郭佳樑 张丽娟 张津璟 李君丰 吴哲凌
摘要 国铁客流进出站组织是枢纽各类客流动线中最基础、最重要的流程之一，受列车班次、客流量分布不均衡等因素影响，站台与进出站厅交通设施之间通行能力经常存在不匹配的问题。文章通过对国铁旅客的交通特性与交通设施参数进行分析，明确站台与进出站厅交通设施之间的通行能力匹配情况，并以杭州西站国铁进出站人流组织为研究对象，进行静态测算与仿真校核，为未来车站设计过程中面临的站台与进出站厅交通设施设计提供指引。
关键词 交通枢纽；
客流组织；
通行能力；
行人仿真
中图分类号 U291.6文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）11-0042-03
0 引言
21世纪以来，高铁建设极大地改变了区域和城市发展进程，较大程度地满足了人民对便捷出行的需求。未来，在新基建的驱动下，随着城市群和都市圈的不断发育，跨市域铁路交通需求增长迅速，并呈现明显的空间层次差异化特征，新需求下多层次轨道交通网络逐渐形成[1]。在此背景下，为构建高效、便捷的综合交通枢纽，该文以枢纽运营中的关键部分——国铁客流交通组织为着力点，研究其站台与进出站交通设施之间的匹配性，从而提高国铁客流进出站运营效率。
研究项目通过调研得出的核心数据对站台与进出站交通设施之间的匹配情况进行静态测算，为车站关键交通设施规划设计提供参照依据。同时，为了校核站台与进出站厅交通设施的方案匹配度，该研究在静态测算的基础上引入动态仿真手段进行评估，利用行人微观仿真软件构建进、出站工况仿真模型，模拟站台与进出站厅范围内的局部进出站流程，依托模型输出结果分析不同楼扶梯、闸机设施之间匹配情况对实际运营的影响，提出站台与进出站厅交通设施匹配情况优化方案。
1 大型枢纽国铁客流理论基础
1.1 国铁客流特征
国铁客流是枢纽客流的源头和基础，国内主要城市群和都市圈地区的国铁客流已呈现从长距离、低频次、低时间价值向中短距、高频次、高时间价值的特征转变，城市群内以商务、通勤为代表的高时间价值的出行规模正在增加，以通勤和商务为主的客流成为铁路的重要客源，其对时间更为敏感，对铁路便利性诉求更加强烈[1]。
1.2 國铁客流进出站交通组织
国铁客流需求特征的转变，对强化国铁客流进出站效率与站城融合的便利度提出了更高要求。因此，近些年来国铁站房设计中流行规划高架进站厅和地下快速进站厅的双层站厅模式，构建“上进下出为主，下进下出为辅”的国铁客流进出站组织模式，方便短途通勤与商务旅客的高效转换。与此同时，从地铁进站旅客也可以通过楼扶梯前往高架候车厅进站，通道选择多样且换乘更加便捷（如图1所示）。
针对国铁出站旅客而言，整体路径仍然相对单一，从站台通过垂直设施前往出站闸机验票后，前往出站厅集中换乘各类交通方式，既可以直接前往城市轨道站厅、公交车场、出租车场与停车楼等换乘其余交通方式，也可通过垂直设施前往地面广场离场。
1.3 设施单位通行能力
该文选取的设施单位通行能力为最适宜通行能力。最适宜通行能力即为合理的服务水平（舒适性）下设施的通行能力取值。通行能力受设备及旅客特征影响。相较于地铁旅客客流特征，国铁旅客携带行李比例相对较高，根据调研可达到50%以上[2]。步行速度会因有无行李有所区别，通常有行李旅客的平均步行速度为1.2 m/s，无行李旅客的平均步行速度可达1.4 m/s。
综合考虑调研数据及国内外规范，并结合国铁旅客个人特征对通行能力产生的影响，对设施适宜通行能力进行标定。自动闸机通行能力在780人/h左右，同时调研结果显示人工检票相较于自动验票效率略高，单位通行能力可达到850人/h；
标准宽度（1 m）扶梯运营速度通常为0.5 m/s，考虑旅客携带行李状况下的适宜通行能力约为3 000人/m/h；
单向下行楼梯考虑携带行李的影响，通行能力约为1 650人/m/h。
2 设施通行能力匹配度静态测算
通过对国铁客流、进出站交通组织与设施通行能力进行理论研究后，采用静态测算的方法来评估交通设施之间的通行能力匹配性，为后续仿真模拟评估提供基础方案（图2）。具体而言，旅客进站流程中主要面临安检、实名制、验票闸机与楼扶梯共4道关键流程，该次匹配度静态测算主要针对候车厅内验票闸机与楼扶梯进行分析。而出站流程相对简单，仅有楼扶梯与出站验票共2道关键流程。
2.1 候车厅闸机与楼扶梯通行能力匹配情况
根据国铁候车厅内常见的闸机与楼扶梯组合方案来看，各类组合方案的通行能力如表1所示。
单从闸机与楼扶梯通行能力来看，1扶1楼提供的通行能力可以满足绝大部分闸机设置规模。但根据实际调研经验来看，旅客对于使用扶梯具有较高倾向性，比如从上海虹桥站调研经验来看，约有80%的进站旅客使用扶梯，仅20%使用楼梯，因此4自动+1人工的闸机组合中使用扶梯的客流量比较契合1部扶梯的通行能力；
如果采用5自动+1人工的闸机组合，则闸机中使用扶梯的客流量将明显超出1部扶梯的通行能力。
因此，从静态测算来看，闸机与楼扶梯合理匹配方案为4自动+1人工闸机组合，相应配置1扶1楼（2 m）组合；
5自动+1人工闸机组合方案时，1部扶梯无法较好地满足高峰客流压力，旅客排队等候扶梯体验不佳，但设置2部扶梯又显得较不经济。
2.2 出站厅闸机与楼扶梯通行能力匹配情况
出站流程与进站基本相反，旅客先从站台利用楼扶梯下至出站厅，后通过出站闸机进入换乘大厅。由于高架站大多为上进下出的组织模式，因此出站时楼扶梯与闸机的单位通行能力与进站基本相同，静态测算出站楼扶梯与闸机单位小时通行能力如表2所示。
根据上海虹桥站调研经验来看，旅客出站首选扶梯，扶梯将处于满载状态。旅客充分利用扶梯通行能力，但在扶梯前聚集人数较多的情况下，有较高比例的旅客会使用楼梯离开站台，具体而言使用楼梯的旅客占楼梯通行能力约50%左右，因此出站过程中垂直设施的整体利用率更高。从静态测算来看，1扶1楼的实际使用通行能力与4自动+1人工闸机组合通行能力更贴近，而2扶1楼实际使用通行能力远大于闸机组合总通行能力。因此，出站楼扶梯与闸机合理匹配方案为1扶1楼（2 m）组合，相应配置4自动+1人工闸机组合。
3 设施通行能力匹配度仿真评估——以杭州西站为例
通过静态测算可以大致估算出站台与进出站厅交通设施之间通行能力的匹配度，从而为国铁到发流程中的各类设施规模提供依据与参考，但静态测算的缺点在于无法评估各方案下旅客的排队及延误等量化指标。为了解决该问题，该研究引入了行人仿真手段来量化评估不同设施规模下的方案匹配度，同时提供了可视化输出与表达方式。
3.1 杭州西站概述
杭州西站是国内领先的第四代铁路客站，其重要标志是铁路客站的站城一体化，强调“不拘泥于车站本身的建设，以街区的尺度设置城市功能，将车站与街区存在的问题得以一体化解决”[3]，具有快速进站与紧凑高效、立体联通与多个首层、复合开发与缝合城市三个核心特点，成为站城一体化枢纽，也可称为“站城综合体”[4]。该文将杭州西站国铁进出站客流组织作为研究对象。
3.2 仿真软件与模型参数设置
目前各国已发展多种行人仿真计算模型。各种不同模型具有不同设计理念，该次选用的Legion软件具有较好的易用性以及它能够智能地、较为真实地模拟人的移动、超越、拥堵、移动速度调整等，被业内认为是目前最好、最有效的行人仿真与分析工具[5]。
为了更加精准地评估不同方案下的设施服务水平，该研究需要对模型设置参数进行标定。根据国内类似交通枢纽调研数据及杭州当地历史数据，综合确定了杭州西站铁路交通枢纽设施通行能力和行人行为特征参数，如表3所示。
3.3 进站设施通行能力匹配性仿真校核
研究方案考虑较为极端的工况，即一辆16节编组列车从始发站满载出发，该次研究选取开车前15 min作为检票时间。模型选取表1中的三个方案进行仿真分析。
从空间维度看，方案1因闸机数量较少的缘故，每条队伍排队人数较多；
方案2中通过闸机后使用扶梯的客流量明显超过扶梯的通行能力，楼扶梯前出现人流集聚，呈现了闸机和楼扶梯通行能力不匹配的情况；
以J.Fruin服务水平来看[6]，该区域服务等级到达E-F级，聚集人数最高可到达106人。方案3楼扶梯前最大聚集人数减少明显，仅15人左右，服务水平优化至A-B级。
在时间维度，方案1中旅客在闸机前排队时间较长，最大排队时间达到了463 s。方案2中旅客最长需要排队462 s通过闸机，在闸机开放542 s时最后一个旅客可以下至站台层。方案3相较于方案2缩短排队时间40 s。因此在不考虑工程成本的情况下，方案3在通行效率上表现最好，若兼顾方案成本与效率来看，方案1表现更加均衡，如表4所示。
3.4 出站设施通行能力匹配性仿真评估
出站仿真仍然选取极端工况，即兩列16节满载列车同时抵达两个站台，选取表2的两个方案进行仿真分析。从仿真结果来看，方案1出站厅整体饱和度一般，最大聚集人数达到300人，闸机前存在较大范围排队，并达到E级服务水平；
方案2相较于方案1出站厅整体服务水平较好，表现略优，整体达到D-E级服务水平，最大聚集人数降为160人。时间上方案2比方案1旅客整体排队时间多40 s，但均在6 min内完成旅客出站疏散，因此在考虑旅客舒适度情况下，方案2为最佳匹配方案。
4 结语
该研究明确了大型国铁枢纽站台与进出站厅交通设施匹配性研究技术路线，通过调研与静态测算的方法确定了楼扶梯与闸机的单位通行能力及相互之间的设施规模匹配性方案，最后以杭州西站旅客进出站工况为仿真研究对象，利用动态仿真手段评估闸机与楼扶梯之间的匹配性方案，最终提出合理的进出站设施匹配方案以及不同设施规模方案下对运营的影响，为车站的规划设计提供参考依据。
参考文献
[1]蔡润林， 何兆阳， 杨敏明. 轨道交通四网融合的发展需求， 内涵和路径——以长三角城市群为例[J]. 城市交通， 2022（5）：
13-22+30.
[2]叶平一， 刘铮. 都市区域铁路车站设施行人通过能力研究[J]. 交通与运输， 2017（4）：
52-54.
[3]日建设计站城一体开发研究会. 站城一体开发：
新一代公共交通指向型城市建设：
Integrated Station-City Development：
the Next Advances of TOD[M]. 中国建筑工业出版社， 2014.
[4]John Zacharias， Tianxin Zhang， Naoto Nakajima. Tokyo Station City：
The Railway Station as Urban Place[J]. URBAN DESIGN International， 2011（4）：
242-251.
[5]Legion Studio 2006 User Manual[M]. Legion International Limited. United Kingdom， 2006.
[6]FRUIN J J. Pedestrian Planning and Design （Revised Edition）. Elevator World[M]. Mobile， Alabama， 1984.