軌道交通樞紐換乘效率評價指標構(gòu)建

郝晉峰，楊 擴

(1.太原衛(wèi)星發(fā)射中心 技術(shù)部，太原030027;2.長安大學(xué)汽車學(xué)院，西安710064)

現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)已初步具備網(wǎng)絡(luò)化運營的特點，規(guī)劃和建設(shè)一系列大型的換乘樞紐是保證網(wǎng)絡(luò)化運營高效運轉(zhuǎn)的前提，對于如何判定換乘樞紐的換乘效果也成為軌道交通領(lǐng)域研究的重點內(nèi)容，如何科學(xué)定量的對換乘效果進行評價成為研究的目標。國內(nèi)對樞紐換乘效率的研究多采用建立綜合評價指標體系的方法，評價軌道交通與地面常規(guī)公交之間和軌道線網(wǎng)內(nèi)部換乘效率［1］。在已建立的眾多指標體系中，指標選取原則各有不同，選出的指標多種多樣，有些定性指標定量化分析困難，除換乘走行時間、等待時間和走行距離是各評價體系基本都會選擇的指標外，涉及步行舒適性、運能協(xié)調(diào)性、設(shè)施布局合理性等換乘效率優(yōu)化目標的指標五花八門，如人均換乘設(shè)施面積、運能匹配度、準點度、發(fā)車間隔、步行舒適度、安全性等。

現(xiàn)有的文獻大部分將重點放在對已建立好的評價體系上，而對于評價指標體系本身的建立過程及其每個評價指標的計算方法尚未作深入的探索與研究，對于評價指標本身的適用性與準確性也未作系統(tǒng)的研究。本文旨在嘗試對評價指標本身的建立過程進行論述，以提出更有針對性的評價指標，并對其計算方法進行詳細論述，將換乘樞紐作為一個整體，科學(xué)、有效、系統(tǒng)地構(gòu)建評價指標體系。

1 樞紐站客流與換乘特性分析

1.1 客流特性分析

樞紐站的客流構(gòu)成與特點區(qū)別于普通車站，是客流組織與地鐵運營的重點和難點，具有如下特性［2］。

(1)高集中性。樞紐站除了具有普通車站的進出站客流外，還匯集有相交線路甚至全網(wǎng)多座車站之間的交換客流，由此造成樞紐站客流集中，往往是普通車站客流量的數(shù)倍。

(2)多方向和多路徑性［3］。由于樞紐客流具有不同的出行目的、出行方向，即對應(yīng)不同的出行路徑，必然導(dǎo)致存在多股客流的交織，形成多個沖突點。適宜的樞紐方式和合理的設(shè)施設(shè)備布局應(yīng)有利于減少客流交織，同時加強信息引導(dǎo)。

(3)主導(dǎo)性。在樞紐站的客流構(gòu)成中，通常樞紐客流占主導(dǎo)，而在某一時段的多種樞紐方向中，同樣存在主導(dǎo)樞紐方向。因此，在車站設(shè)計和管理中應(yīng)突出對主導(dǎo)客流的關(guān)注。

(4)方向不均衡性。同一時段、不同樞紐方向的客流量會存在較大差異。如，外圍線路與城區(qū)線路相接的樞紐站，早高峰以進城方向為主，兩方向比例可高達幾十比一;而在晚高峰則相反。這種方向的不均衡性會影響設(shè)施的利用率，因此，當采用通道樞紐時，雙向組織較單向組織更有利于均衡通道利用;相應(yīng)地，島式站臺與側(cè)式站臺相比，其對客流的調(diào)解能力更強。

(5)時間不均衡性。高峰小時客流需求是影響樞紐站系統(tǒng)規(guī)模、設(shè)施設(shè)備能力等關(guān)鍵參數(shù)選取的主要依據(jù)，因此對高峰小時系數(shù)的把握十分重要。不同區(qū)域、不同功能類型的車站高峰系數(shù)不同，一般外圍區(qū)高于中心區(qū)，通勤服務(wù)類型高于生活服務(wù)類型［4］。

(6)短時沖擊性。軌道交通客流的到達并非連續(xù)均衡，而是隨列車的到達呈現(xiàn)脈沖式的分布規(guī)律，也就是在短時間內(nèi)對樞紐設(shè)施會產(chǎn)生沖擊作用［5－6］。這種沖擊作用形成對樞紐能力的最大考驗，直接承受這種沖擊作用的設(shè)施往往位于樞紐設(shè)施的端部。由于短時沖擊的存在，使得一批客流到達時，易在設(shè)施前形成擁堵和客流排隊，當擁堵人數(shù)較多時，將會帶來較大的安全隱患。

1.2 換乘行為特性分析

樞紐站客流系統(tǒng)是一個多單元多目標的復(fù)雜系統(tǒng)?；旧峡梢詮目土餍睦硇袨?、客流宏觀行為、客流微觀行為3個方面特性做系統(tǒng)的闡述?？土鞯男睦硇袨樘匦钥梢苑譃橛蠓奖?、欲求舒適、欲求流暢和欲求耗時短4個方面;客流宏觀行為特性包括換乘通道中行人流的周期性、換乘通道的行走路線和換乘時間、換乘通道中行人流受周圍環(huán)境的影響4個方面;客流微觀行為特性可以分為設(shè)施行為、流向行為、目的行為、擁擠行為、避讓行為、最短路行為6個方面。

出行者為完成一定的出行目的，在軌道交通線網(wǎng)內(nèi)部或軌道交通與其他交通方式之間搭乘轉(zhuǎn)換時，與換乘樞紐及其站內(nèi)設(shè)施發(fā)生互動關(guān)系，在互動過程中耗費的時間、精力、金錢和產(chǎn)生的不舒適感受等眾多因素，都影響樞紐的換乘效率。樞紐的換乘效率是通過乘客經(jīng)過樞紐換乘設(shè)施時產(chǎn)生的“走行體驗”表現(xiàn)出來的。走行體驗包括客觀的走行距離與時間和主觀的感受。走行距離與樞紐的建筑設(shè)計、經(jīng)過的軌道線路設(shè)計、行人流線設(shè)計直接相關(guān);走行時間取決于走行距離、乘客體力等個人因素及客流擁擠和行人流線沖突程度對行人行為的影響;候車等待時間由列車調(diào)度計劃、客流擁擠程度、站臺及列車處理能力決定;閘機、安檢、買票時間由設(shè)備設(shè)計參數(shù)決定。

影響換乘主觀感受的因素中:適時適地、信息清晰完全且不冗余的指示標志系統(tǒng)能夠使出行者對換乘線路了然于胸，減少迷路的可能;清晰流暢、較少沖突與迂回線路的行人流線設(shè)計避免出行者遭遇混亂交織人流時的焦躁感受;扶梯和自動步道等走行輔助設(shè)施為出行者節(jié)約了體力;樞紐站內(nèi)安保等服務(wù)人員和其他綜合設(shè)施提高了出行的安全性和綜合服務(wù)水平。

在上述影響換乘效率的客觀走行距離與時間和主觀感受的因素中，樞紐通道類走行設(shè)施(包括出入口、站臺、通道、樓梯、扶梯等)、服務(wù)類設(shè)施(包括閘機、安檢儀、售票廳等)和指示標志系統(tǒng)等設(shè)施在設(shè)計建設(shè)完成后，除非進行設(shè)施更新維護，否則短期內(nèi)難以改變，屬于靜態(tài)影響因素;而列車的運營調(diào)度計劃可以根據(jù)客流情況進行動態(tài)調(diào)度，縮短乘客候車時間，提高換乘效率，屬于動態(tài)影響因素。

本文結(jié)合樞紐站客流的高集中性、多方向多路徑性、主導(dǎo)性等，分析研究換乘行為特性，根據(jù)分析影響換乘效率的因素，為換乘效率的優(yōu)化和評價指標的完整建立提供理論支持和實踐指導(dǎo)。

2 樞紐站換乘效率評價指標建立

2.1 評價指標體系確定原則

建立一個科學(xué)、合理的評價指標體系，以全面、系統(tǒng)地反映設(shè)施協(xié)調(diào)效果，對于最終評價結(jié)果的科學(xué)性和合理性有著至關(guān)重要的意義。整個評價體系的建立以及評價體系中的各評價指標，需要按照系統(tǒng)層次的總體思想進行組織和選取。具體來說應(yīng)遵循以下原則。

(1)科學(xué)性原則。指標的選擇、數(shù)據(jù)的選取、計算與合成必須以公認的科學(xué)理論為依據(jù)。

(2)可比性原則。為使建立的指標具有可比性，實現(xiàn)指標定量化，對于非定量指標，也需建立相對優(yōu)劣的評定標準。

(3)定性和定量相結(jié)合的原則。在樞紐綜合評價中既包括定量指標，如換乘時間，又包括定性指標，如換乘安全等。

(4)協(xié)調(diào)性原則。綜合評價指標很多，要求指標與指標間應(yīng)相互協(xié)調(diào)，不能相互矛盾。

2.2 評價指標體系

評價體系的建立應(yīng)具有多目標性和多層次性，指標的選取應(yīng)能反應(yīng)樞紐站設(shè)施、布局和組織管理等方面的制約因素，并根據(jù)統(tǒng)領(lǐng)關(guān)系建立目標層、準則層和指標層。目標層是樞紐站換乘效果，準則層分為有效性、順暢性兩個方面，指標層選取6個指標(如圖1所示)。

圖1 換乘評價指標體系結(jié)構(gòu)

3 換乘效率評價指標計算方法

3.1 換乘有效性指標計算方法

(1)平均換乘時間C11。平均換乘時間是指乘客在樞紐站內(nèi)搭乘轉(zhuǎn)換的時間。參照美國城市軌道交通與客運鐵路標準，可以將總的換乘時間分為各個換乘路段的流動時間、走行時間以及等待時間。

各個換乘路段的流動時間等于客流量與換乘路段最大換乘效果的比值。

式中:Fj為j換乘路段的流動時間;Nj為j換乘路段的客流量;Gj為j換乘路段的最大通過能力。

走行時間等于走行距離與走行速度的比值。

式中:T為走行時間;ti為在i段的走行時間;Li為第i段的走行距離;Vi為在第i段上的走行速度。

各個換乘路段的等待時間等于流動時間與走行時間的差值。

式中:Wp為在p段的等待時間;Fp為第p段的流動時間;Tp為在第p段上的走行時間。

其他換乘路段的等待時間Wn等于該換乘路段的流動時間Fp與該換乘路段之前j換乘路段的流動時間的差值。

(2)換乘路徑客流量C12。換乘路徑客流量是指樞紐站內(nèi)各段換乘路徑上的客流數(shù)量。

換乘路徑客流量計算式為

(3)平均走行距離C13。平均走行距離是指乘客從地鐵列車車門走行到換乘地鐵列車車門的平均距離，參照美國城市軌道交通與客運鐵路標準，可以將總的走行路線分解為連續(xù)的水平距離與垂直距離。可用樞紐站內(nèi)總換乘距離進行描述。

式中:Li為第i段的水平走行距離;為第 i段的垂直走行距離。

3.2 換乘順暢性指標計算方法

(1)擁擠度C21。樞紐站內(nèi)的擁擠度是站內(nèi)的乘客對個人周圍空余面積大小或者是個人與其他人和物之間距離大小的主觀感覺。擁擠度可以用樞紐站內(nèi)密度進行描述。

式中q為樞紐站內(nèi)乘客流量。

式(11)描述了樞紐站內(nèi)密度與流量的關(guān)系。

(2)舒適度C22。該指標為在換乘樞紐內(nèi)，乘客從換乘樞紐所提供的服務(wù)設(shè)施中獲得舒適、滿意的程度，反映了樞紐站為乘客提供各項服務(wù)的水平。對于舒適度指標的評定采取等級法:

(3)安全性C23。換乘樞紐安全性包括眾多方面，本文研究的主要是換乘樞紐設(shè)置的安全設(shè)施和采取的安全措施對換乘旅客安全保障的程度高低。這些設(shè)施主要包括站臺樓梯、消防設(shè)施、緊急逃離通道等。

4 評價算例

通過對各個換乘指標進行定量分析，計算換乘樞紐內(nèi)各個評價指標，從而對換乘樞紐的整個換乘效果進行評價。

(1)平均換乘時間。換乘樞紐內(nèi)實際平均換乘時間為3.5 min，設(shè)基準平均換乘時間為3 min，則計算基準平均換乘時間與實際平均換乘時間的比值，并將其作為平均換乘時間的評判值。

(2)換乘路徑客流量。換乘樞紐內(nèi)實際換乘路徑客流量為1 500人，設(shè)基準換乘路徑客流量為1 500人，則計算基準換乘路徑客流量與實際換乘路徑客流量的比值，并將其作為換乘路徑客流量的評判值。

(3)平均走行距離。換乘樞紐內(nèi)實際平均走行距離為170 m，標準平均走行距離為200 m，則計算基準平均走行距離與實際平均走行距離的比值，并將其作為平均走行距離的評判值。

(4)換乘樞紐內(nèi)擁擠度。換乘樞紐內(nèi)乘客流量為9人/m2，則通過式(11)計算可以得到最大的客流密度在7人/m2左右，根據(jù)表1得到擁擠度評判值為 0.3。

表1 換乘樞紐內(nèi)擁擠度評判

(5)換乘樞紐內(nèi)舒適度。專家對換乘樞紐內(nèi)舒適度檔級評價為優(yōu)，則根據(jù)表2，得到舒適度評判值為 0.333。

表2 換乘樞紐內(nèi)舒適度評判

(6)換乘樞紐內(nèi)安全性。專家對換乘樞紐內(nèi)安全性檔級設(shè)定評價為絕對安全，則根據(jù)表3，得到安全性評判值為0.445。

表3 換乘樞紐內(nèi)安全性評判

5 結(jié)語

本文通過分析城市中軌道交通換乘效率評價指標的選取與構(gòu)建，主要從乘客客流特征以及評價指標的選取原則進行分析，對評價指標體系中單項指標的計算，可以較好地反映軌道交通系統(tǒng)換乘協(xié)調(diào)程度各個方面的情況。如果對其進行綜合評價時，可采用加法合成計算系統(tǒng)的綜合評價值。建立一套定量與定性相結(jié)合的換乘樞紐站綜合評價指標體系。重點介紹了平均換乘時間、換乘路徑客流量、平均走行距離等評價指標的計算方法，使評價指標更具有科學(xué)性和完善性，突出了客流特征的數(shù)學(xué)模型，并將換乘樞紐作為一個整體，以達到全局最優(yōu)。

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