國內(nèi)外地鐵車站樓扶梯設(shè)計方法比較分析

賴麗萍 陳勇烽 晏小波

（1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院道路工程系，350007，福州；2.中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，100055，北京∥第一作者，助教）

地鐵車站是地鐵工程中最為復(fù)雜的建筑［1］。樓梯和自動扶梯作為地鐵車站重要的垂直運輸設(shè)施，必須重視其合理的規(guī)劃與設(shè)計，力求提高行人乘坐地鐵時的舒適度和集散效率。

1 英國地鐵車站樓扶梯設(shè)計

1.1 樓梯的設(shè)計

1.1.1 設(shè)計影響因素

樓梯的通過能力很大程度上受樓梯寬度的影響。與人行道不同，在樓梯上，即使是很小的反向客流，也會降低樓梯近一半的通過能力。因此，樓梯的設(shè)計應(yīng)考慮客流的方向性。由于行人上樓梯比下樓梯需要消耗更多的能量，所以行人上樓是降低樓梯通過能力的主要原因。因此，在英國地鐵車站的樓梯設(shè)計中，只考慮行人上樓對樓梯通過能力的影響。

當(dāng)處于緩慢前移客流中時，絕大部分行人的上樓速度變化范圍為12.2m／min到50.2m／min。行人上樓的速度與步行空間的關(guān)系見圖1。圖1表明：當(dāng)行人步行空間大于0.9m2／人時，行人上樓的速度達到正常值；當(dāng)步行空間達到1.9m2／人時，行人可以任意選擇自己上樓的速度穿越客流。

圖1 上樓速度與行人步行空間關(guān)系圖

樓梯向上方向的通過能力與行人步行空間的關(guān)系見圖2。由圖2可得：最大的通過能力在行人步行空間為0.3m2／人時獲得。比較圖1和圖2發(fā)現(xiàn)：樓梯獲得最大通過能力時，對應(yīng)的行人步行空間小于獲得正常上樓速度所需的最小行人步行空間。由于行人上樓的速度受到多方面因素的影響，且樓梯存在停止工作的可能，因此，設(shè)計時并不采用樓梯的最大通過能力作為設(shè)計通過能力。

另外，樓梯底部發(fā)生行人排隊的可能性很大，必須進行樓梯兩端處排隊區(qū)域的設(shè)計。

1.1.2 樓梯服務(wù)水平等級標(biāo)準(zhǔn)

確定樓梯的寬度時，應(yīng)保證樓梯理想的行人服務(wù)水平等級。樓梯的服務(wù)水平等級根據(jù)行人步行空間和通過能力劃分，具體的服務(wù)水平等級劃分見表1。

圖2 每延米通過能力與行人步行空間關(guān)系圖

1.1.3 樓梯設(shè)計

在進行樓梯設(shè)計時，應(yīng)考慮以下幾個方面：

（1）在靠近樓梯處，必須為排隊等待上樓的行人提供排隊所需要的空間；

（2）每一級樓梯的高度應(yīng)保持不高于0.18m，以減少行人上樓時體力的消耗，從而提高樓梯的交通效率；

（3）由于樓梯的通過能力一般低于通道走廊的通過能力，因此，當(dāng)樓梯直接設(shè)置在走廊上時，應(yīng)將樓梯作為通道設(shè)計的控制因素來考慮；

（4）當(dāng)樓梯上經(jīng)常有較小的反向客流發(fā)生時，按主要方向客流設(shè)計的樓梯的有效寬度應(yīng)當(dāng)在計算值基礎(chǔ)上增加0.8m。

表1 英國樓梯服務(wù)水平等級劃分

1.1.3.1 確定樓梯寬度

確定所需的樓梯寬度應(yīng)以保持樓梯理想的行人服務(wù)水平為基礎(chǔ)。一般情況下，樓梯的服務(wù)等級保持在C或者D就足夠了。由于地鐵車站一般都設(shè)置自動扶梯作為行人上下樓的主要設(shè)備，地鐵站樓梯的設(shè)置，僅僅是在自動扶梯超載或者自動扶梯發(fā)生故障無法工作時起輔助、補充作用，因此，地鐵車站樓梯的服務(wù)等級只要達到E（即通過能力為55.8人次／m·min）就足夠了。

確定樓梯所需寬度的步驟為：

（1）確定樓梯所要達到的服務(wù)水平等級，并選擇表1中該等級對應(yīng)的最大通過能力作為設(shè)計通過能力；

（2）估計樓梯主客流方向在高峰期15min的客流量；

（3）算出高峰期15min內(nèi)每分鐘的客流量，作為設(shè)計客流量；

（4）將設(shè)計客流量除以設(shè)計通過能力，算出所需的樓梯寬度；

（5）當(dāng)樓梯上經(jīng)常發(fā)生較小的反向客流時，樓梯所需的寬度還應(yīng)在上述計算結(jié)果上增加0.8m。

1.1.3.2 計算樓梯每小時通過能力

地鐵車站樓梯的服務(wù)水平等級一般為E等級，即通過能力為55.8人次／m·min，對于給定寬度的樓梯，可按以下步驟計算樓梯每小時的通過能力：

（1）將樓梯寬度乘以55.8人次／m·min，計算樓梯每分鐘的通過能力；

（2）樓梯每分鐘通過能力乘以60，得到樓梯每小時的通過能力。

1.1.3.3 計算排隊區(qū)域面積

由于樓梯的通過能力有限，在樓梯底部發(fā)生行人排隊的可能性是存在的。因此，進行樓梯設(shè)計時，還應(yīng)計算樓梯處排隊區(qū)域的面積。計算過程如下：

（1）算出樓梯每分鐘的通過能力；

（2）確定一次性到達樓梯處的最大客流量；（3）最大客流量減去樓梯每分鐘通過能力，得到超出樓梯通過能力的到達客流量；

（4）超出樓梯通過能力的到達客流量乘以0.5m2／人，即為所需的排隊區(qū)域面積。

1.2 自動扶梯的設(shè)計

1.2.1 設(shè)計影響因素

自動扶梯的通過能力與扶梯傾斜角度、扶梯寬度和運行速度等有關(guān)。在英國，自動扶梯的傾斜角度一般為30°，扶梯的寬度為0.6 m或1.0m，扶梯的運行速度一般為27.4 m／min或36.6 m／min。

研究表明，自動扶梯的速度從27.4 m／min增加到36.6 m／min，其通過能力可增加12%。此外，行人在移動的自動扶梯上行走，并不能顯著增大扶梯的通過能力。其原因在于：當(dāng)行人在扶梯上行走時，必須同時占據(jù)兩個梯級，這就降低了扶梯的利用空間，因此無法顯著增大扶梯的通過能力。

與樓梯設(shè)計一樣，自動扶梯也應(yīng)計算行人排隊所需的空間。

1.2.2 自動扶梯通過能力

廠家在計算扶梯的最大理論通過能力時，是以每一個梯級都得到充分利用考慮扶梯利用率的。事實上，充分利用每一個梯級是不可能的。在客流量很大的情況下，扶梯梯級無法被完全利用的原因主要有以下幾個方面：

（1）行人并非連續(xù)到達自動扶梯處，而是斷斷續(xù)續(xù)到達；

（2）行人無法迅速登上自動扶梯，需要一定的反應(yīng)時間；

（3）行人帶有行李；

（4）行人需要足夠的個人空間。

因此，在設(shè)計時采用標(biāo)準(zhǔn)通過能力。標(biāo)準(zhǔn)通過能力的計算方法為：對于寬度為0.6 m的自動扶梯，每兩個梯級上站立一個行人；對于寬度為1.0m的自動扶梯，每一個梯級上都站立一個行人。寬度為0.6 m和1.0m的自動扶梯的標(biāo)準(zhǔn)通過能力見表2。

表2 自動扶梯標(biāo)準(zhǔn)通過能力

1.2.3 自動扶梯設(shè)計

1.2.3.1 確定自動扶梯數(shù)量

自動扶梯數(shù)量與所選自動扶梯的寬度和運行速度有關(guān)。確定扶梯數(shù)量的步驟為：

（1）估計扶梯主客流方向在高峰期15min內(nèi)的客流量；

（2）算出高峰期15min內(nèi)每分鐘的客流量，作為設(shè)計客流量；

（3）根據(jù)所選自動扶梯的寬度和運行速度，從表2中確定扶梯的標(biāo)準(zhǔn)通過能力；

（4）將設(shè)計客流量除以扶梯的標(biāo)準(zhǔn)通過能力，計算出自動扶梯的數(shù)量。

1.2.3.2 計算排隊區(qū)域面積

在自動扶梯處出現(xiàn)行人排隊的主要原因有：客流量超過扶梯的通過能力；行人間歇大量到達扶梯處；行人帶有較多行李。而且，當(dāng)客流量小于自動扶梯的標(biāo)準(zhǔn)通過能力時，也有可能出現(xiàn)行人在扶梯處排隊的情況。因此，在靠近扶梯處應(yīng)設(shè)置充足的排隊區(qū)域。每位行人的排隊空間為1.65m2。在自動扶梯的盡端也應(yīng)留有充足的區(qū)域，以避免從扶梯上下來的行人與其他方向客流發(fā)生沖突。計算扶梯處排隊區(qū)域面積的過程如下：

（1）根據(jù)所選自動扶梯的寬度和運行速度，從表1中確定扶梯的標(biāo)準(zhǔn)通過能力；

（2）取一次性到達扶梯處的最大客流量作為最大客流需求量。通常認為，當(dāng)行人需要在扶梯處等待1min以上才能登上扶梯時，行人會選擇可用的樓梯上樓。即如果自動扶梯處有樓梯能供行人方便使用，則在扶梯處行人最大的排隊等待時間可取1min。

（3）最大客流需求量減去扶梯的標(biāo)準(zhǔn)通過能力，得到超出扶梯通過能力的客流需求量；

（4）超出扶梯通過能力的那部分客流量乘以1.65m2／人，即得所需要的排隊區(qū)域。

2 國內(nèi)樓扶梯設(shè)計［2－3］

2.1 樓梯的設(shè)計

地鐵車站中常用的樓梯有兩種形式：無中間休息平臺樓梯和有中間休息平臺樓梯，如圖3所示［4］。

圖3 常用樓梯形式

GB 50157—2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：樓梯的每個梯段不超過18步，否則應(yīng)設(shè)計中間休息平臺。休息平臺長度應(yīng)為1.2～1.8m。樓梯宜采用26°34′傾角，其寬度為單向通行不小于1.8 m，雙向通行不小于2.4 m，當(dāng)寬度大于3.6 m時，應(yīng)設(shè)置中間扶手。困難情況下，與自動扶梯并排布置的樓梯最小寬度為1.2 m。

1 m寬的樓梯上行方向的最大通過能力為3 700人次／h，下行方向的最大通過能力為4 200人次／h。

2.2 自動扶梯的設(shè)計

地鐵車站選用的自動扶梯為公共交通型自動扶梯。公共交通型自動扶梯與商用自動扶梯的主要區(qū)別在于工作場合和工作強度不同。大部分地鐵車站屬于地下建筑，其自動扶梯的工作條件比商場自動扶梯的惡劣，且地鐵車站自動扶梯除了需要每天將近20h、每周7天、每年365天連續(xù)工作外，還要承受高峰期客流的考驗。因此，規(guī)范對地鐵車站自動扶梯的要求更為嚴格［5］。

2.2.1 扶梯的傾角

GB 16899—1997《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規(guī)范》規(guī)定公交型扶梯不能采用大于30°的傾角?！兜罔F設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，自動扶梯的傾角為30°。

2.2.2 扶梯的梯級寬度

目前，自動扶梯的梯級寬度主要有0.6 m、0.8 m、1.0m三種。《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，地鐵車站自動扶梯的梯級寬度為1.0m。

2.2.3 扶梯的運行速度

地鐵是快速運輸交通系統(tǒng)，自動扶梯作為地鐵車站垂直方向的主要運輸工具，應(yīng)采用較高的運行速度，以增大輸送能力，適應(yīng)地鐵的工作速度。但是，考慮到自動扶梯的使用安全，扶梯的速度不能無限增大。因此，必須選擇一個合適的自動扶梯運行速度?！兜罔F設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：地鐵車站自動扶梯的運行速度宜采用0.65 m／s。

2.2.4 水平梯級數(shù)量

《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)自動扶梯的運行速度為0.65 m／s時，上、下兩端不應(yīng)少于3塊水平梯級，以保證乘客有足夠的反應(yīng)時間，采用4塊水平梯級則效果更佳。

2.2.5 扶梯的輸送能力

《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：運行速度為0.65 m／s、寬度為1.0m的自動扶梯理論輸送能力為11 700人次／h。地鐵扶梯設(shè)計時按理論輸送能力的75%～85%取值，一般不大于9 600人次／h。此外，扶梯還應(yīng)滿足事故疏散時間不大于6 min的要求。

3 對比與分析

借鑒英國樓扶梯的設(shè)計規(guī)范和經(jīng)驗，結(jié)合我國的城市現(xiàn)狀和地鐵建設(shè)情況，優(yōu)化我國地鐵車站樓扶梯的設(shè)計具有重大的意義。

3.1 樓梯服務(wù)水平等級劃分

英國在確定樓梯的寬度時，以保證樓梯理想的行人服務(wù)水平等級為基礎(chǔ)。其樓梯的服務(wù)水平等級是根據(jù)行人步行空間和樓梯的通過能力劃分的。我國在進行樓梯設(shè)計時，可借鑒該思想：首先根據(jù)行人步行空間的大小劃分樓梯服務(wù)水平等級，每一等級對應(yīng)不同的每延米通過能力；然后選擇理想的樓梯服務(wù)水平等級，確定對應(yīng)該等級的樓梯每延米通過能力；最后根據(jù)客流量確定所需的樓梯寬度。

3.2 樓梯上反向客流考慮

行人上樓梯比下樓梯需要消耗更多的能量，所以，行人上樓是降低樓梯通行能力的主要原因。但是，在以上樓的行人為服務(wù)對象計算出樓梯所需寬度后，還應(yīng)考慮反向客流對樓梯通過能力的影響，在寬度計算結(jié)果上增加0.8m。

3.3 自動扶梯技術(shù)參數(shù)的選擇

英國規(guī)范中規(guī)定扶梯的傾斜角度為30°，與我國的規(guī)范一致。

英國的地鐵車站除采用寬度為1.0m的扶梯，還采用寬為0.6 m的扶梯。在滿足客流需求的情況下，寬度較小的扶梯占地面積小、工程造價低，能有效節(jié)約能源、降低運營成本。因此，在我國規(guī)模較小、客流量相對較少的地鐵車站，可考慮采用寬度為0.6 m或0.8 m的自動扶梯。

英國地鐵車站自動扶梯的運行速度有27.4 m／min和36.6 m／min兩個。我國地鐵車站自動扶梯的運行速度為0.65 m／s，即39.0m／min。較高的運行速度能提高扶梯的運輸能力，但考慮到行人的反應(yīng)時間和安全，扶梯的運行速度不宜太高。因此，扶梯的運行速度應(yīng)根據(jù)實際情況進行選擇。

英國規(guī)范是這樣確定自動扶梯的設(shè)計通過能力的：對于寬度為0.6 m的自動扶梯，每2個梯級上站立1個行人；對于寬度為1.0m的自動扶梯，每個梯級上都站立1個行人。我國地鐵車站自動扶梯的通過能力則按扶梯理論輸送能力的75%～85%取值。

3.4 樓梯寬度和自動扶梯數(shù)量的確定

英國在確定地鐵車站樓梯的寬度和自動扶梯的數(shù)量時，有明確的計算過程。我國可借鑒其具體的計算步驟進行地鐵車站樓扶梯的設(shè)計。

3.5 排隊區(qū)域的設(shè)計

英國規(guī)范中有詳細的排隊區(qū)域設(shè)計步驟。我國在進行地鐵車站樓扶梯設(shè)計時，可參考國外的設(shè)計經(jīng)驗，力求地鐵車站的樓扶梯設(shè)計達到最優(yōu)化，以提高車站整體的交通效率。

［1］ 顧保南，葉霞飛.城市軌道交通工程［M］.2版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.

［2］ GB 50157—2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］ GB 16899—1997自動扶梯與自動人行道的制造與安裝安全規(guī)范［S］.

［4］ 王凱英，廖明軍.上海地鐵站內(nèi)行人交通特性［J］.上海海事大學(xué)學(xué)報，2009，30（1）：69.

［5］ 饒美婉.地鐵設(shè)計中的公共交通型重載自動扶梯［J］.都市快軌交通，2008，21（5）：74.

［6］ Transportation Research Board.Transit Capacity and Quality of Service Manual［S］.1995.