大型综合铁路交通枢纽客流运行评估研究

王静媛， 张 勇， 任 刚， 唐 超， 王国晓

（1.江苏都市交通规划设计研究院有限公司，江苏 南京 211101； 2.南京市江北新区枢纽经济发展管理办公室，江苏 南京 211800； 3.东南大学交通学院，江苏 南京 211189）

引 言

大型综合交通枢纽作为交通网络的重要纽带，兼具多方式交通集散与客流换乘的双重压力。针对枢纽运营中存在对外换乘衔接不畅、效率不高，对内高峰时段旅客滞留、设施疏解能力不匹配等设计遗憾，已建成枢纽的改造优化往往较为困难，因此，规划阶段通过前置评估研究甄别设计隐藏短板，规避建成后潜在问题尤为重要。目前国内铁路枢纽方案设计评估主要从理论研究［1-2］、设施空间布局［3-4］、空间组合特性［5］、换乘流线设计［6-7］、交通体系评估［8］等方面入手，着重深入研究外部换乘效率与运输方式衔接水平，针对内部空间布局与换乘流线的评估研究相对较少，缺乏流线组织及设施协调性方面的考虑［9-10］，研究总体偏宏观，评价指标考虑不全面。

旅客行为具有多样性、多向性的特点，现代化综合枢纽功能更丰富，旅客活动更频繁，交通行为更复杂，客流时空聚集性更强，由此衍生的客流集聚、流线交织混乱、瓶颈点疏解困难等组织难题也逐步常态化。研究枢纽内部功能设施布局与外部区域交互，分析枢纽服务水平以求资源合理配置，成为直观捕捉枢纽交通问题、提高换乘水平与集散效率的重点［11-13］。

基于上述两点考虑，本文从客流主观感知视角，聚焦枢纽内行人交通组织问题，以整体运行、关键流程效率为切入点，进一步具体、细化指标建立客流运行评估体系，并通过行人仿真手段模拟规划方案的客流运行情况，输出对应指标值，评估运行效率，优化枢纽空间布局及设施配置，以期提高系统容错率和后期运营水平。

1 大型铁路枢纽客流群体特征研究

1.1 铁路枢纽交通特征演变

铁路客运枢纽形态已由铁路客站、交通枢纽、交通综合体演变至4.0 站城一体融合开发模式［14］，枢纽客流特征也衍生一系列转变，研究核心区群体交通特征是枢纽设计方案适配性的评估导向。在站城一体、低碳紧凑的新型发展模式下，铁路枢纽功能不再以服务到发旅客为主体，不局限于传统的城市内外交通转换，其为城市客流服务的比重日益突出［15］。随着综合性开发及交通配套设施的完善，大型铁路枢纽功能逐步复合化，出行的重心逐渐演变为城际与市内交通活动并重，有超过50%的客流是为城市功能服务，而这一态势还会进一步强化。综合客运枢纽作为城市对内、对外交通的重要衔接点，亟需关注多部门、复杂空间、大客流、高频次等对枢纽系统带来的挑战。

1.2 综合客运枢纽客流构成

站城融合一体化发展背景下铁路客运枢纽承担的交通功能除对外交通运输、城市交通集散外，还新增了部分社会服务功能。服务客流群体日益多样，客流流线庞杂，不同类型旅客的出行目的、方式、特征、路径、活动范围等不尽相同。按客流来源、整体交通特性对客流群体进行划分，如图1 所示。前者可细分为枢纽到发旅客、城市交通换乘、周边用地衍生及其他四类；或以后者划分为对外、对内两类，对外主要是铁路、公路等长途客运，对内则包含城市轨道、常规公交、出租/网约车、社会车辆及慢行客流。

图1 综合客运枢纽客流类型划分Fig.1 Classification of passenger flow types in comprehensive passenger transport hub

1.3 客流运行评估范围界定

铁路综合客运枢纽功能复杂且辐射范围较广，站域空间规划设计往往以“三圈层”结构发展模型为基础，圈层尺度以800 和1500 m 范围界定划分为核心区、中心区、影响区［16-17］，不同辐射圈层内交通集疏运系统的功能、设施布局、规模存在显著差异。为重点研究人行交通在系统内的运行状况，以200 和500 m 为 边 界 逐 层 内 推，进 一 步 细 分站 区800 m 范围，如图2 所示。将核心区切割为以机动化出行为主导的大交通体系、以多方式接驳为主导的换乘衔接区及以人行为主导的枢纽体内部空间，各圈层交通功能层层递进、有机衔接，共同组成高效运转的枢纽交通系统。本次重点研究内环设有附属一体化接驳设施的站前路围合区域与由换乘空间及配套服务设施构成的站房范围，以集散、换乘系统为锚点探讨规划方案功能布局、客流组织的合理性。

图2 客流评估研究范围示意图Fig.2 Passenger flow assessment study scope

2 客流运行问题分析及评估要点

2.1 枢纽服务空间旅客运行全过程体验评估

铁路客运枢纽自身特殊的功能性质导致交通是规划设计考虑的核心问题，改善集疏运条件是提高枢纽竞争力的有效方式之一［18］。因此，枢纽规划前期方案阶段主要从与外部交通网络的衔接方面，考虑道路、轨道设施等的可达、可靠、运能协调性；从功能布局方面考虑配套车场、衔接通道、换乘大厅设计等；以及考虑相关附属设施如标识指引系统、管理系统等。上述子项方案的比选多是以建筑、交通功能为主导因素，以可行性为基本原则系统评估，选取的指标偏静态、宏观，而在以旅客感知为准则依据，以客流运行效率为目标等方面评估反馈设计方案的实践较少，缺乏从个体服务角度出发对枢纽内客流运行整体流程及关键节点瓶颈位置的识别。

将到达与离开枢纽体的位置视为集散、换乘活动的起讫点，旅客走行全过程一般需由起点穿越枢纽空间经过一系列服务设施到达讫点，服务空间内旅客行为流程如图3 所示，在此过程中旅客对枢纽内部设施布局等的动态体验感知是方案优化的主要方向之一。从时效性、流畅性、舒适性等方面提出定量化指标，直观地反映枢纽整体运行状态，优化旅客集散、换乘空间设施服务效率是提高旅客满意度的有效途径［19］。枢纽客流群体对活动时空敏感度一般较高［20］，起讫点间集散、换乘的短时集中需求易导致空间压力骤增，引发客流局部区域密度较高、拥堵堆积等安全隐患，疏散安全性指标也是评估的主要方面。

图3 枢纽服务空间旅客行为流程Fig.3 Passenger behavior flow of hub service space

2.2 枢纽内部关键设施与客流特征匹配评估

枢纽综合体内部空间是旅客最直观感知枢纽服务水平的场所，旅客在走行过程中经过通道、安检、闸机、楼扶梯等服务设施，对设施位置、属性、承载度、便捷性等实时感知，服务设施属性与客流特征不匹配，如规模不足、布局不合理等，会造成客流疏解效率较低而在局部区域产生客流瓶颈，极端高峰条件由于场所人流密度过高甚至引发客流积压，形成潜在安全风险，路径上设施布局、能力的优化改善是提高内外衔接换乘效率、提升出行满意度的关键。

规划阶段难以直观识别客流运行症结，还需从旅客切实感受出发，以旅客接受关键节点设施服务体验满意度为着力点筛选关键指标丰富评估体系，通过评估客流在枢纽综合体内部活动局部关键流程中，与空间功能设计、设施布局规模、指引标识系统等的互动，反馈客流与设计方案契合度，力求挖掘设计中的潜在短板，并提出切实可行的空间改善措施。

3 基于旅客感知的枢纽运行评估

3.1 评估流程及指标体系建立

结合前述，本次枢纽客流运行评估流程为以空间解析为基础、客流分析为支撑、行人仿真为手段、优化方案为核心，在空间布局与设施规模、流线组织、客流预测等基础上，借助仿真平台构建枢纽客流运行仿真模型，并输出相应指标展开多维度评估，据此提出改善方案，如图4 所示。其中，评估指标体系的建立聚焦枢纽人行交通组织，剖析枢纽核心区客流特征及运营阶段潜在问题，着眼枢纽建设运营全生命周期，以安全、时效、通畅为目标，归纳要素、筛选关键指标，从整体运行效率、关键流程效率双视角建立精细化、可持续跟踪的综合交通枢纽客流运行评估指标体系。

图4 枢纽客流运行评估流程Fig.4 Hub passenger flow operation evaluation process

在具体的评估实践中，首先，以整体运行及对外换乘接驳效率为评估主体，重点研究交通功能布局、接驳设施规模、换乘标识指引等，实现多种交通资源的良好布局和妥善配置；另外，聚焦内部空间流程与关键瓶颈，关注安检、闸机、楼扶梯，关键通道等较易出现瓶颈点位置，分析客流集散时效、关键区域密度、设施设备承载力、客流预警分级及对应措施，识别客流运行症结，优化设施布局，核验衔接设施能力及属性配置，提升枢纽综合体效率及各流程协同能力，提高旅客出行品质。

3.2 整体运行效率指标及分级

3.2.1 集散时效性

客流集散时间是描述枢纽整体运行效率的指标［21-23］，旅客在到达枢纽点后进行一系列集疏散行为花费的总体行程时间可以反映枢纽设施的服务能力，行程时间T可以分解为换乘步行时间T1、枢纽内步行时间T2及设施服务时间T3，如下式：

南京站、南京南站铁路枢纽旅客出行满意度调研结果反映平均集散时间在10 min 之内旅客较易接受，该指标值越低，时效性越好，枢纽内部客流集散水平越高。指标分级如表1 所示。

表1 集散时效性指标分级表Tab.1 Grading table of distribution timeliness index

3.2.2 走行通畅性

旅客在枢纽设施前排队等候接受服务，队列的平均长度L反映了枢纽客流运行组织流畅度， 表达式为：

式中Li为设备前某一队列的排队长度；n为该设备前的总排队队列数。

平均排队长度L越长，旅客心理感受越差［24-25］。南京站、南京南站铁路枢纽旅客出行满意度调研结果反映该指标范围在5~10 人旅客较易接受。指标分级如表2 所示。

表2 走行通畅性指标分级表Tab.2 Grading table of pedestrian accessibility indicators

3.2.3 旅客舒适性

旅客在枢纽走行环境中对舒适度的感知一般受限于几个关键区域，关键区域密度D为区域内人数m与区域面积s的比值：

当人均占用面积低于1.2 m2／人时，旅客步速与行进方向会受到不同程度的限制约束而引发心理不适感；低于0.5 m2／人时，旅客只能“跟着”行人流前进，走行过程伴随阻塞、中断，个人无行动自由而导致心理感知极为不舒适。指标分级如表3 所示。

3.2.4 疏散安全性

客流运行安全性体现在常态运营关键流程及非常态紧急疏散效率两方面，后者主要以疏散时间为衡量标准，高峰期枢纽全体客流均完成紧急疏散的时间越短，枢纽安全性越高［9］，否则存在一定安全隐患。指标分级如表4 所示。

表4 疏散安全性指标分级表Tab.4 Evacuation safety index grading table

3.3 关键流程效率指标及分级

3.3.1 能力适应性

楼扶梯等层间设施通过能力与客流适配性以设施承载力指标衡量，为设施实际通过客流量与理论通过能力的比值，设施理论通过能力参考值如表5所示。通过率低于80%则设施能力与客流强度较匹配，否则该层间设施为潜在瓶颈设施，需适当优化扩容以适应客流。

表5 楼扶梯设施通过能力Tab.5 Capacity of escalator facilities on the 8th floor

换乘通道具有密闭、客流集中度高等特征，通道能力适应性以客流强度为衡量依据，选取单位宽度行人流量指标表征客流通行效率，当通道客流压力极大时客流通行受阻、客流走行紊乱，需及时疏解客流，避免踩踏等事故发生。指标分级如表6 所示。

表6 通道服务水平分级表Tab.6 Channel service level grading table

3.3.2 换乘便捷性

换乘便捷性体现在换乘步行距离、绕行系数两方面，描述多方式交通换乘衔接设施布局的合理性［21-23］。指标分级如表7 所示。

表7 换乘便捷性指标分级表Tab.7 Classification of convenience index for changing passengers

1）最大步行距离：以个体最大步行距离反映枢纽整体布局结构特征，南京站、南京南站铁路枢纽旅客出行满意度调研结果反映旅客换乘所能接受的最大步行距离约500 m，考虑竖向移动心理与体力消耗高于平面，以换乘全过程水平步行距离S1与一定倍数的竖向步行距离S2之和为最大步行距离S：

式中k为竖向步行距离增大系数，上楼取4.0，下楼取2.0，自动扶梯取1.0。

2）平均换乘距离：获取枢纽全体旅客完成换乘所需步行距离平均值D，从群体角度综合衡量枢纽整体换乘效率，平均距离越小说明枢纽一体化换乘水平越高。

式中D为平均换乘距离，Q为铁路与第i种市内换乘方式间的客流量，L为该方式换乘走行距离。

3）换乘绕行系数：旅客的步行距离与枢纽的平面布置及流线组织有直接关系，在步行距离的基础上增加绕行距离指标，衡量枢纽走行直达便利度，绕行系数高于1.5 则路径便捷性较差。

式中C为绕行程度系数，αi为第i种换乘方式站总到站客流的比例；Si为换乘实际走行距离，Di为直线走行距离；m为换乘方式总种类数。

3.3.3 换乘安全性

多种客流走行流线冲突程度反映客流组织有序度及换乘安全性，流线冲突点越多，旅客间行为活动干扰程度越高［21-23］。关键区域密度值直观反映旅客间相互干扰度，随着密度值不断增大，区域客流运行危险系数随之增加，单位面积平均聚集人数高于5 人时，较易产生危险，高于7 人时极易发生踩踏，具体指标分级如表8 所示。

表8 换乘安全性指标分级表Tab.8 Classification of transfer safety indicators

4 枢纽客流评估实例应用

4.1 项目概况

南京北站是南京铁路枢纽三大主客站之一，预计2027 年建成运营，车站设计纵剖面见图5，枢纽站房在规划设计时以“集约、复合、高效、便捷”为要求，以零距离换乘、快速进出站、配套便捷为目标，打造站城融合的现代化智慧交通枢纽。规划引入北沿江高铁、宁淮城际、宁滁蚌城际、京沪铁路、宁启铁路5 条线路，总规模3 场16 台30 线，还将引入地铁3 号线、4号线、15 号线、18 号线、S4 宁滁线5 条地铁线路，远期高峰小时旅客发送量预测达到2.19 万人，站房最高聚集人数达1.1 万人。

图5 南京北站纵剖面示意图Fig.5 Schematic diagram of longitudinal section of Nanjingbei Railway Station

4.2 客流运行评估

4.2.1 评估模型建立及指标输出

本次以客流预测数据为基础，借助客流仿真软件Anylogic，从基础数据层、仿真建模层、评估体系层、指标输出层、可视化分析层等5 个层面构建南京北站枢纽仿真评估模型，如图6 所示。依据南京市铁路枢纽客流特征调研结果调试模型参数，输出客流集散及换乘关键评估指标值。以可视、定量化手段甄别方案中存在的客流瓶颈、流线冲突等问题。

图6 枢纽客流运行评估仿真建模流程Fig.6 Hub passenger flow operation evaluation simulation modeling process

4.2.2 枢纽整体运行效率评估

整体运行效率评估来看，北站枢纽客流集散时效性、通畅性、舒适性、安全性良好，各指标等级在C级及以上，见表9。内光谷换乘通道提升了换乘便捷性，快速进站通道有效增强了与地铁客流的联动。加载节假日、大客流、紧急疏散等非常态情景测试系统抗压性，结果显示枢纽具有较强的客流集疏运响应能力。此外，地铁进站厅前区域、局部换乘节点是客流累积高密度区，极端高峰客流条件下为潜在瓶颈位置，需做好应急组织预案。

表9 整体运行效率评估Tab.9 Overall operational efficiency assessment

4.2.3 客流关键流程效率评估

在当前建筑方案中载入预测客流条件，枢纽内部关键流程客流运行效率较好，能力适应性、换乘便捷性、换乘安全性指标均可接受，见表10。但局部设施处存在潜在客流瓶颈，仍有以下方面待优化。

表10 关键流程效率评估Tab.10 Evaluation of key process efficiency

（1）安检互信区阻碍东西通廊连续性。增加了旅客绕行距离较长，出站旅客方向识别容错性较差，对标志指引要求高。建议将安检互信区设置为弹性管理区域，具备人流穿越的条件。

（2）地铁站厅客流冗杂，流线组织较为困难。地铁站厅承担5 条线路进出站、换乘功能，流线众多，客流交织程度高。该层设置多组楼扶梯设施，运营后客流短时冲击导致设施前存在较长排队，旅客走行可利用空间有限，客流运营组织存在困难；高铁枢纽的地铁车站需重点考虑节假日大客流情况，既有方案站厅空间较为局限，人员疏散可能存在安全隐患，需提前考虑地铁安全疏散的要求。

（3）大客流情景下，地铁进站口易形成客流瓶颈。地面层客流类型较多，旅客活动高频次交换区域如换乘通廊处易出现多股客流交织现象；地铁进站厅前是客流堆积高风险区，易形成客流瓶颈，地铁采取“进出分离”措施，进站厅与出站厅相互隔断，地面层进站厅客流量大、区域小、客流密度高，需做好客流预警备案工作。

5 结 语

枢纽规划建设不同阶段客流评估的作用及反馈成果也有所差异，本次评估体系的构建贯穿站房建筑设计全过程，分阶段聚焦、细化评估工作内容及对应指标，为枢纽规划建设各阶段客流运行评估提供参考。方案阶段首先聚焦整体运行，评估反馈方案中存在的设计短板，如交通功能区布设、客流流线组织的合理性等；初设阶段伴随方案深化，进一步着眼局部流程，逐步丰富模型场景参数及载入条件，寻找聚集区、瓶颈点以反馈功能区布局调整，动态优化建筑空间利用；枢纽建成运营后内部客流环境进一步复杂化，后续可补充实地调研参数，定期开展滚动式追踪评估，畅通客流运行微循环。