城市轨道交通同站台换乘设计与应用研究.pdf
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1、10MODERN URBAN TRANSIT 1/2024 现代城市轨道交通规划设计规划设计基金项目:国家重点研发计划资助(2020YFB1600702)第一作者:孙铭,女,硕士引用格式:孙铭,赵兴东,方志伟,等.城市轨道交通同站台换乘设计与应用研究J.现代城市轨道交通,2024(01):10-16.SUN Ming,ZHAO Xingdong,FANG Zhiwei,et al.Research on the design and application of cross-platform transfers in urban rail transitJ.Modern Urban Trans
2、it,2024(01):10-16.图 1 换乘方式示意图a 同站台换乘b 节点换乘c 通道换乘d 站厅换乘e 混合换乘f 站外换乘城市轨道交通同站台换乘设计与应用研究孙 铭1,赵兴东1,方志伟2,张 超1(1.交控科技股份有限公司,北京 100070;2.北京轨道交通路网管理有限公司,北京 100101)摘 要:同站台换乘是一种重要的城市轨道交通换乘方式,由于其能够提高乘客换乘的效率和舒适度,因此受到广泛关注。文章在阐述城市轨道交通换乘方式及优缺点的基础上,首先对同站台换乘的应用价值进行介绍并对相关技术研究进行综述;然后概述同站台换乘车站设计形式、优缺点以及面临的挑战,并以香港地铁为例分析
3、2 个同站台换乘设计的典型案例;最后提出同站台换乘车站规划设计的相关建议,以期为城市轨道交通同站台换乘的研究和实践提供参考。关键词:城市轨道交通;同站台换乘;换乘效率;设计;应用中图分类号:U293.5换乘是城市轨道交通运营组织中不可忽视的一环,换乘的安全性、舒适性、便捷性和高效性直接影响着城市轨道交通的服务水平和运营效率,如何提高换乘的效率和舒适度是公共交通领域研究的热点课题之一。1 城市轨道交通换乘方式及优缺点城市轨道交通的换乘方式丰富多样1,各种换乘方式均有其优缺点和适用场景,在实际应用中,需要根据具体情况进行选择。目前,城市轨道交通的主要换乘方式如下(图 1)。(1)同站台换乘。同站台
4、换乘也称“零距离换乘”,是指使 2 个轨道系统的 4 条线路分别两两合用 1 个岛式站台,以便 2 个轨道系统的部分乘客能够在同一站台上DOI:10.20151/.cnki.1672-7533.2024.01.00211 现代城市轨道交通 1/2024 MODERN URBAN TRANSIT规划设计实现换乘。(2)节点换乘。节点换乘是指通过楼梯、上下扶梯或电梯等设施,直接连接 2 个轨道系统分属的 2 个站台,使乘客实现换乘。(3)通道换乘。通道换乘是指通过地下或地上的专用通道,直接连接 2 个轨道系统分属的 2 个站台,使乘客能够通过在通道内步行一段距离实现换乘。(4)站厅换乘。站厅换乘是
5、指通过一个需要经楼梯、上下扶梯或电梯与站台进行连接的公共站厅,使乘客实现换乘。(5)混合换乘。混合换乘是指通过对同站台换乘、节点换乘、通道换乘或站厅换乘等不同方式进行组合,使乘客实现换乘。(6)站外换乘。站外换乘也称“虚拟换乘”,与前面 5 种换乘方式在车站内部换乘不同,这种方式需要乘客出站,以步行或乘车的方式到达另一车站,并再次进站乘车,以实现换乘。表 1 展示了不同换乘方式的优缺点。2 同站台换乘应用价值及相关技术研究综述2.1 应用价值同站台换乘作为一种较为优越的城市轨道交通换乘方式,在近年来备受青睐,其应用价值如下。(1)提升乘客出行效率。在众多换乘方式中,同站台换乘方式最为高效。通过
6、对轨道结构进行精心设计和建造,允许不同线路的列车在同一站台停靠,使乘客可在同一站台上实现换乘,从而大幅缩短了其换乘走行距离和时间。(2)减少车站客流交叉干扰。传统的换乘方式需要乘客在不同站台进行换乘,因此经常导致乘客在站台上的通道口、楼梯或扶梯口发生拥堵。同站台换乘避免了乘客在不同站台间游走,有助于减少车站客流交叉干扰现象。(3)适度节约建设和运营成本。同站台换乘无需额外的换乘设备和换乘引导工作人员,对于车站而言,所需的建设和运营成本更低。2.2 相关技术研究综述同站台换乘可大幅缩短乘客的换乘时间,并在理想状态下使列车运输效率、乘客换乘效率以及站台客流疏散能力均达到最佳。这种理想状态对技术提出
7、了严格的要求,包括列车时刻表的合理制定、换乘客流的精准预测等。目前,已有许多学者对上述内容进行了研究。在列车时刻表的合理制定方面,杨震等2以避免或减少换乘客流对冲为前提,以减少乘客总换乘时间为优化目标,建立地铁列车到站时刻协调优化的混合整数线性规划(MILP)模型。马超云3针对同站台换乘方式,将列车的周期性到达定义为列车到达方波脉冲,使波动学与列车运行相匹配,提出时刻表协调优化模型。宁润姣4在单个换乘站的基础上,考虑网络化运营条件,建立多条线路、多个换乘站点的综合时刻表优化模型,并设计算法求解这一优化问题。在换乘客流的精准预测方面,对路径分配方法或预测算法进行优化都有利于改善预测效果。李强强5
8、基于方向梯度直方图(HOG)特征和线性支持向量机(SVM)构建行人检测模型,并利用连续自适应均值漂移(CamShift)跟踪算法统计换乘乘客数量、客流密度城市轨道交通同站台换乘设计与应用研究表 1 不同换乘方式优缺点列表换乘方式优点缺点同站台换乘 换乘步行距离短,换乘效率高 1.换乘过程容易使乘客困惑;2.容易造成站台客流拥挤;3.限于 2 条线路之间换乘节点换乘 1.换乘方向容易理解;2.步行距离较短 1.换乘效率略低;2.容易为楼梯、扶梯等设施带来运营压力通道换乘 1.步行换乘过程中乘客拥挤度低,自由度高;2.可实施限流措施,布置灵活 乘客换乘步行距离长站厅换乘 1.适用于多条线路之间的换
9、乘;2.换乘空间宽敞,利于减少人群拥堵 公共站台上多线多方向的指示理解难度大,乘客容易换乘至错误线路或方向混合换乘 1.可实现更多情景下的乘客换乘;2.新线接入时扩展性强 换乘时间通常较长站外换乘 可扩大出行范围,交通网络可达性和互联互通性高 1.需额外进出站及安检,换乘流程复杂;2.换乘效率较低12MODERN URBAN TRANSIT 1/2024 现代城市轨道交通规划设计及客流通过速度等指标。熊洋6利用列文伯格-马夸尔特(LM)算法和遗传(GA)算法对反向传播(BP)神经网络进行算法效率的优化,构建短时换乘客流预测模型。朱丹7利用鲁棒局部加权回归(LOESS)算法对换乘客流进行时间序列
10、分解,进而利用深度学习算法构建门控循环单元结构(GRU)模型,对分解后的换乘客流分量分别进行预测,以此提升模型预测精度。通过精确的列车时刻表安排和换乘客流预测,可以合理确定列车的发车间隔和容纳能力,以应对换乘高峰期的客流需求。利用这些技术手段可以提前识别换乘瓶颈,优化运营调度,最大程度地减少换乘时的拥堵和安全风险,确保乘客的出行安全和顺畅,提高同站台换乘效率。3 同站台换乘车站设计形式及优缺点同站台换乘通常适用于双线平行交织的岛式站台(其中双岛站台比较常见)8-9。在这种设计形式下,2 个轨道系统的 2 条线路分别两两合用1 个岛式站台,站台分别服务不同线路、不同方向的列车,乘客可以在同一站台
11、上换乘另一线路列车。3.1 车站设计形式3.1.1 双岛 4 线/5 线方案双岛 4 线方案的车站设计采用水平布置 2 个岛式站台的形式,利用交叉连接通道及换乘平台连接 2 个岛式站台(图 2)。对于一侧的岛式站台而言,2 条分属于不同线路的轨道位于其两侧;对于某条线路而言,其上下行方向的 2 条轨道分别位于不同岛式站台旁。因此,换乘某一方向的乘客在换乘站下车后即可在当前站台换乘,而换乘另一方向的乘客则需要通过通道和换乘平台换乘,换乘距离和时间较长。双岛 5 线方案的车站布局与双岛 4 线方案相似。在某些情况下,由于工程筹划问题,双岛 4 线车站可能需要采用盾构过站的方式,这会导致中间两条线的
12、线间距增大。为避免浪费工程资源,实现对车站资源的充分利用,可以在中间两条线之间增设 1 条停车线,原本的双岛 4 线车站则因增设的配线变成了双岛 5 线车站(图 3)。图 2 双岛 4 线方案车站布局示意图a 车站剖面b 车站平面线路 A 上行线路 B 上行线路 A 下行线路 B 下行站台 1站台 2线路 A 上行线路 B 上行线路 A 下行线路 B 下行图 3 双岛 5 线方案车站布局示意图a 车站剖面b 车站平面线路 A 上行线路 B 上行线路 A 下行线路 B 下行线路 B 停车线线路 A 上行线路 B 上行线路 A 下行线路 B 下行线路 B 停车线站台 2站台 1城市轨道交通同站台换
13、乘设计与应用研究13 现代城市轨道交通 1/2024 MODERN URBAN TRANSIT规划设计双岛 5 线方案可以在有限的空间内提高线路容纳能力,并且避免对车站整体布局的大规模改动。通过增设停车线,车站可以更好地满足线路列车的停靠需求,提高行车组织调整的灵活性。但同时,对于这种变化需要在工程筹划和设计阶段加以充分考虑,以确保车站的布局和配线符合安全标准和运营要求。为确保同站台换乘的效率和安全性,交叉连接通道需要满足特定的设计要求。例如,通道应具备足够的宽度以容纳高峰期的大量换乘客流,并允许乘客在通道内自由流动;应提供充足的照明和适当的标识,以方便乘客找到换乘通道入口和目标线路方向。3.
14、1.2 单岛 4 线方案单岛 4 线方案也称叠岛 4 线方案,其车站设计采用垂直布置两个岛式站台的形式,两站台利用楼梯、电梯、扶梯相连接(图 4)。在轨道的布局上,单岛 4 线方案与双岛 4 线方案相同。在单岛 4 线方案中,电梯、扶梯是站台上的重要基础设施,可为乘客提供便捷的上下交通。其安全可靠性对于保障乘客安全高效出行至关重要。此外,为维持同站台换乘的效率和安全性,其他各环节还需要通力协作、共同保障。3.2 不同车站设计形式优缺点表 2 展示了双岛 4 线/5 线方案、单岛 4 线方案 2 种车站设计形式的优缺点。4 同站台换乘面临的挑战同站台换乘作为一种热门的城市轨道交通换乘方式,具有许
15、多优势,然而在实践中却存在以下困难和挑战需要克服。(1)站台面积有限。同站台换乘的换乘区域(即站台)面积受限。在高峰大客流时段,列车停站时站台客流密度激增,会导致站台客流集散能力暂时性饱和 10,因此同站台换乘对站台的客流承载及疏散能力提出了挑战。尤其是在站台两侧列车同时停站时,容易出现客流对冲现象 11,存在一定安全隐患,运营安全问题需要重点关注。(2)高峰时期客运组织难度大。同站台换乘在高峰时期的客运组织将变得更加复杂和困难,需要对不同线路的运营计划和时刻表进行协调,以确保换乘流程的顺畅。此外,高峰时期的乘客需求变化快速,若发生应急表 2 同站台换乘不同车站设计形式优缺点列表车站设计形式优
16、点缺点双岛 4 线/5 线方案 1.车站主体为地下双层结构,埋深相对较浅,施工简单;2.能够以较小的投资设置联络线及其中一条线的停车线 1.不同线路反方向换乘复杂;2.车站标准段主体结构宽,在道路红线较窄的城市道路处实施难度大;3.车站宽度大,土建规模大,造价高;4.线路交叉或穿越,设计难度大单岛 4 线方案 1.两条线路在车站外不需要立体交叉,线路设计简单;2.车站宽度与标准站相仿,有利于布置车站并缩减车站地块宽度及拆迁量 1.车站主体为地下三层结构,埋深加大,造价高;2.站内电梯、扶梯提升高度高,扶梯数量多、布置密度大,运营难度和成本增加;3.同一线路不同方向轨道需要在车站两端扭转交叠,与
17、节能坡设计相矛盾图 4 单岛 4 线方案车站布局示意图b 车站平面线路 A 上行线路 B 下行线路 A 下行线路 B 上行a 车站剖面线路 A 上行线路 B 下行线路 A 下行线路 B 上行城市轨道交通同站台换乘设计与应用研究14MODERN URBAN TRANSIT 1/2024 现代城市轨道交通规划设计事件,在处置空间受限、缺少空间换时间条件的情况下,行车调度和车站值班人员需要快速响应,灵活调整,以满足安全、高效的乘客服务需求。(3)对城市轨道交通线网规划和建设的要求提高。同站台换乘需要在线网规划和建设阶段进行充分考虑。合理的线网规划应考虑不同线路之间的连接和换乘关系,以实现高效的同站台
18、换乘,同时需要考虑站台的扩建、车站设施的合理配置以及行车组织的协调等问题。在建设阶段需要满足同站台换乘的技术和工程要求,包括电梯、扶梯等设施和换乘平台的设计。这要求规划者和设计者具备丰富的专业知识和经验,以确保同站台换乘的顺利实施。(4)大客流疏解难度大。在特殊活动、节假日或紧急情况下,可能发生大客流聚集现象,客运组织压力会激增。同站台换乘的换乘过程简单,乘客换乘路径较短,面临着如何快速疏解大客流的挑战。如果无法及时调整列车开行方案,则需要结合当前的行车组织情况,采取协同限流等分流措施,缓解客流冲击压力,也可以考虑采用部分车次跳停等手段加以应对。5 同站台换乘典型案例分析在世界范围内的城市轨道
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