地鐵換乘站側(cè)站臺寬度計算方法研究

王幼鵬

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司 廣州 510010）

0 引言

城市軌道交通因其高效、準點、有效拉動城市規(guī)劃發(fā)展的優(yōu)勢而在全國各地迅猛發(fā)展。但隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營效應(yīng)不斷凸顯，給建設(shè)管理工作帶來了新的挑戰(zhàn)和問題：①成網(wǎng)后各條線客流快速增長，作為設(shè)計原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的客流量快速增長，因此造成站臺擁擠嚴重、乘客舒適度較差等問題；②現(xiàn)有設(shè)計規(guī)范與目前運營數(shù)據(jù)存在偏差，造成車站空間結(jié)構(gòu)不符合客流運動規(guī)律，未貼近運營管理需求，造成換乘客流在站內(nèi)分布不均衡等問題。相對于城際軌道交通車站，城市軌道交通車站主要服務(wù)城市內(nèi)客流，以通勤和生活為主，出行距離短，列車目標速度低，換乘客流量大，車站規(guī)模也相對較小。因此相較于城際軌道交通車站的客流密度，城市軌道交通的客流密度明顯偏高，如城際軌道交通車站旅客候車區(qū)面積按照不低于1.2 m2/人的最高聚集人數(shù)進行設(shè)計，而城市軌道交通中一般按照0.33～0.75 m2/人進行設(shè)計。而人流密度超過閾值后，將由自由態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺娭茟B(tài)，導(dǎo)致車站站臺發(fā)生擁堵。因此，我國城市軌道交通建筑設(shè)計的核心功能，在于解決高強度的客流需要與有限的車站規(guī)模之間的矛盾，確定合理的車站運力，通過建筑設(shè)計手段與運營組織手段的結(jié)合，將客流密度調(diào)控在適當范圍之內(nèi)，使客流有序、高效地在車站各空間內(nèi)流動。

站臺是列車系統(tǒng)與車站系統(tǒng)直接進行乘客交互的服務(wù)平臺，是實現(xiàn)點線協(xié)調(diào)和客流集疏控制的重要載體。為緩解高峰時期地鐵站站臺的客流壓力，許多學(xué)者做出了一定的研究［1-7］。劉立軍等人［8］認為側(cè)站臺設(shè)有柱子將影響客流疏散，柱子寬度應(yīng)計入側(cè)站臺寬度；魏重麗［9］指出現(xiàn)有地鐵站臺寬度若取值過小將不滿足安全疏散的要求，站臺寬度與疏散寬度的參數(shù)解釋不夠明確，強調(diào)正確運用規(guī)范的重要性。

為簡化設(shè)計因素，一般將站臺寬度轉(zhuǎn)化為側(cè)站臺寬度、樓扶梯寬度、縱梁寬度之和。側(cè)站臺為乘客乘降關(guān)鍵區(qū)，其寬度受到乘客乘降量、乘客排隊形式、乘客個體需求空間、運營安全和疏散要求等因素的制約。樓扶梯寬度和位置一般考慮乘客疏散的需要，同時也盡量縮短乘客到站臺出入口的距離，站廳與站臺之間一般至少設(shè)置兩個樓梯通道，這樣布置也可以減少單個樓梯的寬度，從而減小地鐵車站的跨度，實現(xiàn)降低工程造價的目的。其中影響站臺寬度最重要的因素就是側(cè)站臺寬度。本文依托廣州地鐵部分換乘車站實際客流數(shù)據(jù)及管理手段，考慮乘客分布及人流密度特點，優(yōu)化側(cè)站臺寬度計算方法，為計算車站的換乘能力提供依據(jù)，并為后續(xù)新線接入研究提供了理論支持。

1 設(shè)計規(guī)范中存在的問題

1.1 設(shè)計規(guī)范側(cè)站臺計算方法

《地鐵設(shè)計規(guī)范：GB 50157—2013》［10］中提供了兩種側(cè)站臺寬度的計算方法。

1.1.1 工況1：列車進站，乘客上下車需求

方法1 是在列車進站?？亢?，此時根據(jù)乘客上下車的需求計算側(cè)站臺寬度，計算公式如式⑴所示。

式中：Q上下為遠期或客流控制期每列車超高峰小時單側(cè)上下車設(shè)計客流量（人）；ρ為站臺上人流密度，取0.33～0.75 m2/人，各城市的ρ取值中，對于同一條線ρ的取值應(yīng)一致；L為站臺計算長度（m）；M為站臺邊緣至站臺門立柱內(nèi)側(cè)距離（m），無站臺門時取0 m，有站臺門時一般取0.26 m。

無站臺門時，上、下車的乘客在站臺進行交換，安全帶寬度已被充分利用，因此M取0 m。

1.1.2 工況2：列車未到站，乘客候車需求

方法2 是指列車未到站時，此時僅考慮根據(jù)候車乘客計算側(cè)站臺寬度，計算公式如式⑵所示。

式中，Q上為遠期或客流控制期每列車超高峰小時單側(cè)上車設(shè)計客流量（人）；ba為站臺安全防護帶寬度（m），無站臺門時取0.4 m，采用站臺門時用M代替。

無站臺門時，乘客只能站立在安全帶之內(nèi)等候，此時側(cè)站臺計算寬度是上車乘客站立候車所需要的寬度加上安全帶寬度。

公式中的Q上和Q上、下為遠期或客流控制期每列車高峰小時單側(cè)上車設(shè)計客流量遠期或客流控制期每列車高峰小時單側(cè)上、下設(shè)計客流量，在計算中均應(yīng)換算成遠期或客流控制期高峰時段發(fā)車間隔內(nèi)的設(shè)計客流量。最終側(cè)站臺計算寬度應(yīng)取式⑴、式⑴兩者中計算值較大者。采用上述兩種不同工況下算式對于客流潮汐現(xiàn)象比較大的車站，其結(jié)果差距明顯。

1.2 文獻［10］中存在的問題

1.2.1 計算側(cè)站臺寬度時并未考慮到乘客的分布情況

乘客在站臺的分布情況直接影響到乘客需要的橫向站臺空間，站臺上乘客的乘降量越大，需要的側(cè)站臺寬度就越大。受到節(jié)點換乘站結(jié)構(gòu)的影響，大量的乘客通過換乘樓梯進行換乘，相對于十字換乘車站，乘客易堆積于站臺的一端和站臺的中部，呈現(xiàn)出明顯的分布不均的情況。在設(shè)計時，若未考慮到這種乘客分布的不均衡性，則在設(shè)計站臺時易導(dǎo)致站臺寬度偏小，從而影響乘客的候車與通行。同時候車乘客在車門處的分布情況也有所不同，考慮到當前我國城市軌道交通車站乘客的排隊候車特點，站臺門中央部分并未有乘客進行候車，在計算側(cè)站臺寬度時，該部分不宜算入候車區(qū)域。

1.2.2 兩種側(cè)站臺計算方法中ρ取值應(yīng)不同

文獻［10］中提供的兩種工況計算方法都要用到站臺上的乘客密度，但在實際使用中設(shè)計單位一般會取相同的值進行計算，這將導(dǎo)致在有站臺門的情況下，方法1 計算的寬度將明顯大于方法2。但上述兩種工況站臺上乘客的人流密度（實際為人均占地面積）存在明顯的差別。一般情況下，我國城市軌道交通車站均采用垂直站臺方向單隊列的方式進行排隊，此時受到個體心理特征的影響（女性需要的人均占地面積大于男性［11］），排隊間距較大。而在列車進站?？亢?，候車乘客會向車門處移動，個體空間相對變??；下車乘客一般集中在站臺門的中央，考慮到乘客有快速出站或換乘的需求，乘客想要保持較快的運動速度，需要的空間也比靜態(tài)候車的乘客要大。因此兩種工況下ρ值應(yīng)有所不同。

2 側(cè)站臺寬度計算方法優(yōu)化研究

2.1 考慮乘客分布的側(cè)站臺寬度計算方法

鑒于目前文獻［10］中存在的問題，本研究考慮了乘客在站臺尤其是車門附近的分布特性，提出新的側(cè)站臺寬度計算方法。

2.1.1 工況1：列車進站，乘客上下車需求

方法1 是在列車進站停靠后，此時根據(jù)乘客上下車的需求計算側(cè)站臺寬度，計算公式如式⑶所示。

式中：ρ1為站臺上人均占地面積，上車人數(shù)較多時，向下限取值；下車人數(shù)較多時，向上限取值；同一條線ρ1的取值應(yīng)一致；k1為站臺乘客分布不均衡系數(shù)，k1?1，一般根據(jù)車站的結(jié)構(gòu)形式進行選擇，站臺乘客分布越均衡，k1越接近1，建議取1.0～1.2 進行設(shè)計；q上下max為站臺某處最大乘降人數(shù)（人）；q上下為站臺平均乘降人數(shù)（人），可用Q上下除以站臺門數(shù)n表示。

2.1.2 工況2：列車未到站，乘客候車需求

方法2 是指列車未到站時，此時僅考慮根據(jù)候車乘客計算側(cè)站臺寬度，受到國內(nèi)目前城市軌道交通車站排隊方式的影響，在考慮有效站臺長度時應(yīng)扣除車門前為下車乘客讓渡出的空間，計算公式如式⑸所示。

式中：ρ2為站臺候車乘客人均占地面積，應(yīng)根據(jù)車站類型選擇其取值；k2為站臺候車乘客分布不均衡系數(shù)，k2?1，根據(jù)車站結(jié)構(gòu)形式進行選擇，站臺乘客分布越均衡，k2越接近1，建議取1.0～1.3進行設(shè)計；為站臺某處最大的候車人數(shù)（人）；q上為站臺平均候車人數(shù)（人），可用Q上除以站臺門數(shù)n表示；n為站臺門數(shù)；L為站臺門乘客下車區(qū)域的長度（m），一般取1 m；若車站為始發(fā)站，下車區(qū)域?qū)挾热? m。

2.2 人均占地面積取值研究

2.2.1 人均占地面積取值實測研究

通過觀察車站提供的攝像頭數(shù)據(jù)，統(tǒng)計高峰時段列車即將進站時站臺上的候車人數(shù)與列車進站時同時上下車的人數(shù)，考慮不同情況下的排隊區(qū)域?qū)挾龋贸鱿鄳?yīng)的候車區(qū)人均占地面積。

本研究以嘉禾望崗站為例，分別對2 號線廣州南方向、3號線機場北方向、3號線體育西方向和14號線東風(fēng)方向的樓扶梯正面和樓扶梯側(cè)面的站臺候車人數(shù)和同時上下車人數(shù)進行統(tǒng)計。其中，以站臺寬度與每個屏蔽門前乘客排隊寬度的乘積作為乘客的候車區(qū)域，分別考慮文獻［10］中的方法與本研究提出的方法對ρ1和ρ2進行測算。

對高峰時段2 h 視頻數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集并整理匯總，計算了平均人均占地面積。其中2號線廣州南方向與14號線東風(fēng)方向，嘉禾望崗站均為始發(fā)站，故僅采用上車人數(shù)進行測算，而3號線機場北方向和體育西方向則采用同時上下車的人數(shù)進行測算，結(jié)果如圖1所示。

圖1 人均占地面積統(tǒng)計Fig.1 Statistical Map of Per Capita Area

由圖1可知，由于始發(fā)站基本為上車客流，故乘客可以均勻分布在站臺范圍，所以始發(fā)站采用文獻［10］計算方法與本研究計算方法的人均占地面積取值相同。2 號線廣州南方向作為始發(fā)站，乘客候車排隊較為規(guī)范，加之該站臺寬度較寬，因此平均人均占地面積較大，達到了1.07 m2/人；14號線東風(fēng)方向同為始發(fā)站，乘客聚集在車門前候車，形成拱形區(qū)域，人均占地面積較小，平均人均占地面積為0.47 m2/人。3號線均為通過站，但因為是同臺換乘站，換乘量較大，乘客在站臺前形成兩列排隊形式，平均人均占地面積較小，約為0.62 m2/人。

總體而言，樓扶梯側(cè)面的人均占地面積相對較大，樓扶梯正面較小。乘客傾向于選擇距離樓扶梯較近的位置候車，因此樓梯的正面人均占地面積最?。欢鴺欠鎏輦?cè)面除供乘客候車外，還承擔了客流通道功能，人均占地面積最大。

另外能夠直觀地看出，文獻［10］中采用的計算方法未刨除留給乘客的下車區(qū)域，因此候車區(qū)人均占地面積ρ明顯高于本研究提出的刨除了該區(qū)域的候車區(qū)的人均占地面積ρ2。若采用文獻［10］方法（ρ∈［0.30～0.75］）對候車區(qū)域站臺寬度進行測算，則ρ值不宜向下限取值，在一般設(shè)計中采用0.45 m2/人或0.50 m2/人的取值會偏小，導(dǎo)致設(shè)計的站臺寬度偏窄。

2.2.2 人均占地面積取值建議

本研究進一步對不同車型、編組、通過類型、站臺形式、站臺斷面形式影響下的站臺形式進行分析，選擇廣州地鐵嘉禾望崗站、體育西路站、珠江新城站和黃沙站的乘客上下車及候車人均占地面積進行分析。

通過對上述不同類型站臺的統(tǒng)計，經(jīng)過相關(guān)因素分析，發(fā)現(xiàn)列車編組方式、站臺類型和縱梁類型對人均占地面積的影響較小，呈現(xiàn)弱相關(guān)關(guān)系；站臺的通過類型對人均占地面積影響相對較大，并給出不同類型車站的人均占地面積取值建議，如表1所示。

表1 人均占地面積建議取值 （m2/人）Tab.1 Recommended Value of Per Capita Floor Space

對于通過站而言，采取文獻［10］提供方法1（即同時考慮上下車乘客），則候車區(qū)人均占地面積建議取值為ρ1∈［0.30～0.75］，一般換乘站設(shè)計時可以考慮取0.5 m2/人。若下車乘客占比較大，則考慮向下取值；若上車乘客占比較大，則考慮向上取值；極端情況下，只有上車乘客無下車乘客時建議取上限值；采取文獻［10］提供方法2（即僅考慮上車乘客），則候車區(qū)人均占地面積建議取值ρ∈［0.7～1.2］，一般換乘站設(shè)計時可以考慮取1.0 m2/人。按本研究提出方法，則候車區(qū)人均占地面積ρ2∈［0.4～0.6］，一般換乘站設(shè)計時可以考慮取0.45 m2/人。居住區(qū)和商業(yè)區(qū)車站建議向下取值；火車站等交通樞紐車站、景區(qū)附近車站和同臺換乘站建議向上取值。

對于始發(fā)站而言，建議取值為0.35～0.70 m2/人，一般可考慮取0.45 m2/人進行測算。若該站今后有可能延伸或擴展為多線換乘站，則向上取值。

3 結(jié)語

本文依托廣州地鐵部分換乘車站實際客流數(shù)據(jù)及管理手段，考慮乘客分布不同工況及人流密度特點，優(yōu)化側(cè)站臺寬度計算方法，為計算車站的換乘能力提供依據(jù)，并為后續(xù)新線接入研究提供了理論支持。

⑴研究分析文獻［10］存在的問題：計算側(cè)站臺寬度時并未考慮到乘客的分布情況；在兩種工況下兩種側(cè)站臺計算方法中ρ取值應(yīng)不同。

⑵提出新的側(cè)站臺寬度計算模型，在新模型中考慮了站臺上乘客的分布情況，并根據(jù)節(jié)點站的特點，給出兩種計算方法下參數(shù)的取值建議。

⑶對于始發(fā)站而言，建議取值為0.35～0.70 m2/人，一般可考慮取0.45 m2/人進行測算。若該站今后有可能延伸或擴展為多線換乘站，則向上取值。

⑷對于通過站而言，采取文獻［10］提供方法1（即同時考慮上下車乘客），則候車區(qū)人均占地面積建議取值為ρ1∈［0.30～0.75］，一般換乘站設(shè)計時可以考慮取0.5 m2/人；采取文獻［10］提供方法2（即僅考慮上車乘客），則候車區(qū)人均占地面積建議取值ρ∈［0.7～1.2］，一般換乘站設(shè)計時可以考慮取1.0 m2/人。