浅析地铁通道行人交通流特性

高彦超

（南昌市城市规划设计研究总院,江西 南昌 330038）

0 引言

近年来我国城市轨道交通随着城市人口的快速增长迎来了新的建设高潮，地铁作为轨道交通的重要组成部分，与传统的地面公共交通相比，具有运载能力强、速度快、安全准时的特点。地铁出行可有效解决有限时间内长距离出行的问题，从而极大提升城市居民的出行效率。但是由于地铁出入口数目的限定以及站台通道空间限制，使得上下班或节假日期间容易发生拥挤和踩踏事故。根据2013年对国内地铁站受伤事故统计发现，自动扶梯是地铁站最拥堵的地点，发生事故占总数的67%，换乘楼梯和站台分别占16%和17%。因此，对站内的拥挤地点及地铁站通道人流特点进行分析有重要意义。

1 行人行走特性分析

1.1 行人站内行走特性分析

地铁站内乘客在乘坐地铁时通常会表现出转弯特性、寻路特性、障碍物躲避特性和跟随特性。在乘车时，通行人员通常选择路线最短的弯道内侧通行，随着内侧乘客越来越多，弯道内侧的人群密度也变大，而外侧乘客的步行速度和数量都比内侧行人大，呈现出明显的分散性[1]。由于站内通道和楼梯的内外转弯半径差值较小，内外侧乘客的步行距离没有明显差别。因此，站内通行人员的步行时间对路径的影响要大于路径选择的影响，当站内人流量较大时，内侧通行人员速度明显降低，通行人员选择从外侧绕行。

由于地铁站内设计复杂，站内的指路[2]和引导标识不明时，站内乘客就会面对路径选择的困难，寻路行为多发生在乘客第一次乘坐地铁或对该车站的路线出口了解不清时。

相关文献表明，通行人员在换乘通道、乘坐站内电梯时，大多不会更改步行速度。乘客在站内走行时会刻意对过往人群避让并远离障碍物，与路面十字交叉口的行人路径相比，地铁站的乘客路径复杂多变，在行走的同时还要考虑与行人的距离和障碍物的距离。由于站内引导行人的栅栏和通道的设置，站内乘客通常会选择跟随前方乘客走行。

1.2 行人排队特性分析

行人排队特性可分为有序排队性（如图1）和无序排队性两种。行人有序排队经常出现在有地铁站内工作人员组织的特定区域或服务窗口处。以自动售票机处排队为例，在行人确定自动购票机位置后，当购票机处行人排队有序，行人一般选择购票排队人数最少的机器排队；当购票机处行人无序购票时，通常选择离自己最近的位置进行排队。行人排队会根据其他队列的购票速度进行动态选择。

图1 行人有序排队选择特点

行人无序排队通常发生在地铁站内交换枢纽或出入口处，这是由于在这些区域行人密度更高且行人在通过狭窄通道时，行人之间的横向距离逐步减少，队列呈现不规则形状。如图2所示，在通过出入站口等狭小区域时，行人通常在调整自己位置的同时跟随前方行人行走，行人会根据前方空闲空间的分布情况调整位置，此时行人不再进行队列选择。

图2 行人无序排队选择特点

1.3 行人等待特性分析

站内行人在站内不同位置的等待特性也各不相同，行人在乘车站台、进站安检口和站内蛇形通道的等待特性最具代表性。对于乘车站台处的乘客，行人的队列分布和排队情况受地铁到站时间和乘车间隔影响最大，在列车进站前，行人一般在各乘车口附近离散分布，当地铁快要进站时，乘客会立即聚集在车门附近，呈直线分布或扇形分布，此时行人对空间要求较低，行人在候车区内更倾向距离乘车口最近的路线。因此，在自动扶梯口或楼梯口处的站台乘客最多。

站内蛇形通道[3]一般设置在地铁交通枢纽或地铁站乘车人数较多的站点，起到引导和规范行人乘车的作用。行人在通过蛇形通道时步行速度较低且空隙较小，行人的通行状态可分为自由状态、饱和状态、拥挤状态。当蛇形通道内人流较少时，行人步行速度较快，路线选择多变，行人之间基本不发生接触；当蛇形通道内人流量和密度达到饱和状态时，通道内行人的步行速度基本保持匀速状态，且保持较低速度持续通行；当蛇形通道内人数继续增加时，通道内行人处于拥挤状态，行人在通道内步行速度大幅降低，个体间相互影响作用明显。

2 地铁通道限流措施对行人交通流影响

为研究地铁通道限流措施[4]对行人交通流的影响，该文采集了南昌市地铁1号线某地铁站通道临时围栏通行人流量进行检查分析。在自动扶梯口处设置了一个自动缓冲区，车站通道围栏的长度为1.0 m，沿着缓冲围栏外侧设置长度为1.8 m的临时围栏，通过改变围栏外侧与扶手间距离来研究行人流量的特点。如图3所示，在观测区域内设置运动相机用于观测记录行人流量和行走路线，并记录进入通道时间。

图3 数据观测及处理区

为了提高计算准确性和便利性，在扶梯入口处增设了录像装置，相机1负责记录每个运动到记录线1的乘客的时间和数目，相机2负责记录每个运动到记录线2的乘客时间及数目。通过改变围栏的长度来探究乘客记录乘客下车和列车运行的数据，围栏长度分别选取L=1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m和3.5 m。记录结果见表1。

表1 2019年6月13、14日观测数据

由于列车乘客选择乘坐电梯的人数较多，将表格中数据进行分析整理发现当通道围栏的长度改变时，使用地铁车站内自动扶梯的行人数目随列车下车人数的增加而增长。观测结果与文献[5]在伯明翰火车站开展的观测结果大致相同，这一研究结果表明，随着站内步行人数的增加，在较早时间段下车的乘客更容易抢占自动扶梯，自动扶梯人数随后下车乘客的增大始终保持满载状态。因此，自动扶梯很容易达到最大通行量，后续下车的行人为了减少步行时间，通常会选择楼梯通行代替自动扶梯。

3 城市地铁站行人流模型

地铁站内的乘客步行路线是人们研究行人流的典型案例，根据行人流的特点划分为微观模型、中观模型和宏观模型，其中中观模型和微观模型以及宏观模型互有联系，但是三者对研究主体的细致程度和描述范围有所不同，三者之间模型关系如图4所示。

图4 行人仿真模型层次关系图

微观模型是从行人的个体出发，通过对行人的具体运动行为和选择进行详细描述的一类仿真模型，具体对行人的性别、年龄、心理状态、运动爱好等特征，对单个行人在不同车站环境、不同车站场景中采取的活动方式进行细致描述。中观模型是指考虑行人在不同场景下发生活动的先后顺序及短期内行人的决定，它可以对宏观模型中的行人运动状态变化和行人空间分布特征进行描述分析，是对行人对车站内部环境改变和站内行人之间互相影响的刻画。宏观模型是指考虑站内行人群体可能会发生那些运动，发生运动的时间节点和先后顺序关系，但缺少对行人外界因素影响的反应描述。在对地铁站内通道行人交通流进行研究时，宏观模型对个体的运动行为描述较为粗糙，通常采用人流量、通行密度、步行速度三者之间综合关系对群体进行特征分析。

Hoogendoorn根据日常行人交通流特点及运动方式提出了三个层次的模型，分别是战略层、战术层和操作层。以行人乘坐市区地铁通行为例，在战略层模型构建上，行人要一次完成通过入站安检、购票、乘车、下车、出站这几个活动；接下来行人要对战术层的全部活动进行详细操作，行人需要先进入地铁站内，购买车票，通过安全检查后，从站台处上车，然后到达目的下车点下车，最后出站。这一系列的活动顺序及活动行走路线都是有明确的规划，是需要在战术层完成的；而行人在地铁车站内乘坐地铁时的一系列活动中包含的步行速度、躲避障碍物时间、在哪个站台门口上下车的个体行为属于微观操作层面，对于地铁车站行人仿真微观特性研究主要包括格子气模型、磁力场模型、社会力模型和元胞自动机模型。

4 地铁站内行人流诱导与管控

近年来国内地铁站因为行人踩踏[6]或站内结构设计不当引发的安全事故时有发生，为了避免此类事件发生，需要对地铁站内行人流进行管理规划。通过对车站内通行人员在内站台、通道、自动扶梯的人流量和区域密度进行数据采集，经过分析处理得到不同站内地点的“流量—密度—速度”关系。结合站内监控路线和人工现场观察的方法对站内通行人员路线、数量和候车特性等数据进行分析整理，得到不同时间段内通行人员的数目及路线的变化规律。

当地铁站内设置多层结构时，站内乘客选择乘坐扶梯或楼梯这样垂直向的设施到达其他楼层，在发生火灾或其踩踏事故时，乘坐电梯是不被允许的，只能选择扶梯或楼梯进行安全疏散。站内楼梯的台阶高度、宽度、扶梯坡度以及扶梯或电梯设置方向都会对站内行人流状态产生影响。因此，在对地铁站多层结构的楼梯和扶梯设计时，要考虑站楼梯或扶梯的设计参数对内通行人员流量的影响，若设计楼梯或扶梯的宽度、高度布设不合理，会造成站内通行人员严重拥堵，危急时刻还可能造成死亡。站内垂直向通行设备对行人流影响明显，垂直向楼梯或扶梯数的宽度越大、数量相对越多，站内通行人员通行效率越高。相关研究表明地铁站内通行人员选择楼梯或自动扶梯的比例直接影响了站内通行人员的通行特征，当楼梯的设计宽度与自动扶梯宽度相差不大时，40.1%的乘客会选择楼梯而不选择自动扶梯（楼梯和扶梯相邻），而楼梯的宽度改为初始宽度的2倍时，选择楼梯通行的乘客上升到57.8%，对于站内换乘通行距离较长的乘客，选择自动扶梯通行的人数明显增多。因此，在站内通行距离较短的车站，应适当加宽楼梯宽度增加站内行人流通行能力，对于站内通行距离较长的车站，应提高自动扶梯的占比，增加通行人员的通行效率。

结合乘客对自动扶梯和楼梯选择的变化规律，相关研究人员考虑了不同影响因素（分为外部因素和内在因素）下乘客的管理方法。外部因素包括乘客路径和站内建筑环境之间的影响，站内的建筑环境和设计风格会对乘客的走行效率有显著影响。例如在站台处拉设引导横幅或播放广告都会对乘客的步行速度产生影响；内在因素主要包括乘客的年龄、性别、是否携带行李等行人特性，现在已经有很多学者对通行人员的内在因素进行量化处理来研究地铁车站行人流的特点。

5 结语

地铁作为城市人民出行的主要交通工具，站内乘客的走行效率和行人交通流特点对地铁的运行效率有着重要影响。该文着重对地铁站内乘客的行走特性进行了总结，主要包括对站内行人的行走特性、排队特点、等待特性进行分析研究，并对影响走行效率的站内限流措施和行人流模型的种类划分进行了阐述说明，最后总结了站内行人流的管理和研究方法。