成灌市域铁路对城市圈可达性的影响研究

劳亚龙，刘 澜，2，卢维科，毛剑楠，周天星，宋元胜

LAO Yalong1, LIU Lan1, 2, LU Weike1, MAO Jiannan1, ZHOU Tianxing3, SONG Yuansheng3

（1.西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 610031；2.西南交通大学 综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室，四川 成都 610031；3.中国中铁二院工程集团有限责任公司 交通与城市规划设计研究院，四川 成都 610031)

0 引言

随着国内城镇化水平的不断提高，“区域”和“城市圈”逐渐成为我国经济增长和政府管制的重要地域单元。为了更好地聚集中心城市与其周边组团城镇，实现城市圈内城区与城镇间的协调发展，优化城镇化布局和形态，需要有序推进市域铁路的发展。市域铁路作为连接城市中心城区与其周边城镇组团之间的通勤化、快速度、大运量的轨道交通系统[1]，必然会影响城市圈内各地之间的联系。为了更全面分析这种影响，应采用定量方法分析市域铁路对城镇各地区间联系的影响。

国外学者较为注重交通设施与城市经济发展间关系的研究[2]，同时对于交通与城市空间相互作用的研究也有很多。高效交通设施的开通会对其服务区域的空间格局产生影响[3]，国外学者较多采用城市可达性等级或指标体系进行定量分析[4]，多体现在交通设施与城市经济发展、空间结构发展变化等方面。国内学者主要关注交通与城市协调发展、土地利用开发、城市空间布局以及城市间相互作用等方面的研究。中心城市与新区交通间的协调发展涉及因素众多，国内学者认为新增轨道交通对于城市空间结构变迁具有重要的诱导作用，可达性的变化对于土地开发利用强度具有较大的影响，它决定并强化了城市的空间形态[5]。而在研究城市间相互作用强度方面，多以空间可达性或经济联系强度为指标对全国或大都市圈进行研究，分析交通基础设施对城市间联系的影响[6]。

这些研究多数为宏观分析交通基础设施对大区域城市空间和经济发展的影响，而缺少市级区域范围内交通基础设施对城市间关联的定量分析。因此，应构建一种可计算区域内各不同小区空间可达性的计算方法，对各地间可达性进行测算，进而分析市域铁路所带来的影响。

1 市域铁路对城市圈可达性的影响分析方法

自Hansen 首次提出可达性的概念[7]，该研究受到城市空间规划、交通地理等领域学者的重视。总体来看，可达性有交通运输可达性和心理可达性2 种涵义，一般需要考虑土地使用、交通和个体3个因素[8]。根据考虑的侧重点，可达性的计算方法分为基于基本交通设施、基于区域位置、基于个人行为和基于收益效用等4 种[9]。由于研究目标为市域铁路对城镇可达性的影响，故采用基于交通设施和区域位置的计算方法。

空间可达性反映空间实体之间进行交流的难易程度，与实体的区位、空间相互作用以及空间尺度等概念密切相关。同时，由于市域铁路服务于中心城市和周边组团城镇，因而利用区域范围下空间可达性指标评价市域铁路对城市出行的影响。

研究针对市域范围提出一种空间可达性计算方法，即重点将多运输方式连接的城市中心区域与其周边主要城镇作为研究区域，并均匀划分为等距的网格，分别计算两地各网格间需要的最短时间，从而形成市域铁路开通前后两地的可达性时间矩阵，结合图表进行比较分析并得出结论。主要步骤如下。

（1）提出假设。假设中心城区与组团城镇之间仅通过区域运输通道连接；假设城区内均采用公路出行；假设城区内出行均选择两网格间的最小时间路线。

（2）网格划分与枢纽定位。确定网格大小，并将中心城区与组团城镇分别等距划分为m和n个网格，分别用ai和bj表示(其中i= 1，2，…，m，j= 1，2，…，n)；将城区内进出城枢纽(铁路车站/高速公路匝道口/公路进出城节点等)的位置进行标定。

（3）行程三阶段分割法。将任意两地间的路径解析为3 段，第1 段为从出发点前往本组团出城枢纽段；第2 段为两组团间运输通道段；第3 段从目标组团进城枢纽到目的地段。以中心城区网格ai和周边城镇网格bj为始终点，如果采用自驾出行，第1 段为从ai到组团间通道端点(如高速公路入口/公路起点)，第2 段为连接中心城区和周边城镇的高速公路/公路段，第3 段为从组团间通道端点(如高速公路出口/公路终点)到bj；如果采用“公路+市域铁路”出行，第1 段为从ai到附近站点，第2 段为市域铁路行程，第3 段为城镇站点到bj。显然，将行程分为3 段可以突出进出城枢纽与城区空间分布的关联，也进一步考虑了带有多交通方式换乘行为的出行。

（4）令中心城区和组团城镇公路出行速度分别为vc和vg，运输通道中共有x(x≥ 1)条路线组成路径集，各路径的运输速度分别为v1，v2，…，vx；为方便表述，分别以中心城区网格ai和周边城镇网格bj为始终点，根据行程三阶段分割法，，，…，，，，…，，，，…，分别表示各阶段采取出行路径1，2，…，x时的最短路径长度。两地三阶段连接示意图如图1 所示。令从ai到bj的总时间为Tij，则有

（5）分别计算出两地各网格间最小联系时间，得出两地可达性时间矩阵A0。

（6）按照上述步骤计算市域铁路开通后，在路径集中增加市域铁路的路径选择，与步骤3 计算方法一致，如图1 所示，令分别表示从ai到bj途径路径长度，vr为市域铁路运行平均速度，同时考虑到出行过程中有2 次换乘，令Tc-t为换乘时间，则从网格ai到bj的时间为。

图1 两地三阶段连接示意图Fig.1 Three-phase connection diagram of the two places

（7）再次计算中心城区各网格到达组团城镇各网格所需花费的最少时间，得出两地联系的新时间矩阵

（8）最后结合两地实际地理环境将时间矩阵A0与进行比较分析，得出结论。

2 案例分析

成灌铁路(成都—都江堰)是国内较早开通运营的市域铁路之一，服务于我国西南中心——成都城市圈，连接着我国西南中心城市成都与著名旅游城市都江堰，全程67 km，设有12 个车站，成灌铁路对两地可达性影响研究具有示范意义。

2.1 参数的确定

（1）确定研究区域。成灌铁路连接的区域成都市—都江堰市为主要研究区域，包含主要城区以及进出城枢纽，将成都四环所围区域作为研究对象，都江堰市主城区呈扇形，取经纬度分别为(103.610，30.952)，(103.671，31.019)两点所围城区作为都江堰市的主要研究对象。市域铁路研究区域如图2 所示。

（2）确定计算精度。在对两地可达性进行计算时，需要对区域进行划分，分别计算每2 个划分区域间的可达性。交通小区是具有一定交通关联度和交通相似度的节点或连线的集合，借助交通小区的划分方法对区域进行划分，根据国内外经验，交通小区面积为1 ～ 3 km2[10]。结合精度要求，研究选取边长为1 km 的正方形区域为单位网格，将两地分别划分成675 个和48 个网格。

（3）确定运输通道和行车速度。主要联系通道包括成灌铁路、蓉昌高速公路、红光大道—兰磨线(G213，简称红光线)以及西源大道—郫灌干道—天府大道(简称西源线)等4 条线路。根据《城市道路设计规范》将城镇内行程车速设为40 km/h，后3 条联系通道相对应的公路行车速度分别设为90 km/h，60 km/h，60 km/h。

（4）确定市域铁路运行时间与换乘时间。目前成都和都江堰两地间每日开行41 车次，根据统计数据，分别取成都北站、安靖站、犀浦站与都江堰站间的运行时间均值为34.5 min，30.5 min，22.87 min。由于需要在市域铁路和汽车间进行换乘，而且市域铁路站点规模不宜过大，故取其换乘时间Tc-t为3 min。

图2 市域铁路研究区域Fig.2 Study area of regional railway

2.2 计算分析

根据行程三阶段分割法，结合两地联系通道，成都至都江堰间出行方案可以分为4 类，其中成都市内成灌铁路开通3 处站点，两地各网格间共有6条路线连接，成都至都江堰行程三阶段划分表如表1所示。

成都市区内和都江堰公路出行分别为第1 阶段和第3 阶段，其行车速度vc和vg均设为40 km/h；第2 阶段中蓉昌高速公路、红光大道线以及西源大道线的行车速度v1，v2，v3，分别取90 km/h，60 km/h和60 km/h，因可达性以时间作为结果，则可以成灌铁路运行时间作为结果。为了更加切合实际路况，基于Python 中OSMnx 包从OpenStreetMap 提取研究区域内机动车路网信息，获取各阶段6 条线路最短路径长度l1，l2，…，l6，并计算得出各网格机动车至各地不同站点间最短路径。综合各项数据根据步骤6 和步骤7 分别计算出成灌铁路开通前后两地的可达性矩阵A0与A0'，进而分析成灌铁路对城市圈可达性的影响。研究针对区域大小和站点属性分以下3 类进行分析。

2.2.1 整体分析

分别对两地可达性矩阵A0与A0'进行数学特征分析，令矩阵D=A0-A0'，表示成灌铁路开通后所产生的时间节省。时间矩阵基本特征表如表2 所示。

由表1 可知，成灌铁路开通前后，两地各小区间的最短到达时间平均值由64.8 min 下降为60.5 min，其中最小值为27.2 min，最大值由97.7 min 减少至91.9 min；成灌铁路开通后，两地可达时间平均节省4.3 min，最多节省时间14.7 min，结合分位数对比分析可知其对可达性较弱的地区影响更大。

表1 成都至都江堰行程三阶段划分表Tab.1 Three-stage division table for Chengdu to Dujiangyan

表2 时间矩阵基本特征表 minTab.2 Time matrix basic feature table

现分别将成都市区和都江堰作为一个整体，取两地每网格到达对方各网格的时间均值，形成平均时间矩阵。基于Python 中Matplotlib 包，以经纬度为x-y平面，绘制成时间平面图。成灌铁路开通前后都江堰至成都各区时间图如图3 所示，成灌铁路开通前后成都至都江堰各区时间图如图4 所示。由于成都市区网格数远多于都江堰，故以成都市各网格到都江堰的数据为主要分析对象，成灌铁路开通前后时间分布比较如表3所示，时间节省分布如表4所示。

根据图表分析可知：①成灌铁路开通后，两地时间图色度更深，到达时间减少，且都江堰时间图由单中心变为以都江堰站和东南角为双中心并成放射状向北增加；②两地到达时间集中在50 ～ 80 min，开通后超过70 min 的区域减少36.36%；③近27%的区域几乎不受成灌线影响，而受影响区域到达时间节省集中在4 ～ 7 min，占比约为44.45%。

2.2.2 站点分析

目前由于运输需求的变化，成灌铁路运营站点减少至8 个，其中主要运营站点包括成都北站、犀浦站及都江堰站。针对研究区域内不同站点对其可达性影响作出分析。以矩阵D数据为基础，结合两地空间地理位置作出成都市和都江堰市节省时间等高线图如图5 所示，在站点处明显表现出时间节省的分区现象。

图3 成灌铁路开通前后都江堰至成都各区时间图Fig.3 Time map of Dujiangyan to Chengdu before and after opening of the Chengdu-Dujiangyan Railway

图4 成灌铁路开通前后成都至都江堰各区时间图Fig.4 Time map of Chengdu to Dujiangyan before and after opening of the Chengdu-Dujiangyan Railway

表3 成灌铁路开通前后时间分布比较Tab.3 Time distribution comparison before and after opening of the Chengdu-Dujiangyan Railway

表4 时间节省分布Tab.4 Time saving distribution table

（1）两端站点处，靠近成灌线的成都北站、都江堰站地区，其节省时间急剧增加，分别增加7.5 min 和3.6 min；而两站背后地区时间节省趋于稳定，其中成都北站东部地区时间节省多在9 min 以上，而都江堰西部地区时间节省稳定在7.2 min 以上。

（2）中间站点处，重点研究区域内犀浦站和安靖站。相较于端点站，犀浦站和安靖站西部地区时间节省增加较少，增加幅度均为3 min，而犀浦站和安靖站东部远离成灌线地区时间节省稳定在5 min 和7 min 左右。

图5 成都市和都江堰市节省时间等高线图Fig.5 Time saving contour maps in Chengdu and Dujiangyan

2.2.3 人流集散地区分析

选取成都和都江堰人流集散区域为分析对象，成都区域选取天府广场、成都东站和茶店子客运站；都江堰市区内选取都江堰景区、都江堰客运中心和天河盛世广场。这6 处地点在两地或是经济文化繁荣区或是大型枢纽，代表两地客流集中点，以此分析成灌铁路开通对两地重要客流集散地的影响。根据各自地理方位确定其所对应的可达性矩阵，分别绘制成两地6 处地点的可达性时间比较图。都江堰景区可达性时间图如图6 所示，天府广场可达性时间图如图7 所示。

图6 和图7 均与整体可达性时间图类似，表明这6 处重要区域均受到成灌铁路不同程度的影响。成灌铁路开通前后两地6 处可达性变化如表5 所示。从表5 可以看出，成灌铁路开通前后天府广场、成都东站和茶店子客运站至都江堰各地平均有约4.3 min，5.9 min 和1.2 min 的节省，都江堰景区、都江堰客运中心和天河盛世广场至成都市区各地平均有约5.6 min，3.4 min 和4.5 min 的节省；其中成都东站、天府广场、都江堰景区、天河盛世广场的可达性变化最大，均有6 min 以上的时间节省；但是，茶店子客运站到达都江堰各地的节省时间均不足3 min，表明成灌铁路对茶店子客运站的影响很小。

图6 都江堰景区可达性时间图Fig.6 Accessibility time map of Dujiangyan Scenic Areas

图7 天府广场可达性时间图Fig.7 Accessibility time map of Tianfu Square

3 研究结论

针对城市圈内各地间提出一种基于区域路网的空间可达性计算方法，并从宏观到微观方面对成灌市域铁路开通前后成都与都江堰两地间的可达性进行度量，可以清楚地认识到市域铁路对两地可达性产生的影响。研究结论如下。

（1）从微观角度提出一种基于现有区域内路网的空间可达性计算方法。由于研究方法以路网为载体，因而可以精确测算各地区间的空间可达性，通过综合计算获取较为精确的整体空间可达性指标。

（2）成灌铁路重点影响两地可达性较弱的区域。成灌铁路开通后，两地的平均联系时间为60.5 min，节省了4.3 min，受影响区域到达时间节省集中在为4 ～ 7 min，而且成灌铁路对两地可达性较弱的区域影响较大。

（3）成灌铁路对两地可达性的影响因站点呈现分区特征。由于成灌线站点是连接两地的窗口，靠近窗口外部区域的时间节省会有急剧增加，其内部则平缓增长，其中端点站的影响较于中间站更大。根据对成都市区的影响大小可以分为中东部、北部和东南区域及西南区域，都江堰区域可以分为西南、西北和东部3 个区域，这主要是由于成灌铁路站点位置以及两地相对位置造成的结果，站点后方附近区域可达性增长较大。

（4）成都和都江堰两地6 处客流集聚区域受影响差异大。其中，都江堰景区、天府广场等经济文化中心受其影响较大，而与成都东站可达性的增加提高了都江堰与国内其他区域的可达性。

表5 成灌铁路开通前后两地6 处可达性变化 minTab.5 Table of 6 accessibility changes before and after opening of the Chengdu-Dujiangyan Railway