城市轨道交通换乘枢纽分析

1．1．1 研究背景

城市轨道交通系统为城市提供了快捷、环保、舒适、安全的大容量客运交通方式，“十二五”时期在我国“大交通”的发展背景下，我国城市轨道交通进入快速建设的发展时期，国内很多大中城市将建设和发展城市轨道交通运营系统作为城市实施公交优先战略的重点，从而加快完善城市交通路网的建设。2012年末，我国已有17个城市拥有了64条建成并已运营的轨道交通线路，总里程达2008km，另有29个城市82条线路（含续建段）正在建设中，总里程超过1900km。“十二五”期间，城市轨道交通线路将增加至3500km，到2020年的规划线路将达到6100km［1］。

在各个城市快速扩大轨道交通建设规模的同时，城市轨道交通运营管理模式已由单线运营逐渐发展成为网络化运营模式，即形成了多条轨道交通运营线路交叉换乘及轨道交通与其他交通方式换乘一体化的网络运营模式。目前国内大多数的轨道交通枢纽都是2线或3线运营线路交汇的，在上海已运营的轨道交通线网中，2线运营线路交汇的枢纽占全部枢纽的比例高达90％。在一些国际化大都市中，如纽约、伦敦、东京等也有一定数量由4条或4条以上的轨道交通线路交汇构成的轨道交通枢纽。在日本东京乘坐轨道交通出行的乘客中， 90％以上都需要在不同的轨道交通线路间换乘。

随着城市轨道交通运营线网规模的集中扩张和居民出行方式的改变，轨道交通承担的客运负荷不断攀升，换乘客流量也随之迅猛增长。上海目前已初步形成“中心城十字加环、中心城三横六纵、外围区八向辐射”的轨道交通网络运营形态。2012年上海市轨道交通线网已开通运营12条线（不含22号线），287座车站，运营里程达到439km。随着轨道交通线网交叉的网络化运营出现，我国城市轨道交通枢纽的客运组织管理也呈现了新的发展趋势：

1）轨道交通线网运营规模的扩大，使路网客流量和换乘客流量持续增长

以上海轨道交通运营系统2008年至2012年的客流统计情况［1］，如表1．1所示的2008—2012年轨道交通路网客流及日均换乘客流统计表和图1．1的相应增长趋势图所示，2008年上海轨道交通日均客流306．79万人次，2012年已经达到621．6万人次，5年内增长了102．61％；而2008年日均换乘客流92．16万人次，2012年达到244．87万人次，5年内增长了165．70％，这些统计数据表明了日均换乘客流的增长率远远超过了路网日均客流量的增长速度，因此随着城市轨道交通线网规模的增长，使轨道交通枢纽的客运组织面临着巨大的客流管理压力。

表1．1 2008—2012年度上海轨道交通路网客流及换乘客流情况

图1．1 2008—2012年度上海轨道交通路网客流及换乘客流情况

2）轨道交通运营规模增长，枢纽成为运营网络的关键节点且枢纽的换乘站数量不断增加

根据《上海市城市轨道交通近期建设规划（2010—2015）》，2015年上海轨道交通运营线路已达到18条，线路总长超过780km，车站数量达到350座，网络枢纽车站达到78座，日客流量超过1000万乘次，预计到2020年，路网线路将达到22条，车站数量共计500余个，其中换乘站将达到105个，其中三线以上的换乘站多达18个，上海虹桥机场站将成为五条轨道交通线路和1条沪杭磁浮线交汇形成的六线的大型枢纽［1］。届时上海轨道交通运营系统承担公共交通客运总量的比率将到达50％，成为市民出行的首要交通工具。

3）轨道交通分担城市大型活动的客流运输比例逐年上升，枢纽的高密度客流的安全运营成为整个线网安全运输的关键节点

上海作为一个国际化大都市，随着社会经济的发展，城市中以大型文化体育活动、会展、博览会、节假日大型庆典等为代表的大型活动举行次数日趋频繁，规模也不断扩大。2010年上海世博会入场人数达到7000余万人次，其中公共交通分担的客流比例达到95％，而其中轨道交通分担的客流比例接近50％；2012年F1中国大奖赛期间，轨道交通分担了64％的进散场观赛人数比例。近几年城市大型活动客运运输中轨道交通承担的集散比例逐年上升，观众专线承担的客流比例逐年下降，而这些客流量都需要通过轨道交通枢纽换乘才能到达目的地。

上海作为国内率先进入到城市轨道交通网络化运营的城市之一，上海城市轨道交通运营系统具有典型的网络运营特点［2］：轨道交通网络化运营的锚固节点就是枢纽，枢纽区域不仅含有多条线路的进出站客流，还有线路之间的换乘客流，因此导致枢纽的客流密度高、交织冲突的特征明显。随着枢纽客流的不断增加，枢纽运营状态会从正常有序状态变成拥挤无序甚至引发事故的异常运营状态，从而导致枢纽局部或者整个运营路网的运营安全受到影响。因此网络化运营中枢纽的高效、安全的客运组织管理会对整个线网实现高效、安全的运营管理起到至关重要的作用。

客运组织服务是运营管理中直接面对乘客的服务工作，是乘客对运营服务质量最直接的感受，贯穿从乘客进入轨道交通系统一直到安全离开该系统的全过程。因此，正常运营状态下枢纽的换乘效率对城市轨道交通网络化运营效率和线网运营的快捷、舒适和安全服务质量会产生直接影响。同时随着城市轨道交通枢纽类型的增多、服务区域的不断扩大、客流换乘比例的加大，枢纽在面对节假日、大型活动及运营事故突发等紧急情况时，会导致枢纽区域的客流拥堵、踩踏等事故，因此加强枢纽突发客流应急处置研究也成为枢纽客运组织管理中的重要问题之一。

基于以上轨道交通网络化运营现状和客运组织管理中亟须解决的实际问题，本书研究的应用背景以“现代城市交通运行管理”学科平台、上海市科委“城市轨道交通智能应急调度指挥系统设计与开发”项目为依托，从提高城市轨道交通枢纽客运组织运营管理中的“换乘服务质量和应急处置能力”的角度出发，以城市轨道交通枢纽客运管理在正常运营状态下的换乘效率和在异常运营状态下的突发大客流应急处置的实际问题开展理论和应用研究，进一步完善城市轨道交通枢纽的客运组织的运营管理理论。

1．1．2 问题提出

城市轨道交通系统作为社会中的公共产品，其系统具有的准公共产品的服务特性体现在交通属性上的表征是能够承担乘客出行并实现大客运量转移的“高效、安全”的客运组织服务。城市轨道交通所具有的交通效益是以提供便捷、舒适、安全服务质量的运营服务特征所表现［3］。而城市轨道交通系统所具有的社会和经济效益也是在交通效益的基础上发展而来的。因此枢纽客运组织的运营效率成为影响整个运营线网实现高效、安全运营服务的关键点。

目前，我国北京、上海、广州三个城市的轨道交通骨干网络已经形成，我国城市轨道交通运营模式已由“线路型”向“网络化”转变。枢纽是城市轨道交通实现线路换乘的运营空间和运营线网交叉的节点。城市轨道交通线网规模的扩大导致了枢纽数量的不断增长和大客运量的增加。在城市轨道交通既定的线网规模条件下，枢纽空间的高密度客流的客运组织成为制约城市轨道交通线网总体运营效率的主要瓶颈。因此轨道交通枢纽客运组织的运营效率在运营网络中的重要性日益凸显。

1）轨道交通枢纽客运组织管理面临着高密度客流的管理压力

（1）从图1．1的统计数据可以看出，枢纽换乘客流的增长率大于路网的客流量增长，这表明枢纽的换乘管理面临较大的客运压力。轨道交通枢纽换乘效率直接反映了枢纽的客运服务质量，也对轨道交通系统整体运营效率产生重要影响。

随着城市轨道交通线网规模的不断扩张及枢纽客流的快速增长，枢纽作为实现轨道交通功能转换的关键节点，如何对枢纽的换乘效率进行有效评价，并发现制约其换乘服务提升的关键影响因素已成为轨道交通网络化运营管理亟须解决的问题。

城市轨道交通枢纽换乘效率不仅直接影响到上百万乘客的出行便捷和出行安全，同时也是城市轨道交通规划设计和管理水平高低的重要体现。从我国轨道交通枢纽的实际建设和运营状况来看，运营方对已建成的各枢纽换乘效率现状并没有进行较大规模的实际运营评价和分析。由于城市轨道交通投入和建设规模较大，对已建成并投入运营的枢纽换乘效率评价分析，发现制约换乘效率提升的关键瓶颈及解决途径，对于提高轨道交通网络化运营效率具有紧迫的现实意义。

城市轨道交通运营系统的交通效益是通过客流组织来体现的，因此城市轨道交通枢纽的换乘效率需要以提升换乘服务质量为目标。服务质量是运营方供给的资源、管理体现的服务能力在乘客感知的服务水平中的一种体现。但是目前国内关于城市轨道交通枢纽的换乘效率评价研究，主要是基于乘客感知的服务水平开展换乘效率的分析评价。目前从运营方和乘客两个研究角度对轨道交通枢纽换乘效率开展评价的理论研究较少。

（2）轨道交通运营中的大客流风险、客伤风险成为枢纽安全运营的主要风险源。

根据《上海轨道交通网络运营生产简报（2009—2013年）》以及历年发生的安全事故进行统计分析，影响上海轨道交通安全运营的主要风险包括：大客流风险、设施设备故障风险、客伤风险、火灾风险、列车相撞或脱轨风险、外部入侵风险、公共安全风险以及自然灾害风险等。而大客流风险的危险源主要来自枢纽。轨交枢纽不仅有单线运营站点的进站和出站的客流，还汇集了各相交线路之间的换乘客流，是人流密集的集聚点。随着城市轨道交通建设规模、运营线路的不断增加，城市轨道交通系统发生事故的风险也愈来愈大。因此如何从高效的应急处置的角度建立科学合理的应急处置流程预案和有效疏散乘客的应急资源调度成为城市轨道交通枢纽客运组织管理中提高灾害防御和应急处置能力的重要问题。

随着城市轨道交通“网络化效应”凸显，多条线路高峰时段客流量远大于运力的增量，高密集客流站点主要集中分布在枢纽。因此由于突发事件导致枢纽在异常运营状态下应对大客流应急处置问题更加凸显。加强枢纽的风险防控分析，制定合理有效的大客流应急处置流程预案，实现枢纽区域大客流应急疏散的资源调度成为轨道交通枢纽紧迫的应急保障问题之一。

但是目前国内外城市轨道交通系统安全防护措施只能参考和借鉴铁路及其他行业的安全保障做法，仅在项目设计、制造、施工、开通、试运营几个关键节点，参照各类技术规范、标准来审核系统的安全性。近年来，学者和运营方也开始重视轨道交通突发事件的应急管理，但是国内城市轨道交通的灾害事故应急救援机制仍不完善。随着轨道交通网络化的发展，关于枢纽的大客流突发事件的应急处置还缺乏关于应急处置流程预案、枢纽的大客流疏散的理论研究。

2）本书试图解决的问题

本书以提高轨道交通枢纽的换乘服务质量和应急处置能力、高效、安全的枢纽客运组织运营效率为研究目标，试图解决的问题包括：

（1）影响轨道交通枢纽客运组织运营效率的主要因素有哪些？如何对枢纽客运组织运营效率影响机理进行分析？

（2）影响换乘效率的因素如何确定？已运营的轨道交通枢纽的换乘效率水平如何？提升换乘优化的策略是什么？

（3）如何构建轨道交通运营管理中的事故致因模型，对枢纽客运组织管理中的人为因素风险防控的分析？

（4）如何建立有效的针对枢纽突发大客流的应急处置流程并实现有效的应急资源调度？

在本书后续的研究中，为了使问题表述更为方便和清晰，会以上海轨道交通运营系统为例进行问题描述。上海轨道交通运营系统具有网络规模性、客流集聚性及管理主体多元性的特征，这些因素都导致客运的管理难度增加，从而使得提升轨道交通换乘效率和枢纽应急处置能力的重要性也格外迫切。但是这不影响本书所用的研究方法和研究结论在国内其他城市轨道交通系统的适用性。

1．1．3 研究意义

本书以提高城市轨道交通枢纽客运组织的“换乘服务质量、应急处置能力”为目标，在轨道交通枢纽正常运营和异常运营状态下，分别从提升换乘效率和加强突发客流应急处置能力对城市轨道交通枢纽客运组织运营效率开展研究。本书的研究在理论和应用上都具有较强的意义。

1）理论意义

（1）推动了面向服务质量的枢纽换乘效率理论的进一步深入研究。城市轨道交通的运营生产是以为乘客提供出行服务为目的，客运服务是轨道交通运营管理过程的最直接和最终体现。本书基于效率理论和服务质量理论，结合城市轨道交通运营管理现状，从公用服务的角度剖析影响轨道交通运营效率的机理，并在此基础上，进一步提出轨道交通枢纽客运组织的运营效率内涵。基于服务质量理论，从乘客、运营方两个评价主体分析枢纽的换乘效率的影响因素，建立评价指标体系和可行性评价模型，并进行实证评价研究。该研究扩展了城市轨道交通枢纽的换乘效率评价视角，进一步推进了我国城市轨道交通运营效率理论研究的发展。

（2）完善了枢纽突发事件的应急管理理论研究。本书基于事故致因理论，从宏观层面上构建轨道交通突发事件的事故致因模型。并针对轨道交通枢纽的客运服务过程所涉及的乘客、现场员工、运营方（这里的运营方特指运营管理控制人员）在面对风险防控管理中的利益冲突，探索利用演化博弈论建立三方的风险博弈分析，分析各利益群体之间的关系，揭示利益相关方决策的动因，为制定更有效的风险防控策略提供科学依据。

基于事故致因理论和突发事件应急管理理论，构建枢纽的突发事件的应急处置能力模型，围绕枢纽的应急处置能力模型，对直接影响应急处置效率的应急处置流程和应急资源调度进行研究，完善了轨道交通突发事件的应急处置理论。本书尝试用随机Petri网建立轨道交通突发大客流应急处置流程预案，并对模型的合理性进行验证；通过将影响应急流程效率的时间指标作为性能分析参数，求解突发大客流应急流程的响应分析，以提高系统的应急处置能力。利用动态博弈模型建立突发大客流疏散的应急资源调度模型。

2）实际意义

在实际应用层面，本书选择国内具有网络化运营特征的上海城市轨道交通运营系统开展相关实证研究，研究结果可以指导和服务我国其他城市轨道交通枢纽的换乘优化和客运应急保障的管理需要，为城市轨道交通运营枢纽的换乘服务质量的提升和应急处置能力的提高提供理论和方法支持。