目前行業(yè)內(nèi)對于售檢票設(shè)施通行能力的相關(guān)研究主要以城市軌道交通為基礎(chǔ)。售檢票設(shè)施通行能力值主要是通過兩種方法計(jì)算與獲取：①根據(jù)已有的設(shè)計(jì)參考值進(jìn)行設(shè)計(jì)；②通過實(shí)地調(diào)查和數(shù)據(jù)分析獲取。

參考《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》確定的通行能力建議值，許多專家對城市軌道交通車站設(shè)施進(jìn)行了分析和研究。王波等人建立換乘站設(shè)施的評價(jià)體系，并得出了相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)，對定量計(jì)算方法進(jìn)行了分析。付婷探討了城市軌道交通車站瓶頸識(shí)別與疏散的理論與方法。考慮到乘客的特點(diǎn)，可將通過實(shí)際站點(diǎn)調(diào)查來獲取設(shè)施服務(wù)能力的方法分為兩類。

第一類，不考慮乘客特性的方法。這種方法即通過在特定時(shí)間段實(shí)地調(diào)查，對車站高峰時(shí)間段的最大客流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，或者對乘客平均服務(wù)間隔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合相關(guān)計(jì)算得到售檢票設(shè)施的平均服務(wù)能力。李三兵、周冠宇、邱華瑞等人通過實(shí)際調(diào)查和統(tǒng)計(jì)得到實(shí)際最大容量的地鐵檢票機(jī)（automatic gate machine，AGM）和安檢設(shè)施容量。陳鴻、張海麗、王子甲、陳峰、劉雙慶等人通過調(diào)查得到平均客流服務(wù)時(shí)間間隔，通過計(jì)算分析得到了節(jié)點(diǎn)設(shè)施的平均通行能力。

第二類，考慮乘客特性的方法。每個(gè)乘客都有自己獨(dú)特的行進(jìn)喜好和路線，可根據(jù)乘客自身的行為偏好和特點(diǎn)對乘客進(jìn)行分類，通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)，得到不同類型的乘客所需要設(shè)施的平均服務(wù)間隔。例如，根據(jù)乘客的特點(diǎn)（如攜帶行李類型、票卡類型、操作熟悉度、年齡、性別等），覃松濤、翟向榮等對改進(jìn)設(shè)施的能力進(jìn)行了相關(guān)研究。

吳嬌蓉、馮建棟等人分析了自動(dòng)售票機(jī)和乘客通過AGM的過程，并通過3種方式對乘客進(jìn)行分類，即先檢查車票進(jìn)站、同時(shí)檢查車票進(jìn)站和通過閘機(jī)再檢票，分析出各類通行方式下的AGM通行能力。地鐵步行空間的相關(guān)研究絕大部分都在國內(nèi)進(jìn)行，國外John Zacharias等學(xué)者則更多進(jìn)行了行人流線和路人路徑選擇的研究。

1 孝陵衛(wèi)地鐵設(shè)施現(xiàn)狀

1.1 孝陵衛(wèi)地鐵站概況

孝陵衛(wèi)車站是南京地鐵2號(hào)線的車站，地下一層是商場和站廳層，地下二層是地鐵站臺(tái)層。車站總建筑面積為11330m2，設(shè)有3個(gè)出入口。站臺(tái)層共有3個(gè)出入口，樓梯和自動(dòng)扶梯是站臺(tái)層與站廳層的連接設(shè)備。非付費(fèi)區(qū)設(shè)有2個(gè)人工售票窗口、12個(gè)自動(dòng)售票機(jī)和2個(gè)安全檢查設(shè)施，包括8個(gè)進(jìn)站閘機(jī)、5個(gè)東側(cè)出站閘機(jī)和5個(gè)西側(cè)出站閘機(jī)。孝陵衛(wèi)地鐵站原設(shè)施布局如圖1所示。

圖1 孝陵衛(wèi)地鐵站原設(shè)施布局圖

1.2 相關(guān)沖突點(diǎn)

1）行人流線問題

地鐵站臺(tái)層人流密度較高，出現(xiàn)流線沖突點(diǎn)，主要表現(xiàn)為自動(dòng)售票機(jī)乘客與進(jìn)站乘客之間的流線沖突以及地鐵站的1、3號(hào)口進(jìn)站乘客與出站乘客的流線沖突。在所有的設(shè)施布置中，自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（automatic fare collection，AFC）設(shè)備距行人流線距離近，導(dǎo)致進(jìn)出站因空間不足而出現(xiàn)客流沖突現(xiàn)象。車站客流流線示意圖如圖2所示。

圖2 車站客流流線示意圖

2）設(shè)施分配問題

通過實(shí)地調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，采用人工計(jì)數(shù)方式，統(tǒng)計(jì)了下午4:30—6:30三個(gè)進(jìn)站口的人數(shù)以及通往東西兩側(cè)出站閘機(jī)的人數(shù)，見表1。

表1 高峰時(shí)期進(jìn)出站閘機(jī)人數(shù)

由表1可以看出，東側(cè)的進(jìn)出站人數(shù)遠(yuǎn)大于西側(cè)進(jìn)出站人數(shù)，但是兩側(cè)的閘機(jī)數(shù)目和售檢票數(shù)目卻是一致的，導(dǎo)致了東側(cè)壓力過大，而西側(cè)設(shè)備浪費(fèi)，尤其在地鐵高峰期時(shí)，2min一班的地鐵高峰人流，往往使東側(cè)排隊(duì)嚴(yán)重，人流擁擠。

2 孝陵衛(wèi)地鐵站售檢票設(shè)施布局優(yōu)化方案

2.1 流線優(yōu)化

根據(jù)以上調(diào)查中存在的問題，優(yōu)化方案主要針對東側(cè)客流流線沖突，提出如下措施：

1）將收費(fèi)區(qū)域改為北側(cè)不變、南側(cè)收費(fèi)區(qū)與墻隔離。

2）在南側(cè)東向增設(shè)一個(gè)單向檢票服務(wù)設(shè)施。由此，直接避免了3號(hào)口進(jìn)站行人流線和東側(cè)出口行人流線的交叉，并且有效緩解了北側(cè)東向進(jìn)站檢票服務(wù)設(shè)施的壓力，加快了行人進(jìn)出站速度，減少了旅客堆積。

3）西側(cè)出入口客流流量小，客流流線沖突問題不明顯，且基于節(jié)能環(huán)保理念，故無需增設(shè)或改進(jìn)進(jìn)站檢票服務(wù)設(shè)施，只需調(diào)節(jié)售檢票設(shè)施數(shù)量即可。流線優(yōu)化后的孝陵衛(wèi)地鐵站如圖3所示。

圖3 流線優(yōu)化圖

2.2 售檢票設(shè)施數(shù)目優(yōu)化

閘機(jī)數(shù)目的設(shè)定：可以通過排隊(duì)M/M/N系統(tǒng)來描述通過多個(gè)閘機(jī)的客流過程。其總數(shù)計(jì)算如下

公式（1）

式中：Qf為高峰小時(shí)進(jìn)站客流量；Ai為站廳第i個(gè)入口所需配置的閘機(jī)數(shù)量；Kt為到達(dá)客流的超高峰小時(shí)系數(shù)；V為閘機(jī)通行能力；n為入口數(shù)量。

出站客流與入站客流相比具有特殊性，隨著列車的到達(dá)，出站客流具有短時(shí)間突增的特點(diǎn)，符合離散分布的特征，在短時(shí)間內(nèi)會(huì)對出口閘機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。因此，出站閘機(jī)的計(jì)算方法略有不同。

公式（2）

式中：Qo為高峰小時(shí)出站客流量；Ai為站廳第i個(gè)出口所需配置的閘機(jī)數(shù)量；Kd為列車到站客流的超高峰小時(shí)系數(shù)；V為閘機(jī)通行能力；λf為間斷流修正系數(shù)。

再根據(jù)調(diào)查中存在的問題，結(jié)合對孝陵衛(wèi)車站數(shù)據(jù)的實(shí)際分析，通過相關(guān)公式計(jì)算以及仿真驗(yàn)證，盡可能對車站進(jìn)行了合理的優(yōu)化。根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果與優(yōu)化后的方案對孝陵衛(wèi)地鐵站進(jìn)行以下優(yōu)化，優(yōu)化方案主要針對售檢票服務(wù)設(shè)施和車站布局等，其設(shè)施布局優(yōu)化圖如圖4所示。具體措施如下。

圖4 孝陵衛(wèi)地鐵站設(shè)施布局優(yōu)化圖

1）將原來的布局進(jìn)行調(diào)整，如圖4所示，將進(jìn)站閘機(jī)分別設(shè)在南北兩側(cè)，將出站閘機(jī)分別設(shè)在東西兩側(cè)，這在一定程度上解決了之前流線沖突問題。

2）根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知，應(yīng)設(shè)置東側(cè)出站閘機(jī)3臺(tái)、西側(cè)出站閘機(jī)1臺(tái)、北側(cè)進(jìn)站閘機(jī)1臺(tái)、南側(cè)進(jìn)站閘機(jī)2臺(tái)。在滿足客流實(shí)際需求的情況下，此數(shù)量的配置在一定程度上提高了設(shè)備的使用率。

3）根據(jù)對流線的分析和實(shí)際場地的調(diào)查以及上述公式計(jì)算可知，應(yīng)在2號(hào)口配置1臺(tái)售票機(jī)，在節(jié)假日時(shí)可以根據(jù)臨時(shí)客流的變化再增加1臺(tái)。1號(hào)口和3號(hào)口客流在節(jié)假日和工作日相對穩(wěn)定，可分別配置1臺(tái)和3臺(tái)。

4）根據(jù)調(diào)查的數(shù)據(jù)和滿足客流需求與舒適度的情況下，決定在北進(jìn)口安置2臺(tái)安檢設(shè)備，南進(jìn)口設(shè)置1臺(tái)安檢設(shè)備。

5）在對孝陵衛(wèi)地鐵站布局重新設(shè)置的過程中，按照圖4所示增加相應(yīng)的隔離裝置，以便于車站的管理和乘客的安全疏導(dǎo)。

3 孝陵衛(wèi)站售檢票設(shè)施布局優(yōu)化方案與仿真評價(jià)

3.1 優(yōu)化方案的仿真建立

地鐵車站樓層模型的建立主要是在Anylogic仿真軟件行人庫中應(yīng)用模塊進(jìn)行構(gòu)建。本方案使用行人生成模塊、行人步行模塊、行人終端模塊、行人基本設(shè)置模塊、行人服務(wù)模塊和行人選擇模塊等。①將地鐵車站大廳的CAD圖繪制到Anylogic仿真軟件中，然后根據(jù)實(shí)際設(shè)施分布進(jìn)行修改，主要增加墻壁、護(hù)欄、安檢設(shè)備、自動(dòng)售票機(jī)、人工售票廳和檢票設(shè)施等；②不同設(shè)施之間的邏輯關(guān)系連接模塊并進(jìn)行調(diào)試。

通過對地鐵車站大廳高峰時(shí)段設(shè)施的觀測，設(shè)置了以下參數(shù)：安全檢查設(shè)施時(shí)間為5～7s，檢票設(shè)施時(shí)間為2～4s，自動(dòng)售票機(jī)的占用時(shí)間為10～15s，人工售票廳為15～30s。每個(gè)入口的行人數(shù)量根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)的高峰小時(shí)量輸入，在實(shí)際觀測中建立仿真環(huán)境，然后設(shè)置自動(dòng)售票機(jī)和人工售票窗口的比例。

3.2 優(yōu)化方案評價(jià)

1）優(yōu)化前評價(jià)指標(biāo)分析

利用軟件仿真得到的優(yōu)化前行人密度圖如圖5所示。

圖5 優(yōu)化前行人密度圖

根據(jù)實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)得到的數(shù)據(jù)，同時(shí)利用前文所述式（1）和式（2），可繪出如圖6所示的優(yōu)化前各側(cè)入口的人流密度圖，計(jì)算出如表2所示的相應(yīng)參數(shù)。

圖6 優(yōu)化前各側(cè)入口的人流密度圖

表2 優(yōu)化前最大、最小及一般平均走行時(shí)間

2）優(yōu)化后評價(jià)指標(biāo)分析

利用軟件仿真得到的優(yōu)化后行人密度圖如圖7所示。根據(jù)實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)得到的數(shù)據(jù)，同時(shí)利用前文所述式（1）和式（2），可繪出如圖8所示的優(yōu)化后各側(cè)入口的人流密度圖，計(jì)算出如表3所示的相應(yīng)參數(shù)。

圖7 優(yōu)化后行人密度圖

圖8 優(yōu)化后各側(cè)入口的人流密度圖

表3 優(yōu)化后最大、最小及一般平均走行時(shí)間

通過比較優(yōu)化前后的效果圖和人流密度圖可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過優(yōu)化后的地鐵不再存在很多的擁堵區(qū)，排隊(duì)系統(tǒng)更加流暢，人流密度大大降低，滿足了客流高峰的需要。合理地增加設(shè)施可以減少服務(wù)時(shí)間，加快乘客進(jìn)出站的速度，減少疏散時(shí)間，減輕擁塞造成的“瓶頸”現(xiàn)象。

可以看出，東側(cè)安全檢查站的最大流量密度降至3.1人/m2；東側(cè)入口閘機(jī)前人流密度下降到3.0人/m2，這是由于將西側(cè)的部分進(jìn)出站閘機(jī)搬到了東側(cè)，舒緩了東側(cè)的客流壓力；雖然西側(cè)安檢設(shè)施和進(jìn)出站閘機(jī)的最大客流密度都略有上升，但是仍然低于東側(cè)，仍可以為乘客提供順暢的進(jìn)出站服務(wù)。入口的各類進(jìn)入時(shí)間分別減少了25%、5%和29%。

這表明，東側(cè)進(jìn)站閘機(jī)的排隊(duì)是暢通的，降低了系統(tǒng)的擁擠程度，縮短了整體排隊(duì)時(shí)間，減少了行人流線交織點(diǎn)，設(shè)施布局趨于合理，同時(shí)西側(cè)行人仍能保持流暢的進(jìn)站體驗(yàn)。

4 結(jié)論

本文對于出站乘客的研究僅針對于出站閘機(jī)這一區(qū)域，對于站內(nèi)設(shè)施對乘客的影響研究較少，不能系統(tǒng)地分析整個(gè)地鐵站內(nèi)所有設(shè)施的相互作用，故該研究仍具有一定的局限性。并且受仿真軟件的局限，不能以離散模型輸出乘客，出站乘客對閘機(jī)的沖擊力也不夠直觀，雖然可以判斷出行人流線的交織，但是對于出站閘機(jī)通行能力的最大承受值估測仍存有誤差。

在今后的研究中，計(jì)劃將地鐵緊急疏散作為一個(gè)重要參考依據(jù)，同時(shí)考慮到地鐵樓梯、自動(dòng)扶梯等內(nèi)部行人流線設(shè)施，不光優(yōu)化地鐵系統(tǒng)的上層，而是將上下兩層相結(jié)合，系統(tǒng)地進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)在設(shè)備方面更加細(xì)分化，將不同的閘機(jī)種類和不同的售檢票設(shè)施結(jié)合使用，以期得到一個(gè)更好的地鐵售檢票系統(tǒng)的布局優(yōu)化方案。同時(shí)結(jié)合仿真軟件，將乘客排隊(duì)時(shí)間也作為一個(gè)參考依據(jù)，更加全面地對地鐵售檢票設(shè)施布局進(jìn)行優(yōu)化。