城市轨道交通枢纽楼梯通行能力研究
第14卷第16期2014年6月
1671
科学技术与工程
ScienceTechnology-andEngineering
V01.14No.16
Jun.2014
1815(2014)16—0155—06
⑥2014
Sci.Tech.Engrg。
交通运输
城市轨道交通枢纽楼梯通行能力研究
吴昊灵袁振洲
聂广渊
(北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室,北京100044)
摘要在分析楼梯通行能力影响因素的基础上,通过采集并处理北京地铁换乘枢纽西直门站的进出站及换乘楼梯数据,分析上行和下行楼梯的行人流交通特性。据此构建楼梯实际通行能力计算模型,利用VISSIM软件进行仿真,验证了实际通行能力模型的有效性。文章最后将楼梯的实际通行能力、仿真得到的通行能力和依《地铁设计规范》计算出的最大通行能力数值作对比,得出上行和下行楼梯的实际通行能力与仿真通行能力的数值相差较小,且二者均小于最大通行能力。关键词
城市轨道交通
U231.4;
行人交通特性文献标志码A
楼梯通行能力
中图法分类号
随着北京、上海、广州等诸多大城市轨道交通的
密度模型,作图获得最大流率值。判断行人流密度
的分布区间,据图得出相应的流率分布区间,经过换算后,得到相应设施通行能力所在区间。Chung
Yu
逐步建设及其运营网络的形成,城市轨道交通已进
入网络化发展新阶段。作为网络中枢的城市轨道交
通枢纽成了发挥城市轨道交通快速特性的核心和关注的焦点,这就促使规划设计和运营管理部门人员日益关注如何通过对枢纽的合理设计和使用,提高
乘客在枢纽内的集散效率,提高枢纽的通行能力和服务水平。
国内外对于楼梯通行能力的研究多依据HCM(highway
capacity
等Ho通过采集MTR数据,给出了流量因子的定义,并据此研究双向行人流对于楼梯、通道等行人设施的通行能力和速度的影响,得出双向行人流对于楼梯的影响要比对于通道的影响更为显著。
1楼梯通行能力影响因素
城市轨道交通枢纽内的楼梯主要有2种形式,即无中问平台和有中间平台的楼梯,如图1所示。
manual)手册、TCQSM(transit
ca—
pacityandqualityofservicemanual)手册和相关设计
规范等内容。HCM2010_lo主要适用于道路交通流
的通行能力和服务水平指标的参考,对于楼梯的通行能力和服务水平仅给出相应的参考值。TCQSM
手册_2o定义了行人通行能力,并对枢纽行人流通行
能力的分析和计算进行了较为全面的研究,提供了
通道、楼梯、自动扶梯、检票区域和站台等设施通行
能力的计算方法和参考值。王久亮旧。针对楼梯、通
道、自动扶梯和闸机等设施研究了其对应的服务水平分级,并据此计算出各设施的通行能力。王扬[41
未计算楼梯等设施通行能力的具体数值,而是通过
选取具体量化的指标,对换乘站设施的通行能力进行评价。贾洪飞p。通过对枢纽站行人设施特性的分析和仿真,对楼梯等行人设施的通行能力进行测度。马杰_6o根据处理得到的楼梯等设施的流率一
2013年12月2日收到
中央高校基本科研业务费专项
图1楼梯示意图
Fig.1
Thestairwaysketch
楼梯由梯段、平台和手扶栏杆组成,梯段主要用于解决不同站台间的平面高差。每级台阶由踏面
和踢面组成,平台主要起转折和休息功能,手扶栏杆用于保证行人安全,特别是在拥挤发生时段。
影响楼梯通行能力的因素主要有以下4个
方面¨。:1.1楼梯宽度
楼梯宽度是影响楼梯通行能力的主要因素。不
资金(2013YJS042),国家重点基础研究发展计划
(2012CB725403)资助
第一作者简介:吴吴灵(1988),女,博士研究生。研究方向:交通运输规划与管理。E—mail信箱:haoling_0715@126.COnl。万方数据
科学技术与工程
14卷
同于走在水平面上,行人在楼梯上行走更倾向于排
成队列,楼梯的宽度决定了能同时穿行楼梯的行人列数和每列之间的距离。该距离影响了行人超越其
前方缓厦行走的人群的能力,以及相邻列间行人的
干扰程度。结合《地铁设计规范》旧J,楼梯宽度单向
通行应不小于1.8Ill,双向通行不小于2.4m,当宽度大于3.6m时,应设置中间扶手。1.2反向人流
与通道不同的是,楼梯上一小股反向人流将折
O
O5
1
15
2
25
3
35
4
45
密度/(人・m。2)
减本向通行能力,且由于一小股反向人流占据一条人流通道,即0.75m的楼梯宽度,因此折减值与反向行人流量不成正比。如一个1.5Ill宽的楼梯,一
股反向人流将折减楼梯通行能力的一半;1.3上下行方向
由于行人在上楼时较下楼时需要消耗更多的能量,因此上楼方向常常流率较低。基于此种考虑,当
图2上行楼梯速度一密度散点图
Fig.2
Thevelocity—-densityseatterplot
on
up—-stailweays
楼梯需服务两个方向时,较低的上楼流率应作为设计和分析的参数;
1.4倾斜角度与垂直距离
楼梯的倾斜角度影响行人的舒适度、安全性和行走速度。平缓的楼梯在垂直方向降低了行走速度,但是却提升了水平和倾斜方向上的速度,同时改善了行人的舒适度和安全性。结合《地铁设计规范》E3,乘客使用的人行楼梯倾角宜采用26。34’,每个梯段不超过18步,休息平台长度宜为(1.2~
8
密度/(人Ill。)
图3上行楼梯全局平均速度一密度散点图
Fig.3
Theglobalaveragevelocity—densityseatterplot
Oll
up—stairways
1.8)m。
2楼梯行人流交通特性分析
调查选取北京地铁换乘枢纽西直门站的进出站及换乘楼梯,其中上行楼梯共采集数据245组,有效
数据240组;下行楼梯共采集数据238组,有效数据231组。
2.1行人速度-密度关系分析
根据采集的楼梯上的行人速度、密度数据,绘制
0
05
l
15
2
25
3
35
4
地铁换乘枢纽内上行和下行楼梯对应的行人速度一密度散点图,分别如图2和图4所示;计算相应的全局平均速度,并绘制对应的全局平均速度一密度散
点图,如图3和图5所示。
由图2、图3、图4和图5分析可知:
(1)不论是上行楼梯还是下行楼梯,行人流的
密度/(人n1。2)
图4下行楼梯速度密度散点图
Fig.4
Thevelocity-一densiUseatterplot
on
down—stairways
加。这是由于观察的场景为出站楼梯,乘客急于离开车站,因此即使在低密度条件下,乘客在楼梯上行方向仍出现相互追赶的情况。下行楼梯数据表明,
当行人流密度小于0.5人/m2时,乘客处于自由流状态,行走速度约为1.3
m/s。
速度均具有随密度的增加而逐渐降低的趋势。乘客密度小于2Z./m2时,行人流的速度降低较快;乘客密度大于2A/m2时,楼梯达到E级服务水平,所有行人的速度受到限制,行人流的速度降低渐趋平缓;
(2)观察上行楼梯的数据可知,当乘客密度小
万方数据
于0.8A./Ill2时,行人流的速度随密度的增加而增
2.2行人流量一密度关系分析
根据采集的楼梯上的行人流量、密度数据,绘制地铁换乘枢纽内上行和下行楼梯对应的行人流量一
16期
吴吴灵,等:城市轨道交通枢纽楼梯通行能力研究
157
白
1
忡K
4盛】
1N-
O5
疃州
0
05
1
15
2
25
3
35
4
0051152253354
密度/【人m。2)
密度/(人・1112)
图8下行楼梯流量一密度散点图
on
图5下行楼梯全局平均速度一密度散点图
Fig.5
Theglobalaveragevelocity—densityseatterplot013-down—stairway-s
Fig.8
Theflowrate—densityseatterplot
15
down—stairways
v=O006:一一0232.r2+l024.r一0088
密度散点图,分别如图6和图8所示;计算相应的全局平均流量,并绘制对应的全局平均流量一密度关
系曲线图,如图7和图9所示。
罗
R!=O973
≥/
0
05
1
15
2
25
3
35
4
密度/(人n产l
图9下行楼梯全局平均流量一密度关系曲线
Fig.9
0
05
1
15
2
25
3
35
4
45
Therelationrate—-density
eurveon
of
globalaverageflow
down—-stailweays
密度/(人・lU。2)
之间。实测下行楼梯的最大行人流量约为1.5人/(Ill・s),对应的乘客密度约为2.5X/Ill2;计算得到
on
图6上行楼梯流量一密度散点图
Fig.6
Theflowrate—densityseatterplot
up—stairways
的下行楼梯最大全局平均流量约为1.1X/(Ill・
S),对应的乘客密度为2~2.5X/Ill2;
(2)在上行楼梯乘客最大流量两侧,当乘客密度约小于2.4X/Ill2时,乘客流量随密度的增加而
专黑
氲
蚓
-
增加;当乘客密度大于2.4X/m2时,流量随密度的
举os
§
0
05
1
l
5
225335445
增加而逐渐降低。但由图4可以看出,乘客流量增加的变化率大于乘客流量降低的变化率。下行楼梯的乘客流量一密度关系也有类似的特性;
(3)通过比较,得到上行楼梯和下行楼梯拟合效果较好的全局平均流量一密度模型,可据此求得
上行和下行楼梯乘客的最大流量,即为上行和下行楼梯的实际通行能力。针对上行楼梯,根据一元三
密度/(人Ill2)
图7上行楼梯全局平均流量一密度关系曲线
Fig.7
Therelation
curve
of
globalaverageflow
次关系曲线可求得函数最大值,当乘客密度为
2.30
rate—-density
on
up—-stairways
X/Ill2时,乘客流量达到最大,为0.92X/
312
由图6、图7、图8和图9分析可知:
(1)实测上行楼梯的最大行人流量约为
1.4
(Ill・S),即实际通行能力为3X/(Ill・11);针对
下行楼梯,根据一元三次关系曲线可求得函数最大
值,当乘客密度为2.45)k/m2时,乘客流量达到最大,为1.12人/(m・s),即实际通行能力4
(Ill・h)。
032
X/(。u.s),对应的乘客密度约为2.3fl。/Ill2;
计算得到的上行楼梯最大全局平均流量约为
万方数据
1.1X/(m.s),对应的乘客密度为2~2.5人/m2
X/
158
科学技术与工程14卷
3楼梯实际通行能力计算模型
C。=.1d“,矗×3600
通过调研北京市轨道交通车站楼梯,发现其宽度一般为2~3111。在仿真中将楼梯简化为有坡度
(1)
和高差的通道,分别建立宽度为2.0
3.0m、3.5
111、2.5
111、
式(1)中,C。为楼梯实际通行能力(人/h);J。为单位宽度行人流量[人/(111・S)];依据TCQSM手册
111,高差为3.5m,坡度为26。的上行和下
行楼梯各4组,如图10(a)和图10(b)所示。
设置楼梯相应的行人期望速度分布,分别输入不同的行人流量,得到不同宽度不同流量通过上行和下行楼梯的仿真行程时间。
[2],当楼梯服务水平为E~F级时,所有人的行走
速度和绕行速度均受到限制,前进速度缓慢,中途停顿时有发生,可视为行人流量达到楼梯设施的通行能力,此时单位宽度人流量为43~56人/(Ill・nlin)及以上,即0.72~0.93人/(Ill・S)。结合行人流交
将多次仿真后得到的行程时间取平均值作为对
应流量的行程时间,结果如表1和表2所示。
表1
Table1
通特性分析中已得到的实际通行能力对应的单位宽度人流量数值,取上行楼梯单位宽度人流量为
0.92
1.12
上行楼梯不同宽度不同流量行程时间值
The
simulationtimeofup-stairwayswith
A/(111・S),下行楼梯单位宽度人流量为A/(111・S);tw为楼梯宽度(m);厶为折减系
differentwidthsanddifferentflOW.rates
数,基于行人流动的模式取值,为0~20%;考虑双向行人流产生的影响,可通过折减系数厶进行调整。
如果所有行人都处于同一方向或者双向流量分布相对平衡时,选取较低折减比例或者无需折减;折减20%的流量适用于有少量反向人流的情况。
400050006000650070008000
65912663979
65123124243
65191121738
65191258319
4楼梯通行能力仿真分析
由于行人在楼梯处倾向于按照固定的流线前
行,发生横向移动或穿越的情况较少,因此对楼梯分析时可将其分为上行方向和下行方向两类,并简化
8500950010000110001150012000
为有坡度和高差的通道进行建模,通过设置不同宽度来分析楼梯宽度与楼梯通行能力之间的关系,通过VISSIM仿真采集的数据验证方法的有效性。
3
6
7
5
表2下行楼梯不同宽度不同流量行程时间值
Table2
The
simulationtimeofdown-stairwayswith
differentwidthsanddifferentflow.rates
唧鞭萋
(a)2
0~3
心姝.~一.¨一—辩掀如黼.而.一翳
味赣
‰j
5m宽卜行楼梯仿真倒
锄,
7000800085009000100001050011500120001250013000140001450015000
651397932199
692424363514
697173871957
697181952241
.飞'、~’髓
(b)2.0~3
5
-,、o-’i’i
nl宽下行楼梯仿真幽
3
8
1
7
由表1和表2分析可知:
(1)无论是上行还是下行楼梯,当行人流量一定时,均呈现仿真行程时间随楼梯宽度的增加而减小的趋势;
图10
Fig.10
2.o~3.5
nl宽楼梯仿真图
Ulwidth
Tilesimulationpictureofstairwayswith
万方数据2.O~3.5
16期吴昊灵,等:城市轨道交通枢纽楼梯通行能力研究
159
(2)当行人流量较小时,可认为行人处于自由
流状态。此时行人间相互影响较小,楼梯服务水平较高,行人行走具有较高的自由度,因此仿真行程时间不随楼梯宽度的变化而变化;
行能力的数值相差较小,由于仿真通行能力是根据
实际调查数据进行标定后经过仿真得到的结果,因
而验证了通行能力计算模型的有效性;
(2)上行和下行楼梯的仿真通行能力均大于其
(3)由于楼梯通行能力与楼梯宽度密切相关,从图中可以观察到,宽度越窄的楼梯随着客流量的
增加,其行程时间曲线首先出现拐点;且随着流量继续增加,其行程时间增加得较为剧烈,说明此时已达
对应的实际通行能力,这是由于仿真场景中行人个体差异性较小,且在行走过程中不存在任何突发状况,如某些行人忽然停顿、逆行等情况,因而仿真数值大于实际通行能力的数值;
(3)依《地铁设计规范》计算的最大通行能力考
虑的是楼梯被充分利用的一种理想状态,因而它的
到此宽度楼梯的最大通行能力,后方乘客没有机会
超越前方乘客,排队逐渐加剧,增加的客流量加重了
拥堵,导致行程时间越来越长。
由表1可以看出,当行人流量分别为4
5
000
值大于实际通行能力和仿真结果。
X/h、
5
000人/h、6000+X/h、6500]k/h时,均未对行人
结论
本文立足于城市轨道交通枢纽楼梯通行能力研
速度产生较明显影响,即未达到楼梯的通行能力,但
当流量变为7000]k/h时,2.0nl宽上行楼梯的行程时间的增幅明显变大,而其他宽度上行楼梯的行程时间在此流量下未受明显影响,说明2.0nl宽上行楼梯的通行能力约为7000]k/h。类似地,通过
究,从楼梯通行能力影响因素和行人流交通特性分
析人手,研究了楼梯的实际通行能力、仿真通行能力和最大通行能力,属于城市轨道交通枢纽交通设计领域的前沿和亟待解决的课题。研究成果可以为城
此方法可估算出其他相应宽度的上行和下行楼梯的
通行能力。
通过VISSIM仿真可得到各宽度上行和下行楼
市轨道交通枢纽前期的规划设计和建成后的运营管
理提供基础理论,对提升城市轨道交通枢纽的设计水平,提高枢纽设计和运营管理的协调性有着重要作用。
参考文献
梯的仿真通行能力,再结合公式(1)和表3可得到
各宽度上行和下行楼梯的实际通行能力和最大通行能力,将三类数据进行对比,如表4和表5。
表3《地铁设计规范》规定的楼梯最大通行能力博1
Table3
The
in
maximumcapacityofstairwaysstipulatedCodeforDesignofMetro[8]
部位名称
1
每小时通过人数
单向上行
3700
nl宽楼梯
单向下行4200
表4不同宽度上行楼梯通行能力数值对比表
Table4
Thecapacity
comparisontableofup-stairways
withdifferentwidths
上行楼梯宽度/m实际通行能力/(人・h。1)仿真通行能力/(人・h。1)最大通行能力/(人・11。1)
2.0662470007400
2.5828085009250
3.099361000011
100
3.5115921200012950
表5不同宽度下行楼梯通行能力数值对比表
Table5
Thecapacity
comparisontableofdown.
stairwayswithdifferentwidths
上行楼梯宽度/m实际通行能力/(人・h。1)仿真通行能力/(人・h。1)最大通行能力/(人・h。1)
2.0806485008400
2.5100801050010500
3.0120961250012600
3.5141121450014700
由表4和表5的结果可知:
(1)上行和下行楼梯的实际通行能力与仿真通
万方数据
一一~一一一一~一一一一一一~一一一
16期
航大学学报,2007;25(6):1—4
卢飞,等:基于航班计划的空域交通流量实时预测模型
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ZhangZN.GuoS.Grayinterealpredictionofairtrafficflowofitalairport.JournalofCivilAviation(6):1
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ZhaoYH,GuoS.Studysidering
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of
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赵玉环,郭爽.考虑随机因素的空中交通流量预测模型研究.
A
Model
ofRealtimeAir
Traffic
FlowForecastBased
on
FlightPlan
2
LUFeil,ZHANGZhao—nin91,ZHANGDong—manl,LIUBi—lian
(NationalKeyLaboratot7ofAirTrafficOperationSafetyTechnology.CivilAviationUnivetsityofChinal
TianjinAirlinesCo..Ltd2.Tianjin300300.P.R.China)
Abstract
can
AirtrafficflowforecastiSthebasicofair
ensure
trafficflowmanagement.Reahime
air
trafficflowforecast
effectively
theorderlyoperationofAirtrafficandflightsecurity,andalsoisveryhelpfulforsolvingthe
to
crowdedofairtrafficanddecreasingthedelayofflight.Inordermodelaboutonly
one
forecast
reahimeairtrafficflowaccurately,a
route
withNturningpointin
one
a
regionwasestablished,andlaterthismodelwasgeneralizedto
to
thesituationofnmhi—routein
region.Finally,anexamplewasused
validatethe
cori'ectness
can
andfeasibilityof
themodel.Throughtheresultoftheexample.theconclusionthattheestablishedmodel
airtrafficflowexactly
can
forecastthereahime
befound.
flowforecast
model
simulationcalculation
Keywords
air
trafficflow
、,j,、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j,、,j、,j,、,j,、,j,
(上接第159页)
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WUHao—ling.YUANZhen—zhou.NIEGuang—yuan
(MOEKeyLaboratoryforUrbanTransportationComplexSystemsTheoryandTechnology
BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,P.R.China)
[Abstract]Consideringtheinfluencingfactors
on
thecapacityofstairways,thispapercollectsandprocessesthe
stairways’datainXizhimenStationofBeijingmetrotoanalyzethe
trafficcharacteristics
ofpedestrians
on
on
upand
downstairways.Thecomputationmodeloftheactualcapacityofstairwaysisbuiltbased
thetrafficcharacteris—
ticsofpedestrians.Toverify-thevalidityofthemodel.thesimulationisdonewithVISSIM.Theactualcapacityofstairwaysisalmostidenticalwithresultsgetfromthesimulation,andtheypacityofstairways
are
bothsmallerthanthenlaxinlum
ca—
stipulatedinCodeforDesignofMetro.urbanrailtransit
pedestrian
[Keywords]
trafficcharacteristics
stairwaycapacity
万方数据
城市轨道交通枢纽楼梯通行能力研究
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
吴昊灵, 袁振洲, 聂广渊, WU Hao-ling, YUAN Zhen-zhou, NIE Guang-yuan北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室,北京,100044科学技术与工程
Science Technology and Engineering2014,14(16)
引用本文格式:吴昊灵.袁振洲.聂广渊.WU Hao-ling.YUAN Zhen-zhou.NIE Guang-yuan 城市轨道交通枢纽楼梯通行能力研究[期刊论文]-科学技术与工程 2014(16)