引言

换乘中心是解决综合交通枢纽的换乘问题而产生的建筑空间，由于其整合了大巴、私家车、出租车、轨道交通等多种交通方式，因此可以在一定范围的建筑空间内实现乘客的高效换乘行为^[1]。

传统及现状的建筑方案设计多以设计师的理念和经验为主导，依据相关规范、标准或图集进行功能分区、流线组织和空间组合，基本不进行量化分析。对于人流量大、流线复杂的综合客运交通枢纽，有可能导致换乘空间不足、换乘客流交叉、换乘距离过长及换乘时间过长等问题，这就需要采用更为科学的预测及量化设计方法。近年来，铁路枢纽的换乘空间从“站台换乘”和“广场换乘”模式，发展到“换乘大厅”和“换乘中心”模式，以“集约利用空间”、“公交优先”、“零距离换乘”为理念，有效提高换乘效率和换乘舒适性，达到立体化的流线组织。

1 仿真模拟方法及适用性解析

LEGION仿真技术可用于对铁路、地铁车站、机场等人流聚集区域的步行人流模拟分析，主要包括LEGION Model Builder 及LEGION Simulator 两部分，仿真分析时将车站的方案图导入LEGION Model Builder，设置站内各设施、设备的参数，输入客流数据，建立仿真模型；再使用LEGION Simulator 可对模型进行数据模拟，通过输出不同的图形、图表体现仿真结果。

1.1行人仿真软件及流程

运动仿真是模拟行人在室内或室外如何从起点运动到终点的过程。LEGION软件是被认为最有效的行人仿真与分析工具之一，广泛用于铁路、地铁车站、场馆、机场、重大活动等人流聚集区域的步行人流模拟[2]。LEGION软件主要包括LEGION Model Builder及LEGION Simulator两部分，仿真分析时将车站的方案图导入LEGION Model Builder，设置站内各设施、设备的参数，输入客流数据，建立仿真模型；再使用LEGION Simulator可对模型进行数据模拟，通过输出不同的图形、图表体现仿真结果[3]。大型综合交通枢纽的换成空间，流线复杂，人员密，因此运用仿真模拟技术对大型综合交通枢纽进行行人模拟分析，可以在设计方案的初期有效的预判设计中存在的问题，方案过程中通过模拟对比，找出最优方案，属于辅助设计，可在后期的建筑施工中有效的节约成本。

1.2西安火车站交通特征及发展需求

（1）项目概况

西安火车站目前年客运量达到2680万人次，改扩建工程形成集城际铁路(含部分高速铁路)客运、普速铁路客运、城市轨道交通、中长途公路客运、城市公交、出租汽车、社会车辆于一体的大型综合交通枢纽中心（图1）。改扩建后车站规模扩大为9台18线，站房最高聚集人数12000人，成为拥有南北双广场、双站房、多通道的大型综合交通枢纽，同时实现与地铁无缝接驳换乘。

图1西安站地下交通枢纽位置图（来源：项目图纸）

（2）交通需求分析

根据《西安站枢纽改扩建可行性研究报告》，远期2035年旅客年发送量为4520万人，最高聚集人数12000人，高峰小时旅客发送量约9780人。旅客出行方式将以地铁、公交、出租为主，三者总和将占到总出行的80%以上（表1）。由于远期地铁集散能力的提高，公交和出租车场的规模需求将小于中期，因此，模拟分析以中期规模控制各类设施规模。

1.3研究对象参数确定

在对行人进行仿真模拟时，需要对模型参数和行人参数进行标定。模型参数的确定可分为空间参数和设施参数两部分。其中空间参数是对建筑模拟范围内的墙、柱和障碍物等阻碍行人通过的边界进行设置。设施参数是指楼梯、扶梯、验票闸机等对行人运动产生影响的交通设施。自动扶梯段，固定运行速度为0.53m/s，行人上楼梯速度为0.8m/s，闸机每次只允许一人通行，通行时间为2s。行人参数分为行人特性参数和行人数量参数俩部分，行人特性参数根据相关文献的研究统计，行人半径设定为0.45m，行走速度为0.9m/s，携带大型行李的行人占44%。行人数量参数根据《西安站枢纽改扩建可行性研究报告》中高峰小时旅客发送量，及乘坐不同交通设施的比例来确定。

2换乘中心多种布局模拟优化

 西安站改扩建综合交通枢纽采用“零换乘”原则，设计国铁和地铁快速进站厅，将乘坐公交车、出租车、网约车等其他旅客分流到北广场地下交通枢纽（图2、图3）。因人流量大且流线复杂，换乘中心的设计尤为重要，在设计过程中，分别设计了单厅式、平面多厅式、立体多厅式等多种换乘中心，并且使用LEGION仿真软件进行模拟，必选出最优方案。在模型搭建过程中，首先需要梳理初步方案cad图，对进出站出入口进行编号，确定实体类型，设置数据配置文件，将完成0D矩阵导入LEGION Moder Builder中，对上下行楼梯梯、售票机、闸机、安检设施、描述，各路线以及各方向行人产生和消失的模块进行设置，最后使用LEGION Simulator进行仿真模拟，输出仿真结果，并对仿真结果进行分析（图4）。通过LEGION Simulator中输出的图表，统计旅客换乘各种交通设施的平均换乘时间。选择公交车站、出租车上客区、网约车上客区、快速进站厅入口等典型场所，进行人流密度分析，得出最大密度图，密度越高，颜色越偏红，说明越拥挤，密度低则越偏蓝色。

2.1单厅式模型

单厅式是各种交通方式的换乘站台围绕单一换乘厅布置，换乘序列较为简单（图5）。通过最大密度图可见，单厅式的布局在换乘中心入口处、公交车换乘处和地铁换乘处多处形成拥堵（图6）。主要原因是单厅式的布局没有明确的路径，选择不同换乘工具的铁路出站旅客需要在换乘大厅入口的信息指示处确定所乘坐换乘工具的位置，客流容易形成路径交叉。且因为不同的换乘站台没有明确的分隔，旅客易选择最短路径到达自己所需去往的换乘站台，此时则更容易出现流线交叉，如图所示换乘出租车的乘客会穿越公交车站台，形成拥堵，客流交叉频率加大。

2.2平面多厅式模型

平面多厅式是在同一平面内设置多个换乘厅，换乘站台围绕不同的换乘厅布置（图7）。由最大密度图可见，市政通道末端与换乘大厅衔接处及公交指示信息观察区域形成拥堵（图8）。

主要原因是公交车站采用双厅式布局，换乘公交车的旅客由地下二层出站后，在市政通道末端与换乘广场衔接处需确认公交车站，由于有38条公交线路，两侧公交站厅共设置6部楼扶梯通向地下一层公交车乘车岛，旅客聚集较多，且此处同时还有大量需乘坐出租车、网约车等其他乘客经过。可见双厅式公交车站布局造成人流聚集、交叉，使得换乘时间较长。

2.3立体多厅式模型

立体多厅式的布局是在不同层设置多个换乘厅，换乘站台围绕换乘厅立体布置，这种布局方式可以有效地利用空间，并未增加空间消耗，各层换乘序列简单（图9）。由图可见，国铁旅客出站后公交换乘旅客换乘中心入口处的楼扶梯到达次级公交站厅，在次级公交站厅中，再选择左侧专用楼扶梯到达不同的公交乘车岛（图10）。在此过程中会发生少量的拥堵，但拥堵情况已明显好于单厅式与平面多厅式。乘坐地铁的乘客通过左侧扶梯下入地铁站厅，出租车换车的旅客通过两侧的换乘通道直达换乘站台，步行旅客经过左侧扶梯直达广场，社会车乘客通过换乘通道前往负三层停车场。由此可见此种布局方式可有效减少乘客在换乘厅内寻找换乘出入口的时间，提高换乘效率。

2.4模拟优化

（1）公交车分层立交

图11公交车分层立交示意图（来源：项目图纸）

公交车东西双厅式布局模式，改为立体单厅式，并去掉2部通往地下一层公交车候车岛的楼扶梯组。换乘公交车的旅客经市政通道后，到达换乘大厅，左转进入公交候车厅，只需经过一次视线转折，避免了在市政通道与换乘大厅形成拥堵，且换乘公交车的旅客在相对独立的公交候车厅内进行公交指示信息的查看，不会对换乘其他设施的旅客进行干扰，旅客确认信息后，经楼扶梯到达公交车通行的地面一层半封闭式公交车候车岛，乘车离开（图11）。

（2）出租车同层立交

出租车上客区按照同层人车立交设计，因出租车换乘区域人车频繁交叉，在同一层空间内设置人车立交，使换乘出租车的乘客与车辆立体交叉，将一层空间成功的划分为两部分，出租车在立交下行驶，旅客通过坡道进入人行立交，人车完全分离（如图10）。同层立交设计不仅提高了乘坐出租车的旅客的换乘效率，也保证了旅客安全，使得旅客不需穿车道，就可以到达上车区（图12）。

图12出租车同层立交示意图（来源：项目图纸）

（3）总体设计优化

根据对出站层的高峰小时密度图及换乘时间的对比可见优化设计后，换乘时间有大幅度的减少（见表2）。公交车采用分层立交换乘时间减少了4min，优化率为58.10%；出租车采用同层立交换乘时间减少了4.8min，优化率为57.67%。通过总体换乘层最大密度图可见（如图13），在高峰小时密度图中也未见拥堵现象，表明LEGION仿真模拟分析对于大型铁路客运站换乘设计具有显著的优化效果，在此基础上进行换乘流线组织与空间设计，可以提高换乘效率，并保证长远的使用需求。

图13总体设计优化最大密度图（来源：模拟软件输出图）

3.换乘中心布局设计要点

大型综合交通枢纽需要衔接多种交通方式，内部换乘流线复杂多样，换乘中心的设计不应该是几种流线的叠加，而应该进行数字化量化设计，科学合理的确定换乘路线、换乘距离和人均换乘面积等。通过对不同换乘布局的模拟分析，可通过“立体布局、垂直分层、平面分厅”等布局方法实现缩短换乘时间、人行车流分离、公共交通优先等设计目标。

3.1立体多厅式换乘中心总体布局

立体多厅式布局是指公交、地铁、出租车、社会车等不同交通工具应按照换乘需求分设在不同层，并设置专用换乘厅。可将公交站厅设置在地下一层，出租车候车区设置地下二层在出站层，地铁站厅设置在地下三层。私家车公共性较弱，不需要设置专用换乘厅，旅客可在换乘中心乘坐扶梯直接下地下三层和地下四层的社会车停车库，乘车离开。同样人行交通社会性也较弱，可扶梯直接到地面层。立体多厅式布局可以有效避免不同换乘需求的旅客在换乘厅内混行，形成众多流线交叉点，同时可以有效地利用空间，缩短换乘时间，提高换乘效率。

3.2 满足人车分离的多层垂直布局

换乘中心内部车辆行驶密集，人车混杂，当人员穿行时车辆需停车等候，这将极大地增加换乘时间，形成拥堵。传统的人车分离为平面分离模式，即使用高出车道的站台和栏杆将行人与车辆隔离，在必须人车交汇的地方使用减速带和斑马线，但这种方式换乘效率较低，因此在人车必须交叉的点，可以使用同层立交和分层立交的方式将人车进行分离。同层立交适用于出租车上客区和网约车上客区，是将一层空间分为两个部分，车辆在立交桥下通行，旅客通过坡道上下人行立交，人车完全分离。分层立交是使用上下两层组织人车交通，适用于公交车候车岛，旅客先在本层选择，再通过扶梯到达上层的公交候车岛，候车岛为封闭式，类似于地铁候车区，使人车完全分离。人行立交虽会增加一定的换乘距离，但是通过仿真模拟多层垂直布局可以有效缓解拥堵，缩短换乘时间。

3.3 公共交通优先的多厅平面布局

通过模拟对比分析得出，在换乘中心布置各类交通站点的时候，应该遵循公共交通优先原则，将各类交通点逐级分散，公共性最强及旅客使用最多的公交车及地铁布置在最便利的位置，再将出租车、网约车公共性次一级的布置在次便利的位置，社会车的公共性最弱，因此可以布置在换乘中心相对最不利的位置。在具体设计过程中可将不同的交通方式划分为四级，第一级是步行交通，直接在换乘中心进行分流，旅客在换乘中心可以看到上地面的扶梯；第二级是公共性最强的公交车、地铁，入口紧贴着换乘中心，换乘距离最短；第三级是公共性次一级的出租车，换乘入口通过短通道与换乘中心连接；第四级是公共性最弱的网约车及社会车，换乘入口连接通道及楼扶梯，换乘距离最长。多厅平面布局方式可以将出站的密集瞬时人流进行快速分流，有效避免拥堵，缩短换乘时间。

结论

综合交通枢纽换乘种类设施较多，换乘中心的设置尤为重要，如果换乘布局不合理，极易导致人流过密及换乘距离过长及换乘时间过长等问题，应用LEGION软件，对单厅式、平面多厅式和立体多厅式等布局模式进行模拟，结果表明换乘效率最高的布局模式为立体多厅式，在此基础上继续对该布局方式进行模拟优化，结果表明“立体分流、垂直分层、平面分厅”等布局设计要点，是提高综合交通枢纽换乘效率的有效途径。

参考文献

[1]陈剑飞，陈一辉. 高铁站换乘中心与站房主体空间形式一体化设计研究[J].建筑与文化，2021(09).

[2]余晶.基于行人仿真模拟的地铁车站方案优化设计——以地铁佛山西站为例[J].中外建筑,2017(10):147-150.

[3]李耿旭,耿浩,王九州,朱小军.基于Legion仿真软件的地铁车站设计优化[J].天津建设科技,2021,31(04):75-77