大西安都市区轨道交通线网规划与优化思路分析

李岩辉

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043； 2.陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院),西安 710043)

1 研究背景

在大城市、特大城市以及城市群发展过程中，需要有大运量、中长距离、准时的轨道交通缓解日益增长的出行问题，进而形成客流走廊并对城市空间进行支撑、引导[1]。轨道交通的规划、建设、运营改变了沿线土地特性和城市空间结构，将社会经济活动吸引到交通走廊上，延展了城市空间，使城市空间布局发生变化。随着轨道交通网络化发展，逐渐形成以车站、换乘枢纽为核心，以线路、交通走廊为发展轴，以轨道线网、路网为覆盖范围的新城市空间形态[2-3]。目前我国城市化进程仍处于快速发展阶段，城市空间、人口分布、产业布局日新月异，这也导致很多城市总体规划数年修编一次，且很多大城市的人口规模、用地边界在规划年限之前就已突破规划指标。而城市轨道交通的建设过程需要经过居民出行调查、线网规划、建设规划、可研、初步设计、施工图设计、施工、联调试运营、正式运营，整体周期均在5～10年，若考虑线网规划修编、建设规划修编等修改反复过程，其耗时更长。线网规划通常有远期、远景两个规划年限，在此过程中，会出现轨道交通规划年限超出城市总体规划年限的情况。在该过程中，城市空间、人口分布、用地性质均会发生深刻的变化，而线网规划又需要在这种不确定中与城市发展保持协调统一。为应对上述不确定性因素，需要在线网规划阶段审时度势，做到线网与城市发展方向的协调。通过研究不同年份城市、线网的发展特征并把握其发展规律，并超前规划、审慎修建，使线网与城市空间结构、人口及就业岗位分布、产业布局更加匹配，在线网能满足城市空间拓展与交通需求的同时，又能做到规模经济、布局合理[4]。以大西安城市轨道交通为例，介绍既有线网规划的发展历史与规律，提出未来轨道交通优化思路与方案。

2 大西安城市轨道交通线网规划

2.1 历次线网规划与评述

进入21世纪以来，西安市经济快速发展，先后进行了多次线网规划。在该过程中，城市规模、社会经济发展、人口总量、人口分布特征、出行结构均发生了深刻的变化，线网规划也随着城市发展变化逐渐调整优化，以下分别做简要介绍。

(1)2005版线网规划及部分路由调整

西安市于1994年开展西安市城市轨道交通建设的前期准备和基础研究工作，在2005年初编制完成《西安市城市快速轨道交通线网规划》[5]。线网由6条线路组成，总规模251.8 km，线网方案如图1所示。

图1 西安市城市快速轨道交通线网规划(2005)

2005版线网规划是在西安市第三次总体规划(1995～2010)的基础上完成，通过轨道交通支撑了中心城区特别是二环以内的交通需求，并对外围空间的发展和新区的形成起到了促进作用。但彼时西安市第四次城市总体规划已在编制过程中，其规划年限为2008年～2020年，略晚于2005版线网规划。随着西安市社会经济的发展、第四次总体规划的批复、关中—天水经济区发展规划的批复、西咸新区的成立等外部条件的变化，西安市对2005版线网规划进行了局部路由调整，作为后续工作的基础，其方案如图2所示[6]。

图2 西安市城市轨道交通线网规划(修编2005)

图3 西安市城市轨道交通线网规划(修编2014)

调整后的线网规划方案紧密配合并有力支撑了第四次总体规划的实施，该方案基本维持了2005版线网规划方案的规模、结构、层次和功能，线网促进了主城区产业发展规划的实现，并增强了主城区对外的辐射力。

(2)2014版线网规划

为构筑西安国际化大都市，并支持西咸新区、高新区、航天基地、国际港务区、渭北工业区等组团的发展，在修编工作领导小组的组织下，形成《西安市城市轨道交通线网规划(修编)》方案[7]，如图3所示。

该方案由15条轨道交通线路组成，其主体网络形态呈棋盘+环+放射结构，规划线路总长度667 km，线网充分考虑了城市未来发展与土地开发利用，拓展城市对外的辐射范围，同时确定1～6、8、9号线构成的“基本网”作为中心城区线网的骨干结构。

(3)2016版线网规划

在2014版线网规划完成后，陕西省住建厅于2016年5月编制了《关中城市群核心区总体规划》，确定了以西安—咸阳—西咸新区为核心的都市区以及周边组团共同构成的都市圈结构，原有的以西安中心城区为核心的区域进一步向外拓展，区域一体化程度进一步提高。在此背景下，在西安市规划局、西安市地铁办、西咸新区规划局、咸阳市发改委等部门的直接指导和参与下，编制了《关中城市群都市区城市轨道交通线网规划(2016)》方案[8]，如图4所示。

图4 关中城市群都市区城市轨道交通线网规划(2016)

线网方案由23条轨道交通线路组成，其主体网络形态呈棋盘+环+放射结构，总长度986.0 km。线网由都市区骨干线(1～8号、11号线)、都市区区(市)域线(9号、10号、12～23号线)两个功能层次构成。

2.2 各版规划对比分析与区域发展量化分析

为能准确把握西安市城市发展与轨道交通线网规划变化历程并总结其历史规律，进而分析未来发展趋势，将历次线网规划及相关指标汇总见表1。

表1 历次线网规划各关键指标对照

上述结果表明，规划用地面积、人口、中心城区出行量快速增长，而线网规划也适应了城市发展与空间变化，由最初的中心城区范围逐渐扩展至都市区范围。体现为平均乘距指标随着线网规模与城市空间范围扩大而增长，换乘系数的提高也凸显了轨道交通网络化的效益。历次线网规划、城市规划建设用地边界经整理绘制，如图5所示。

图5 历次城市规划与线网规划对比

从图5可以观察大西安范围内的城市空间结构呈现出“集中—扩散”的趋势，该变化过程可以用ROXY指数进行量化。ROXY指数是计算城市空间、城市群空间分布动态变化的指数，其计算公式如下[9]

(1)

表2 ROXY指数值与对应的含义

为衡量线网规划不同阶段的城市空间布局特征，选取第三轮城市总体规划、现状特征、第四轮城市总体规划、都市区规划4个时间节点进行分析，将研究区域按照规划的功能板块进行划分，得出ROXY指数见表3。

表3 大西安地区ROXY指数

计算结果表明，研究区域的ROXY由正值变化为负值，即空间形态由集聚变为分散；ΔROXY一直为负值，表明城市空间结构由减速集聚变化为加速分散。上述结果基本符合大西安都市区由单中心结构，变化为以西安-咸阳-西咸新区为核心的、多组团发展的空间结构。根据ROXY指数趋势推算，未来都市区空间仍将以分散发展为主，并逐渐趋于均衡，形成“核心区-新城/组团”的空间结构。轨道交通对都市区的格局变化起到决定性作用，提高各组团与中心城区可达性，实现并促进多中心城市结构发展、要素重新配置与优化。由于轨道交通TOD的带动作用，沿线区域呈现“面上分散、点上集中”的城市物理形态，对于大西安地区来说，城市逐渐由中心城区向外围拓展并形成多个新城、组团，而各个组团又围绕轨道交通线路与站点形成高强度开发的区域，改变原有的“均质分布”土地开发模式进而形成片区中心。

2.3 存在问题分析

(1)线网与都市区空间关系

历次线网规划均与城市总体规划保持了较高的耦合性，对比历次线网规划，差异较大的为2005、2014版，分别对应第三次、第四次城市总体规划。2016版线网规划的依据虽然为都市区规划，但仅是西安、西咸新区、咸阳市等地区的总体规划拼接而成，由图5可以看出，2014、2016版线网对应的用地边界差异不大，新增了兴平市区、北塬新城，2016版线网也仅仅对2014版线网做了局部优化与加密，整体覆盖范围仍为西安—咸阳—西咸新区的都市区范围。随着城市版图不断扩大，大西安实施“北跨、南控、西进、东拓、中优”的新空间战略，引导大西安差异化、高效化协调发展，在都市区范围基础上新增富阎片区、杨凌区、周至县、三原县等，因此，原有的线网规划已无法满足未来城市空间拓展的需求。

(2)多网融合问题

在城市空间范围进行轨道交通研究属于城市轨道交通范畴，但考虑大西安都市区范围逐渐拓展为城市群范围，则既有线网服务范围与规模无法适应城市群范围的出行需求。在关中城市群范围内，规划有关中城际铁路网，“米字形”高铁网络也即将形成，基本构成由“地铁-城际铁路-国铁-高铁”组成的各级轨道交通系统。但各个轨道交通系统之间分属不同的管理部门，尚未达到互联互通、安检互信、票务互信、资源共享等一体化和“一张网”要求。

(3)线网层次与多制式问题

大西安都市圈包括西安—咸阳为核心的片区，以及周边组团、新城、县乡，其城市规模、人口、产业发展不尽相同，进而导致各个区域交通需求特征不同、区域之间交通走廊特征不同。不同的交通需求需要不同层次、不同制式的轨道交通予以支撑。根据不同运量等级、速度目标值、技术特征可将轨道交通划分为多层次、多制式[10]，但历次线网规划对功能层次划分较为模糊、单一，并未体现出需求、运能、速度目标值差异，使得外围组团进入中心城区较为不便，部分区域至中心城区全程时间超过1 h，导致“快线不快”，都市区内空间可达性受到一定影响。

3 优化思路与方法

针对大西安线网变化规律与上述问题分析，提出以下优化思路，优化里程及各部分优化内容如图6所示。

(1)以既有线网为基础，支撑总体规划并适当超前总体规划

西安市历次线网规划对关中城市群、大西安都市区及各个组团的空间结构已经有了深入研究，可以作为下一步优化工作的基础[11]。随着西安市第五轮城市总体规划工作的推进，在线网优化过程中，应以城市总体规划的最新成果为主要依据，以促进用地集约发展、人口分布、资源重新配置、建设高效公交都市为目标，使轨道交通依托城市、服务城市[12-14]。

(2)城市空间分析

以大西安都市区为主要研究范围，以整体都市区空间结构为基础，考虑西安市、西咸新区、咸阳市及周边各组团的衔接；对研究范围内的人口及就业岗位分布、用地性质、开发强度、综合交通体系、对外交通枢纽进行量化分析；并结合西安与咸阳历史文化名城特征，处理建设项目与各类遗址保护区的关系，不仅做好文物的本体保护，更应做好文物的空间保护[15]。

第2步：以4组近似信号a3的2002-2011年间10年的信号数值作为BP神经网络的训练信号，以2012-2016年间5年的事故发生情况为预测目标信号，对2012-2016年间的交通事故发生的情况进行预测。

图6 线网优化流程

(3)满足都市区整体通勤需求

在大西安中心城区功能不断完善的同时，城市功能逐渐向外疏解并产生新的出行需求[16]。因此，需要根据组团之间差异、不同走廊量级差异、不同运距构建不同层次的线网，特别是服务外围地区与中心城区之间的通勤需求，通过控制速度目标值、全程运营时间、线路长度、站间距等指标以适应其长距离出行，拓展城市骨架[17]。

(4)多层次多制式与多网融合优化

西安市区、西咸新区、咸阳市与外围组团之间，及各个组团内部的出行特征存在差异，该差异性提出了轨道交通制式多元发展的需求，从市情、域情出发，通过合理布局城市轨道(地铁、轻轨、有轨电车等)、市域轨道(市域快轨、市郊铁路等)、城际轨道、干线铁路(高速铁路、普速铁路)等多层级线网体系，以满足中心城区、核心区、城市群等各个圈层之间的出行需求[18-19]。

在大西安范围内，已规划有城际铁路、城市轨道交通，同时市域快线、中低运量轨道交通正在研究中。目前存在部分走廊内城市轨道、城际铁路共存的情况，主要有机场—新西安南—西安东、西安北—新西安南城际铁路等。连接主要铁路枢纽的城际铁路主要起到接驳各枢纽的功能，因此仅连接各火车站，且发车间隔长、站间距大，与城市轨道交通服务水平有较大差异。机场—西安南—西安东为主要客流走廊，部分区段两者可以共存[20]。同时，对部分轨道线路进行优化，使之在有限的空间内完成城际铁路的功能，例如将7号线优化为北客站—南客站方向，作为穿过市中心的南北向快线，火车站—洪庆部分优化为向东放射的市域线；西安南—西安东与既有15号线重合，但道路条件受限，因此以15号线代替原有东西向城际铁路。

4 优化结果

经充分考虑大西安都市区空间结构特征、重要客流集散点、对外交通枢纽、人口与就业岗位分布、产业分布，以既有线网规划为基础，梳理研究区域轨道交通功能层次，对部分骨干线路进行优化调整，对西咸新区、富阎板块、咸阳—兴平区域、渭北工业区、鄠邑区等外围组团的线网进行加密。通过上述分析，形成“市域快线—骨干线网—中小运量线网”的多层次多制式城市轨道交通网络体系，总规模1 797.5 km。其中，市域快线5条，规模285.5 km；骨干线20条，规模866 km；中小运量线路33条，规模646 km，优化方案如图7所示[21]。

图7 大西安都市区城市轨道交通线网优化方案

5 研究结论

(1)通过对西安市(大西安)历次线网规划进行总结、对比，分析了城市要素、线网规划的变化特征。并通过ROXY指数进行分析，得出关键时间节点的城市空间变化指数与线网方案的关系。研究表明，大西安都市区空间结构由集中向分散发展，城市发展为轨道交通提供客流需求、产业支撑，反之轨道交通引导城市空间拓展、优化。

(2)通过对城市空间变化的定量分析可以看出，大西安都市区的发展趋势呈现中心城区功能疏解并向外围组团扩散的特征，城市空间特征由连片发展变为多核、多中心的形式，城市空间结构、出行需求特征的多样化对轨道交通发展提出了更高的要求，线网规划也应随着城市变化而不断优化、更新。

(3)分析城市发展、线网规划过程中存在的问题，包括：线网规模与服务范围无法满足都市区、城市群的发展；多网融合程度较低；线网层次、轨道交通制式需多样化以适应交通需求。

(4)根据城市发展趋势、线网规划特征，提出未来都市区、城市群范围轨道交通优化方向与思路。以既有城市总体规划、线网规划为基础，及时采纳总体规划最新成果，以多网融合、多层次多制式为主要目标，满足中心城区、核心区、城市群等各个圈层之间的联系。