（交通运输规划与管理专业论文）轨道交通枢纽行人步行设施适应性分析.pdf

中文摘要 在城市轨道交通线路网络化与客流条件复杂化的趋势下，枢纽设施的设计与 评价，不能仅仅依赖于传统的静态估计方法，急需将乘客的动态特性行为考虑在 内。本文据此思路，以考察枢纽能否为乘客提供良好服务质量为目标，从枢纽步 行设施适应性角度出发，提出枢纽步行设施适应性分析方法和评价指标体系，为 枢纽的规划、设计与评价提供方法支持。具体工作包括如下几方面： 第一、查阅分析大量文献，根据适应性概念的一般解释，定义了枢纽步行设 施适应性的涵义，明确了步行设施适应性分析的目的、分析的对象和分析的角度。 第二、针对枢纽内各种步行设施，对其进行分类，并阐述了步行设施对行人 走行行为影响较大的四个特征。通过长时间调研观察与分析，得出了枢纽步行设 施内行人走行的共同特征，以及行人在通道类设施、楼梯类设施、站台类设施、 检票类设施中各自走行特征。 第三、结合步行设施抽象模型与行人移动模型，描述了行人在枢纽步行设施 内的行进过程，并基于n e t l o g o 编制了模型验证平台，证明了模型的合理性和可 用性。以此模型为基础，开发了枢纽内步行设施行人仿真平台，使得在步行设施 适应性分析过程中引入乘客的动态特性成为了可能。 第四、提出步行设施适应性的静态分析方法和动态分析方法，并说明了静态 分析方法和动态分析方法的各自内容。以此为基础，从静态分析侧面和动态分析 侧面建立了一套步行设施适应性分析评价指标体系，提出了设施配置合理性、行 人走行舒适性、设施服务水平等三大类七项指标，并给出了每项指标具体的指代 意义和测算方法。 第五、以西直门交通枢纽2 号线a 出口的步行设施为对象，通过实地调查获 取相关数据，进行了实例应用，并给出了a 出口步行设施适应性的计算结果，验 证了提出的步行设施适应性分析评价方法和仿真平台的合理性和可行性。 关键词：轨道交通枢纽；适应性；步行设施：评价方法；行人仿真 分类号：u 1 1 5 a bs t r a c t c u r r e n t l y , u r b a nr m l w a yt r a n s i ts y s t e mi sb e c o m i n gan e t w o r kw i lc o m p l i c a t e d p a s s e n g e rf l o wc o n d i t i o n ，t h e r e f o r e ，t h ed y n a m i cb e h a v i o rc h a r a c t e r i s t i c so fp e d e s t r i a n m u s tb ei n t r o d u c e da n dc o n s i d e r e da sf a c t o r si nt h eh u bd e s i g na n de v a l u a t i o n i nt h e p u r p o s eo fi n s p e c t i n gt h a tw h e t h e ru r b a nt r a n s p o r t a t i o nh u b sc o u l dm e e tp e d e s t r i a n s d e m a n do ft r a v e l ，a ne v a l u a t i o nm e t h o d o l o g ya n dr e l e v a n ti n d e xs y s t e mi sp r e s e n t e d t h es t u d yi nt h ed i s s e r t a t i o np r o v i d e st h e o r ya n dm e t h o ds u p p o r tt ot h ep r a c t i c eo fh u b p l a n ，d e s i g na n do p e r a t i o n i tc o n s i s t so f t h ef o l l o w i n g p a r t s ： 1 r e v i e w e da n da n a l y z e dc u r r e n tr e s e a r c ho na d a p t a b i l i t y , a n dt h e nd e f i n e dt h e a d a p t a b i l i t yo fw a l k i n gf a c i l i t i e s i nt h eh u b sb a s e do nt h eg e n e r a lc o n c e p t i o no f a d a p t a b i l i t y , a n dt h em e t h o do fa n a l y z i n ga d a p t a b i l i t yo fw a l k i n g f a c i l i t i e si ss t a t e dt o o 2 t h ep a p e rc l a s s i f i e dt h ef a c i l i t i e si nh u b s ，a n ds t a t ef o u rc h a r a c t e r i s t i c so f f a c i l i t i e sw h i c hh a v ei m p a c to nt h ep e d e s t r i a n sb e h a v i o r s p e d e s t r i a n ss u r v e yw a s c o n d u c t e dt os t u d yc h a r a c t e r i s t i co fp e d e s t r i a nw a l k i n gb e h a v i o r , a n dt h ec o r r e s p o n d i n g p e d e s t r i a nw a l k i n gb e h a v i o r si np a s s a g e w a y , s t a i r w a y , p l a t f o r ma n da f cf a c i l i t i e sw a s g i v e no u tt o o 3 i no r d e rt op r o v i d ea ns i m u l a t i o np l a t f o r mf o rt h ea d a p t a b i l i t ya n a l y s i so f w a l k i n gf a c i l i t i e s ，w h i c hc o n s i d e r w i t ht h ed y n a m i cb e h a v i o rc h a r a c t e r i s t i c so f p e d e s t r i a n ，am o d e lo fa b s t r a c t e dw a l k i n g f a c i l i t i e se n v i r o n m e n ta n dam o d e lo f p e d e s t r i a nm o v e m e n tw a sp r o p o s e db a s e do nn e t l o g o ，am u l t i a g e n t s i m u l a t i o n p l a t f o r m 4 c o m b i n e dw i t ht h ej o bo fa d a p t a b i l i t ya n a l y s i so fw a l k i n gf a c i l i t i e s ，as t a t i c a n a l y s i sm e t h o da n dad y n a m i ca n a l y s i sm e t h o df o rw a l k i n gf a c i l i t i e sa d a p t a b i l i t yi s p r e s e n t e d ，a n dae v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mh a sb e e ne s t a b l i s h e du s i n gt h es t a t i cm e t h o d a n dt h ed y n a m i cm e t h o d 5 w i t ht h ep u r p o s eo fp r o v i n gt h er a t i o n a l i t ya n df e a s i b i l i t yo fa n a l y s i sm e t h o d ， t h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e ma n da l s ot h es i m u l a t i o np l a t f o r m ，ac a s es t u d ya b o u tt h e a d a p t a b i l i t ye v a l u a t i o no fw a l k i n gf a c i l i t i e s a b o u te x i tao ft w ol i n e si nx i z h i m e n g t r a n s p o r th u b i sg i v e no u t k e y w o r d s ：u r b a nr a i l w a yt r a n s i t h u b ；a d a p t a b i l i t y ；w a l k i n gf a c i l i t i e s ； e v a l u a t i o nm e t h o d ；p e d e s t r i a ns i m u l a t i o n c l a s s n o ：i ，1 15 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：季胡珲 签字同期：扣矽年6 月 同 导师签名 签字日期： l 旷叻 月一日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：李t 钔孕 签字日期： 扣容年6 月) e t 致谢 本论文是在导师袁振洲教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、研究思路 的确定、写作的过程到最后完稿都得到了袁老师的精心指导。袁老师严谨的治学 态度、勤奋的工作精神、身体力行的工作作风和负责的品性给我留下了深深的印 象，同时在潜移默化地影响着我，这些优良品质值得我终身学习。在学习和生活 中，袁老师不仅在学术上，而且在生活上都给了我无微不至的关怀，教我做人的 道理，使我不断成长、走向成熟。师生之情难于言表，在这里，谨向您致以学生 最诚挚的谢意! 同时感谢魏丽英副教授。在魏老师的帮助下，我才能够更加顺利地在交通运 输学院学习与生活，同时魏老师在学业上给了我许多宝贵的建议，让我懂得了做 研究的许多方法。魏老师的言传身教，我铭记于心，在此表示最衷心的感谢! 在论文撰写过程中，同门给予了热情的帮助与支持，本论文的撰写，离不开 他们的努力与汗水。在此向曹守华、吴先宇、李艳红、赵莉、李灿、徐蔷薇、马 晓萌、张邦旭、李书涛、马莉、蒋启文、贺兴东等同学表达我的感激之情。岳吴、 吴学高、马毅林、张荣光等人对本论文思路上的问题与我做过深入探讨与交流， 在此表示感谢。 我还要特别感谢我的父母与姐姐，他们对我的支持是我学习和研究的动力， 是他们的关心、理解和支持才使我能够在学校专心完成我的学业。 感谢互联网上包括n e t l o g o 仿真软件开发人员在内的开源共享软件者，j 下是 因为你们，知识的交流与创造彳得以更方便地进行，互联网与信息技术才能够蓬 勃发展，向你们致敬。 求学两年以来，受过太多人的帮助和照顾。点点滴滴铭刻在心，未能逐一表 达，惟有深鞠一躬，以表谢意，并在今后学习工作中勤勤恳恳、兢兢业业，以希 望用更好的成绩回报你们。 1 绪论 1 1研究背景与意义 论文选题来源于国家自然科学基金项目“城市轨道交通枢纽旅客乘行行为和 交通特性分析理论及应用研究( 批准号：5 0 7 7 8 0 1 6 ) ，研究内容结合项目中关于 “城市轨道交通枢纽旅客交通特性分析具体应用和验证 部分而展开。 当前，我国已经进入大规模城市轨道交通建设的阶段。截至到至今，根据1 6 个城市上报国家发展和改革委员会的轨道交通建设规划数据，以及目前主管部门 对上海、广州、天津、深圳等1 5 个城市批复情况综合统计，未来1 0 年间我国内 地将新建城市轨道交通6 7 个项目，新建线路罩程近1 7 9 0 公里。目前，除了国内 上述1 6 个已经申报轨道交通建设规划城市之外，一批新兴城市如宁波、大连、厦 f - j r 近18 个城市正在积极编制城市轨道交通线网规划及近期建设规划。如果按照 每个城市至少规划2 条线路估计，加上已经审批和申报城市，未来l o 年我国主要 城市轨道交通规划将达1 0 0 个项目，总里程将达3 0 0 0 公里以上1 1 1 。 然而，在大规模的轨道交通建设的背景下，人们对轨道交通的研究大多集中 于土建、机电、通信、控制等方面，对轨道交通中的运营管理问题相对缺少更多 的关注，特别是对轨道交通枢纽的运营服务管理问题重视程度远远不够。作为网 络节点的城市轨道交通枢纽，因为大量客流在其内部集结无法及时疏散出去，容 易导致严重的乘客拥堵问题，使得轨道交通枢纽的服务水平低下，乘客安全隐患 增加，不仅妨碍了城市轨道交通快速转移大量交通量特性的发挥，同时也减少了 对轨道交通建设的大规模投资给民众带来的好处。 深思其原因，除了在于对轨道交通枢纽的运营服务管理问题不够重视外，另 一深层次原因是，在轨道交通枢纽设施设计与评价阶段出现了问题：规划设计与 评价时，没有考虑到枢纽设施、环境等外部因素与乘客之间的相互作用和相互适 应情况，忽视乘客行为的动态特性。 表现之一在于：目前我国城市轨道交通枢纽设计实践中采用的做法是：根据 国家标准地铁设计规范( g b 5 0 1 5 7 2 0 0 3 ) 【2 】以及轨道交通工程可行性研究，结 合远期高峰小时客流乘降量预测值来确定枢纽车站设施总体规模，从而给出相关 进出站设施、乘降设施以及换乘设施的配置，最终完成车站工程的总体设计和详 细设计。概括地说就是采用“静态总量( 高峰客流乘降量) 控制、各类设施规模 相对独立计算”的“静态计算”的做法。这种做法带来的问题是：针对具体设计 而言凭经验判断或类比来优化设施配置的成分居多，各类设施配置与站内动态流 动的客流的需求适应程度如何，各类设施之间的规模、布局是否相协调，整个设 施系统的效能是否得到最好的利用、薄弱环节在哪等无法进行系统的分析和考虑。 表现之二在于：传统的微观层面上枢纽评价研究集中于方式换乘衔接及组织 管理，其评价指标的建立与取值多是基于静态条件下的数学估计，同时，指标的 评价标准往往难以确切给出。这样的结果是：第一，忽视了乘客流时空分布的动 态特性；第二，采用估算方法要依赖于大量的数学简化与假设，无法有效反映枢 纽在评价目标方面的真实性能。 对枢纽现状问题的认识迫使学术领域与应用领域将关注的热点由宏观层面的 线网规划转移到微观层面的枢纽设计、运营、评价上来，以全新的理念重新审视 交通枢纽的设计与评价，以更为合理的方法进行交通枢纽的设计与评价。 本论文通过对城市轨道交通枢纽内乘客与步行设施之间的作用分析，从适应 性的角度分析步行设施对乘客客流变化的适应性涵义，以评价步行设施是否适应 不断波动的行人流变化情况，以及是否满足行人安全、舒适出行为目标，提出枢 纽步行设施适应性静态分析方法和动态分析方法，进而提出多个能够反映设施适 应能力的指标，并设计仿真方法，计算各种适应性指标，为枢纽的规划、设计与 运营方案的制定与实施提供理论基础与方法支持。论文研究具有以下意义： ( 1 ) 分析行人在步行设施中的行为特征，有利于深入了解城市轨道交通枢纽 步行设施与行人作用机理，充实与完善枢纽内部的行人行为理论，提供科学有效 的乘客行为研究手段。 ( 2 ) 以适应性角度分析评价枢纽设施，丰富城市轨道交通枢纽设施的评价和 优化的研究方向，并为设施协调性的拓展研究提供思路。 ( 3 ) 构建行人仿真平台，为评价行人在枢纽内的集散效果，建立行人的集散 安全性、集散效率以及走行舒适性的衡量方法提供技术支撑。 ( 4 ) 以仿真为手段的枢纽动态分析方法，利于完善传统的枢纽设施设计方法 与评价手段，充分适应目前城市轨道交通枢纽规划、设计、运营的实际需求，提 供针对服务水平预测与改进的有效手段，并为规划者、设计者、运营者提供合理 有效的实施策略和有力的辅助决策工具。 1 2国内外研究综述 1 2 1 国内研究现状 国内对枢纽设施分析评价研究多集中于采用传统方法研究，对枢纽评价指标 2 的建立以多因素、多主体、多层次为特征。其中以乘客利益角度出发的相关指标 的取值基于静态条件与数学估计。由于枢纽设施评价是关于复杂对象的多指标评 价，多数属于系统决策问题，同时，指标的评价标准往往难于确切给出，因此， 评价方法【3 5 】一般采用层次分析法、模糊综合评价方法、灰色关联系数法等。目前 的研究包括针对公路主枢纠矾、城市客运换乘枢纽【3 1 、铁路客运枢纽站【刀、轨道交 通枢纽【5 】等枢纽的评价。其中涉及枢纽集散效率与服务水平的指标包括：运能匹配 度、客流与车流冲突点数、最大平均换乘步行距离、最大平均换乘时间、人均占 用面积、最大拥挤度等。这些指标用以衡量枢纽换乘的安全、便捷、时效与通畅 等方面的性能，特点是均采用枢纽设施在静态条件下的指标估算方法。 考虑行人走行动态特性进行枢纽设施评价在国内处于研究起步阶段。目前国 内引入行人走行动态特性的交通枢纽设计与评价研究大部分针对局部设施和单一 目的进行。其中汪晓蓉【8 】( 2 0 0 1 ) 从地铁车站人员疏散的角度，对车站设施配置进 行了分析和探讨，指出应该引入行人群的概念，针对旅客的心理因素、紧急疏散 时客流的特性等进行专题研究，以便摸索出科学的办法进行设施配置设计。沈景 炎【9 1 ( 2 0 0 1 ) 通过分析车站站台上旅客分布的动态变化情况，引入乘客动态分布概 念，提出站台宽度确定的新方法。王磊、杨晓光( 2 0 0 3 ) 【l o 】等提出了基于行人群 体与服务水平相关性的地铁站乘客步行通道的优化设计方法。刘明姝、张国宝 i q ( 2 0 0 4 ) 应用排队系统理论及仿真分析方法，研究城市轨道交通进站检票机配置 方案，说明了仿真分析方法在设施合理配置方面的有效性与可用性。饶雪平( 2 0 0 5 ) 1 1 2 】介绍了排队系统基础理论在轨道交通车站扶梯延误估计方面的应用。上述研究 中，虽然部分研究引入了乘客的动态特征，但从理论方法层面主要依赖于数学建 模方法进行乘客消耗时间、走行距离、分布状态等的估算，对于枢纽设施与运输 组织对乘客集散效率效果的作用研究较为欠缺，且在应用规模和程度方面仍较为 有限。 国内学者也有运用仿真技术探讨枢纽内部客流集散及设施协调性问题。北京 交通大学李得伟等【1 3 】( 2 0 0 6 ) 结合多智能体建模方法和计算机仿真技术，以城市 轨道交通枢纽为例，提出交通枢纽内部客流集散及设施协调性微观仿真模型，提 出了基于流线范围的枢纽环境表示方法，探讨了枢纽系统仿真中智能体的个体行 为模型、运动规则、碰撞检测以及相互通信与合作等问题，最后给出实验结果和 结论。基于该模型的实验仿真平台m t r p e d s i m ，可以研究交通枢纽内部设施布 局的合理性和旅客复杂行为对交通枢纽设施所产生的影响。北京交通大学张建勋 等【1 4 】( 2 0 0 7 ) 等提出了通过动态模拟地铁枢纽站内乘客疏散的方法来评估枢纽的 集散效率，借助路面交通管理和控制的成熟办法和v i s s i m 软件，在此基础上进行 枢纽抽象建模，地铁换乘枢纽的参数校核和枢纽内乘客模拟。并以案例的形式对 其进行了应用，取得了较好的效果。张琦等【b 1 ( 2 0 0 7 ) 提出以乘客行为特征为基 础的动态评价方法，建立了枢纽乘客行为模型与枢纽环境抽象模型，并且迸一步 结合评价目标，构建了基于动态评价的指标体系，为枢纽评价采用全新思路与手 段起到了借鉴作用。 1 2 2 国外研究现状 国外如纽约、伦敦等大城市轨道交通线网的建设已经比较成熟，对枢纽的研 究分析不再局限于枢纽的宏观、微观层面的评价分析，而是将注意力放在依托仿 真工具考察行人服务水平状况和枢纽设施量化评估。突出的表现就是针对枢纽设 施内行人走行过程，开发各种仿真软件进行模拟评估。 h a r r i s 1 6 1 ( 1 9 8 5 ) 改良了道路交通中的m i c r o - t r i p s 模型，并首次用于伦敦的 地铁车站乘客模拟中。随后伦敦地铁( l u ) 开发了s c m ( s t a t i o nc o n g e s t i o nm o d e l ) 模型，用于模拟各种设施条件下的乘客延误情况。但是s c m 是基于固定o d 对的 假设的模拟模型，这和实际中是有出入的。针对s c m 的缺陷，v a n v l i e t l l ”等( 1 9 8 7 ) 开发了p e d r o u t e 软件，旨在实现行人路径选择、行人行为表达和客流组织等特定 功能。 行人仿真软件用于行人服务水平考察和枢纽设施评价方面的有d a a m e n 1 8 ( 2 0 0 2 ) 基于多智能体( m u l t i a g e n t ) 软件s t a r l o g o 进行二次开发的s i m p e d ，其 原理是利用元胞自动机关于行人换道的假设。d a a m e n 在应用描述行人流特征的 s i m p e d 进行火车站设计量化评估的研究中，明确提出了传统的车站设计方法和规 则基于静态条件，既有设计规则缺乏有力的科学基础的支持，并指明与换乘站相 关的行人动态行为应当在设计时予以考虑，以便于预测车站结构在实际运营中的 效果。d a a m e n 和h o o g e n d o o m ”】( 2 0 0 4 ) 开发出表现行人个体特性的微观模型仿 真软件n o m a d ，并将其进行了实际应用，预测进站闸机设置对行人流拥堵水平、 平均走行时间、延误等的影响。 另外已经应用于实际的行人模拟软件有l e g i o n 【2 0 】，l e g i o n 软件是英国l e g i o n 公司开发的专用于公共场合紧急疏散评价的仿真系统，曾用于悉尼奥运会场馆疏 散模拟的研究，目前也用于北京奥运会奥运场馆疏散模拟研究。 1 2 3 研究现状综述 通过查阅现有文献，对轨道交通枢纽的分析评价研究涵盖三个层面，其中微 观层面的研究集中于枢纽换乘协调研究与客流组织管理，根据其研究思路可看出， 4 现有方法通常采用总量计算，静态估计的手段，存在的问题表现在： 第一，采用总量计算方法时，以枢纽内换乘衔接系统角度考虑，将各种设施 同一对待，不考虑换乘系统中各种组成设施的差异性，不考虑各种组成设施与枢 纽内动态客流的需求适应程度如何，各类设施之间的规模、布局是否协调问题也 未得到重视，未能考察整个枢纽设施系统的利用效能是否得到最好的利用。 第二，采用静态估计的手段，存在如下问题：首先，基于静态条件，忽视了 乘客流时空分布的动态特征；第二，采用估算方法必须依赖于大量的数学简化与 假设，无法真实准确地反映乘客流的分布与运动状态；第三，尽管评价指标的选 取均以实用为原则，然而基于数学公式的计算方法与数值呈现方法在枢纽集散效 果指示方面的支持力度与可操作性仍显不足。 为弥补这些缺陷，现有研究思路可以根据“对症下药”的方法，针对总量计 算的不足之处，可以考虑细化枢纽内进出站系统、换乘衔接系统，从枢纽内更加 细微的层面，以枢纽内不同类型设施为分析对象，对其进行研究评价。 针对静态估计的不足之处，可以考虑引入乘客动态特性，进而对枢纽内设施 进行分析，同时以多角度、多样化的方式呈现出各种评价指标。根据国外研究现 状，目前从行人行为角度进行枢纽及其设施评价的研究已经显示出其理论价值与 实际意义。然而，由于对枢纽行人行为特性的研究，特别是行人在枢纽内动态行 为的研究以及行人与步行设施环境之间的相互作用特性缺乏研究，对行人行为、 枢纽设施及组织方式的关系及内在规律缺乏足够的认识，乘客建模与仿真尚未作 为枢纽评价的主流手段，尤其是尚未形成规范的理论与方法体系。 这些正是本文研究的动机与出发点。 1 3研究范围及主要内容 1 3 1 研究范围 论文研究对象主体包括轨道交通枢纽中的步行设施和利用此步行设施完成通 行功能的行人。现针对本论文的研究重点，将研究对象及研究范围明确与界定。 交通枢纽是在两条或者两条以上运输线路的交汇、衔接处形成的，具有运输 组织与管理、中转换乘及换装、装卸储存、多式联运、信息流通和辅助服务等功 能的综合性设施【2 1 1 。其中，服务于一种交通方式的枢纽称为单式交通枢纽，例如 单一的铁路枢纽、水运枢纽、公路枢纽、航空枢纽等。服务于两种或者两种以上 交通方式的枢纽称为综合交通枢纽。 城市轨道交通枢纽是指城市轨道交通线网站点中，存在两条及其以上轨道交 通线路交汇的，或者两种及其以上交通方式交汇的，能够在一定的空间范围内满 足乘客进行交通方式转换或者交通方式转变的交通枢纽。 目前对城市轨道交通枢纽的研究，可按宏观、中观、微观三个层次划分：宏 观层面，以多个轨道交通枢纽及其相互之间的轨道线网为对象，研究枢纽布局及 其评价、轨道线网客流分布情况等；中观层面，以单个枢纽为研究对象，研究枢 纽规模设计与控制、枢纽整体结构评价等；微观层面，研究枢纽内部设施配置及 其评价、客流组织合理性等，本文研究属于城市轨道交通枢纽微观层面研究，属 于对枢纽内步行设施的配置与服务水平方面的研究。 论文研究的行人步行设施相对于枢纽中供车辆使用的交通设施而言，主要是 供行人步行使用的设施，是枢纽内的一种空间资源。本文中主要针对轨道交通枢 纽内的行人设施，如通道( 包括步行通道和自动步行道) 、楼梯( 包括楼梯和自动 扶梯) 、候车站台、进出站检票设施等。 行人在枢纽中承担了双重角色：枢纽内步行设施运营状态的影响者与设施服 务水平的承受者，行人及行人流的动态变化特性是分析步行设施适应性时需要考 虑的首要因素。本文中的“行人 是指城市轨道交通枢纽内部具有交通出行目的 且通过该枢纽达成此目的的乘客个体及群体。步行设施中的行人具有目的性、自 主性、群体性和个体差异性等。 1 3 2 研究内容 本论文属于问题导向型的应用基础研究，属于项目“城市轨道交通枢纽旅客 乘行行为和交通特性分析理论及应用研究的应用研究部分。主要是针对当前城 市轨道交通枢纽的规划设计及运营管理实践中，人们普遍反映的枢纽设施配置方 案需要反复修改，经验成份居多，最终方案是否合适只有靠运营后来验证的被动、 不科学的局面，亟需基础理论研究这样的现状和背景而提出的。 本文应用课题组成员所建立的描述旅客个体和群体的交通模型，结合计算机 模拟手段，构建评价指标，分析高峰时枢纽内设施，如进出站设施、乘降设施以 及换乘设施的配置规模的适应性，找出各种设施的薄弱环节，为进一步改进和优 化枢纽设施的配置提供依据。主要内容包括： 1 枢纽内步行设施分类及行人在步行设施中的走行特征分析。针对枢纽内各 种步行设施，对其进行分类。从步行设施对行人走行影响的角度分析步行设施的 特征和行人在不同类别设施中的各自走行特征。 2 适应性评价指标体系研究。从考察单个步行设施适应性和不同步行设施之 间协调性的角度，构建能够分析设施适应性和设施之间协调性的指标体系，提出 6 设施适应性分析的静态分析方法和基于行人走行仿真的动态分析方法。 3 适应性动态分析评价仿真平台构建，为步行设施适应性动态分析提供技术 手段。以基于a g e n t 的可编程环境n e t l o g o 为仿真平台，构建步行设施环境描述一 行人移动仿真模型，在动态仿真的基础上提取相关数据，为步行设施适应性分析 提供数据支持。 4 步行设施适应性分析实例研究。选取现有枢纽步行设施规模参数和配置参 数，按照适应性静态分析方法和动态分析方法，分析评价实例设施的适应性能力。 7 2 枢纽步行设施及其适应性涵义分析 2 1枢纽步行设施适应性涵义分析 2 1 1 适应性的涵义 “适应性( a d a p t a b i l i t y ) ”一词最常见出现于生物学科中，是指生物体与环境表 现相适合的现象【2 2 1 。适应性是通过长期的自然选择，需要很长时间形成。 从生物学角度说，适应是生物体调整自己以适合环境的过程，适应性是生物 体能够通过调整自己以适合环境的能力【2 3 1 。参照现代汉语词典的解释，适应指适 合客观条件或需要。按照这种理解，适应性就是指事物适合客观条件和内外部各 种需要的能力。从系统科学的角度讲，适应性也指事物或者系统的环境适应性( 这 里所说的环境本身也可以是一个系统) ，顾名思义，它是指事物或者系统适合外界 环境因素，并与之保持一致、协调发展的能力。适应性具有静态和动态双重特性， 其静念性表明适应性在特定的时期有具体的含义和特点，在特定的外部环境与条 件下，系统的发展与目前的外部条件相适应；其动念性则认为适应是一个动念的 系统发展过程，随时间的变化而不断发展，不断的趋向于适合外部条件的变化， 在不同的外部环境与条件下，对系统与环境相适应的要求与标准亦有所不同，即 适应与否的判别标准不是一成不变的。 适应性包括局部适应性和整体适应性两种。局部适应性是指系统内部或系统 的某一要素与外界环境( 或外界环境的某一要素) 相互适应、协调发展的能力； 整体适应性是指系统的所有要素与外界环境及其要素整体上相互适应、协调发展 的能力。局部适应性只能反映事物或系统与外界环境相适应的某一方面，且局部 适应整体上不一定适应，只有整体适应性才是事物或系统发展过程中我们所要求 达到的终极目标；整体适应性是事物或系统得以持续、协调发展的必备条件，也 是其发展的永恒动力。 2 1 2 步行设施适应性具体内容分析 通过对适应性概念的分析，可得出适应性指事物或系统适合外界环境因素， 并与之保持一致，协调发展的能力。从这个角度分析，当系统的外部环境界定范 围不同时，系统的适应性涵义也不同，系统的适应能力也随之发生变化，因此， 明确界定系统的外部环境是第一步工作。 本文对步行设施适应性分析的外部环境范围界定为：枢纽中利用步行设施通 行，达到出行目的的行人通行需求环境。本文集中于步行设施与动态的行人及行 人流之间的相互作用上，通过考察步行设施凭借自身的能力，能够为具有动态特 性的行人及行人流提供良好通行服务的角度衡量步行设施的适应能力。通过步行 设施与行人环境之间的相互作用，分析步行设施的规模参数设计与配置情况是否 适合行人的出行需要。 因此，定义步行设施适应性为：枢纽内诸多步行设施及其组合而成的行人通 道以其物理属性及能力能够适合行人安全、舒适通行需求的能力。其中，步行设 施的物理属性指设施的规模参数和布局配置情况；步行设施的能力指枢纽内各种 步行设施及其串联组合而成的步行通道的通过能力；行人的安全、舒适出行需求 是指行人接受的通行服务质量，可以采用设施服务水平、行人走行舒适度等方面 的指标衡量。 根据步行设施适应性定义，对轨道交通枢纽步行设施适应性分析，是对既有 或者规划设计枢纽内步行设施的使用情况或者规划方案，以设施规模参数、设施 配置布局情况的角度，从考察行人出行舒适程度、设施服务水平等方面分析步行 设施能够适应行人舒适出行的能力。 2 2枢纽步行设施对象及特征分析 2 2 1 枢纽步行设施分类 枢纽内的步行设施，主要是相对于枢纽中供车辆使用的交通设施而言的，用 于供行人步行使用的设施，属于枢纽内部的空间资源，充当联系轨道交通枢纽内 部不同候乘站台之间，候乘站台与枢纽外部空间之问纽带的作用。枢纽内步行设 施配置类型、参数规模、通行能力以及布局方式对枢纽的运作实绩产生直接影响， 也对设施提供给行人的服务质量产生直接影响。具体表现在：第一，选取不同种 类、不同规模参数的步行设施，以及不同设施之间的组合状态，提供的是不同的 集散能力与集散效果，行人感受到的服务水平也不一样；第二，相同种类、相同 规模参数的步行设施及其组合，针对不同时段的行人流，提供的服务水平也是不 一样的。 本论文研究的枢纽步行设施对象包括：进出站检票设备、通道、自动步行道、 楼梯、自动扶梯、电梯、候乘站台。各种步行设施属性分析如下： 进出站检票设备：进出站检票设备一般设置在地铁枢纽的付费区和非付费区 之间，以人工或者自动方式为行人提供检票服务。服务时间受作业人员、设备参 9 数以及行人自身等因素影响。高峰时段往往容易造成排队等待，排队队列对检售 票大厅区域内的行人密度与行人流流线切割造成显著影响。进出站检票设备的单 位时间内通过能力是决定进出站检票设备是否能够提供较高服务质量的重要因 素，行人经过进出站检票设备的平均时间以及设施的平均排队长度是评价进出站 检票设施的常用指标之一。目前，国内外常用的检票闸机类型包括： 1 按目的功能划分：进站闸机与出站闸机； 2 按阻挡方式划分：启门式闸机和三杆式闸机； 通道自动步行道：通道用于连接枢纽的不同功能空问，是乘客流线引导的重 要方式。依据开放程度与流线组织特点，可以将通道划分为如下类型： 1 开放式通道：连接车站地区下沉式广场和建筑物的其他功能空间( 如商业 空间等) ，或者由此直接连接地面。地下宽阔的用于通行的通道建筑亦可以认为是 开放式通道。 2 封闭式通道：通过独立的通道及楼梯或者自动扶梯直接连接不同功能区域， 如封闭、狭长的地铁站进出站通道和换乘通道。 3 半封闭式通道：车站与建筑物地下层商业空间直接相连，通过建筑物内部 疏散到地面。 上述不同类型通道除开放程度与流线组织有区别外，行人在通道中的走行特 征也不一样，最大的不同之处在于走行速度：速度从大到小依次为封闭式通道、 半封闭式通道、开放式通道 2 4 1 。 有人将通道分成进站通道、出站通道、换乘通道，这种划分方式是根据通道 的功能角色而定的。如果以行人在这三种通道中的行为特征以及行人在其中的服 务水平感受而言，上述划分的三种通道可以当作同一类型步行设施研究，即通道 类步行设施。 自动步行道是一种自动化输送设备，与通道功能类似，可以认为是一种为提 高通道通行能力而设置的特别通道。 楼梯，自动扶梯，电梯：辅助行人实现枢纽内不同高差功能区域的通达及转换， 通常作为不同高差的位置区域之间的纽带。其主要的布设功能及布设位置包括： 枢纽进出站口、候乘大厅接进与导出、不同高差的通道衔接。 候乘站台：候乘站台主要为乘客提供乘降与候乘服务。如果将轨道交通枢纽 当作一个封闭体系，乘客进入枢纽封闭系统有两种方式：一种是经由枢纽出入口 进入( 离丌) 枢纽系统；另一种是经由候乘站台进入( 离丌) 枢纽。因此，候乘 站台可以视为枢纽系统的一个乘客产生消散源。从更加细微的角度考虑，随着列 车的到发，列车的每一个上下车门均可当作一个乘客产生消散源，这样，候乘站 台上的乘客产生消散源并不唯一。枢纽候乘站台结构和设施布设情况与站台位置、 l o 站台类型、站厅规模等紧密相关。站台是乘客密集分布且频繁聚集、疏散的空间， 具有高密度、交织分布等客流特征。 枢纽步行设施依据其提供的服务方式，可以进行分类划分，如表2 1 所示： 表2 - 1 枢纽步行设施分类 ! 鲨! 呈兰：! 堡! 箜呈i 鱼! 堡垒旦翌里! ! 璺! 堕璺璺鱼堕! 也箜垫型垒塑墅i ! ! 璺羔里竺墅! 垦业 分类标准设施类别典型设施 2 2 2 枢纽步行设施特征分析 区别于人行道、人行横道、过街天桥、地下通道等普通的行人交通设施，轨 道交通枢纽步行设施具有一些特殊性，使得乘客在其中的活动行为发生变化。总 结得出，对行人走行影响最大的步行设施特征有以下四点： ( 1 ) 封闭性：城市轨道交通枢纽是一个相对封闭的交通空间，乘客在封闭的 空间内行走外界作用力较大，速度较快。调查显示，中国乘客在封闭交通枢纽中 以换乘为目的平均速度为1 4 9 米秒，快于在商场购物行人步速1 1 6 米秒和在休 闲区人行道步速1 1 米秒，亦高于平均速度1 2 4 米秒【2 5 1 。在快速的行进中，乘客 之间更加容易发生相互作用如相互拥挤、碰撞等。 ( 2 ) 串联性：城市轨道交通内的所有设施相互串联，乘客在从出发点到目的 地的过程中，需要经过一系列串联设施，并且选择性较少。就是说，对于目的相 同的一类乘客( 如换乘乘客) ，他们需要经过的步行设施无论从类型还是从顺序上 都基本相同，因此他们更容易出现h e r d i n g 行为，即从众行为。 ( 3 ) 设施类型复杂，且布置受到诸多限制：城市轨道交通枢纽里面的设施一 般包含了服务设施和步行设施，它们的服务状态伴随着客流的波动而变化。各种 设备的规模、类型不仅受到客流水平的限制，还受到施工条件的影响。 ( 4 ) 客流密集和不均衡性：城市轨道交通作为大容量的公共交通形式，客流 在时1 1 自j 和空间上的分布都具有明显的不均衡性，大量的客流在枢纽内移动时已经 不同于正常情况的交通行为，这些行为大多数呈现非线性动态特性( n o n l i n e a r d y n a m i c s ) ，即通常所说的交通拥挤行为。 2 3枢纽步行设施内行人行为特征 笔者及所在课题组于2 0 0 7 年1 0 月、1 1 月选择北京市城市轨道交通线网中包 括西直门站、复兴门站、雍和宫站在内的典型换乘枢纽，运用定点观测法、跟踪 调查法和录像采集法进行多次实地调查，分别对枢纽的断面流量、设施布局与利 用情况、行人走行特征、乘客上下车情况进行了调查。 通过观察发现，轨道交通枢纽步行设施内快速移动的行人除具有与一般交通 设施( 人行横道、过街天桥等) 中行人的一些相同特征外，还具有其特殊性。其 特殊性与前述的步行设施四个特征存在一定联系。特殊性表现如下： ( 1 ) 走行路线较长，活动具有多样性。文献 2 6 】显示行人在枢纽内能够承受 的最大走行距离要比在其他设施中( 人行横道、过街天桥等) 的走行距离长，这 与枢纽内的乘客走行目的更加明确有关系。明确的走行目的地较易让行人忽略行 走过程中产生的疲劳感和焦虑。伴随着能够承受较长走行距离的是能够容忍较长 的换乘时间( 但显然二者都存在极限值) 。另外，乘客在枢纽内的活动不仅限于步 行，而且伴随着购票、充值、等待等活动，这带来了一系列其他现象如：排队、 停驻、拥挤等。 ( 2 ) 行人受周围环境影响大。这包含三层含义：第一，枢纽内的导向系统， 如广播、指示牌等对行人的影响较大；第二，行人在枢纽内的走行往往有从众现 象，走行路径更倾向于选择行人流量较大的方向，在灾变情况下表现尤为明显； 第三，行人在枢纽内具有走行行为的突变性。例如：对于进站乘客，当知道列车 已经在站时，会以尽可能快的速度到达站台；当恰好错过这趟列车，或者估计赶 不上此趟列车时，乘客会放慢速度，且可能不急于到达目的，由此产生了超越和 跟随两种行为的交替出现。 ( 3 ) 行人交通流易于出现自组织现象。行人个体具有自主的行为意识，不同 的个体行人在完成自己的目标的同时，会无意识的形成一些现象，这些现象的产 生主要是由于行人之间在时空上复杂的相互作用导致的，现象包括自动渠化等。 ( 4 ) 流量的激变性。随着列车在一定时| 日j 间隔的到达，车站内的流量呈现突 然升高的现象，这种状态持续一段时间后，站内流量逐渐减少，在下趟列车到来 后，这中现象重复出现。这与信号灯路口的行人行为极为相似。 不仅枢纽步行设施内行人的行为特征与一般交通设施中行人的有所不同，而 且，枢纽内不同步行设施内行人的行为特征也各具特点，这将在下一节中加以详 细分析和说明。 2 3 1通道类步行设施中行人行为特征 通道类步行设施包括通道和自动步行道。通道是乘客进出站台或换乘另一轨 道线路的走行路径，是步行设施中最常见的设施之一。行人在通道中的走行一般 1 2 比较快速( 较街边行人道路而言) ，基于两个原因：一是在狭窄的空间罩面人们的 走行速度与在空旷地域里面不一样，通常前者大于后者；二是具有明确走行目的 的行人速度会快于处于漫步、徘徊状态的行人速度。经实测显示，行人在基本没 有坡度的通道中，平均走行速度为1 3 米秒，在有坡度( 坡度5 ) 的通道中，平 均走行速度为0 9 7 米秒，不同乘客人群的走行速度见表2 2 所示【2 7 】。 表2 - 2 乘客在通道内的速度行为特征 t a b l e2 - 2p a s s e n g e rb e h a v i o ro fs p e e di np a s s a g e w a y 乘客分类 善 墼坠笔耄芋墨堕掣兽凿_ 雩曩竽望堕芝薯竽鬻 根据通道中是否存在对向行人流，可以将通道分成单向行人流通道与对向行 人流通道。单向行人流通道中，由于行人的流向一致，大多数情况下，仅仅因为 不同行人个体之间的走行速度不同而会发生超越现象，基本上不会发牛避让与碰 撞现象( 当然也不能排除特殊情况，但这里本文只讲述常见的情况) ，由于行人之 间的避让较少，因此效率较高，走行速度较快。 然而，在同样宽度的空间里，人们在双向或者多向混行时的速度要低于同样 流量的单向走行时的速度。考虑到行人流量指标的观测较速度指标的观测容易， 同时行人流量的变化趋势与速度变趋势相同，因此，可以用行人流量的下降反映 双向流通道中速度的下降。h c m 2 0 0 0 中讲述到，相比单向流时的行人流量，在有 对向流存在的情况下，行人流量会下降1 5 2 8 】。