郭福強(qiáng) 葉霞飛
(同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,201804,上海//第一作者,碩士研究生)
城市軌道交通站臺(tái)寬度是車(chē)站設(shè)計(jì)的重要參數(shù),合理的站臺(tái)寬度既能滿(mǎn)足站臺(tái)乘客的乘降和集散功能,又能控制車(chē)站規(guī)模,降低工程造價(jià)。
我國(guó)現(xiàn)行GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]的城市軌道交通站臺(tái)寬度計(jì)算公式存在一些問(wèn)題,如:站臺(tái)上人流密度為面積密度,取值0.33~0.75 m2/人,跨度很大;柱寬與樓扶梯寬度及側(cè)站臺(tái)寬度直接相加不盡合理;未留出縱向流動(dòng)帶寬度及下車(chē)乘客的下車(chē)通道。日本城市軌道交通站臺(tái)寬度計(jì)算公式為經(jīng)驗(yàn)公式[2],但經(jīng)驗(yàn)公式有一定的適用條件。文獻(xiàn)[3-8]地鐵站臺(tái)寬度計(jì)算公式的密度值采用的都是傳統(tǒng)的站臺(tái)上乘客所占用的面積密度,而面積密度有一定局限性。
基于對(duì)大量軌道交通車(chē)站實(shí)地調(diào)查,如:上海軌道交通陸家嘴站、人民廣場(chǎng)站、莘莊站等,在高峰時(shí)段,站臺(tái)上大部分車(chē)門(mén)前的排隊(duì)隊(duì)列都為兩列,分布于車(chē)門(mén)兩側(cè),少部分車(chē)門(mén)由于滯留嚴(yán)重,隊(duì)列前端未能成功上車(chē)的乘客排隊(duì)較為混亂,為團(tuán)狀。因?yàn)樵O(shè)計(jì)階段不考慮滯留因素的影響,所以這種情況造成的非正常排隊(duì)現(xiàn)象暫不考慮。兩個(gè)相鄰車(chē)門(mén)排隊(duì)隊(duì)列之間的區(qū)域幾乎很少有乘客,為候車(chē)過(guò)程的無(wú)效區(qū)域。因此,采用候車(chē)乘客單排隊(duì)列密度,且對(duì)站臺(tái)區(qū)域進(jìn)行合理劃分,提出新的城市軌道交通站臺(tái)寬度計(jì)算方法。
候車(chē)乘客單排隊(duì)列密度(人/m),不考慮隊(duì)列橫向?qū)挾?,僅考慮單排隊(duì)列縱向排隊(duì)密度。乘客在站臺(tái)候車(chē)的過(guò)程中,側(cè)站臺(tái)的乘客數(shù)量由少變多,隊(duì)列由短變長(zhǎng),候車(chē)乘客單排隊(duì)列密度也從小變大,當(dāng)其達(dá)到候車(chē)乘客所能接受的排隊(duì)候車(chē)密度時(shí),趨于飽和,即候車(chē)乘客單排隊(duì)列密度達(dá)到最大值。
在高峰時(shí)段實(shí)地調(diào)查了上海軌道交通11號(hào)線的曹楊路站、江蘇路站、隆德路站、交通大學(xué)站、徐家匯站以及2號(hào)線的陸家嘴站、人民廣場(chǎng)站,當(dāng)列車(chē)即將進(jìn)站時(shí),候車(chē)乘客隊(duì)列經(jīng)過(guò)將近一個(gè)行車(chē)間隔的積累,單排隊(duì)列密度已達(dá)到最大值。每個(gè)候車(chē)排隊(duì)隊(duì)列的密度值為一個(gè)樣本數(shù)據(jù)(不是列車(chē)進(jìn)站后的隊(duì)列,因?yàn)榱熊?chē)進(jìn)站后,隊(duì)列乘客會(huì)向前移動(dòng),該排隊(duì)密度不是需要的密度)。對(duì)于隊(duì)列長(zhǎng)度小于2 m的樣本直接剔除,最后一共獲取381組有效樣本數(shù)據(jù)。對(duì)密度值進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì),結(jié)果如圖1所示。
圖1 候車(chē)乘客單排隊(duì)列密度值分組比例圖
從圖1中可以看出,候車(chē)乘客單排隊(duì)列密度1.65~2.10人/m的樣本占有效樣本總數(shù)的比例達(dá)到了91.1%,因此,將候車(chē)乘客單排隊(duì)列密度取值為1.65~2.10人/m。該方法計(jì)算的側(cè)站臺(tái)寬度最大值與最小值的比值僅為1.27倍,而《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》用站臺(tái)人流密度計(jì)算的側(cè)站臺(tái)寬度最大值與最小值的比值為2.27倍,所以該方法有望提高站臺(tái)寬度計(jì)算結(jié)果的精度。
在設(shè)計(jì)階段,按照同時(shí)考慮上、下車(chē)客流,使其同時(shí)滿(mǎn)足正常運(yùn)營(yíng)和緊急疏散的要求來(lái)設(shè)計(jì)樓扶梯組寬度;并在站臺(tái)的各個(gè)區(qū)域給候車(chē)乘客預(yù)留足夠的候車(chē)排隊(duì)位置,且給上、下車(chē)乘客預(yù)留足夠的流動(dòng)通道,滿(mǎn)足站臺(tái)乘客的正常乘降及集散功能。設(shè)計(jì)階段按照單個(gè)車(chē)門(mén)的排隊(duì)隊(duì)列均為兩列來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.1.1 站臺(tái)區(qū)域劃分
在站臺(tái)長(zhǎng)度范圍內(nèi),根據(jù)站臺(tái)與樓扶梯及設(shè)備管理用房的位置關(guān)系,將站臺(tái)層分成正面區(qū)域、側(cè)面區(qū)域、背面區(qū)域三個(gè)區(qū)域。正面區(qū)域?yàn)闃欠鎏菡鎱^(qū)域,側(cè)面區(qū)域包括樓扶梯側(cè)面區(qū)域和設(shè)備管理用房側(cè)面區(qū)域,背面區(qū)域包括樓扶梯背面區(qū)域和設(shè)備管理用房背面區(qū)域。
當(dāng)站臺(tái)上的兩個(gè)相鄰樓扶梯組的布置形式為“ / / ”時(shí),此時(shí)簡(jiǎn)化處理,將這兩個(gè)樓扶梯組的中間區(qū)域按就近劃分的原則等分為正面區(qū)域和背面區(qū)域兩個(gè)區(qū)域,如圖2所示。當(dāng)圖2左側(cè)的樓扶梯為設(shè)備管理用房時(shí),區(qū)域劃分方法與此相同。
當(dāng)兩個(gè)相鄰樓扶梯組的布置形式為“ / ”時(shí),二者中間區(qū)域?yàn)檎鎱^(qū)域;而布置形式為“ / ”時(shí),二者中間區(qū)域?yàn)楸趁鎱^(qū)域;當(dāng)一個(gè)樓扶梯組背對(duì)設(shè)備管理用房時(shí),二者中間區(qū)域?yàn)楸趁鎱^(qū)域。
注:——站臺(tái)邊緣;……站臺(tái)黃色安全線或者站臺(tái)門(mén)立柱內(nèi)側(cè);
2.1.2 站臺(tái)立柱
站臺(tái)上立柱包括雙排和單排設(shè)置,位置包括:樓扶梯組兩側(cè),以及樓扶梯組的樓梯或扶梯之間。
當(dāng)站臺(tái)上的立柱設(shè)置在樓扶梯組兩側(cè)時(shí)(如圖3 a)所示),如果立柱剛好位于候車(chē)乘客排隊(duì)隊(duì)列的位置,立柱寬一般只有幾十厘米,在該單排隊(duì)列里的乘客可以靈活選擇排隊(duì)位置,或者調(diào)整排隊(duì)隊(duì)形進(jìn)行曲線排隊(duì)來(lái)避開(kāi)立柱。所以可以忽略站臺(tái)立柱的影響。
當(dāng)站臺(tái)上的立柱設(shè)置在樓扶梯組的樓梯或扶梯之間時(shí)(如圖3 b)所示),此時(shí)立柱對(duì)站臺(tái)候車(chē)乘客排隊(duì)無(wú)影響,將該立柱寬度加上樓扶梯組本身的寬度,組成廣義的樓扶梯組寬度。
將側(cè)站臺(tái)寬度定義為站臺(tái)邊緣到對(duì)應(yīng)樓扶梯邊緣的寬度。
a) 立柱位于樓扶梯兩側(cè)
2.1.3 站臺(tái)設(shè)備管理用房
站臺(tái)上的設(shè)備管理用房種類(lèi)很多,布置在不同位置。以下兩種設(shè)置較為合理:大型的設(shè)備管理用房應(yīng)集中布置在站臺(tái)兩端;小型或輔助型設(shè)備管理用房,宜設(shè)置在樓扶梯組下方的三角房?jī)?nèi)。
公式推導(dǎo)中的設(shè)備管理用房區(qū)域,主要指設(shè)置在站臺(tái)兩端的設(shè)備管理用房伸入站臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)的部分。站臺(tái)兩端的設(shè)備管理用房寬度,通常都大于或等于樓扶梯組寬度,且小于或等于樓扶梯組寬度加立柱寬度。近似將設(shè)置在站臺(tái)兩端的設(shè)備管理用房寬度等于樓扶梯組寬度,該簡(jiǎn)化處理對(duì)最終的計(jì)算值影響較小,因此將設(shè)備管理用房側(cè)面區(qū)域和樓扶梯側(cè)面區(qū)域統(tǒng)一為側(cè)面區(qū)域簡(jiǎn)化處理。
少數(shù)設(shè)備管理用房設(shè)置位置既不在站臺(tái)兩端,也不在樓扶梯組下方的三角房?jī)?nèi),在設(shè)計(jì)中盡量少用。如果實(shí)在必須設(shè)置的話(huà),對(duì)于寬度較小的設(shè)備管理用房,在公式推導(dǎo)中可以忽略其影響;對(duì)于寬度較大,與樓扶梯組寬度接近的設(shè)備管理用房,近似將其寬度等于樓扶梯組寬度來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算。
2.1.4 樓扶梯寬度
樓扶梯寬度按照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)樓梯和自動(dòng)扶梯寬度的計(jì)算方法加以確定。
計(jì)算公式中變量假設(shè):
m——正面區(qū)域的單側(cè)車(chē)門(mén)數(shù);
n——背面區(qū)域的單側(cè)車(chē)門(mén)數(shù);
k——側(cè)面區(qū)域的單側(cè)車(chē)門(mén)數(shù);
m+n+k——單側(cè)車(chē)門(mén)總數(shù);
t——每組樓梯與自動(dòng)扶梯寬度之和;
ρ——候車(chē)乘客單排隊(duì)列密度最大值;
Qss——遠(yuǎn)期或客流控制期每列車(chē)超高峰小時(shí)上行上車(chē)設(shè)計(jì)客流量;
Qxs——遠(yuǎn)期或客流控制期每列車(chē)超高峰小時(shí)下行上車(chē)設(shè)計(jì)客流量。
分以下三種情況進(jìn)行公式推導(dǎo)。
2.2.1 島式站臺(tái)(一)
島式站臺(tái)(一),上下行半個(gè)站臺(tái)的候車(chē)乘客隊(duì)列都只占用己方半個(gè)站臺(tái),如圖4所示。
注:-- - -- - 為該區(qū)域候車(chē)隊(duì)列的隊(duì)尾位置;b為側(cè)站臺(tái)寬度
在設(shè)計(jì)階段,三個(gè)區(qū)域所提供給候車(chē)乘客排隊(duì)隊(duì)列的寬度不同,綜合站臺(tái)邊緣的安全距離以及站臺(tái)上預(yù)留的乘客縱向流動(dòng)寬度來(lái)確定。
將站臺(tái)邊緣安全距離寬度設(shè)為0.4 m;在背面區(qū)域,上下行排隊(duì)隊(duì)列之間預(yù)留的縱向流動(dòng)寬度設(shè)為1.1 m,可以正常滿(mǎn)足兩人并排或相對(duì)行走通行;在側(cè)面區(qū)域,預(yù)留的縱向流動(dòng)寬度也設(shè)為1.1 m;在正面區(qū)域,為了使樓扶梯口區(qū)域能夠正常完成乘客集散功能,在設(shè)計(jì)階段,該區(qū)域的樓扶梯寬度范圍內(nèi)不能被候車(chē)乘客隊(duì)列占用,即上下行排隊(duì)隊(duì)列之間預(yù)留的流動(dòng)寬度設(shè)為樓扶梯組寬度。
對(duì)于上行方向,計(jì)算上行側(cè)站臺(tái)寬度bs:
[2m(bs-0.4)+2k(bs-1.5)+2n(bs+0.5t-
0.95)]×ρ=Qss
則:
對(duì)于下行方向,同理可計(jì)算下行側(cè)站臺(tái)寬度bx。
按最大側(cè)站臺(tái)寬度進(jìn)行對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì),島式站臺(tái)(一)的寬度為:
Bd=2max(bs,bx)+t
該站臺(tái)寬度設(shè)計(jì)思路的可實(shí)施性,通過(guò)軟隔離帶設(shè)置的可操作性來(lái)證明。
在車(chē)站運(yùn)營(yíng)期間,可以根據(jù)站臺(tái)高峰時(shí)段實(shí)際運(yùn)營(yíng)客流情況,如果候車(chē)乘客過(guò)多地集中在樓扶梯正面區(qū)域使局部區(qū)域過(guò)于擁擠,擬在站臺(tái)層設(shè)置軟隔離帶,使站臺(tái)候車(chē)客流能按照該設(shè)計(jì)站位候車(chē),便于乘客有序排隊(duì),使站臺(tái)客流人為地合理分配到站臺(tái)各個(gè)區(qū)域。
圖5~6為軟隔離帶布置圖,按照A型車(chē)的尺寸作圖。
圖5表示的是側(cè)面區(qū)域和正面區(qū)域車(chē)門(mén)口的軟隔離帶布置圖(尺寸暫定)。背面區(qū)域的候車(chē)乘客排隊(duì)隊(duì)列可以占用站臺(tái)寬度的中間位置,若高峰時(shí)段該區(qū)域的排隊(duì)隊(duì)列沒(méi)有阻擋到乘客的正常流動(dòng),在該區(qū)域不用設(shè)置軟隔離帶,反之則設(shè)置軟隔離帶,如圖6中的“------”;圖6為各區(qū)域設(shè)置軟隔離帶之后的整體示意圖。
2.2.2 島式站臺(tái)(二)
島式站臺(tái)(二)為不同方向候車(chē)乘客隊(duì)列可占用對(duì)面半個(gè)站臺(tái)區(qū)域,上下行的側(cè)站臺(tái)寬度相同。如圖7 a)所示,在背面區(qū)域,以上半部分站臺(tái)為例,己方半個(gè)站臺(tái)與對(duì)面半個(gè)站臺(tái)的分界線如圖7 a)中的“··——··”所示。該線為沿站臺(tái)寬度方向的中心線。在背面區(qū)域,當(dāng)不同方向候車(chē)乘客隊(duì)列可占用對(duì)面半個(gè)站臺(tái)面積時(shí),以對(duì)面半個(gè)站臺(tái)樓扶梯組的邊線“—…—”為界限,定義該線為“侵入臨界線”,表示所能占用對(duì)面半個(gè)站臺(tái)區(qū)域的最遠(yuǎn)距離,如圖7b)所示。
a) 側(cè)面區(qū)域
尺寸單位:cm
注:○候車(chē)乘客;……側(cè)站臺(tái)內(nèi)側(cè)邊緣;——軟隔離帶
圖5 車(chē)門(mén)前的軟隔離帶示意圖
圖6 各區(qū)域設(shè)置軟隔離帶之后的整體示意圖
a) 示意圖1
按上下行上車(chē)客流差,再細(xì)分為兩種情況:
1) 當(dāng)|Qss-Qxs|≤2nρ(t+1.1)時(shí),如圖8所示,此時(shí)上車(chē)客流量大的一側(cè),所需要占用對(duì)面半個(gè)站臺(tái)的區(qū)域的邊界線還未超過(guò)侵入臨界線。例如,市區(qū)辦公型地鐵站的晚高峰,雙向的上車(chē)客流量差距不是很大。此時(shí):
[4m(b-0.4)+4k(b-1.5)+2n(2b+t-1.9)]×ρ=Qss+Qxs
則:
圖8 邊界線還未超過(guò)侵入臨界線
2) 當(dāng)|Qss-Qxs|>2nρ(t+1.1)時(shí),如圖9所示,此時(shí)上車(chē)客流量大的一側(cè),如果按照前面1)的解法,所需要占用對(duì)面半個(gè)站臺(tái)的區(qū)域的邊界線超過(guò)了侵入臨界線,所以此時(shí)上車(chē)客流量大的一側(cè)的客流為決定側(cè)站臺(tái)寬度的客流,設(shè)計(jì)階段將該側(cè)的候車(chē)乘客排隊(duì)隊(duì)列的隊(duì)尾位置控制在侵入臨界線處。例如,部分郊區(qū)居住型地鐵站的早高峰,市區(qū)方向和郊區(qū)方向各自的上車(chē)客流量相差很大。此時(shí):
Qsmax=max(Qss,Qxs)
[2m(b-0.4)+2k(b-1.5)+2n(b+t-0.4)]×ρ=Qsmax
則:
圖9 站臺(tái)邊界線控制在侵入臨界線
2.2.3 側(cè)式站臺(tái)
側(cè)式站臺(tái)的候車(chē)乘客隊(duì)列情況如圖10所示。
圖10 側(cè)式站臺(tái)的候車(chē)乘客隊(duì)尾位置示意圖
對(duì)于上行方向:
[2m(bs-0.4)+2k(bs-1.5)+2n(bs+t
-1.5)]×ρ=Qss
則:
對(duì)于下行方向,同理可得bx。
按最大側(cè)站臺(tái)寬度進(jìn)行對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì),側(cè)式站臺(tái)寬度Bc為:
Bc=max(bs,bx)+t
選取上海軌道交通2號(hào)線的中間站陸家嘴站和換乘站人民廣場(chǎng)站作為研究對(duì)象,站臺(tái)寬度計(jì)算所用客流量采用實(shí)際運(yùn)營(yíng)客流量。兩個(gè)車(chē)站都為雙柱三跨島式站臺(tái),設(shè)置四組樓扶梯,雙排立柱設(shè)置在樓扶梯組兩側(cè),列車(chē)為8A編組。分別用推導(dǎo)的站臺(tái)寬度計(jì)算公式和《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的站臺(tái)寬度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算,將計(jì)算得出的站臺(tái)寬度與實(shí)際站臺(tái)寬度相比較,以驗(yàn)證兩種方法的合理性。
對(duì)上海軌道交通2號(hào)線陸家嘴站早晚高峰的站臺(tái)錄像視頻進(jìn)行分析。由視頻里上下行列車(chē)部分車(chē)門(mén)的平均上下車(chē)客流量,得出上下行的上下車(chē)客流比例,再由四個(gè)樓扶梯組的進(jìn)出站臺(tái)的客流量,得出上下行的上下車(chē)客流量。
晚高峰的超高峰時(shí)段,上下行每列車(chē)上下車(chē)客流量為:上行上車(chē)客流量Qss=554人,下行上車(chē)客流量Qxs=843人,上行下車(chē)客流量Qsx=217人,下行下車(chē)客流量Qxx=140人。
柱寬0.85 m, 樓扶梯組寬度t=5.2 m,實(shí)際側(cè)站臺(tái)寬度(含柱寬)bsj=4.15 m,實(shí)際站臺(tái)寬度Bsj=13.5 m。
3.1.1 基于站臺(tái)寬度計(jì)算方法的計(jì)算
參數(shù)取值為:m=9,n=14,k=17,ρ=1.9人/m。
下面分兩種情況:
1) 不同方向候車(chē)隊(duì)列占用對(duì)面半個(gè)站臺(tái)區(qū)域
通過(guò)計(jì)算可得:|Qss-Qxs|<2nρ(t+1.1)
則:
站臺(tái)寬度B=2b+t=14.70 m>Bsj
2) 上下行半個(gè)站臺(tái)的候車(chē)乘客隊(duì)列都只占用己方半個(gè)站臺(tái)
因?yàn)镼xs大于Qss,所以側(cè)站臺(tái)寬度由Qxs決定。
站臺(tái)寬度B=2b+t=16.60 m>Bsj
3.1.2 基于《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的站臺(tái)寬度計(jì)算
取站臺(tái)人流密度ρ′=0.5 m2/人,站臺(tái)邊緣至站臺(tái)門(mén)立柱內(nèi)側(cè)距離M=0.25 m,站臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度L=186 m。
所以側(cè)站臺(tái)寬度(不含柱寬)
側(cè)站臺(tái)寬度(含柱寬)b=3.74 m 站臺(tái)寬度B=2b+t=12.68m 因此,按照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算得出的側(cè)站臺(tái)寬度和站臺(tái)寬度分別小于實(shí)際值,而按照本文3.1.1節(jié)計(jì)算方法中的兩種站臺(tái)利用情況計(jì)算得出的側(cè)站臺(tái)寬度和站臺(tái)寬度,都分別大于實(shí)際值。而實(shí)際情況是該站晚高峰站臺(tái)擁擠,所以本文推導(dǎo)的計(jì)算方法更合理。 數(shù)據(jù)獲取方法與本文3.1節(jié)相同(計(jì)算過(guò)程略)。早高峰超高峰時(shí)段,Qss=816人,Qxs=524人,Qsx=349人,Qxx=459人;柱寬0.85 m,t=5.3 m,bsj=4.35 m(含柱寬),Bsj=14 m。 3.2.1 基于推導(dǎo)的站臺(tái)寬度計(jì)算方法 參數(shù)取值為:m=10,n=15,k=15 下面分兩種情況: 1) 不同方向候車(chē)隊(duì)列占用對(duì)面半個(gè)站臺(tái)區(qū)域。計(jì)算結(jié)果為:b=4.43 m>bsj,B=14.16 m>Bsj 2) 上下行半個(gè)站臺(tái)的候車(chē)乘客隊(duì)列都只占用己方半個(gè)站臺(tái)。計(jì)算結(jié)果為:b=5.39 m>bsj,B=16.08 m>Bsj 3.2.2 基于《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的站臺(tái)寬度計(jì)算 計(jì)算結(jié)果為:側(cè)站臺(tái)寬度(不含柱寬)b=3.38 m,側(cè)站臺(tái)寬度(含柱寬)b=4.23 m 因此,《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算得出的側(cè)站臺(tái)寬度和站臺(tái)寬度分別小于實(shí)際值,而本文3.2.1節(jié)計(jì)算方法中的兩種站臺(tái)利用情況計(jì)算得出的側(cè)站臺(tái)寬度和站臺(tái)寬度都分別大于實(shí)際值。而實(shí)際情況是該站早高峰站臺(tái)擁擠,所以本文推導(dǎo)的計(jì)算方法比《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》站臺(tái)寬度計(jì)算公式更合理。 通過(guò)大量實(shí)地觀測(cè),提出了基于候車(chē)乘客單排隊(duì)列密度的城市軌道交通站臺(tái)寬度計(jì)算的新方法。并以?xún)蓚€(gè)已運(yùn)營(yíng)城市軌道交通車(chē)站為對(duì)象進(jìn)行案例研究。結(jié)果表明,本文所提出的城市軌道交通站臺(tái)寬度計(jì)算方法比我國(guó)現(xiàn)行《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的站臺(tái)寬度計(jì)算公式更合理。研究結(jié)論可為進(jìn)一步完善我國(guó)城市軌道交通站臺(tái)寬度計(jì)算方法提供理論支撐和參考。3.2 案例2——上海軌道交通2號(hào)線人民廣場(chǎng)站
4 結(jié) 語(yǔ)