深度！城市轨道交通网络高峰时段常态限流问题研究
限流已成为当前缓解城市轨道交通客流拥挤、保障运营安全的重要措施。从限流形成原因、限流机理、分类以及组织形式方面对限流问题进行深入分析，结合既有研究分析常态限流方案制定影响因素以及制定方法，针对当前运营管理中存在的问题给出相关建议，从而为轨道交通限流方案制定提供辅助决策。
1概述
城市轨道交通（本文特指地铁）具有快速、准时、便捷、运量大、环境友好等特点，已成为大城市缓解道路交通拥堵的重要交通方式。然而，在我国城市轨道交通快速发展背景下，客流需求井喷式增长，旺盛的客流需求与有限运输能力间不匹配矛盾突出，客流拥挤日益严重，“地上车流堵，地下人流堵”的尴尬局面在北京、上海、广州等城市凸显。
为降低因客流拥挤产生的安全隐患，运营管理者采取了一系列措施，其中，限流成为一项切实可行且应用广泛的措施。限流是指为客运组织安全需要而采取的限制乘客进站速度的安全措施[1]。对于城市轨道交通这类封闭运输系统而言，限制乘客进入系统无疑是有效的措施。近年来限流呈现出常态化和扩大化趋势，限流站越来越多，限流时间越来越长。以北京为例，2011年4月北京地铁首次确定地铁1号线和八通线的17个车站进行工作日常态限流；截至2016年4月，北京市轨道交通常态限流站已增至75座。
随着网络规模的扩大、客流需求分布的复杂化，如何科学合理地制定限流方案成为运营管理者面临的难题。为此，对限流问题展开系统分析，主要包括限流机理、限流措施、限流方案制定影响因素及方法等，并结合当前限流组织中存在的问题给出建议。
2限流问题分析
限流的目的是保障运营安全。城市轨道交通车站多处于地下密闭空间，短时大量的乘客聚集易造成客流拥挤，进而引发踩踏风险。因此，限流产生的直接原因是客流拥挤。客流拥挤是指某一时段内交通系统局部产生的乘客排队和延误现象[2]，城市轨道交通客流拥挤表现为车站内和列车上客流密度过大，乘客排队等候时间过长。拥挤产生的原因是多方面的，如：需求旺盛、运输能力不足、线网设计、城市土地规划等。而拥挤形成的根本原因在于需求与能力间不匹配矛盾，形成运输能力瓶颈。因此，限流产生的根本原因是客流需求与输送能力间不匹配矛盾。
城市轨道交通客流需求与输送能力不匹配矛盾主要表现在两方面：一是时间上不匹配，短时间内客流超过了输送能力，该现象在早晚高峰时段尤为突出；二是空间上不匹配，方向性客流使得路网局部拥挤严重，而其他区间能力富余。当供需不匹配性处于一定范围时，可通过运输组织优化、客流管理予以缓解；但当不匹配性超出一定限度时，如客流需求远超过能力供给时，便形成了永久性能力瓶颈，此时不得不采取特殊措施予以缓解。限流正是为解决这类永久性瓶颈而采取的特殊措施。
近年来我国轨道交通发展迅猛，短短几年便完成甚至超过国外其他城市轨道交通数十年的发展，伴随的是线网形态不稳定，客流需求波动明显。在这样的背景下供需矛盾属于正常现象，因此，客流拥挤问题将随着轨道交通的发展而持续存在，限流措施作为该阶段特定的产物也将长期应用。
限流是通过限制乘客进站速度来降低单位时间内进入车站付费区/站台的客流量，从而减缓需求与能力间矛盾。以损失乘客出行时间和降低运输服务水平为代价，来保障运营安全。该策略并未改变车站需求总量，仅从客流需求的时间分布上予以调节，属于“削峰”策略。限流原理如图1所示。
限流属于交通需求管理的一种措施，是从需求的角度对交通系统进行调节，而需求管理还包括客流诱导、综合定价、拥挤收费等多种策略。对于轨道交通而言，限流属于十分有效的一种需求管理措施。限流并未减少需求量，但从长期来看限流会对居民出行过程产生一定影响，表现在：1）放弃出行，如非刚性出行需求的乘客；2）选择其他交通方式，如短途乘客； 3）提前或延迟出行。因此，限流的实施会逐步诱导居民出行向合理方向发展。
从实施形式而言，限流可分为常态性限流和临时性限流。常态性限流是在固定车站的规定时间内采取措施，限制乘客进站或换乘，主要应用于早晚高峰时段；临时性限流主要是受突发事件、大型活动及恶劣天气原因而形成突发大客流影响，临时采取措施，限制乘客进站或换乘。
从组织形式而言，限流可分为单站限流和协同限流。相关研究将其分为车站、线路、网络3个层次，在此将线路和网络层限流归为协同限流。单站限流仅通过对本站限流来缓解车站的客流拥挤，常用于站内设施设备能力不足而产生的拥挤。然而，很多时候车站客流拥挤在于前方车站占据过多运能，导致本站上车人数较少，此时，需与前方车站进行协同限流。
车站限流常采取“三级控制”模式，即以站厅通往站台的楼梯口、进站闸机、车站入口为三级控制点如图2所示，按照由内至外、由下至上的原则进行限流[3]。限流的具体组织形式可概括为：
1）分流与疏解，通过加强车站客运组织，对因设施设备能力不足引起的局部拥挤，或者客流交织、紊乱等引起的拥挤，以分流或者疏解的形式来进行控制；
2）控制，主要包括闸机、自动售票、人工售票、安检控制、电梯等控制，减缓设备服务速度，增加乘客排队时间；
3）限制，是指利用物理设施限制乘客进站或减缓进站，主要采用站外控制，控制程度更高，适用于较严重的客流拥挤；
4）封闭，当站内客流拥挤仍难以有效疏解时，停止服务，禁止乘客进入付费区，主要包括封闭进站口以及换乘通道，该方式在突发事件等特殊情况下采用。
3常态限流方案制定
常态限流方案包含三要素：限流车站、限流时间、限流强度。在此，对限流方案制定的影响因素及制定方法进行分析。
对于单点控制而言，限流方案主要包括时间和强度两方面要素，制定过程中需考虑站内设施设备能力、客流需求特征、控制点等因素，控制过程相对容易，且对路网运营影响较小。因此，主要对协同控制方案制定影响因素进行分析。
1）客流需求分布特征，是制定控制方案的主要因素，当客流量大、方向性明显、持续性强时，引发客流拥挤的可能性越大。
2）线路客运输送能力，当输送能力难以满足客流需求时便形成能力瓶颈，瓶颈压力越大则所需控制强度也越大。
3）外部交通环境，外部交通环境主要包括站外广场环境、公交运营情况等；站外是否具备等候区域决定了车站是否具备站外控制的可能；而公交运营情况是制定限流强度时需考虑的重要因素，若车站附近公交线路多，相应的控制强度可提高，迫使部分短途乘客选择公交出行。
4）站台承载能力，其是制定控制方案的另一主要因素。受上下车乘客交织以及进站客流的持续流入影响，站台成为客流拥挤与踩踏的危险区域；因此，对站台承载能力小的车站应加强客流控制，减小站台客流压力。
5）其他因素，主要包括车站类型及结构、运营管理体系结构等。实际限流过程中应加强对起点站及中间站的控制，而换乘站作为网络重要节点，应减小对其控制；同时为缓解市区线路的客流拥挤，需对所衔接市郊线路上的车站进行控制，因此，方案还需考虑车站在网络上位置及网络整体运输环境。另外，多主体运营条件下还需考虑管理体系结构，不同运营企业、线路、站区实行协同客流控制难度不同，管理体系间的协调能有效保障协同控制效果及满足快速响应时间要求。
目前，尚未形成成熟的限流方案制定方法，实际中多依据管理者的经验确定，再通过实际限流效果来逐步更新和优化限流方案。部分学者也从不同角度提出了相应的制定方法。
1）数学规划方法：针对单一线路构建了客流控制数学规划方法，以乘客延误损失最小化和客运周转量最大化为优化目标，通过求解各时段最佳流入量来制定控流方案；进一步针对网络构建了数学规划模型，以客流需求与输送能力匹配度最大化和延误客流量最小化为目标，同样以最佳流入量为依据来制定控流方案[4]。该类方法的优点在于理论性较强，能够很好地考虑车站间协同作用，不足在于计算量大，求解相对困难。
2）协同控制策略：以车站间协同控制为重点，通过降低上游车站的客流进站速度为本站预留列车输送能力，建立联合控制方法[5]；以流量平衡原理为基础构建了相应的协调控制方法[6]。该类方法属于一种控制策略，优点在于计算简便，物理含义明确，能够对局部线路的限流问题很好解决，不足在于其推算过程复杂，部分客流信息难以有效获取，难以应用于大规模路网。
3）仿真方法：利用仿真方法对局部车站的控制方法进行研究[7]，该类方法适用于车站层限流方案制定，能够评估限流方案的效果，不足在于局限性较强，不能适用于网络层限流方案的制定。
4）经验法+指标分析：结合客流量及流向特征，提出了一种简便的构建方法来选取控制站及限流量[8]；以车站服务设施负荷为指标，并结合案例实际情况，提出了相应的方法[9]。这类方法多以实际经验为主，辅助简单的计算来确定控制方案，不足在于方法的普适性较弱。
总之，目前尚缺乏较为成熟的限流方案制定方法，既有研究方法在应用性、普适性方面有待进一步完善。
4不足与建议
结合实际限流组织过程及既有研究中存在的不足，认为限流组织存在以下主要问题。
1）缺乏科学的制定方法及标准。既有方法均存在不同程度的局限性，难以科学指导实际管理工作。实际中所采用的量化标准（如承载能力的70%）多从车站客流本身考虑，局部性较强，缺乏对网络整体效益的考虑；而研究中应进一步提高方法的适用性，尤其是对大规模网络、复杂客流特征条件下的适应性。
2）限流组织灵活性不足。方案计划性较强，难以适应客流的波动变化；常态限流方案一般3个月更新1次（如北京），均以历史客流为判断依据，不能适应实时客流的波动变化。虽然值班站长根据车站实时客流来启动和解除限流，但仅是在本站客流条件下采取的措施，局限性较大；应加强在线协同限流方法的研究，以实时采集客流信息为依据，动态地实施限流方案。
3）缺乏具体限流措施的制定研究；在方案既定情况下，如何结合车站自身结构及设备设施分布情况，制定恰当的限流措施是关键，如围栏长度及宽度设置、闸机开放数量确定、售票速度控制、流线组织等，这些在前期研究中均较少涉及。为达到良好的限流效果，需加强对具体操作措施的研究，该研究是理论方法与实践结合的关键。
4）缺乏合理的评价方法及指标。目前缺乏恰当的限流方案评价体系，难以对客运组织工作进行科学监管，需进一步构建相应的评价体系及方法，从而量化评估限流效果。
5结语
本文针对高峰时段常态限流问题展开系统性分析，主要包括限流的成因、机理、类型、形式及措施。针对当前限流方案制定的困境，从方案制定影响因素及方法两方面进行分析，指出当前存在的不足并给出相关建议，以期为限流组织工作提供决策参考。
目前，客流拥挤问题在北京、上海、广州等大城市较为突出，随着其他城市轨道交通的逐步发展，可能会面临同样的问题，因此，有必要进一步加强对限流问题的研究。
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作者：朱正玲 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司
（来源：铁路通信信号工程技术）