基于数据分析的地铁客运组织等级划分研究

常 利

(天津津轨商业管理有限公司，天津 300051)

随着人们对出行质量要求的不断提高，地铁以准时性、安全性及舒适性的特点成为城市内部出行的首选工具。根据车站的客流情况，分析车站存在的关键控制点，进而对客运组织等级合理划分，并针对不同等级采取不同措施，能有效提升车站的整体服务水平，降低大客流情况下存在的安全风险，对提高乘客出行的舒适性具有重要意义。

国内对于车站客流预测以及设施适应性分析方面进行了大量研究。周玮腾以最小的费用成本支出和最高的运营效益，解决进站拥挤问题和闸机口通过率问题，并以北京地铁西直门站为研究实例，进行了细致的客流进站排队模型和成本优化分析[1]。南海超等通过调查成都市客流到达规律，结合《上海市地铁车站行人设施服务水平标准初探》中设置的服务水平，建立了行人系统仿真模拟，对通道通过能力与服务水平进行了初步的探讨[2]。针对车站服务设施的适应性，贾洪飞等基于行人流特征与枢纽内部设施服务状态的特征分析，确定了各类设施的能力测度方法，并利用仿真系统分别对单一设施和整体设施进行了设施能力的个体适应性和整体适应性分析[3]。李明华则提出了枢纽步行设施适应性分析方法和评价指标体系[4]。饶雪平利用经典的排队论理论，通过固定的楼扶梯输入率和输出率，简化了排队论模型，得出了一些客运延时的指标公式，为更加清晰地了解车站楼梯和自动扶梯的乘客延时状况提供了一定的理论依据[5]。

国内外的相关研究多利用客流预测得出的数据对设备设施进行评价，并未采取实际措施应对不同设备设施之间不匹配的情况。本文以天津地铁营口道站为例，通过对客流进行分析，计算车站设施的通行能力，在此数据基础上对关键控制点进行分析，进而对营口道地铁站客运组织等级进行划分，得出营口道站分级客流组织方案，切实采取应对措施，解决不同客流情况下的乘客积压和车站拥堵问题。

1 营口道站客流分析

营口道站位于天津市和平区营口道与南京路交口，是地铁1、3号线换乘站，目前开放7个出入口(A，B1，B3，C1，C2，C3，D)，周围为商业集中区，客流以购物出行人员、学生和换乘客流为主。目前营口道站日均客流在8万人次左右(不包括换乘)，约占整条线路客流的20%，由于营口道站建筑面积较小，由此造成的安全风险较为突出。图 1为营口道站站形图。

图1 营口道站站形图

1.1 车站日常客流分析

选取2019年11月14日(星期五)营口道站日常客流数据，分析结果如图2所示。可以看出，在工作日内客流特征呈现“双峰型”，其中早高峰时段为8:00—10:00，此时段出站客流较大；晚高峰时段为17:00—19:00，此时段进站客流较大；5:00—15:00出站客流大于进站客流，15:00—24:00进站客流大于出站客流，其他时段客流情况较为平稳。出站客流每个时段约比进站客流多4 000人左右，并且以17:00—18:00这段时间最为突出。

图2 营口道站日常客流情况

1.2 车站节假日客流分析

选取2019年11月16日(星期日)的客流数据，分析结果如图3所示。根据计算，营口道站节假日客流量明显高于工作日客流量。从9:00开始，出站客流明显增加，且高于进站客流，持续至16:00，进站客流开始高于出站客流，且持续至22:00，进站客流才明显下降。此客流变化特点与乘客的购物休闲习惯基本吻合，说明营口道站16:00前乘坐地铁前来购物的人较多，16:00后，购物后乘坐地铁离开返程的人较多。从图3中可以看出，节假日期间，营口道站进出站高峰期持续较长，因此，有必要对其进行合理有效的客运组织。

2 车站设施通行能力计算

2.1 车站出入口通行能力

根据《地铁设计规范》，计算车站出入口通行能力如表1所示。

表1 车站出入口通行能力计算表

2.2 车站安检通行能力

由于安检门的限制，目前C1、D口的安检通道只能为单机单通道。表2为车站安检通行能力。

2.3 车站自动售检票系统(AFC)能力

根据营口道站早高峰进站闸机能力数据，实际测得通过闸机的平均速度为每人3 s。表3为车站进出站闸机通过能力。

3 车站现状通行能力匹配分析

3.1 匹配方法

车站通行能力的匹配指的是设施与设施之间的匹配。通行能力匹配体现了相邻设施之间的匹配程度，具体表现为客流在两者之间区域的积满时间的大小，简称“区域积满时间”。区域积满时间越长，设施间的适应性越好，否则容易在短时间内造成客流堆积，形成关键控制点。以往的经验计算公式如下：

(1)

式中：T1——区域积满时间，s；

D——相邻设施之间区域容纳人数，取容积率为4人/m2；

Q1——区域入口通行能力，人次/h；

Q2——区域出口通行能力，人次/h。

针对不同的设施，具体有以下3种匹配情况。

(1) 换乘扶梯与列车落客量的匹配。

(2)

式中：T2——换乘扶梯上行/下行区域积满时间，s；

Q3——3号线换乘1号线下行/上行的速率，人次/h；

Q4——3号线和1号线上行/下行单位时间出站人数，人次/h；

Q5——扶梯通行能力，扶梯实际通行能力取理论值的45%，人次/h。

(2) 出入口通道与进出站楼扶梯的匹配。

当客流较小，乘客仅乘坐扶梯时：

(3)

式中：T3——出入口通道积满时间，s；

Q6——安检通行速度，人次/h。

当客流较大，乘客选择扶梯或楼梯时：

(4)

Q7——楼梯通行能力，大客流情况下楼梯实际通行能力取理论值的70%，人次/h。

(3) 站外区域与进出站楼扶梯的匹配。

(5)

式中：T4——站外积满时间，s。

3.2 营口道站通行能力匹配

通过以上方法，计算出各区域的积满时间，进而得出主要关键控制点：

(1) 换乘扶梯①。

依据客流情况，①号扶梯上行区域要承受7 345人次/h的输送能力，每分钟约123人，根据扶梯的运送能力，需要在5.05 min内疏散完毕，恰巧与3号线行车间隔基本一致。该区域的有效使用面积约为20 m2，因此该区域容积率将断续式呈现100%，每次持续约4 min。

①号扶梯下行区域需要在4.5 min疏散完毕，略小于1号线行车间隔。该区域的有效使用面积约为5 m2，因此该区域容积率将持续呈现100%。

(2) C1出入口通道。

各出入口通道积满时间见表4。可以看出，C1口积满时间为27.5 s，最容易产生客流积压，各出入口在一定时间内均有可能出现客流积满的情况。

表4 出入口通道积满时间 s

(3) C2口站外、A口站外。

各出入口站外积满时间见表5。可以看出，与其他出入口站外相比，C2口站外积满时间为196 s，A口为260 s，易形成客流积压。

表5 出入口站外积满时间 s

4 车站客运组织等级划分

4.1 关键控制点分析

车站客运组织的核心思想为各个点位的容积率，当容积率达到100%(容积率4人/m2)时，升级为关键控制点。依据关键控制点的情况，进行客运组织等级的划分。

由以上营口道站能力匹配分析结果可知，①号扶梯上下行区域、C1出入口、C2口站外、A口站外容积率易达到100%，根据客运组织由内至外的原则，安全风险管控点在站内环节的均需要控制客流至站外，站外候车区域随之升级为关键控制点。

由于营口道站进出站客流较大，且换乘客流占车站总客流总数的44%左右，车站的换乘通道与3号线进站通道重叠，车站内可利用的有效面积较小，因此车站客运组织等级划分以常态化限流为基础，在保障车站换乘客流有序的情况下，有序进出站，遇进出站大客流则调整出入口进出方式，充分利用站外候车面积，控制进站速度，保障车站内人员有序流动。

4.2 关键控制点升级时间分析

(1) 当换乘通道积满且任一出入口外限流(即出入口通道面积容积率达到100%)时，升级为二级客运组织，即采取换向通道限流及出入口外限流措施。

(2) 当升级为二级客运组织后，车站内多个出入口站外候车人数到达黄线位置(即站外有效候车面积容积率达到100%)，且通过引导至其他出入口无效时，升级为一级客运组织，需采取出入口限制进出且变化安检效率进行客流组织。

(3) 大客流情况下加车需求申请时机。

依据目前的行车安排，在工作日高峰期间，列车在转换轨处于热备状态，进路条件满足的情况下，上线时间约为2 min。其余平峰时间，列车从段场准备至转换轨处于冷备状态，1号线和3号线均需19 min。因此预计站外客流将持续T5以上时，则申请加车。

设需求加车时间为T5，其求解公式为：

T5=n×t

(6)

其中：

式中：T5——站台积满时间，s；

n——站台积满乘客列车趟数；

t——现行车间隔，s；

D1——站台容纳人数，人；

Q8——1号线、3号线换乘通道的通行能力，人次/h；

N——首趟列车甩客人数，人；

B——另外线路单个行车间隔换乘客流，人次。

则列车到达需求车站时间即列车热备上线时间T6为：

T6=t1+t2+t3

(7)

式中：T6——列车热备上线时间，s;

t1——段场出入站至需求车站时间；

t2——列车冷备转热备时间；

t3——列车冷备转热备时间，仅平峰时段列车处于冷备状态时考虑。

当T5

4.3 客运组织等级划分

根据营口道站关键控制点升级时间及申请加车时机，对营口道站客运组织进行了分级，进而得出客运组织等级划分方法、启动条件及响应措施(表6)。

表6 营口道站客运组织等级

5 结论

本文以营口道地铁站为例，利用营口道进出站客流数据对进出站相关设施通行能力进行了计算。在此基础上对车站设施进行了能力匹配，找出关键控制点为换乘扶梯①、C1出入口通道、C2口站外、A口站外，以区域积满时间为依据对其进行有效控制，将车站客运组织方案划分为三级，并设定了不同等级下的启动条件、响应措施。通过这种方法，可找出合理措施有效解决不同客流情况下的客流积压问题。

通过对营口道站的分析，证明此种方法可以适用于地铁换乘站，也可应用于地铁普通站，由于受客流的影响较小，也适用于运营初期的地铁站，具有一定的推广意义。但对于相应措施的合理性，还需要在今后的实践中进行尝试研究。