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城市交通枢纽交通换乘分析与客流组织评价研究-
摘要：交通换乘功能是城市交通枢纽的核心功能之一，交通枢纽的交通换乘能力及枢纽内部客流交通组织状况是评价枢纽综合性能的重要指标。本文结合东直门交通枢纽工程实践就交通枢纽的交通换乘及客流交通组织评价问题进行探讨。引进交通分布原理，将每种交通方式近似看作为一个交通源，其服务范围看成为交通影响区，对枢纽内交通方式间的换乘量进行分析与预测。在充分考虑行人的舒适性、安全性和可靠性等定性评价的基础上，以乘客步行距离作为评价枢纽客流交通组织的主要量化指标。测算行人最大步行距离、平均步行距离、绕行系数评价枢纽布置的方便性，进而评价枢纽内部布局设计的合理性。关键词：交通枢纽 换乘 出行分布 交通组织评价
一、交通换乘分析
1.概述
城市交通枢纽是车流与人流的集散地。多种交通方式在枢纽中汇聚，人流与车流形成交通枢纽内的两大矛盾。一般，大城市交通枢纽中至少集中了地铁、公共交通、行人、自行车与社会及出租车辆等多种交通方式。因此，交通枢纽可以看成是一座大规模的交通流换乘中心，是各种交通工具间交通流量交换的主要场所，提供各交通流量间的高效、快速、安全交换。交通换乘功能是城市交通枢纽的核心功能之一。交通枢纽的交通换乘能力及相应的服务水平是评价其综合性能的重要指标。分析与预测城市交通枢纽中各种交通方式间的乘客交换量可以为确定交通枢纽建设的合理规模，各种交通工具在枢纽中的布局分布等提供依据。
2.影响换乘量的因素
交通换乘量受出行时间、费用、舒适性及安全性等多种因素的影响。根据出行目的的不同，人们会选择不同的交通工具。自行车和步行一般适宜于近距离出行，费用低但舒适性与安全性差。地铁的优势是快速准点，但其服务面积较窄，只对其沿线产生作用，而公共交通的覆盖面则较广。出行时间短且费用低的交通方式的交通需求必然较大，相应的其换乘量较大。但对换乘量起决定性作用的因素是各种交通工具服务范围内的出行需求的多少。
3.交通换乘量分析的基本思路
（1）换乘分析原理
交通枢纽中各种交通方式的出行总量可以用传统的预测手段根据现状交通、土地利用和经济情况及发展趋势分析得到，但是各交通方式之间未来的交换量的确定是十分复杂的。交通换乘量即为枢纽区域内各种交通方式之间交换的客流量，换乘结果可以用矩阵的形式表达。在四阶段法进行交通预测时，出行分布的预测就是将各交通小区产生和吸引的交通量转换成各交通小区之间的出行交换量，出行分布的结果为O-D表。从以上分析可以看出枢纽换乘量分析与出行分布预测有一定的相似之处。根据枢纽交通换乘的这一特点，本文引入交通分布分析原理与方法对换乘量进行分析与预测，将各种交通方式的换乘量组成一换乘矩阵。通过现况调查得到现状枢纽区域范围内各种交通方式的换乘矩阵，再利用出行分布的计算方法得出未来的换乘量。
（2）交通小区的确定
将每种交通方式近似看作为一个交通源，由于各种交通方式自身的特点，各交通工具有不同的服务范围，而这些范围就是交通影响区，各影响区均产生和吸引大量的交通出行。对每一交通影响区来说，出行不但量大且非常复杂：从出行目的上看，这些交通出行可能是在本交通影响区内完成的，或是进出其它交通影响区。在出行方式上，可以有步行、自行车、公交、地铁等多种方式。另外，出行选择的路径更是多种多样，部分出行会选择交通枢纽换乘，有相当数量的出行不通过枢纽就能完成。在交通枢纽的换乘分析中，将所有交通出行量都作详细考虑是不必要的，为简化起见，仅选择进出交通枢纽的出行为计算对象，以这种情况下的交通出行量作为整个交通影响区的代表值。
这时的交通影响区的产生量（Pi）、吸引量（Ai）就等于未来年进出交通枢纽的交通流量值，可以根据经济增长与交通增长的相关性或直接从规划部门的要求算得。
4.换乘分析模型
在换乘分析中采用重力模型法，两个地方之间的相互作用的交通量（Tij）与两个地方的土地使用密度大小（Loi,Ldj）的乘积成正比，与由一个地方到另一个地方受到的交通阻抗（可用一个函数f（tij））成反比。此阻抗函数可用出行距离的长短、行程时间的长短及费用的大小或使用分布函数来表示。由于交通是土地使用的函数，所以可用交通分区的出行产生数（Pi）和出行吸引数（Ai）来反应交通分区土地使用密度的量度。其基本表达式为：Tij=K*Pi*Aj/f（tij），其中K为单位换算常数，对此公式相关参数进行标定，就可得出各区间的出行。
5.东直门交通枢纽换乘量分析
根据上述方法与原理对北京东直门交通枢纽的换乘量进行分析。在东直门交通枢纽区域内设站的交通工具主要有环线地铁、东直门至西直门的城市轻轨铁路、市区公共交通、远郊区及长途公共交通、机场高速铁路等。此外，自行车与行人也参与交通流量的换乘。各种交通工具有其特定的服务区范围，如行人、自行车的服务区可认为在枢纽附近的一个范围，主要解决东直门周边街道及公建等的日常出行；城区公共交通主要是为其沿线市民的出行提供服务；近郊区公共交通的服务范围主要为北京市周边近郊地区，对东直门枢纽而言主要指北京的东北近郊；进出东直门的远郊公共交通主要是为顺义、怀柔、密云、平谷几个郊县进出北京市区服务，这些区域内进京的客流量必然要影响换乘量；地铁的服务范围主要是二环路沿线以及一线地铁经过的附近区域，这些区域内所产生的交通流量都有可能在东直门交通枢纽换乘；城铁主要解决了北部市区及近郊进出市中心区方向的交通，其中进出东直门的交通量主要为东北部市区及近郊。
上述各交通工具服务区域的交通需求是影响东直门交通枢纽换乘量的决定性因素，某一区域内交通需求的增长必然会导致换乘量的增大，反之亦然。
根据预测，未来年各种交通工具进出东直门交通枢纽的客流总量，即Pi、Ai值如下表：
2012年东直门枢纽区各种交通方式登降总量（单位：万人次）
重力模型计算中采用美国的交通规划专用软件TRANSCAD,输入各交通方式，也即交通区的产生吸引量值以及相关的一些控制参数，可得换乘矩阵及各种交通方式的交通换乘量，见图表。根据模型计算得出的换乘矩阵可以用于进行各种交通工具换乘关系研究。
由计算结果可知，地铁与城铁间的换乘量最大，达到10万人/日。这是因为在北京市区中轴线以东，地铁与城铁连线贯穿了整个市区，是南北向快速交通的大通道，市区南北方向的交通流量将有相当部分使用地铁和城铁这两种交通工具，而中南部市区到北部市区的交通必然要在东直门地区换乘，这是换乘量大的主要原因。此外，由于轨
道交通的高效性，对交通有一定的吸引作用，这是另外一个重要原因。在图表中，各公交车与地铁、城铁间也有相当的换乘量，这是由东直门交通枢纽的主要功能定位决定的--提供市区与郊区交通流间的换乘。
东直门交通枢纽各种交通方式全天换乘量矩阵（单位：人次/日）
东直门枢纽全天换乘量示意图
图中显示远、近郊公交间的交通流换乘、行人与自行车交通间的换乘、以及高速铁路与远郊公交等的换乘均较小。一方面，出行目的是决定其交换量小的一个主要原因，通过枢纽时一般不会产生这种交换；另一方面，以这种方式交换，出行费用（时间）很高，让这种交换“阻力”很大，交换量减少。
综上所述，在东直门交通枢纽内，较大的交通流换乘量主要发生在轨道交通（地铁、城铁）之间以及轨道交通与其它交通方式间，新建的交通枢纽应当重点解决与轨道交通相关的换乘问题，这样才能使枢纽最大限度地发挥其换乘中心的功能。
二、枢纽内部客流交通组织评价
交通枢纽区内部客流组织设计是整个枢纽设计的重要组成部分，客流交通组织的合理与否直接影响交通枢纽性能的发挥，甚至对于与枢纽相连接的外部路网，其交通通畅与否也与枢纽的客流组织密切相关。城市交通枢纽具有规模大、流量大、交通方式复杂等特点，因此枢纽区内的客流交通组织显得尤为重要。
1.客流交通组织原则
城市交通枢纽内部的大客流量要求在进行交通枢纽设计和客流组织时必须满足以下原则：
1） 人流与车流的行驶路线严格分开，以保证行人的安全和车辆行驶不受干扰。
2） 客流在枢纽区的有限的空间里能够进行交换，不发生滞留和过分拥挤现象。
3） 满足换乘客流的方便性、安全性、舒适性等一些基本要求。
这些客流设计的基本要求也是评价客流交通组织合理性的重要方面。
2.客流交通组织评价方法
交通枢纽的客流评价涉及到乘客在枢纽中所感受到的方便性、安全性、舒适性等很多问题，这些方面都难于单纯从定量或是定性的方面去考虑。因此，本研究把客流交通组织评价分为两部分，即定性评价与定量分析同时考虑。本次研究就是在定性评价的基础上，对某些指标提出量化标准，使评价结果更为直观、明了。
（1）定性评价
从乘客换乘的舒适性、可靠性、安全感和经济性等方面对枢纽内客流的换乘给出定性的好坏程度的评判。舒适性包括恶劣天气下的保护、气候调节、公交站停车棚和其它因素。可靠性包括照明、开阔的视野等。安全性是指行人与机动车分离。经济性因素与行人的旅行延误和不方便性的相关费用有联系。
（2）定量指标
方便性是枢纽内客流交通的重要指标之一。影响方便性的因素很多，如步行距离、路线的直接性、坡度等，其中步行距离是方便性的决定因素。在枢纽区内乘客步行的距离是由其平面及竖向布置决定的，如果步行距离太长，出行的总时间也会增长，影响了居民出行的效率。此外，枢纽区内步行距离太长，必然使大量客流长时间停留于枢纽区内，管理范围增大，工作压力增加，枢纽区内乘客由于疲劳也产生厌烦情绪。另一方面，步行距离的计算较为简捷。因此，本研究中采用步行距离为主要评价指标进行分析。
3.客流交通组织评价指标
（1） 最大步行距离
对乘客步行距离进行分析时，首先要考虑行人的最大步行距离。从某一种交通工具登降的乘客，由于其来源不同，步行的距离也不相同。如乘地铁的人可能会来自城区公交或自行车换乘等交通方式，这些人有不同的步行距离。综合所有的出行距离，可得出其中的最大值，这个值代表枢纽区内行人运行的可能的最长路径，当最大步行距离超过人能接受的范围时（500米），认为有一部分人将会步行很长距离，这时枢纽区的客流交通组织需要进行调整。
（2）枢纽的平均换乘步行距离
对整个交通枢纽来说，平均步行距离是枢纽区客流组织的另一个重要指标，平均出行距离小，整个交通枢纽运行效率也高，反之亦然。由于各不同交通方式间的换乘量不同，计算平均步行距离的取值应以换乘量为权重。设几种交通方式间的换乘量分别为Q12、Q13…，步行距离平均为L12、L13…，则平均距离的表达式为：
La_t=ΣQij*Lij/ΣQij.
考虑到人在水平面步行和竖向步行（上、下楼）心理与体力消耗的不同，取
Lij=Hij+K*Vij;
式中：Hij为水平距离，Vij为竖向高程差，K为上、下楼距离增大系数，上楼取4.0,下楼取2.0（如选择自动扶梯可取1.0）。
（3）各种交通工具的平均步行距离
在某一种交通工具上登降的乘客，其步行距离也是交通组织的高效性与合理性的一个重要参考，仍用加权平均步行距离来计算，计为La_s,其计算表达式为La_s=ΣQi*Li/ΣQi,其中Qi、Li为与某一种交通方式相联系的乘客换乘量。
（4） 绕行系数
换乘乘客的步行距离与车站在枢纽区的平面布置有直接关系，在实际工程中，车站的平面布置经常受规划等种种条件限制，其位置基本被限定。在这种情况下，对客流组织的评价不能仅仅以步行距离的长短来衡量，还应当考虑在这种平面布置下乘客绕行的距离的长短。设在两车站间，理想的步行距离为Sij,乘客实际步行距离为Lij,则定义绕行系数a= Lij/ Sij.
综上所述，在评价行人利用枢纽的的方便性时，首先要测算行人的最大步行距离，并根据行人的交通特性评定其合理性。其次计算整个枢纽客流的平均步行距离，评价枢纽整体的运行的效率。对每一种交通方式，计算其登降乘客的平均步行距离后，可以以此值评价其设置的合理性。对主要交通流向的客流绕行情况，可用绕行参数进行评价。除以上定量分析枢纽客流组织外，还将从定性的角度评价客流的舒适性、安全性、可靠性、经济性。
4.东直门交通枢纽客流组织评价
在上述定性与定量评价指标的基础上，根据东直门交通枢纽各种交通方式车站及换乘通道的布局安排，对该枢纽内部客流组织进行评价。
（1）评价程序
东直门交通枢纽总共分为五个层面，各层之间通过连通通道实现客流的转换。
在进行枢纽客流交通组织评价时可以依据枢纽内各层的功能定位所决定的各种交通工具的客流流线来评价。具体步骤如下：
1） 确定某种交通工具与其它交通工具换乘时的路线。
2） 各换乘路线的舒适性、安全性、可靠性、经济性等指标做出定性评判。
3） 计算不同换乘路线的步行距离。
4） 计算枢纽区平均步行距离及换乘层面的绕行系数。
（2）换乘层面
东直门交通枢纽五个换乘层面布置及功能如下：
高速铁路层--高速铁路起点站，位于枢纽顶层。
平台层--绿化广场以及公建车辆、人员进出的运作层面。
公交层--城区、近郊及长途公共交通以此为起、终点，公交车的落客、上客均在这一层实现。
人流周转层--人流集散中心，到地铁和城铁站台的乘客都必须先到此层然后分流到各目的地。从地铁和城铁出来要换乘公交的乘客亦均要通过此层进行转换。
轻轨层--枢纽的最底层即城铁车站层。
（3）评价分析
按上面各层位的功能定位，可根据各种交通工具的客流流线评价其交通组织。以地铁为例，地铁与枢纽区内其它交通工具换乘时有如下路线：
地铁--行人：地铁层→人流周转层→公交层→平台层→地面，或地铁层→地面层；
地铁--自行车：地铁层→地面，或地铁层→人流周转层→公交层→平台层→地面；
地铁--城区公交：地铁层→人流周转层→城区公交；
地铁--郊区、长途：地铁层→人流周转层→郊区、长途公交；
地铁--城铁：地铁层→人流周转层→城铁层；
地铁--高速铁路：地铁层→人流周转层→公交层→平台层→高速铁路；
对地铁换乘其它交通工具的通道的舒适性、安全性、可靠性、经济性等指标采用定性打分的方法进行评定，结果如下：
客流运行特性表
分别对地铁客流不同的换乘路径计算客流的步行距离，见下表：
客流步行距离表
同样步骤，分别对行人、自行车、公交、城铁和高速铁路的换乘组织进行评价，综合各中交通工具的评价结果如下表。
枢纽区客流组织综合评价表
根据东直门交通枢纽的层次布置关系，可以得出各主要车站的理想步行距离Sij,见下表。乘客实际步行距离与理想步行距离的比值即可得出各交通工具间换乘的绕行系数。
主要车站理想距离表（单位：米）
（4）评价结果
从上述的评价分析，对东直门客流交通组织可以得出以下结论：
①从最大步行距离来看，在枢纽范围内换乘的乘客，步行距离最长的为地铁与行人间的换乘，近500米，最大换乘距离基本上是与地铁有关的乘客交通。其它乘客最大步行距离均为200-300米，这些距离均在行人所能承受的范围之内。由于地铁建成之时，并未考虑到未来的交通枢纽建设，因此导致现况地铁站的布置位置与枢纽其它交通方式之间换乘的不便。这也告诉我们，在进行交通规划时应放长眼光，给各种交通方式的充分发展留有余地。
②从各交通工具的平均步行距离来看，换乘量最大的地铁、城铁的平均步行距离分别为307米和210米，其中地铁乘客的平均步行距离较大，这主要是由于地铁的平面位置离枢纽较远，实际的地铁和枢纽的平面位置业已由规划确定，而且平均步行距离也不长，一般乘客还是可以接受。
③整个枢纽的平均换乘步行距离为226米，不到行人最大步行距离的一半，所以可以认为在枢纽区内行人的步行强度并不大，比较轻松、方便。
④从绕行系数看来，主要交通工具间步行绕行均在1.2-1.4左右，如地铁与城铁间绕行仅为1.2,对于东直门交通枢纽这样大且复杂的交通换乘中心，应该说，绕行的距离是较小的。
从客流运行特性评定表可知，各种交通方式的舒适性、安全性、可靠性及经济性以优、良等级居多，说明东直门交通枢纽的客流的服务水平较高，充分体现“以人为本”的设计理念，也与其现代化大型公用设施的地位是相适应的。
三、结论
本研究建立的换乘量分析模型和客流组织评价体系在东直门交通枢纽交通分析中的应用证明该分析体系是可行的。由于在评价体系中有一定的定性考虑因素存在，不同的交通枢纽情况存在差异，不同的人员在分析时侧重点也会有所不同。因此在实际应用该模型时，还应具体结合各交通枢纽的实际情况，通过实地调查具体问题具体分析。
参考文献：
1.东直门综合交通枢纽交通咨询报告 北京市市政工程设计研究总院 2000
2.城市交通规划 人民交通出版社 1990
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