突發(fā)大客流對(duì)軌道交通換乘站服務(wù)水平和列車(chē)運(yùn)行影響分析

（西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院,610031,成都∥第一作者,教授）

突發(fā)大客流對(duì)軌道交通換乘站服務(wù)水平和列車(chē)運(yùn)行影響分析

彭其淵段力偉文超余曉珂

（西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院,610031,成都∥第一作者,教授）

換乘站作為城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn),其連通性和可靠性對(duì)客流出行特征有著重要影響。在分析不同換乘方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)客流分配影響的基礎(chǔ)上,以城市軌道交通路網(wǎng)發(fā)生突發(fā)大客流為例,以站臺(tái)候車(chē)區(qū)的乘客密度、到達(dá)列車(chē)的剩余載客能力、站臺(tái)候車(chē)乘客數(shù)和乘客的上車(chē)效率等幾個(gè)因素為主,研究了當(dāng)載有突發(fā)大客流的列車(chē)在換乘站產(chǎn)生到達(dá)延誤后,對(duì)車(chē)站服務(wù)水平和列車(chē)運(yùn)行的影響,并給出了定量化公式。同時(shí),進(jìn)一步得出了成網(wǎng)條件下,突發(fā)大客流對(duì)換乘站的影響機(jī)理。

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò);突發(fā)大客流;換乘方式;服務(wù)水平;列車(chē)運(yùn)行;影響機(jī)理

First-author’saddress School of Transportation and Logistics,Southwest Jiaotong University,610031,Chengdu,China

1 不同換乘方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)客流分配的影響

在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)條件下,換乘站的設(shè)置使得乘客出行選擇具有多樣化的特性,相同 OD（起始）之間往往存在多條出行路徑,乘客可以根據(jù)自己的出行偏好選擇合適的換乘方式。同時(shí),換乘站使得一部分客流可以通過(guò)換乘至其他線路而到達(dá)目的地,即會(huì)有一部分本線客流經(jīng)過(guò)換乘而轉(zhuǎn)移到其他線路;同時(shí),也會(huì)有部分客流通過(guò)換乘站,從其他線路轉(zhuǎn)移至本線。因此,相對(duì)于單線情況下的客流組織而言,成網(wǎng)條件下?lián)Q乘站的設(shè)置使得路網(wǎng)中的客流相互轉(zhuǎn)移和相互疊加,客流特征相對(duì)復(fù)雜。

根據(jù)換乘站所銜接的方向數(shù)和換乘特點(diǎn)的不同,城市軌道網(wǎng)絡(luò)條件下?lián)Q乘站的布局方式主要分為以下2種（見(jiàn)圖1）。

圖1 城市軌道交通換乘站布局方式

圖1（a）為分散式換乘方式,表示換乘站銜接2個(gè)方向線路的換乘站布局方式;圖1（b）為集中式換乘方式,表示換乘站銜接2個(gè)以上方向線路的換乘站布局方式。

在分散式換乘方式下,單個(gè)換乘站的路網(wǎng)連通度較低,但是路網(wǎng)的可靠性較高,即當(dāng)發(fā)生火災(zāi)、地震、線路故障等突發(fā)事件導(dǎo)致該類換乘站不能提供運(yùn)輸服務(wù)時(shí),也僅是對(duì)局部路網(wǎng)的服務(wù)水平造成影響,對(duì)整個(gè)路網(wǎng)的影響程度相對(duì)較低。另一方面,如果該區(qū)域發(fā)生大客流,乘客往往需要經(jīng)過(guò)多次換乘才能到達(dá)目的地,在線上的旅行時(shí)間也相應(yīng)增加。此外,該類換乘站內(nèi)客流疏散引導(dǎo)及固定設(shè)施的設(shè)置也相對(duì)簡(jiǎn)單。

在集中式換乘方式下,單個(gè)換乘站的路網(wǎng)連通度很高,集中了多個(gè)線路方向。但是在路網(wǎng)中的可靠性較低,一旦在此集中式換乘站發(fā)生突發(fā)事件,將會(huì)使突發(fā)事件對(duì)換乘站的影響通過(guò)所銜接的各個(gè)線路方向迅速傳播至整個(gè)路網(wǎng),導(dǎo)致整體路網(wǎng)都受到不同程度的影響。另一方面,該區(qū)域若發(fā)生大客流,乘客一般只需1次換乘就能到達(dá)目的地,旅客換乘次數(shù)少,時(shí)間較短。但是此類換乘站的客流組織工作較分散式換乘方式更加復(fù)雜,客流擁擠度較高,疏散引導(dǎo)及固定設(shè)施的設(shè)置較多。

2 突發(fā)大客流的定義與特點(diǎn)

突發(fā)大客流,簡(jiǎn)稱大客流,是指城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)周邊,短時(shí)間內(nèi)所迅速聚集起來(lái)的大規(guī)?？土?。通常情況下,突發(fā)大客流的產(chǎn)生主要是由于在城市軌道交通車(chē)站周邊舉辦的大型活動(dòng),吸引了大量的人流,使得活動(dòng)結(jié)束時(shí)軌道交通車(chē)站周邊的客流集中度很高。大客流的突發(fā)性主要體現(xiàn)在客流在短時(shí)間內(nèi)的迅速聚集與疏散。

從突發(fā)大客流的產(chǎn)生原因來(lái)看,其在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中主要表現(xiàn)出以下特點(diǎn)：

（1）客流時(shí)空分布不均,峰值明顯且流量巨大,經(jīng)常出現(xiàn)短時(shí)積聚和消散現(xiàn)象;

（2）出行目的地具有顯著的差異性,往往需要在路網(wǎng)中經(jīng)過(guò)多次換乘;

（3）對(duì)候車(chē)環(huán)境和乘車(chē)舒適性的要求有所降低,乘客以“快速出行”為主要選擇標(biāo)準(zhǔn);

（4）隨著突發(fā)大客流的發(fā)生、發(fā)展、衰退及消失,突發(fā)大客流的影響具有一定的周期性。

3 突發(fā)大客流對(duì)換乘站的影響機(jī)理分析

突發(fā)大客流對(duì)換乘站的影響主要體現(xiàn)為對(duì)換乘站服務(wù)水平及列車(chē)運(yùn)行的影響,為便于分析和定量計(jì)算,定義相關(guān)概念與變量如下。

客流疏散周期——在突發(fā)大客流到達(dá)換乘站后,該站所銜接各個(gè)方向的列車(chē),均到達(dá)車(chē)站并從車(chē)站發(fā)出1次為1個(gè)客流疏散周期;

C——列車(chē)的最大載客量,人;

Sk——k（k=1,2,…,W ）方向到達(dá)列車(chē)所對(duì)應(yīng)的站臺(tái)候車(chē)區(qū)面積,m2;

Vk——發(fā)生延誤前,k（k=1,2,…,W ）方向站臺(tái)的候車(chē)乘客數(shù),人;

T延——1個(gè)客流疏散周期內(nèi),換乘站所銜接各個(gè)方向的出發(fā)列車(chē)在換乘站的總延誤時(shí)間,s;

W——換乘站所銜接的線路方向數(shù),個(gè);

φ——乘客到達(dá)率,即單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)站臺(tái)的乘客數(shù)量,人/s;

μk——k（k=1,2,…,W ）方向列車(chē)所到達(dá)站臺(tái)的候車(chē)區(qū)乘客密度,人/m2;

μ0——車(chē)站站臺(tái)候車(chē)區(qū)內(nèi)乘客候車(chē)環(huán)境由舒適變?yōu)閾頂D的臨界值,人/m2;

μmax——車(chē)站站臺(tái)候車(chē)區(qū)的乘客密度上限,即單位候車(chē)面積內(nèi)所能容納的最大乘客數(shù)量,人/m2;

α——乘客的上車(chē)效率,即單位時(shí)間內(nèi)乘客的上車(chē)人數(shù),人/s;

t停,k——k（k=1,2,…,W ）方向的到達(dá)列車(chē)在換乘站的圖定停站時(shí)間,人/s;

t到延,k——k（k=1,2,…,W ）方向的到達(dá)列車(chē)在換乘站的到達(dá)延誤時(shí)間,人/s;

t發(fā)延,k——k（k=1,2,…,W ）方向的到達(dá)列車(chē)在換乘站所產(chǎn)生的出發(fā)延誤時(shí)間,人/s;

t延,k——k（k=1,2,…,W ）方向的到達(dá)列車(chē)在換乘站所產(chǎn)生的總延誤時(shí)間,人/s。

根據(jù)文獻(xiàn)［3］,一般情況下,站臺(tái)候車(chē)區(qū)的乘客密度為2.5～3人/m2,列車(chē)進(jìn)站后在車(chē)門(mén)區(qū)域的乘客,擁擠狀態(tài)下的最大乘客密度可達(dá)6～8人/m2。因此,可得μ0=6（人/m2）。

3.1 大客流對(duì)換乘站服務(wù)水平的影響

以大客流疏散方向上的某一換乘站為例,對(duì)大客流所引起的車(chē)站服務(wù)水平變化情況進(jìn)行分析。

假定前方列車(chē)到達(dá)延誤,則產(chǎn)生列車(chē)到達(dá)延誤后,k（k=1,2,…,W ）方向站臺(tái)候車(chē)區(qū)的乘客密度

3.2 大客流對(duì)換乘站列車(chē)運(yùn)行的影響

3.2.1 當(dāng) C（1-τk）≥（Vk+φt到延,k）時(shí)

因此,當(dāng) C（1-τk）≥（Vk+φt到延,k）時(shí),k（k= 1,2,…,W）方向列車(chē)在本換乘站的總延誤時(shí)間：

3.2.2 當(dāng) C（1-τk）≤（Vk+φt到延,k）時(shí)

因此,當(dāng) C（1-τk）≤（Vk+φt到延,k）時(shí),k（k= 1,2,…,W）方向列車(chē)在本換乘站的總延誤時(shí)間

綜上所述,一個(gè)客流疏散周期內(nèi),換乘站所銜接各個(gè)方向的出發(fā)列車(chē)在換乘站的總延誤時(shí)間：

3.3 大客流對(duì)換乘站服務(wù)水平和列車(chē)運(yùn)行的影響機(jī)理

大客流隨前方列車(chē)到達(dá)換乘站后,若列車(chē)到達(dá)延誤,則將導(dǎo)致?lián)Q乘站的客流聚集,并引起站臺(tái)候車(chē)區(qū)的乘客密度增大;列車(chē)到站后,由于列車(chē)到達(dá)延誤導(dǎo)致候車(chē)乘客數(shù)增加,且從前方發(fā)來(lái)的列車(chē)基本上屬于滿載或者超載運(yùn)行,車(chē)內(nèi)乘客密度較大,運(yùn)輸能力也達(dá)到飽和或者過(guò)飽和。列車(chē)中的出站客流比例較高,列車(chē)到達(dá)換乘站后,需要下車(chē)的乘客人數(shù)或規(guī)模很大,而此時(shí)站臺(tái)又聚集了大量的候車(chē)客流,導(dǎo)致下車(chē)乘客與上車(chē)乘客在乘降過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重的交叉干擾。

此外,列車(chē)所裝配的ATC（列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制）系統(tǒng),限制了列車(chē)的啟動(dòng)必須以車(chē)門(mén)安全關(guān)閉為前提。因此,隨著換乘站所銜接各個(gè)方向站臺(tái)的乘降效率降低,會(huì)引起各個(gè)方向列車(chē)的出發(fā)延誤。列車(chē)輸送能力隨之下降,站內(nèi)候車(chē)客流得不到及時(shí)疏散,引起乘客在站臺(tái)的候車(chē)時(shí)間再次延長(zhǎng),降低了換乘站聚集客流的疏散效率。同時(shí),由于列車(chē)出發(fā)延誤,使得同方向列車(chē)的行車(chē)間隔增加,導(dǎo)致與換乘站相銜接的各個(gè)線路方向列車(chē)到達(dá)延誤,從而導(dǎo)致路網(wǎng)中的其他車(chē)站產(chǎn)生客流聚集,使得突發(fā)大客流的影響通過(guò)換乘站在路網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)化傳播,對(duì)路網(wǎng)中車(chē)站服務(wù)水平和列車(chē)運(yùn)行均造成一定程度的影響。

突發(fā)大客流對(duì)換乘站服務(wù)水平和列車(chē)運(yùn)行產(chǎn)生的影響及客流傳播示意圖如圖2所示。

圖2 突發(fā)大客流對(duì)換乘站的影響機(jī)理及客流傳播示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

突發(fā)大客流對(duì)換乘站的影響機(jī)理主要體現(xiàn)在對(duì)車(chē)站服務(wù)水平的影響以及對(duì)車(chē)站列車(chē)運(yùn)行的影響。

突發(fā)大客流對(duì)換乘站服務(wù)水平的影響,表現(xiàn)為當(dāng)前方列車(chē)到達(dá)延誤后,會(huì)引起本換乘站站臺(tái)候車(chē)區(qū)乘客密度的增加,并且與列車(chē)到達(dá)延誤時(shí)間呈正相關(guān)的線性關(guān)系：列車(chē)到達(dá)延誤的時(shí)間越長(zhǎng),站臺(tái)候車(chē)區(qū)乘客密度越大。當(dāng)乘客密度達(dá)到一定程度（即μ0）時(shí),就會(huì)使站臺(tái)候車(chē)區(qū)產(chǎn)生擁擠,導(dǎo)致車(chē)站服務(wù)水平的相應(yīng)下降;隨著乘客密度的進(jìn)一步增加,乘客密度達(dá)到最大值（即μmax）,站臺(tái)內(nèi)不能再容納更多乘客,需車(chē)站工作人員引導(dǎo)乘客,在非候車(chē)區(qū)等待。

突發(fā)大客流對(duì)換乘站列車(chē)運(yùn)行的影響,表現(xiàn)為當(dāng)前方列車(chē)到達(dá)換乘站后,由于上下車(chē)乘客相互擁擠,引起乘降效率的降低,并進(jìn)一步導(dǎo)致列車(chē)的出發(fā)延誤。列車(chē)是否會(huì)產(chǎn)生出發(fā)延誤,主要取決于列車(chē)的剩余載客能力（即 C（1-τ））、站臺(tái)候車(chē)乘客數(shù)（即 Vk+φt到延,k）、乘客的上車(chē)效率（即α′）等3個(gè)因素之間的大小關(guān)系。

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,換乘站的布局方式不同,發(fā)生突發(fā)大客流后對(duì)路網(wǎng)的影響程度也有所差異。同時(shí),由于換乘站銜接了多個(gè)線路方向,是城市軌道交通路網(wǎng)中的樞紐型車(chē)站,突發(fā)大客流對(duì)換乘站的影響,將會(huì)通過(guò)各方向的列車(chē),傳播至路網(wǎng)中各個(gè)線路上的車(chē)站,造成局部路網(wǎng)乃至整體路網(wǎng)中的車(chē)站服務(wù)水平下降以及列車(chē)運(yùn)行延誤。

值得注意的是,突發(fā)大客流對(duì)城市軌道交通路網(wǎng)中各車(chē)站的影響,除了與上述因素有關(guān)外,還與列車(chē)運(yùn)行圖預(yù)留的緩沖時(shí)間、相鄰列車(chē)間隔的閉塞分區(qū)數(shù)目、是否采用備車(chē)、列車(chē)運(yùn)行調(diào)整措施等眾多因素有關(guān)。城市軌道交通運(yùn)營(yíng)部門(mén)通過(guò)對(duì)換乘站的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,能夠初步掌握將來(lái)可能發(fā)生的突發(fā)大客流對(duì)車(chē)站服務(wù)水平和列車(chē)運(yùn)行的影響機(jī)理,并針對(duì)可能造成的影響程度,通過(guò)改進(jìn)車(chē)站進(jìn)出站的流線組織,在具備條件的車(chē)站預(yù)留備車(chē)等措施,編制完善的突發(fā)大客流應(yīng)急預(yù)案,這樣可以在突發(fā)大客流發(fā)生后,將大客流對(duì)車(chē)站服務(wù)水平和列車(chē)運(yùn)行的影響降到最小。

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Impact of Emergent Large Passenger Flow on Service and Train Operation at Transfer Station

Peng Qiyuan,Duan Liwei,Wen Chao,Yu Xiaoke

As a key node in urban rail transit network,the connectivity and reliability at transfer station cast important impact on passenger travel characteristics.On the basis of passenger flow assignment in different transfer modes, the impact mechanism of emergent large passenger flow on service level and train operation at transfer station is addressed,especially when the arrival train is delayed.Several mathematical formulas are put forward,including the passenger density in waiting areas,additional passenger capacity in the arrival train,the number of waiting passengers and the passengers’riding efficiency as well.

urban rail transit network;emergent large passenger flow;transfer mode;level of service;train operation;impact mechanism

U 293.1

2012-04-06）