城市交通樞紐交通換乘分析與客流組織評價研究

摘要：交通換乘功能是城市交通樞紐的核心功能之一，交通樞紐的交通換乘能力、樞紐內部客流交通組織狀況是評價樞紐綜合性能的重要指標。本文結合東直門交通樞紐工程實踐就交通樞紐的交通換乘及客流交通組織評價問題進行探討。引進交通分布原理，將每種交通方式近似看作為一個交通源，其服務范圍看成為交通影響區，對樞紐內交通方式間的換乘量進行分析與預測。在充分考慮行人的舒適性、安全性和可靠性等定性評價的基礎上，以乘客步行距離作為評價樞紐客流交通組織的主要量化指標。測算行人最大步行距離、平均步行距離、繞行系數評價樞紐布置的方便性，進而評價樞紐內部布局設計的合理性。

關鍵詞：交通樞紐 換乘 出行分布 交通組織評價

　　一、交通換乘分析

　　1.概述

　　城市交通樞紐是車流與人流的集散地。多種交通方式在樞紐中匯聚，人流與車流形成交通樞紐內的兩大矛盾。一般，大城市交通樞紐中至少集中了地鐵、公共交通、行人、自行車與社會及出租車輛等多種交通方式。因此，交通樞紐可以看成是一座大規模的交通流換乘中心，是各種交通工具間交通流量交換的主要場所，提供各交通流量間的高效、快速、安全交換。交通換乘功能是城市交通樞紐的核心功能之一。交通樞紐的交通換乘能力及相應的服務水平是評價其綜合性能的重要指標。分析與預測城市交通樞紐中各種交通方式間的乘客交換量可以為確定交通樞紐建設的合理規模，各種交通工具在樞紐中的布局分布等提供依據。

　　2.影響換乘量的因素

　　交通換乘量受出行時間、費用、舒適性及安全性等多種因素的影響。根據出行目的的不同，人們會選擇不同的交通工具。自行車和步行一般適宜于近距離出行，費用低但舒適性與安全性差。地鐵的優勢是快速準點，但其服務面積較窄，只對其沿線產生作用，而公共交通的覆蓋面則較廣。出行時間短且費用低的交通方式的交通需求必然較大，相應的其換乘量較大。但對換乘量起決定性作用的因素是各種交通工具服務范圍內的出行需求的多少。

　　3.交通換乘量分析的基本思路

　　（1）換乘分析原理

　　交通樞紐中各種交通方式的出行總量可以用傳統的預測手段根據現狀交通、土地利用和經濟情況及發展趨勢分析得到，但是各交通方式之間未來的交換量的確定是十分復雜的。交通換乘量即為樞紐區域內各種交通方式之間交換的客流量，換乘結果可以用矩陣的形式表達。在四階段法進行交通預測時，出行分布的預測就是將各交通小區產生和吸引的交通量轉換成各交通小區之間的出行交換量，出行分布的結果為O-D表。從以上分析可以看出樞紐換乘量分析與出行分布預測有一定的相似之處。根據樞紐交通換乘的這一特點，本文引入交通分布分析原理與方法對換乘量進行分析與預測，將各種交通方式的換乘量組成一換乘矩陣。通過現況調查得到現狀樞紐區域范圍內各種交通方式的換乘矩陣，再利用出行分布的計算方法得出未來的換乘量。

　　（2）交通小區的確定

　　將每種交通方式近似看作為一個交通源，由于各種交通方式自身的特點，各交通工具有不同的服務范圍，而這些范圍就是交通影響區，各影響區均產生和吸引大量的交通出行。對每一交通影響區來說，出行不但量大且非常復雜：從出行目的上看，這些交通出行可能是在本交通影響區內完成的，或是進出其它交通影響區。在出行方式上，可以有步行、自行車、公交、地鐵等多種方式。另外，出行選擇的路徑更是多種多樣，部分出行會選擇交通樞紐換乘，有相當數量的出行不通過樞紐就能完成。在交通樞紐的換乘分析中，將所有交通出行量都作詳細考慮是不必要的，為簡化起見，僅選擇進出交通樞紐的出行為計算對象，以這種情況下的交通出行量作為整個交通影響區的代表值。

　　這時的交通影響區的產生量（Pi）、吸引量（Ai）就等于未來年進出交通樞紐的交通流量值，可以根據經濟增長與交通增長的相關性或直接從規劃部門的要求算得。

　　4.換乘分析模型

　　在換乘分析中采用重力模型法，兩個地方之間的相互作用的交通量（Tij）與兩個地方的土地使用密度大小（Loi，Ldj）的乘積成正比，與由一個地方到另一個地方受到的交通阻抗（可用一個函數f(tij)）成反比。此阻抗函數可用出行距離的長短、行程時間的長短及費用的大小或使用分布函數來表示。由于交通是土地使用的函數，所以可用交通分區的出行產生數（Pi）和出行吸引數（Ai）來反應交通分區土地使用密度的量度。其基本表達式為：Tij=K*Pi*Aj/f(tij)，其中K為單位換算常數，對此公式相關參數進行標定，就可得出各區間的出行。

　　5.東直門交通樞紐換乘量分析

　　根據上述方法與原理對北京東直門交通樞紐的換乘量進行分析。在東直門交通樞紐區域內設站的交通工具主要有環線地鐵、東直門至西直門的城市輕軌鐵路、市區公共交通、遠郊區及長途公共交通、機場高速鐵路等。此外，自行車與行人也參與交通流量的換乘。各種交通工具有其特定的服務區范圍，如行人、自行車的服務區可認為在樞紐附近的一個范圍，主要解決東直門周邊街道及公建等的日常出行；城區公共交通主要是為其沿線市民的出行提供服務；近郊區公共交通的服務范圍主要為北京市周邊近郊地區，對東直門樞紐而言主要指北京的東北近郊；進出東直門的遠郊公共交通主要是為順義、懷柔、密云、平谷幾個郊縣進出北京市區服務，這些區域內進京的客流量必然要影響換乘量；地鐵的服務范圍主要是二環路沿線以及一線地鐵經過的附近區域，這些區域內所產生的交通流量都有可能在東直門交通樞紐換乘；城鐵主要解決了北部市區及近郊進出市中心區方向的交通，其中進出東直門的交通量主要為東北部市區及近郊。

　　上述各交通工具服務區域的交通需求是影響東直門交通樞紐換乘量的決定性因素，某一區域內交通需求的增長必然會導致換乘量的增大，反之亦然。

　　根據預測，未來年各種交通工具進出東直門交通樞紐的客流總量，即Pi、Ai值如下表：

2012年東直門樞紐區各種交通方式登降總量（單位：萬人次）

　　重力模型計算中采用美國的交通規劃專用軟件TRANSCAD，輸入各交通方式，也即交通區的產生吸引量值以及相關的一些控制參數，可得換乘矩陣及各種交通方式的交通換乘量，見圖表。根據模型計算得出的換乘矩陣可以用于進行各種交通工具換乘關系研究。

　　由計算結果可知，地鐵與城鐵間的換乘量最大，達到10萬人/日。這是因為在北京市區中軸線以東，地鐵與城鐵連線貫穿了整個市區，是南北向快速交通的大通道，市區南北方向的交通流量將有相當部分使用地鐵和城鐵這兩種交通工具，而中南部市區到北部市區的交通必然要在東直門地區換乘，這是換乘量大的主要原因。此外，由于軌道交通的高效性，對交通有一定的吸引作用，這是另外一個重要原因。在圖表中，各公交車與地鐵、城鐵間也有相當的換乘量，這是由東直門交通樞紐的主要功能定位決定的--提供市區與郊區交通流間的換乘。

東直門交通樞紐各種交通方式全天換乘量矩陣（單位：人次/日）

　　圖中顯示遠、近郊公交間的交通流換乘、行人與自行車交通間的換乘、以及高速鐵路與遠郊公交等的換乘均較小。一方面，出行目的是決定其交換量小的一個主要原因，通過樞紐時一般不會產生這種交換；另一方面，以這種方式交換，出行費用（時間）很高，讓這種交換“阻力”很大，交換量減少。

　　綜上所述，在東直門交通樞紐內，較大的交通流換乘量主要發生在軌道交通（地鐵、城鐵）之間以及軌道交通與其它交通方式間，新建的交通樞紐應當重點解決與軌道交通相關的換乘問題，這樣才能使樞紐最大限度地發揮其換乘中心的功能。

　　二、樞紐內部客流交通組織評價

　　交通樞紐區內部客流組織設計是整個樞紐設計的重要組成部分，客流交通組織的合理與否直接影響交通樞紐性能的發揮，甚至對于與樞紐相連接的外部路網，其交通通暢與否也與樞紐的客流組織密切相關。城市交通樞紐具有規模大、流量大、交通方式復雜等特點，因此樞紐區內的客流交通組織顯得尤為重要。

　　1.客流交通組織原則

　　城市交通樞紐內部的大客流量要求在進行交通樞紐設計和客流組織時必須滿足以下原則：

　　1) 人流與車流的行駛路線嚴格分開，以保證行人的安全和車輛行駛不受干擾。

　　2) 客流在樞紐區的有限的空間里能夠進行交換，不發生滯留和過分擁擠現象。

　　3) 滿足換乘客流的方便性、安全性、舒適性等一些基本要求。

　　這些客流設計的基本要求也是評價客流交通組織合理性的重要方面。

　　2.客流交通組織評價方法

　　交通樞紐的客流評價涉及到乘客在樞紐中所感受到的方便性、安全性、舒適性等很多問題，這些方面都難于單純從定量或是定性的方面去考慮。因此，本研究把客流交通組織評價分為兩部分，即定性評價與定量分析同時考慮。本次研究就是在定性評價的基礎上，對某些指標提出量化標準，使評價結果更為直觀、明了。

　　（1）定性評價

　　從乘客換乘的舒適性、可靠性、安全感和經濟性等方面對樞紐內客流的換乘給出定性的好壞程度的評判。舒適性包括惡劣天氣下的保護、氣候調節、公交站停車棚和其它因素。可靠性包括照明、開闊的視野等。安全性是指行人與機動車分離。經濟性因素與行人的旅行延誤和不方便性的相關費用有聯系。

　　（2）定量指標

　　方便性是樞紐內客流交通的重要指標之一。影響方便性的因素很多，如步行距離、路線的直接性、坡度等，其中步行距離是方便性的決定因素。在樞紐區內乘客步行的距離是由其平面及豎向布置決定的，如果步行距離太長，出行的總時間也會增長，影響了居民出行的效率。此外，樞紐區內步行距離太長，必然使大量客流長時間停留于樞紐區內，管理范圍增大，工作壓力增加，樞紐區內乘客由于疲勞也產生厭煩情緒。另一方面，步行距離的計算較為簡捷。因此，本研究中采用步行距離為主要評價指標進行分析。

　　3.客流交通組織評價指標

　　（1） 最大步行距離

　　對乘客步行距離進行分析時，首先要考慮行人的最大步行距離。從某一種交通工具登降的乘客，由于其來源不同，步行的距離也不相同。如乘地鐵的人可能會來自城區公交或自行車換乘等交通方式，這些人有不同的步行距離。綜合所有的出行距離，可得出其中的最大值，這個值代表樞紐區內行人運行的可能的最長路徑，當最大步行距離超過人能接受的范圍時（500米），認為有一部分人將會步行很長距離，這時樞紐區的客流交通組織需要進行調整。

　　（2）樞紐的平均換乘步行距離

　　對整個交通樞紐來說，平均步行距離是樞紐區客流組織的另一個重要指標，平均出行距離小，整個交通樞紐運行效率也高，反之亦然。由于各不同交通方式間的換乘量不同，計算平均步行距離的取值應以換乘量為權重。設幾種交通方式間的換乘量分別為Q12、Q13．．．．，步行距離平均為L12、L13．．．．，則平均距離的表達式為：

　　La_t=ΣQij*Lij/ΣQij。

　　考慮到人在水平面步行和豎向步行（上、下樓）心理與體力消耗的不同，取

　　Lij=Hij+K*Vij;

　　式中：Hij為水平距離，Vij為豎向高程差，K為上、下樓距離增大系數，上樓取4.0，下樓取2.0（如選擇自動扶梯可取1.0）。

　　（3）各種交通工具的平均步行距離

　　在某一種交通工具上登降的乘客，其步行距離也是交通組織的高效性與合理性的一個重要參考，仍用加權平均步行距離來計算，計為La_s，其計算表達式為La_s=ΣQi*Li/ΣQi，其中Qi、Li為與某一種交通方式相聯系的乘客換乘量。

　　（4） 繞行系數

　　換乘乘客的步行距離與車站在樞紐區的平面布置有直接關系，在實際工程中，車站的平面布置經常受規劃等種種條件限制，其位置基本被限定。在這種情況下，對客流組織的評價不能僅僅以步行距離的長短來衡量，還應當考慮在這種平面布置下乘客繞行的距離的長短。設在兩車站間，理想的步行距離為Sij，乘客實際步行距離為Lij，則定義繞行系數a= Lij/ Sij。

　　綜上所述，在評價行人利用樞紐的的方便性時，首先要測算行人的最大步行距離，并根據行人的交通特性評定其合理性。其次計算整個樞紐客流的平均步行距離，評價樞紐整體的運行的效率。對每一種交通方式，計算其登降乘客的平均步行距離后，可以以此值評價其設置的合理性。對主要交通流向的客流繞行情況，可用繞行參數進行評價。除以上定量分析樞紐客流組織外，還將從定性的角度評價客流的舒適性、安全性、可靠性、經濟性。

　　4.東直門交通樞紐客流組織評價

　　在上述定性與定量評價指標的基礎上，根據東直門交通樞紐各種交通方式車站及換乘通道的布局安排，對該樞紐內部客流組織進行評價。

　　（1）評價程序

　　東直門交通樞紐總共分為五個層面，各層之間通過連通通道實現客流的轉換。在進行樞紐客流交通組織評價時可以依據樞紐內各層的功能定位所決定的各種交通工具的客流流線來評價。具體步驟如下：

　　1) 確定某種交通工具與其它交通工具換乘時的路線。

　　2) 各換乘路線的舒適性、安全性、可靠性、經濟性等指標做出定性評判。

　　3) 計算不同換乘路線的步行距離。

　　4) 計算樞紐區平均步行距離及換乘層面的繞行系數。

　　（2）換乘層面

　　東直門交通樞紐五個換乘層面布置及功能如下：

　　高速鐵路層--高速鐵路起點站，位于樞紐頂層。

　　平臺層--綠化廣場以及公建車輛、人員進出的運作層面。

　　公交層--城區、近郊及長途公共交通以此為起、終點，公交車的落客、上客均在這一層實現。

　　人流周轉層--人流集散中心，到地鐵和城鐵站臺的乘客都必須先到此層然后分流到各目的地。從地鐵和城鐵出來要換乘公交的乘客亦均要通過此層進行轉換。

　　輕軌層--樞紐的最底層即城鐵車站層。

　　（3）評價分析

　　按上面各層位的功能定位，可根據各種交通工具的客流流線評價其交通組織。以地鐵為例，地鐵與樞紐區內其它交通工具換乘時有如下路線：

　　地鐵--行人：地鐵層→人流周轉層→公交層→平臺層→地面，或地鐵層→地面層；

　　地鐵--自行車：地鐵層→地面，或地鐵層→人流周轉層→公交層→平臺層→地面；

　　地鐵--城區公交：地鐵層→人流周轉層→城區公交；

　　地鐵--郊區、長途：地鐵層→人流周轉層→郊區、長途公交；

　　地鐵--城鐵：地鐵層→人流周轉層→城鐵層；

　　地鐵--高速鐵路：地鐵層→人流周轉層→公交層→平臺層→高速鐵路；

　　對地鐵換乘其它交通工具的通道的舒適性、安全性、可靠性、經濟性等指標采用定性打分的方法進行評定，結果如下：

客流運行特性表

　　分別對地鐵客流不同的換乘路徑計算客流的步行距離，見下表：

客流步行距離表

　　同樣步驟，分別對行人、自行車、公交、城鐵和高速鐵路的換乘組織進行評價，綜合各中交通工具的評價結果如下表。

樞紐區客流組織綜合評價表

　　根據東直門交通樞紐的層次布置關系，可以得出各主要車站的理想步行距離Sij，見下表。乘客實際步行距離與理想步行距離的比值即可得出各交通工具間換乘的繞行系數。

主要車站理想距離表（單位：米）

主要車站繞行系數表

　　（4）評價結果

　　從上述的評價分析，對東直門客流交通組織可以得出以下結論：

　　①從最大步行距離來看，在樞紐范圍內換乘的乘客，步行距離最長的為地鐵與行人間的換乘，近500米，最大換乘距離基本上是與地鐵有關的乘客交通。其它乘客最大步行距離均為200-300米，這些距離均在行人所能承受的范圍之內。由于地鐵建成之時，并未考慮到未來的交通樞紐建設，因此導致現況地鐵站的布置位置與樞紐其它交通方式之間換乘的不便。這也告訴我們，在進行交通規劃時應放長眼光，給各種交通方式的充分發展留有余地。

　　②從各交通工具的平均步行距離來看，換乘量最大的地鐵、城鐵的平均步行距離分別為307米和210米，其中地鐵乘客的平均步行距離較大，這主要是由于地鐵的平面位置離樞紐較遠，實際的地鐵和樞紐的平面位置業已由規劃確定，而且平均步行距離也不長，一般乘客還是可以接受。

　　③整個樞紐的平均換乘步行距離為226米，不到行人最大步行距離的一半，所以可以認為在樞紐區內行人的步行強度并不大，比較輕松、方便。

　　④從繞行系數看來，主要交通工具間步行繞行均在1.2-1.4左右，如地鐵與城鐵間繞行僅為1.2，對于東直門交通樞紐這樣大且復雜的交通換乘中心，應該說，繞行的距離是較小的。

　　從客流運行特性評定表可知，各種交通方式的舒適性、安全性、可靠性及經濟性以優、良等級居多，說明東直門交通樞紐的客流的服務水平較高，充分體現“以人為本”的設計理念，也與其現代化大型公用設施的地位是相適應的。

　　三、結論

　　本研究建立的換乘量分析模型和客流組織評價體系在東直門交通樞紐交通分析中的應用證明該分析體系是可行的。由于在評價體系中有一定的定性考慮因素存在，不同的交通樞紐情況存在差異，不同的人員在分析時側重點也會有所不同。因此在實際應用該模型時，還應具體結合各交通樞紐的實際情況，通過實地調查具體問題具體分析。

　　參考文獻：

1. 東直門綜合交通樞紐交通咨詢報告 北京市市政工程設計研究總院 2000

2. 城市交通規劃 人民交通出版社 1990