基于GIS的地铁站点布设研究——以厦门地铁1号线为例

邹 丹，杨晓佳，李继红，刘小伶

(1.龙岩学院资源工程学院，福建 龙岩 364012； 2.数字龙岩建设办公室，福建 龙岩 364000)

0 引言

随着人口的增长和经济的发展使得车辆的数量越来越多，城市交通拥堵问题早已代替温饱问题成为当今社会亟待解决的难题，这使得人们对城市地铁的需求日益增强。我国城市地铁运营里程从2011年到2017年呈现上升趋势，到2017年全国城市地铁运营里程达到了5 011 km，《中国交通运输发展》指出在第13个五年计划里，中国要加快二、三线城市地铁的成功运营。这些年地铁交通增加的运营里程约3 000 km[1]，且全国地区的经济发展不均，这导致城市地铁建设发展极其不平衡，全国通车里程数据里有60%来自于北京、上海、广州、深圳，其中北京和上海所占的比例超过了40%[2]，因此，城市地铁站点的布设和路线整体的规划就举足轻重了，地铁路线的组成中不可或缺的一部分就是地铁站点的布设。一座城市的土地形貌的使用情况、居民活动聚散指数、地铁与地面交通的连接方式和分布特点等都会对地铁的建设造成重要的连带影响。纵观我国的地铁建设状况，城市地铁站点在布设过程中往往都是照搬其他运行成功地铁的局部数据，模仿借鉴外国的经验，或是依赖以往经验“以不变应万变”，不符合因地制宜、利国利民的策略，也不利于科学、长远的发展。

本研究基于对地铁布设影响因素的分析，以厦门地铁1号线为例，利用GIS技术对地铁当地城市的影响因子进行评估，通过数据分析得出最合适的地铁站点布局，为布设效率最大化的地铁站点线路提供了一定的理论参考。

1 城市地铁站点布设分析

1.1 城市地铁站点布设影响因素

1.1.1 城市土地利用结构及分布形态

城市土地的地形地貌性质结构、土地利用布局决定了交通网结构的形成。土地使用情况的不同和城市发展特点的不同导致各城市的交通网络图不同。在居民住宅用地、商圈超市用地、工厂企业用地、名胜古迹用地等基本土地利用中，居民住宅用地是用地范围最大的土地利用类型，据不完全统计，城市的居民住宅用地占据城市面积的一半以上。由此可知，在一个普通的居民小区当中，住户数越多，居民活动聚散指数越高，出行量越大，造成的交通压力也越大。城市商圈超市一般位于城市中心圈，土地利用性价比高，经济、商业、金融活动高度密集，以销售买卖为目的的人群流动聚散导致了商圈超市用地交通压力大，造成的城市交通需求可达性高[3]。

1.1.2 客流量及其分布

出行者根据其出行意愿选择某种交通方式，然后实现的空间位移称为交通客流量。每个人的出行都具有随机性，但是某些特定目的地具有服务型、吸引性、观光性的特点，所以人群聚集疏散度高。不同的人、不同的出行目的导致选择不同的交通服务类型，因此，客流量的产生与分布对于城市地铁线路规划及站点的布设有着举足轻重的作用。

城市地铁站点分布方式与城市客流量之间是一种相互体现、相互调整的关系。随着城市的经济发展、未来规划资金投入、城区新建等城市动态变化，使得人群集结疏散效应越来越显著，城市地铁站点的布设研究不仅要考虑当前的人群聚散点，更要考虑未来城市客流量的爆发点。

1.1.3 交通衔接方式

城市地铁站点的布设方案还会被公交、快速公交、电轨、火车、动车枢纽的位置规划和整体分布影响。交通网络中最基础的公交车站站点是人群流动特征突出的集聚分散场所，公交站点当下和未来规划的整体分布情况和城市轨道交通站点布设位置之间的衔接换乘方式，间接地导致人群聚集分散点的出现，可想而知其他交通方式对城市轨道交通站点的分布有重要影响[4]。

若是地铁某一段线路的覆盖区域的人主要是以步行为主要出行方式，地铁站点的布设就必须符合一定的条件。地铁线路若是进入以步行为主要出行方式的区域，应设置相对较小的站点之间的距离，这样相当于在线路上增加了可中转的站点，可以提高乘客出行的便利性，也可以使整条地铁线路的价值达到最大化[5]。

除了公交、快速公交、电轨等常用交通方式衔接换乘影响站点布设外，城市轨道交通系统自身的路线特征和整体形态对地铁站点的布设方法也有相应的要求。站点相当于是城市轨道交通系统运输网络上的节点，是地铁线网中不可或缺的部分，地铁站点肩负着集结和疏散人群流通的重大任务。因此，决策者在规划城市轨道交通站点的布设方案时，须考虑地铁站点布设与整个线网的整体关系。

1.1.4 城市性质、工程造价及运营

所在城市的经济发展水平对于地铁站点的投资影响非常大。要建设一条城市地铁耗资不菲，而其中最大的成本是关于地铁站点的建设。调查结果表明，建造一个相对普通的地铁站点需要花费2亿元，而这个投资数额可以建设几公里隧道[6]。

地铁站点的分布会因所在城市的客观特质、地理空间扩展的方法以及历史文化背景而受到制约。一个城市的客观特质、历史文化地位以及城市的未来发展规划决定着城市土地的开发空间及价值和城市常住人口的规模，从而影响这个城市对外界的吸引力及影响力。一个城市是否有能力规划并建设地铁交通系统，是由城市用地开发的强度、常住人口的密度和城市对外的吸引力三方面因素共同决定的。另外，地铁所在城市的用地性质的纯净性和紧凑型会影响城市人流、公共交通、人们居住及人流量活动指数等，居民通过出行目的和个人喜好选择各类的出行方式，进而形成城市里各种各样的客流分布形态，最后影响着城市地铁站点的规划方案。

1.1.5 城市人文地理条件

地铁线路的坡度高低、线型等要件会受到地铁所在城市的各种自然地理条件影响，这些因素直接影响地铁车辆运行过程中的安全及建设地铁时相关项目的工程造价，地铁站点在布设时还要考虑在恶劣地理条件如软土层的施工问题。且如果地铁建设区域中有国家级的历史文物、风景名胜区，在建设的过程中必须避开，也会提高一定的施工成本。

1.2 城市地铁站点布设方法

1.2.1 布设原则

1)尽量选择有其他交通换乘衔接方式的站点，且城市轨道交通线网内部的换乘站点要合理科学有保障；

2)城市中心商圈、金融点或者人流聚散程度大的地理位置所设置的站点间距离应该把握在500～1 200 m左右，而城市外环可根据当地地形地貌和人文景点设置站点间距离在1 200～3 000 m[7]；

3)城市地铁站点的布设应该选择十字路口、丁字路口，可以最大化地铁站点的覆盖范围，用于接纳垂直、平行道路上的乘客换乘流动；

4)地铁站点布设选择布设在居民聚集疏散指数高的位置，如密集的住宅区、商圈超市等，最大化服务居民出行活动的习惯；

5)根据土地利用类型选择站点布设时，最好选择经济、商圈、人文、住宅、行政等高度密集使用的土地区域，或是城市未来发展拥有巨大潜力的用地处，布设的原则是以吸引范围中心为原点，500 m内设置站点；

6)地铁站点的布设还要确保轨道线网整体运营效率的最大化，布设站点时需兼顾整体轨道线网的合理性、便利性、科学性。

1.2.2 布设方法

通过读解城市地铁规划布局的规定，首先是找出所在区域的主要居民聚集疏散点，据此描绘出大概的客流量走向，用来确定地铁轨线的基本走向，进而制订城市地铁的基础线路；基础线网形成之后，根据人群聚集疏散指数高峰点锁定地铁线路中的“必须站点”[8]，“必须站点”为重要交通枢纽站，可能在基础网的交叉处，或者是换乘衔接点等；最后，根据锁定的“必须站点”和基础线网筛选确定其他地铁站点；最终完成地铁站点的初步布设方案。

2 厦门地铁站点布设方案选择及优化

2.1 厦门地铁站点分布现状

厦门地铁1号线又称厦门轨道交通1号线，该地铁为厦门首条运营的轨道交通线路，并于2017年12月31日开始运营。厦门地铁1号线全长30.3 km，共有24座车站。如图1～2所示。

图1 厦门交通道路网图

图2 厦门地铁1号线地图

2.2 厦门地铁站点优化思路

地铁开通后，为科学地预测居民的出行结构和选择方式，结合1号线的站点布局和交通线路，优化调整地铁站点布设，向覆盖面广、功能体系全面的城市地铁站点网络体系靠近，地铁1号线站点等级设定见表1[9]。

表1 1号线站点等级预设表

1)在规划城市地铁站点布设形态时，首先考虑站点周围存在地下商业街、地下管廊、地下停车场的布局情况，衡量这些区域会不会受到地铁建设施工的影响；其次，在发现地下管廊、各地下活动区域在地铁建设影响范围内时，综合考虑地铁站点是否需要偏移以及是否需要拆除或改建相应地下管线或地下商场，以此来平衡两者之间的经济效益关系。

2)对于地铁站点的外围地区可能存在地面既有建筑物的情况，首先需根据建筑物的平面建筑图确定其地下建筑的具体范围。并判断地铁站点在修建的过程中是否会对建筑物的地下基础部分造成影响；如果会产生一定的影响，需要考虑将地铁站点进行一定程度的偏移。

3 数据验证

3.1 初级布设方案生成

3.1.1 地铁1号线初步分析与基础数据选择

厦门地铁1号线工程多位于岛内中心区域，根据厦门市的区域特点性质，地铁布设影响因素可归为交通衔接、工程造价、人流量、土地利用等4方面。

1)交通衔接：如图1～图2所示，厦门市交通网络高度密集，公交站点过多，不适宜作为初步站点布设参数，适合确定出地铁基本路线后，叠置厦门市交通网和地铁基本线路，锁定相交的点为站点。

2)工程造价：厦门土地开发程度高，工程造价除了必要的工程建设花费，部分资金用于补偿民房拆迁，减少拆迁等土地收回费用便是减少工程造价，因此，地铁进出口应该选择在空旷的公路旁，避开已开发用地。而地铁站点布设地点决定地铁进出口地点，所以该影响因素可以和交通衔接因素统一分析。

3)人流量：厦门作为滨海城市，除了日常出行，旅游业也是影响交通的一大因素，因此，厦门各个景点布局是影响厦门1号线地铁站点分布的一大因素。

4)土地利用：结合厦门市的土地利用性质，土地利用基本分为住宅区、商业区(购物广场、超市、大型公司工厂)、景点区，本研究主要运用了重分类、缓冲区分析和叠加分析等GIS空间分析方法对这些因素进行分析。

3.1.2 数据来源

表2 地铁1号线途径地区涉及点数据

表3 点数据来源

3.1.3 处理分析

分析确定布设站点的最佳区位，进行最优站点分析比较。1号线铁路经过思明区、湖里区、集美区，筛选位于这些区域的点数据，进行缓冲区分析。住宅区、商圈超市、风景名胜位置分布如图3所示，住宅区、商业区、景点缓冲区分析结果如图4～6所示。

图3 住宅区、商圈超市、风景名胜位置分布图

图4 住宅区缓冲区分析结果

图5 商业区缓冲区分析结果

图6 景点区缓冲区分析结果

通过重分类，把住宅区、商业区、景点区3个影响因素重编数量化分级，然后通过栅格计算器，得到人流量活动指数。人流量活动指数=住宅区+商业区+景点区，指数越高的所在区域，说明人流量活动越频繁，该区域的交通压力越大，在该地点布设地铁站点可缓解交通压力，人流量活动指数图如图7所示。

图7 人流量活动指数图

3.2 优化处理

人流量活动指数图与预设的一、二、三级布设站点基本吻合。厦门地铁1号线工程沿线分布有规划、建设中的重要建筑和市政设施，由南向北主要有：镇海路站、中山公园站、将军祠站、文灶站、湖滨东路站、莲坂站、莲花路口站、吕厝站、乌石浦站、塘边站、火炬园站、殿前站、高崎站、集美学村站，为一级站点。从居民聚散点指数可看出，岛内集结疏散活动指数高，地铁从指数密集处通过，符合布设要求。

然而园博苑站、杏锦路站、官任站、集美中心站、诚毅广场站、软件园站、集美大道站、天水路站、厦门北站、岩内站等二三级站点与GIS运行结果吻合程度较低。

针对吻合度较低区域，截取集美区所在交通网络图、人流量活动指数图、现1号地铁线、现1号地铁站点，人流量活动指数高的地区确定出地铁基本路线走向，叠置分析厦门市交通网和地铁基本线路，锁定相交的点为站点，得出优化站点如图8所示。

3.3 结果分析

优化后的站点图与现地铁1号线布设大致吻合，证明了方案的可行性。结合厦门地铁官方发布计划，及集美地区地貌、地形、人文进行分析，部分站点与实际不合的原因如下：厦门市目前共有10条地铁路线，集美聚散指数高，有其他线路通过，此外，1号线路为南北走向，可从岛内到达岛外软件园、厦门北站等热门站点，该路线性价比高。

图8 站点优化图

4 结语

地铁线路整体布局中的站点规划和布设是城市未来发展格局的一个重要组成部分，本研究分析了土地利用、人口活动、交通换乘衔接等因素对城市地铁站点布设的影响，基于GIS方法对地铁站点分布进行了优化并以厦门市地铁1号线为实例验证了方案的可行性。厦门市1号线途径地区地貌地形变化不大，且开发程度大，主要影响因素为住宅区、商圈超市、风景名胜所造成的居民聚散指数，分析力度较小，这是本研究需要改进之处。