基于多源数据融合的北京轨道交通既有线客流特征与优化提升对策研究

Research on Passenger Flow Characteristics and Optimization and Promotion Countermeasures of Beijing Rail Transit Lines Based on Multi-source Data Fusion

摘要

随着北京轨道交通网络化的运营，交通出行总量保持增长态势，乘客通勤时间长、客流吸引力不足、客流负荷不均衡、网络功能不完善等问题仍然存在，在服务能力、服务效率、服务水平等方面还需进一步优化提升。从多源客流数据入手，通过手机信令、AFC刷卡等数据从不同层面研究轨道交通网络结构与客流需求的耦合性、网络化进程中客流特征及存在问题、车站层级客流特征。基于多源数据融合的轨道交通客流特征分析，从宏观层面提出轨道交通网络的织补及服务能力的提升、从中观层面提出轨道交通单条线的服务效率的提升、从微观层面提出北京轨道交通换乘车站服务水平的提升，并针对具体案例给出优化提升的策略及实施要点。

Abstract

With the networked operation of Beijing rail transit, the total transportation volume has maintained a growth trend. However, issues such as long commuting time, insufficient passenger flow attraction, and uneven passenger load distribution, and incomplete network functionality persist. Further optimization and improvement are required in terms of service capacity, service efficiency, and service quality. This paper started from multi-source passenger flow data and conducted an analysis of the coupling between rail transit network structure and passenger flow demands, passenger flow characteristics and existing problems in the network process, and station-level passenger flow characteristics using data sources such as mobile phone signaling and AFC card swipes. Based on the analysis of rail transit passenger flow characteristics using multi-source data fusion, this paper proposes actions at different levels. At a macro level, it advocates for strengthening the rail transit network and enhancing service capacity. At an intermediate level, it suggests improving the service efficiency of individual rail transit line. At a micro level, it recommends raising the service quality at transfer stations within the Beijing rail transit system. Additionally, the study provides optimization and improvement strategies, along with implementation guidelines for specific cases.

Graphical abstract

关键词

多源数据 / 既有线 / 客流特征 / 优化提升 / 实施策略

Key words

Multi-source Data / Existing Lines / Passenger Flow Characteristics / Optimization and Promotion / Implementation Strategies

自1969年北京建成首条地铁起，截至2022年底北京市轨道交通运营线路已达27条，车站475座，运营线路里程807 km^[1]。轨道交通在城市公共交通中发挥了巨大的作用^[2]。虽然网络化运营下的客流规模日益增长，但轨道交通系统仍存在网络结构与客流OD契合度低、乘客通勤时间长、客流吸引力不足、客流负荷不均衡、网络功能不完善等几大方面的问题。近几年，随着信息化的发展，基于多源数据融合的轨道交通客流模型日益成熟^[3]，旨在通过多层面剖析既有的客流大数据，准确把握既有线网存在的问题，并提出针对性的解决措施。

1　基于多源数据融合的轨道交通客流特征与问题分析

互联网、大数据、云计算等技术的发展，为交通数据的采集与分析提供了新的途径和方法。基于不同技术采集的多源交通数据与传统上仅有的交通调查数据相比，具有覆盖面广、样本量大、数据精度高等优势。基于多源数据的交通特征分析更加契合当今城市交通快速发展的背景，也能够更加准确地把握城市居民的出行特征。本次主要使用“城市仿真”数据底座平台中部分数据，包括北京市轨道交通路网矢量数据、轨道交通AFC数据以及手机信令数据等，对北京市城市及轨道交通客流特征进行分析，得出目前北京轨道交通既有线网主要存在如下问题。

1.1　服务能力不足

北京市居住区及就业区较为集中，导致高峰时段轨道交通出行需求过大^[4]。如早高峰进站量较大的站点均主要集中于回龙观、天通苑等大型居住区，而出站量较大的站点则主要集中于CBD、中关村、金融街等岗位聚集地，导致相关区域轨道交通供需矛盾突出，车站常态化限流。此外，受职住分离特征的影响，北京市轨道交通客流存在较大的空间不均衡性，部分轨道交通断面满载率明显偏高，运能缺口明显。

如八通线及6号线东段，沿线区域以居住用地为主，早高峰存在大量进城客流需求，2019年轨道交通最大断面满载率如表1所示。2019年6号线东向西方向早高峰时段在黄渠—呼家楼区间满载率均超过100%，最大断面满载率高达124%；八通线东向西方向早高峰时段断面客流持续累积，传媒大学—高碑店站为最大断面区间，最大满载率同样为124%。虽然中心城东部平谷线即将建成^[5]，但其主要为解决平谷、燕郊及副中心进城客流，自身客流需求已处于较高水平，对于6号线和八通线客流压力的缓解有限^[6]。超高的高峰断面满载率导致车厢异常拥挤，乘客出行体验差，同时对轨道交通运营安全也产生一定的影响，亟需采取措施对服务能力进行提升。

1.2　OD契合度低

城市轨道交通网络是由相对独立的轨道交通线通过换乘节点衔接形成的，由于建设时机的不同以及所处城市功能区位的不同，不同线路对应的客流需求时空分布特点各异^[8]。近年来，北京市处于城市化、机动化快速发展时期，居民出行需求及出行特征在时间和空间上也发生了显著的变化，部分早期规划建设的轨道交通线路走向与实际客流需求存在差异，线路和功能区的融合仍存在一定的问题，线路与客流出行OD不能很好地契合，轨道交通通达性较差，无法满足客流出行需求，造成部分区域轨道交通竞争力明显不足。

如大兴线，近年来随着丰台总部基地的发展，大兴线沿线与该区域间的联系日益增强。早高峰大兴线沿线客流(全方式)目的地分布如图1所示，根据现状手机信令数据分析，大兴线沿线1 km范围内客流进城主要目的地为总部基地、中关村、金融街、CBD，其中去往丰台总部基地约5.3万人/d。但是由于大兴线前往9号线现状轨道交通通达性较差，去往其主要目的地之一的总部基地的轨道交通客流几乎不存在，占全方式出行比例仅0.4%^[9]，轨道交通竞争力明显不足。而大兴线沿线其他主要目的地，如金融街、中关村、CBD等，因轨道交通通达性较好，其出行轨道交通分担比例明显较高，均在25%以上。

在海淀山后区域居住、产业日益集中的背景下，该区域对外发生及吸引出行量也逐渐增加。海淀山后区域早高峰客流来源地分布如图2所示，海淀山后区域早高峰客流目的地分布如图3所示，现状手机信令数据显示，与海淀山后区域联系较为紧密的区域包括中关村、昌平线沿线、回龙观—清河区域等，但是由于轨道交通线路的缺失，现状以上区域与海淀山后的轨道交通联系几乎为0。

由于上述问题的存在，相应出行OD轨道交通分担率极低，其出行只能靠小汽车、常规公交等地面交通方式解决，从而导致道路交通、常规公交在高峰时段运行压力较大，需要有针对性地对既有轨网进行修正、调整。

1.3　出行效率低

随着城市化进程的进一步加快，城市以及城市居民对时效性的要求越来越高^[10]。城市轨道交通作为提供中长距离出行的公共交通工具，应在时效性上进一步发挥其优势。目前北京市早高峰时段轨网平均出行耗时74.9 min，接近小汽车出行耗时的2倍；平均行程速度15.3 km/h，低于小汽车的16.1 km/h，轨道交通的时效性优势并不明显。尤其近郊新城线路，其沿线以居住用地为主，与中心城间出行联系明显，而此类线路自身长度及乘客乘坐距离通常较长，部分线路或廊道出行效率明显较低。

如昌平线，南起海淀区西二旗站，北至昌平区昌平西山口站，联系了昌平区与北京中心城区。早高峰昌平线进城客流目的地分布如图4所示。从轨道交通昌平线早高峰客流出行分布来看，昌平线北段早高峰客流目的地排名第一的为西二旗站，主要为西二旗出站或通过西二旗换乘去往上地、中关村、永丰、海淀山后等地，有点对点、向心性出行特征，该部分客流进城时效性存在提升的必要，以实现昌平线北段客流快速到达目的地，提升线路服务水平。

西南方向进城廊道，燕房线与9号线、良乡等区域联系较为紧密。早高峰燕房线沿线客流前往良乡区域最多，占比28%，其次去往总部基地区域、中关村区域、北京西站区域占比也相对较大。早高峰房山线前往9号线客流最多，占全线客流的38.7%，其次是房山线自身出站，占比12.9%。从不同区域来看，早高峰房山线沿线客流前往总部基地区域最多，占比25.3%，中关村及北京西站区域分别占比10.9%和8.9%。早高峰房山线进城客流目的地分布如图5所示。从现状客流情况来看，上述西南进城通道存在明显的点对点客流出行需求，但是由于主要OD之间出行多需要换乘，导致轨道交通出行效率低下，如以燕山站到丰台科技园站为例，主要OD对不同交通方式出行效率对比如表2所示，轨道交通需换乘2次，耗时66 min(不考虑接驳时间)，小汽车则仅需47 min。轨道交通时间竞争性明显较差，吸引力明显不足，从而导致现状燕房线客流效力不够理想。

针对上述问题，需落实“以人为本”交通服务理念，通过工程技术及运营组织优化手段实现精准服务，提高轨道交通出行效率，提升轨道交通吸引力。

1.4　换乘节点压力突出

根据统计，2019年北京市轨道交通全网(不含市郊铁路)工作日日均进站量654.1万人，换乘量578.8万人，换乘系数高达1.88，与国内外主要城市相比明显较高^[11]。受北京轨道交通网络结构的影响，部分线路起终点设置不合理，导致大量客流被动换乘^[12]。2019年北京轨道交通早高峰(7：00—9：00)换乘量最大的10个站客流情况如表3所示。早高峰(7：00—9：00)换乘量排名前10的车站换乘量均在3万人以上，其中宋家庄站2 h换乘量高达6.1万人，西直门站为5.7万人，芍药居站约3.6万人。随着轨道交通客流的增长，站点换乘压力越来越大，远远超过换乘站设计客流，换乘通道内客流密度高，给轨道交通运营带来了安全隐患。

此外，换乘不便捷也是轨道交通面临的主要问题。目前换乘距离超过100 m的车站占47%，换乘距离超过250 m的车站占11%。全路网采用通道换乘方式的换乘站34座，占换乘站总数的64%，同台换乘车站仅6座，其余换乘多数需要站台提升至站厅，再下至站台，“爬上爬下”现象突出，换乘便捷性不足，换乘时间长。

针对大客流换乘站点，需在进一步研判客流需求的基础上，分析换乘节点压力来源，有针对性地疏通网络节点，疏解单点换乘压力，改善换乘条件，提升换乘便捷性和舒适性。

2　优化提升对策及实施要点

2.1　基于问题分析的既有线优化提升整体对策

宏观层面，分析既有客流数据，基于手机信令数据获取北京市职住空间分布，研究不同交通圈层下北京市空间结构、交通时空分布、轨道交通网络三者之间的耦合关系，分析全市主要走廊通道、各区发展轴带、重要空间节点三大方面的轨道交通网络支撑强弱，评价轨道交通建设时序与城市空间演变的契合程度，从全方式交通出行，分析片区廊道的交通出行特点。由于建设时机的不同以及所处城市功能区位的不同，不同线对应的客流需求时空分布特点各异，导致个别线路的OD与实际客流需求存在差异，从全网宏观层面，提出通过增复线、建支线、扩编组、缩间隔等方案来进行轨道交通网络的织补及结构的优化。

中观层面，聚焦不同廊道、不同线路，从具体轨道交通线路客流特征分析入手，结合重点功能区发展需求，以满足不同的客流需求为出发点，提升线网的直达性及运营多样性，有针对性地研究通过增加越行线、既有线设备设施改造等方式来满足乘客多方向的出行需求，提高轨道交通网络服务效率，缩短乘客出行时间。

微观层面，从车站层级考虑，结合不同类型的车站的客流特征，针对性地解决车站级问题。如车站换乘的便捷性及时效性是影响车站服务效率的重要指标，也是车站高效运营管理的重要因素。通过对北京既有轨道交通车站的调研分析，针对不同结构类型的换乘车站，系统性总结换乘站的问题，提出具体的优化方案。对于客流一般的车站，应统筹周边规划及用地，有针对性地提出一体化方案。

基于以上思路，提出北京轨道交通存在的问题及对策如表4所示。

2.2　具体实施要点

结合目前北京轨道交通网络中存在的问题，提出4个方面的具体实施要点。

2.2.1　增建复线

对于线网中局部地段或区域轨道交通满载率高，既有运力不满足要求的，可考虑通过增加复线，提高廊道能力。如针对1号线、6号线东段客流满载率高的问题，考虑在局部满载率高的区域增设复线，增加局部区域的运输能力，同时结合既有线路，灵活组织运营交路，满足不同方向上的客流需求。可从线网角度，在1号线与6号线之间搭建1条联络线^[13]，同时考虑目前1号线、八通线已经贯通，将八通线往西继续延伸至国贸。一方面，加强CBD区域廊道能力，实现东部走廊OD直连。另一方面通过M1线与M6线衔接换乘，缓解M6线客流压力。新建复线方案示意图如图6所示。

新建联络线从四惠东站经高碑店延伸至6号线褡裢坡，与6号线衔接；同时从既有四惠站向西经大望路延伸至国贸站。联络线建成后，可开行多种运营交路，新建复线后运营交路图如图7所示，有利于满足不同方向的客流需求，解决东部交通出行短板问题。基于北京市轨道交通二期建设规划调整的客流预测成果，通过建立轨道交通客流预测模型，预测建复线后，早高峰6号线东段换入1号线东延线最多可达8 000人/h，6号线最大断面客流得到缓解最多可达约10%。可见，通过复线的建设，可有效缓解既有线运力矛盾突出问题。

2.2.2　增设联络线

对既有线网的服务覆盖与城市空间发展缺少耦合，部分重点区域甚至存在服务空白的区域，应根据目前轨道交通网络的布局，结合居民出行OD需求，通过建支线或联络线的方式对轨道交通网络进行织补，填补轨道交通网络的空白区域。

如大兴地区进城的主要目的地为3大方向，分别为西侧的总部基地及丽泽、中部的金融街—中关村、东部的泛CBD区域。但目前轨网缺少大兴和总部基地的直连线，同时现状受中心城4号线能力限制，大兴线未能开满30对/d，既有西红门站已满载，难以满足客流需求。根据大兴至丰台总部基地方向的交通情况分析，全交通方式中早高峰大兴沿线前往总部基地的客流量约5.3万人/d，但在这个方向上缺少轨网直达方式的服务。联络线方案示意图如图8所示。初步可考虑从大兴线的西红门站出岔，新建联络线与9号线的郭公庄站衔接^[14-15]。未来可考虑联络线预留独立成线的条件。通过修建简短的联络线工程，织补线网，实现直线距离仅6 km左右的大兴线与9号线的联系，提供该方向上的出行的便捷性，有效提升轨道交通出行占比。

通过建立轨道交通客流预测模型，预测联络线2027年全日客流量约7.5万人/d，高峰小时约1.3万人/h。预测联络线2027年为9号线新增客流5.3万人/d，日均客流总量较现状提高约9%。

2.2.3　线路提速

针对现状联系中心城与外围新城的轨道交通线路目前存在速度低、旅速慢的问题，提出开行快慢车的思路。首先结合车站周边规划对客流需求进行分析，确定对提速需求最为迫切的区段以及客流需求较大不宜越行的车站。结合线路的高架、地下敷设条件，及初步的快慢车开行方案，确定需要增加越行线的车站，对增加越行线的工程难度及代价进行综合研究。力求用较小的工程代价，实现较大的时间效益。根据提出的快慢车开行方案，对客流进行复核检验，检验开行快慢车后的系统能力是否能够满足预测的远期客流需求。

目前昌平线、燕房线、房山线、15号线、亦庄线大部分线路均为高架段，具备增加越行线的条件。建议在高架车站两侧设置越行线，在外围线路开行快慢车，解决主要客流的快速出行需求。如昌平线，结合运行图的铺画，需在进站量较小的巩华城站增设越行线，快车可越行十三陵景区、北邵洼站、南邵站、沙河高教园站、巩华城站、朱辛庄站6座车站，开行快车6对/d，可将昌平线的旅行时间节约7.5 min。昌平线快慢车运营交路图如图9所示。

既有线开行快慢车，快车能够提升出行的时效性，但同时也会有因慢车避让带来的乘客受损。

受益人群主要包括2方面。①快车速度提升受益人群。快车进城时效性较高，对所停车站客流吸引较强，开行快车的区间能够吸引大部分相应OD对应的客流。根据现状轨道交通运营客流，按照快车吸引其前后相邻两列车的客流计算，高峰时段将吸引4.7万人乘坐快车，平峰时段吸引1.7万人乘坐快车，全日受益人群共约6.2万人次，根据不同站点间快车较普通列车节约的时间，共可节省时间约3 975 h。②站点发车间隔较现状缩短进一步受益人群。开行快车后，部分站点发车对数较现状有明显增加，发车间隔缩短，相应站点客流平均候车时间减少，该部分乘客也是受益客流之一。根据现状轨道交通运营客流计算，此类受益客流全日共计14.2万人，节约时间约4 134 h。2类受益客流合计全日共20.4万人，节约时间8 109 h。

受损人群主要包括以下2方面。①因慢车避让受损人群。由于提速改造后为满足开行大站快车，部分列车需停站等待，其出行时间将较普通列车有所增加，车上乘客将成为开行快车的受损客流，经过计算，高峰受损客流2.1万人，平峰受损客流2.6万人，每日受影响客流共计4.7万人，按照慢车站停时间增加约2 min，折算为时间共计1 562 h。②因发车间隔增加受损人群。部分车站发车对数较现状有所减少，发车间隔增加，导致部分乘客候车时间增加，该部分乘客也为受损客流。经计算全日该类受损客流共计3.1万人，折算时间约230 h。2类受损客流合计全日共7.8万人，增加旅行时间1 792 h。

综合来看，净受益人群为12.6万人/d，时间效益每日可节约6 317 h。

2.2.4　优化换乘

针对线网中换乘不便捷的车站，从换乘距离、换乘高差等方面进行提升。例如复兴门站，复兴门站位于北京市西城区复兴门内、外大街与西二环交汇处。车站位于金融街片区西南角，站位北侧为百盛购物中心，南侧为远洋大厦。该站是地铁1号线与2号线的换乘车站，是北京地铁的第一座换乘站。两线均为端厅式车站，1号线站台在下，宽度为12.1 m，设1部厅台楼梯；2号线站台在上，宽度为12.1 m，设2部厅台楼梯。两线通过通道+节点楼梯的方式换乘。车站设4个出入口，均位于二环东，均只设上行扶梯，无无障碍电梯。具体优化措施建议将4 m宽坡道换乘通道优化为平直换乘通道，通过垂直电梯、楼扶梯解决两线高差问题，实现换乘无障碍，换乘空间扩大，从而提升复兴门站换乘体验。复兴门站原方案换乘流线示意图如图10所示，复兴门站换乘优化流线示意图如图11所示。

3　结束语

通过分析北京轨道交通既有线网及运输组织存在的问题，提出了优化对策和实施要点。针对既有线优化提出的具体策略，在下一步实施层面仍需要深入的研究。提出的通过联络线织补线网、弥补OD不足还应考虑线网规划情况、工程实施改造难度、对既有线路停运影响等进一步落实方案的可实施性；通过增加越行线还应进一步考虑周边沿线功能集聚情况、结合目前北京微中心规划布局情况研究具体的快线停靠方案，进一步分析开行快慢车的经济性；换乘站的改造实施还应进一步研究在既有运营线路上进行改造对乘客出行的影响。研究中所提到的方案还应结合工程实施难度、用地规划、工程投资等进一步论述。

参考文献

[1] 北京市交通发展研究院. 2023年北京市交通工作报告[R].北京：北京交通发展研究院，2021.

[2] 刘剑锋，罗铭，马毅林，等.北京轨道交通网络化客流特征分析与启示[J].都市快轨交通，2012，25(5)：27-32.

[3] LIU Jianfeng， LUO Ming， MA Yilin，et al. Analysis on the Passenger Flow Characteristics of Beijing Urban Rail Network[J].Urban Rapid Rail Transit，2012，25(5)：27-32.

[4] 王静，刘剑锋，马毅林，等.北京市轨道交通车站客流时空分布特征[J].城市交通，2013，11(6)：18-27.

[5] WANG Jing， LIU Jianfeng， MA Yilin，et al.Temporal and Spatial Passenger Flow Distribution Characteristics at Rail Transit Stations in Beijing[J].Urban Transport of China，2013，11(6)：18-27.

[6] 胡兴丽，熊慧茹，邹雄.基于多交路运行的同种制式轨道交通跨线组织研究[J].铁道运输与经济，2019，41(1)：111-115.

[7] HU Xingli， XIONG Huiru， ZOU Xiong.A Study on the Cross-line Traffic Organization of the Same-type Rail Transit Based on Multi-Route Operation[J].Railway Transport and Economy，2019，41(1)：111-115.

[8] 北京城建设计发展集团股份有限公司.北京轨道交通二期建设规划调整方案[R].北京：北京城建设计发展集团股份有限公司，2019.

[9] 北京市交通发展研究院.北京轨道交通二期建设规划调整方案客流预测报告[R].北京：北京交通发展研究院，2019.

[10] 北京市交通发展研究院. 2020年北京交通发展年报[A].北京：北京交通发展研究院，2020.

[11] 张鹏，金龙，张天伟.以节省乘客旅行时间为目标的城市轨道交通快慢车停站方案[J].铁道运输与经济，2016，38(10)：90-94.

[12] ZHANG Peng， JIN Long， ZHANG Tianwei.Planning Stops of Urban Rail Transit System with a Target of Maximizing Total[J].Railway Transport and Economy，2016，38(10)：90-94.

[13] 北京市交通发展研究院. 2021年北京交通发展年报[R].北京：北京交通发展研究院，2020.

[14] 毛保华，刘明君，黄荣，等.轨道交通网络化运营组织理论与关键技术[M].北京：科学出版社，2011.

[15] 黄志远，徐瑞华，杨儒冬，等.城市轨道交通客流网络分布均衡性评价[J].交通运输系统工程与信息，2018，18(3)：139-145.

[16] HUANG Zhiyuan， XU Ruihua， YANG Rudong，et al.Evaluation on Equilibrium of Passenger Flow Distribution on Urban Rail Transit Network[J].Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology，2018，18(3)：139-145.

[17] 马超群.城市轨道交通客流特征与规律分析[J]. 铁道运输与经济，2015，37(6)：85-91.

[18] MA Chaoqun. Analysis on characteristics and principle of passenger flow of urban rail transit[J]. Rail Way Transport and Economy，2015，37(6)：85-91.

[19] 北京城建设计研究总院有限责任公司.北京地铁6号线工程可行性研究报告[R].北京：北京城建设计研究总院有限责任公司，2009

[20] 北京城建设计研究总院有限责任公司.北京地铁9号线工程可行性研究报告[R].北京：北京城建设计研究总院有限责任公司，2007.

[21] 铁道第三勘察设计集团有限公司.北京地铁大兴线工程初步设计文件[R].北京：铁道第三勘察设计集团有限公司，2008.