基于流体力学理论的地铁站台端客流模型研究

论文摘要

目前,在车站设施的设计中主要依据《地铁设计规范》,再结合远期预测客流的高峰值确定设施规模的大小,而往往忽略了客流的动态影响,导致车站设施很难完全适应客流的流动状态需求,影响设施系统整体能力的充分发挥。因此,为了实现交通设施的优化设计,有必要对客流的运动规律进行深入的研究。充分掌握客流在车站设施中的运动规律。城市轨道交通客流与流体具有一定相似性,能否利用流体力学的理论研究客流特性的成为一个亟需解决的问题。流体力学基本理论在交通流理论研究中的应用,也使客流研究中引入这一理论成为必然。通过对城市轨道交通客流与流体的相似性分析,先后提出了客流连续性假设、客流压力P(设施压力)的概念,并对其相应的参数做出了鲜明的对比和转化,主要包括速度、密度、流量、压力、过流断面等等,为有效地将流体力学思想应用到客流研究中提供了理论上的支持；利用流体力学理论推导验证了符合站台端客流运动规律的连续性方程、运动微分方程和特定条件下的客流伯努利方程,并结合客流规律对数学模型进行了详细分析；通过建立站台和不同楼梯宽度(4m、5m、5.4m、6m、6.4m、7m)的组合模型,研究了楼梯宽度和客流速度、速度变化率、客流压力(设施压力)、压力变化率的关系。本文的主要研究结论包括：通过一定的条件假设,流体力学理论可以应用在城市轨道交通客流的研究中；利用推导得到的数学模型能够从本质上解释客流运动中部分现象的原因；对不同楼梯宽度和站台组合模型的计算分析,为站台端楼梯宽度的选择提供了参考；通过对北京市若干城市轨道交通车站站台客流运动的实地调研,提出了拥堵区域的“梯型”模型。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1. 研究背景
• 1.2. 研究目的及意义
• 1.3. 国内外研究现状
• 1.3.1. 客流解析模型研究现状
• 1.3.2. 客流仿真模型研究
• 1.4. 研究内容及研究路线
• 2. 城市轨道交通客流特性分析
• 2.1. 乘客个体特性及行为分析
• 2.1.1. 乘客个体特性参数定义
• 2.1.2. 乘客个体特性分析
• 2.1.3. 乘客个体行为分析
• 2.2. 乘客群体特性分析
• 2.2.1. 乘客流特性参数定义
• 2.2.2. 乘客流特性分析
• 2.2.3. 乘客流行为分析
• 2.3. 站台客流特性分析
• 2.4. 本章小结
• 3. 客流与流体相似性分析及参数转化
• 3.1. 客流与流体相似性分析
• 3.1.1. 属性相似性分析
• 3.1.2. 运动类型相似性分析
• 3.1.3. 基本概念相似性分析
• 3.2. 客流参数的转化
• 3.2.1. 流体参数
• 3.2.2. 乘客流与流体流的参数转化
• 3.2.3. 乘客流中各参数的定义
• 3.3. 客流模型研究对象及假设
• 3.3.1. 客流模型研究对象
• 3.3.2. 站台客流连续性假设
• 3.3.3. 客流作用力假设
• 3.3.4. P的量纲分析
• 3.4. 本章小结
• 4. 站台端客流模型建立及分析
• 4.1. 客流连续性方程的建立及分析
• 4.1.1. 连续性方程理论基础
• 4.1.2. 客流连续性方程
• 4.1.3. 客流连续性方程分析
• 4.2. 客流运动方程的建立及分析
• 4.2.1. 运动方程理论基础
• 4.2.2. 客流运动方程
• 4.3. 伯努利方程的建立及分析
• 4.3.1. 伯努利方程理论基础
• 4.3.2. 客流伯努利方程
• 4.3.3. 客流伯努利方程分析
• 4.4. 本章小结
• 5. 客流运动方程的应用
• 5.1. 软件参数设置
• 5.2. 模型计算
• 5.3. 数据分析
• 5.4. 本章小结
• 6. 结论及展望
• 6.1. 主要研究成果
• 6.2. 研究展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集