流线优化的标准化流程为：首先，开展理论分析，结合现场调研，总结出车站流线的问题；然后，针对问题进行优化，应用流程再造法，帮助运营单位扭转固化思维，提出优化措施；最后，建立车站流线走行时间模型，验证优化措施，进而有序实施。

1.2 流线走行时间计算模型

运营中的换乘站客流流线主要从两个环节优化：①因设备设施服务能力有限而导致乘客拥挤的环节，如安检及自动扶梯(以下简为“扶梯”)等；②因区域乘客密度较大导致行走速度下降的环节，如楼梯及通道等。建立乘客走行时间模型，并将之作为检验优化方案的途径。

1.2.1 安检用时

假设车站高峰时段安检环节的排队模型为M/M/c/N/∞排队系统，其含义为：顾客到达间隔时间的概率分布和服务时间的概率分布服从泊松分布，c为服务台数量，系统容量为N，顾客源无限，先到先服务。根据排队系统理论，存在如下关系[6]：

1)

2)

式中：

ρ——设备的服务强度；

λ——乘客平均到达率，人/min；

c——服务台数量；

μ——单个设备平均服务率，人/min；

P0——设备空闲的概率；

k——服务台计算参数，为正整数，取0，1，2，…，c-1；

乘客安检环节所需时间tA为：

3)

1.2.2 通过扶梯的时间

正常情况下，扶梯能够满足乘客需求。当列车到站时，瞬间巨大客流涌入扶梯口造成的拥堵，将增加乘客的排队时间。故有：

(4)

式中：

tB——通过扶梯的时间；

t扶梯——扶梯服务时间；

t等待——下车客流进入设施等待服务时间；

Le——扶梯长度；

ve——扶梯运行速度；

A——换乘人数。

1.2.3 通过通道、站台或楼梯的时间

乘客在地铁站内行走速度受该区域人员密度影响较显著，通过对香港路站乘客数据调查分析，得出乘客平均走行速度与人员密度D关系如下[7]：

v通道/站台=-0.003D3+0.063D2-0.418D+1.446

5)

v楼梯=-0.002D3+0.035D2-0.216D+0.685

6)

式中：

v通道/站台——乘客在通道或站台的平均走行速度，m/s；

v楼梯——乘客在楼梯上的平均走行速度，m/s；

D——区域内的乘客密度，人/m2。

乘客通行时间tC为：

tC=L/v

(7)

式中：

L——通道、站台或楼梯的长度；

v——乘客的平均走行速度。

1.2.4 乘客流线走行时间计算模型

通过计算各环节走行时间，建立乘客流线走行时间计算模型。为方便计算，假设乘客在通道等区域走行服从均匀分布。

式中：

ti——流程i的乘客总走行时间；

θij——流程i与环节j的关联系数，是0-1变量；若流程i包括环节j，则θij=1，否则θij=0。

2 香港路站的客流流线分析

2.1 车站结构

香港路站为地下4层结构，采用侧式、叠岛式混合站台，设有8个出入口。负1层及负2层为设有安检点和进出站闸机的站厅；6号线位于负2层按侧式站台布置；3、7号线垂直于6号线在负3、4层分别按岛式站台布置，且3号线与7号线为同站台换乘[8]。香港路站总面积约5.35万m2，共有40部扶梯，16部楼梯。

2.2 客流流线

香港路站2019年日均集散量7万人次，换乘客流超10万人次。换乘站的扶梯和安检处为主要的客流瓶颈区域[9]。对立体化换乘站来说，楼梯和通道的利用率较小，扶梯是最主要的走行通道。故本文将扶梯和安检点作为流线优化的重点。

将6号线金银湖公园方向线路及站台所在的车站侧定义为车站A端，东风公司方向线路及站台所在的车站侧为B端。将车站付费区楼扶梯依次编号见图1，其中色块区域是客流拥堵区域。

图1 香港路站平面图

图2中，F2、F5及F6扶梯同时承载换乘和进出站客流，客流压力较大；F7扶梯距离6号线站台较远，乘客换乘需要穿行整侧付费区，故进出站客流和换乘客流存在流线交叉。经现场调研，高峰时段的安检排队队列较长。由此可见，香港路站客流流线存在以下问题：

图2 香港路流线走行示意图

1) 换乘流线和进出站流线冲突。车站扶梯未能形成方向单一独立的路径；换乘流线和进出站流线共用扶梯，导致流线交叉、拥堵严重；车站标志引导难度较大，增加乘客走行时间。

2) 设备利用率不均衡。部分扶梯承载功能过多，高峰时段乘客排队时间较长；部分扶梯承载功能少，其设备利用率低。

3) 高峰时段安检点较为拥堵。车站两端站厅仅各有1处安检点，不能满足高峰时段的安检需求；A端安检点与客服中心距离较远，不便于乘客处理票卡故障。

3 流线优化措施

3.1 逻辑层流线优化设计

应用流程再造法，以乘客需求为出发点，以高效现场管理为目标，使用ECRS法进行流程优化[10]。所谓ECRS，指“取消(Eliminate)-合并(Combine)-重排(Rearrange)-简化(Simplify)”。流程再造法是对流程活动环节及活动连接关系的具体再造方法，是国际流行的管理理念和方法，可应用在运输领域的运营管理和运营组织中。

逻辑层流线优化设计过程为：

1) 正确分析乘客需求。进站乘客和换乘乘客的最大需求是以最便捷的方式、最短的时间到达站台，故应在有限的条件下尽可能降低流线冲突点，以减少乘客的走行时间。

2) 对乘客乘车流程进行分析。对于运营单位来说，主要需权衡运营成本、服务质量及客流控制措施等3方面：提升服务质量是运营的总要求；一方面，要考虑到运营成本，尽可能减少不必要的人力支出和设备支出；另一方面，要兼顾到特殊情况的客流控制。对于乘客而言，最重要的是舒适、便捷的乘车体验，最短的出行时间。 因此，应尽可能发挥有限的设备功能，提升利用率。

3) 使用ECRS方法进行逻辑层流线再造。再造后的A端站厅乘客流线逻辑如图3所示。对于进站的乘客，进站前的瓶颈点是安检点及进站闸机位置。为尽可能让乘客方便快捷地通过安检，应采取以下措施：进站闸机应设置在靠近客服中心一侧，以便于乘客处理票卡故障；应精简乘客进站后的客流流线，以提升通行效率。

图3 A端站厅客流流线再造示意图

3.2 流线优化方案

香港路站的客流流线优化方案如图4所示。其中，香港路站A端的客流流线优化方案为：

图4 香港路站流线优化示意图

1) 在负4层，引导进出站乘客通过F3及F4扶梯走行，减少换乘客流和进出站客流的交叉，进而提高F2扶梯的双向换乘效率。

2) 将F1及F2扶梯作为换乘专用扶梯，将F1扶梯设置为负3层和负4层的通用扶梯。在F2扶梯拥堵严重时，去往负4层的部分乘客可先经由F1扶梯前往负3层，再由F4扶梯前往负4层，避免出现在F2扶梯处排队拥堵、而F1扶梯空闲的情况。

3) 将安检机由单通道改为双通道，提升安检点的乘客通行能力。

4) 将安检机位置移至客服中心一侧，便于乘客处理票卡故障。

香港路站B端的客流流线优化方案为：

1) 将F6扶梯作为负4层进出站乘客的专用扶梯；将F5扶梯由双上运行更改为一上一下运行，作为负4层与负2层之间换乘乘客的专用扶梯，从而实现进出站流线和换乘流线分离，减少客流拥堵，提升F5扶梯进出站效率及F6扶梯双向换乘的通行效率。

2) F7扶梯功能不变；将S2楼梯限制为上行单方向通行，便于负3层乘客换乘至负2层，减少F7扶梯的客流压力，并减少负3层与负2层之间换乘客流在站厅的流线冲突，进而提升负3层3、7号线乘客换乘至6号线的通行效率。

3) 将安检机由单通道改为双通道，以提升安检点乘客通行能力。

4 流线优化方案的效果评价

结合现场设施及高峰期客流情况，设定各流程参数，运用构建模型对下面4条流线进行优化计算：L1为A端进站去往负4层客流流线，其走行时间为t1；L2为A端6号线换乘负4层客流流线，其走行时间为t2；L3为B端6号线换乘负4层客流流线，其走行时间为t3；L4为B端负3层换乘6号线客流流线，其走行时间为t4。

首先收集需要的数据如表1所示。

表1 流线计算参数表

计算流线优化前的走行时间，并与实测值对比，如表2所示。

表2 流线优化前的走行时间

从表2可以看出，实测值与计算值的误差均小于10%。这证明乘客走行时间模型实用性较高，流线优化评价方法具有普遍适用性。

通过优化后的各项参数，可进一步得到优化前后的乘客走行时间对比如表3所示。

表3 流线优化前后走行时间计算结果对比表

由表3可知，经过优化，香港路站的客流流线交叉冲突点得到疏解，设备利用率进一步均衡，乘客走行时间显著缩短，流线优化措施切实可行。经现场实施应用，效果良好。

5 结论

客流流线设计是城市轨道交通换乘站设计中最为重要的环节，其设计过程应开展充分论证，统筹设计。立体化换乘站在规划设计阶段，应采用运营前置的理念，以避免设计和运营的脱节。在换乘站投入运营后，设计单位应积极与运营单位开展沟通，进一步提高换乘站客流流线设计水平[11]。对于运营单位而言，随着车站客流形态的变化，其客流流线组织应随之不断优化。

本文以武汉轨道交通香港路站为例，开展换乘站客流流线优化研究，总结了运营后轨道交通换乘站的流线优化方法，提出了具有适用性的流线优化流程和流线时间计算模型，并以香港路站为例进行计算和验证。验证结果表明，优化流程和计算模型具有可行性和参考性。流程再造法作为一种流线优化思考模式的新选择，在本案例中得到成功应用。