轨道站域职住密度对城市中心体系的支持度分析

吴娇蓉 谢金宏 刘梦瑶

(同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室∥城市交通研究院,上海 201804)

轨道交通是优化城市职住空间、缓解城市交通拥堵的有效方式。轨道站点是轨道交通系统与城市空间直接联系的重要节点,能够引导居住人口、岗位在轨道站周边区域(简称站域)集聚以支撑城市空间结构优化[1]。城市中心体系对于大城市空间的发展有着重要作用,其形成往往遵从市场原则、交通原则和行政原则[2]。而轨道站域人口、岗位集聚密度对于城市中心体系由规划变为现实有一定促进作用。一方面轨道站点能够满足城市中心节点高可达性的要求,另一方面城市中心节点的人口、岗位集聚又能为轨道站点提供客流[3]。Kuby等[4]对美国9个不同城市的268个轨道站点研究表明,轨道站域人口密度和岗位密度对站点客流量的影响是显著的。轨道站域居住人口密度+岗位密度(又称为综合密度)对降低机动车交通量、引导轨道交通客流增加有显著作用,相较于土地利用混合度、区域环境设计等其他要素,综合密度对行驶车辆数和车辆行驶里程减小的弹性系数是最大的[5]。

笔者基于轨道站域人口密度、岗位密度、综合密度开展细化分类研究,以上海为例探索职住集聚密度差异的轨道站空间分布特征。对照“上海2035城市总体规划”(下文简称“上海2035总规”)城市中心体系规划,分析支持城市各级中心的轨道站站域职住集聚密度差异和空间区位关联性,采用中心支持度指标,通过距离系数考虑轨道站和城市中心的空间耦合关系,并结合站域综合密度描述轨道站对城市中心体系的支撑程度，筛选出后续城市更新规划需要引起关注的各级城市中心及相应的轨道站,可为市域近郊和远郊城市副中心、地区中心的轨道站域可持续开发、塑造合理的郊区职住空间关系提供参考。

1 轨道站站域职住集聚密度差异及空间分布特征

本研究以上海为例,对象为2018年10月份之前建成通车的上海市轨道交通1-13、16、17号线以及金山铁路的轨道站点,共计326个(换乘站没有重复统计)。讨论轨道站站域的职住集聚密度需要界定站域的影响范围。为了便于和全球城市进行比较,参考美国以公共交通为导向的开发(TOD)标准,取站域影响范围为站点周边800 m半径覆盖区域。

本研究使用的人口数据来自哈佛大学数据服务库(Harvard Dataverse)，是基于2010年全国第六次人口普查数据,利用随机森林模型进行的10 m×10 m栅格内人口密度再分配的结果。对同一行政区内栅格的人口密度进行集计,其结果与人口普查数据的误差不超过10%,该人口数据精度符合本研究要求。岗位数据是基于2014年土地利用数据,结合各类建筑的容积率和各类岗位平均所占建筑面积的综合计算结果。

1.1 城市不同圈层轨道站域职住集聚量级差异

按照至城市中心人民广场的距离关系,将上海市域划分为城市中心区(距市中心人民广场不超过10 km)、中心城区(距市中心人民广场不超过15 km)、郊区(距市中心人民广场超过15 km)。分别计算各区域轨道站域的人口数量、岗位数量、人口+岗位数量,分析5个圈层范围轨道站域职住集聚情况,如表1所示。

表1 5个圈层范围内轨道站域职住集聚量

距市中心0～10 km范围内轨道站域的职住数量基本上实现了全覆盖,占比高达97%；距市中心10～15 km范围内轨道站域只集聚了47%的职住数量；全市域轨道站域只聚集了不到30%的职住数量。说明就业岗位和居住人口在距市中心不超过10 km范围内基本围绕轨道站域集聚；在距市中心10～15 km范围轨道站域的就业岗位和居住人口的集聚量不足50%,仍有一定的职住空间再组织潜力可挖掘；距市中心>15 km范围的郊区轨道站对就业岗位和居住人口的集聚还处于起步阶段,随着轨网的加密和公共服务设施配套加强,仍有较大的职住空间再集聚潜力[6]。

1.2 基于职住集聚密度的轨道站分级与美国TOD分级标准对比

1.2.1 基于职住集聚密度的TOD分类综述

轨道站域职住集聚分析理论源于以公共交通为导向的开发(TOD)思想的发展,TOD是以公共交通为导向、公共交通车站为中心的多种密度、混合使用的开发模式[7]。新城市主义领军人物彼得·卡尔索普依据主要交通线路的等级将TOD分为城市型TOD和邻里型TOD[8]。TOD范围通常以核心车站为中心的800 m半径来圈定,形态由步行可达边界决定,并非正圆[8]。基于精明增长和绿色TOD的理念,《站区规划：如何做TOD社区》按社区主要功能将TOD划分为三大类、八小类[9- 10]。其中,中心型TOD以商业办公为核心功能,向心性明确;区域型TOD以居住为主,商业活动为居住提供服务。

1.2.2 基于职住集聚密度的轨道站域分级方法

为了便于与美国TOD的分类标准进行比较,按照轨道站域岗位密度和人口密度的数量关系将轨道站划分为两大类：就业型轨道站(站域岗位密度>人口密度)、居住型轨道站(站域人口密度>岗位密度)。其中就业型轨道站有106个,居住型轨道站有220个。就业型轨道站域按岗位密度进行自然断点分类,累计频率曲线如图1(a)所示,岗位密度可分为4级：分别是4.0～6.5 万岗位/km2、2.8～4.0 万岗位/km2、1.3～2.8 万岗位/km2、<1.3 万岗位/km2。居住型轨道站域按人口密度进行自然断点分类,累计频率曲线如图1(b)所示,可分为4级：分别是1.5～2.5 万人/km2、1.0～1.5 万人/km2、0.5～1.0 万人/km2、<0.5 万人/km2。

图1 轨道站域岗位和人口密度累计频率分布曲线

将就业型和居住型两大类轨道站域按照密度分级细分为8小类轨道站,并将结果与美国TOD分类进行对比,对比结果如表2、表3所示。

由表2可以发现,第1类就业型轨道站域的岗位密度、人口密度区间上限小于美国区域中心TOD的对应上限,这说明第1类就业型轨道站域在后续规划中,城市用地开发强度或容积率指标还有提升空间;其余3类就业型轨道站域的岗位密度、人口密度区间上限均大于美国的同类TOD,这是因为我国城市人口较多,而且开通轨道交通的城市往往具有高职住密度集聚的特点。

表2 就业型轨道站站域分类要素与中心型TOD的对比

表3 居住型轨道站站域分类要素与区域型TOD的对比

由表3可以发现,前3类居住型轨道站域的人口密度区间上限要大于美国的同类TOD；第4类居住型轨道站域的人口密度上限小于美国的特殊用途或就业区TOD,其后续规划中,居住用地的开发强度或容积率指标有较大提升空间。

综上，本研究提出的就业型和居住型两大类轨道站域按照密度分级细分为8小类更符合国情。

1.3 轨道站域职住密度空间分布特征

将2大类8小类轨道站进行空间分布可视化,如图2所示。可以发现：就业型轨道站集中于城市中心区(距市中心0～10 km),居住型轨道站集中于中心区以外(距市中心>10 km)沿射线分布。两类轨道站点网络呈现出了“内圈层+轴线放射”的职住集聚空间形态。在距市中心不超过10 km范围内以就业型轨道站为主(75个,占比82%),辅以零星的居住型轨道站(14个,占比18%)；距市中心10～15 km范围区域以居住型轨道站为主(117个,占比85%),就业型轨道站较少(21个,占比15%)；距市中心>15 km范围的居住型轨道站较多(89个,占比90%),就业型轨道站只有10个(占比10%)。

图2 基于职住集聚能力分类的轨道站站域空间分布

4类就业型轨道站的空间分布特征为：第1类和第2类就业型轨道站域职住集聚密度较高(>2.8 万岗位/km2,1.0～2.0 万人/km2),均位于距市中心不超过10 km范围。第3类就业型轨道站域职住密度较低(1.3～2.8 万岗位/km2,0.6～2.0 万人/km2),其中70%(30个)位于中心区,30%(13个)位于距市中心10～15 km范围。第4类就业型轨道站域的职住集聚密度低(<1.3 万岗位/km2,0.1～1.2 万人/km2),其中位于中心区的7个轨道站需要重点关注,在该类轨道站的占比为28%。

4类居住型轨道站的空间分布特征为：第1类和第2类居住型轨道站域职住集聚密度较高(1.0～2.5 万人/km2,0.1～1.9 万岗位/km2),主要位于距市中心10～15 km范围，其中第1类有76%(46个)站点；第2类有82%(28个)。第3类居住型轨道站域职住密度较低(0.5～1.0 万人/km2,0.07～0.90 万岗位/km2),其中48%(39个)站点位于距市中心10～15 km范围内,50%站点位于距市中心>15 km范围内。第4类居住型轨道站域的职住集聚密度低(<0.5 万人/km2,0.01～0.50 万岗位/km2),其中 13%(6个)轨道站位于距市中心10～15 km范围，需要重点关注,87%(41个)轨道站均分布在距市中心>15 km范围的近郊和远郊区。此外,金山铁路轨道站域的职住集聚量级要远小于同属第4类的其他居住型轨道站域,郊区铁路的站域是否应扩大边界范围本研究暂不做讨论。

2 轨道站对城市中心体系的支持度分析

评价轨道站与城市中心体系的互动关系的研究[11- 15]主要有两类方法：第一类采用“空间耦合一致度指标”来评价轨道交通网络对城市中心体系网络的支撑作用[11],但是该指标只考虑了两者影响范围重合的“耦合”作用,而没有考虑到轨道站自身的综合特性；另一类是通过构建多层次量化评价指标体系来分析单个轨道站对城市中心的服务效果,并使用层次分析法和专家打分法来构建评价模型[12]。以微观的视角着眼于单个轨道站站域,能考虑较多的影响因子并得出较为理想的结果,但是并不适用于分析全市域的轨道站对城市中心体系的服务效果。本节对照“上海2035总规”中的城市主中心(中央活动区)-城市副中心-地区中心体系规划,提出“中心支持度”指标,通过距离考虑轨道站和城市中心的空间耦合关系,结合站域综合密度共同分析轨道站对城市中心体系的支撑程度。

2.1 支持度计算方法

“上海2035总规”提出的“城市主中心(中央活动区)-城市副中心-地区中心-社区中心”的多级中心体系中,没有明确定义社区中心,因此本研究的对象主要是前三级城市中心,即“城市主中心(中央活动区)-城市副中心-地区中心”,规划数量和职能见表4。

表4 三级城市中心的数量及主要职能

其中,城市主中心需要大量的人口岗位来支撑其核心功能,本研究定义中央活动区范围内的所有轨道站均服务于中央活动区,共计81个,其中单线轨道站42个,占比52%；换乘轨道站39个,占比48%。换乘轨道中两线换乘轨道站27个(占71%),三线换乘的轨道站11个(占26%),四线换乘的轨道站1个(占3%)。

服务中央活动区的81个轨道站中有55个就业型轨道站和26个居住型轨道站,轨道站域职住综合密度均值为4.3 万/km2,47%的轨道站域综合密度高于均值。中央活动区60%的就业型轨道站和96%的居住型轨道站域集聚的人口密度和岗位密度处于第1类和第2类中高水平。此外,有20%的轨道站点综合密度低于2.8 万/km2,如图3所示。

图3 中央活动区、城市副中心、地区中心轨道站域综合密度分布

由于中央活动区72%的轨道站域综合密度高,中心支持度良好,因此本研究不再赘述。针对城市副中心和地区中心,本研究提出“中心支持度”指标同时考虑轨道站与城市中心体系的空间耦合关系和站域集聚的综合密度。中心支持度yq是为某级中心q服务的所有轨道站域综合密度wi与距离系数dj乘积的求和值,计算公式如下：

(1)

式中,wi为第i个轨道站域综合密度，dj为距离系数。j的取值规则是：轨道站距对应的城市中心距离为0～300 m,则j=1；距离为300～500 m,则j=2；距离为500～800 m,则j=3；距离为500～800 m,则j=4。dj取值为d1=4,d2=3,d3=2,d4=1；n为某级中心q服务的轨道站个数。

中心支持度指标计算结果如表5所示,无轨道站点支持的城市中心此处不作讨论。一个城市轨道站对城市各级中心支持度的相对值具有比较意义。

轨道站职住集聚密度对城市副中心支持度结合计算结果,根据累计频率曲线经验百分位点10%、30%、50%、80%，划分为5个级别：高支持度

表5 上海城市中心支持度计算结果

(中心支持度>100 000)、较高支持度(50 000<中心支持度<100 000)、一般支持度(30 000<中心支持度<50 000)、较低支持度(10 000<中心支持度<30 000)、低支持度(中心支持度<10 000)。轨道站职住集聚密度对地区中心支持度也根据累计频率曲线划分为5个级别：高支持度(中心支持度>50 000)、较高支持度(35 000<中心支持度<50 000)、一般支持度(23 000<中心支持度<35 000)、较低支持度(12 000<中心支持度<23 000)、低支持度(中心支持度<12 000)。

将支持度计算结果可视化,如图4所示。距离市中心<15 km范围的外环内有4个中心支持度等级为较低或低的城市中心,距离市中心>15 km范围的外环外有34个中心支持度等级为较低或低的城市副中心或地区中心,在后续城市更新过程中,需要引起关注。一方面轨道站域本身需通过加强公共服务设施配套或土地再开发进一步提升职住集聚密度；另一方面,中心支持度较低或缺少轨道站点支撑的城市中心应通过规划增设轨道交通站点,提高轨道交通对城市中心的支撑力度,例如虹桥副中心。

2.2 支持度结果分析

1)城市副中心

“上海2035总规”中城市副中心包括3类中心：主城副中心、新城中心、核心镇中心,其中主城副中心中包括原来已经设立的3个副中心和新规划的6个副中心,服务张江副中心、川沙副中心、奉贤副中心、崇明城桥副中心的轨道站点截至2018年末尚未建成通车。

服务副中心的轨道站22个,轨道站域职住综合密度均值为1.5 万/km2,36%的轨道站域综合密度高于均值。服务城市副中心的轨道站域职住综合密度由高到低依次为：2.8 万/km2(主城副中心(原副中心))、1.5 万/km2(主城副中心(新增))、0.6 万/km2(新城中心)、0.2 万/km2(核心镇中心),层级关系较为明显,综合密度逐级递减50%～70%,如表6所示。

原规划的主城副中心中江湾-五角场副中心、真如副中心、花木-龙阳路副中心平均综合密度差距较大；新规划的吴淞、莘庄、金桥、虹桥副中心所属的轨道站域综合密度与花木-龙阳路副中心相当(1.6 万/km2左右),但远低于主城副中心综合密度平均值2.8 万/km2,在后续副中心更新规划中应予以重点考虑。

图4 不同支持度级别城市中心的空间分布

2)地区中心

服务地区中心的34个轨道站中有8个就业型轨道站和26个居住型轨道站,轨道站域职住综合密度均值为1.3 万/km2,仅29%的轨道站域综合密度高于均值.距市中心大于15 km范围的地区中心所辖轨道站域职住密度均值0.8 万/km2远小于距市中心小于15 km范围的地区中心所辖轨道站(2.2 万/km2)。需要注意的是,34个轨道中第4类就业型轨道站4个,第4类居住型轨道站9个,这些轨道站域综合密度较低(<0.8 万/km2),未来随着城市更新,还有较大的职住空间再组织潜力。

综上,从轨道站与城市中心体系的空间耦合关系角度来看,轨道站与中央活动区空间耦合良好,75%的城市副中心和79%的地区中心都至少有一个轨道站支撑,有些已经规划的城市中心的轨道站还未建成使用,目前尚缺少轨道站点支撑的城市副中心和地区中心主要集中在上海南部和崇明区。对于目前空间未能耦合的副中心和地区中心,新的轨道站点规划需充分考虑与“上海2035总规”的城市中心结合设置。

表6 服务城市副中心的轨道站站域职住集聚能力

从各级轨道站域职住量级来看,城市主中心与副中心、地区中心的轨道站域职住集聚量级差异明显,但是副中心与地区中心差异并不明显,表明上海副中心与地区中心呈现扁平化多中心形态。新城中心、核心镇中心、一部分地区中心所属的轨道站域平均综合密度较低,小于0.7 万/km2,对于这一职住集聚量级,在后续城市更新规划中,建议结合轨道交通的建设和运营的经济成本,重点考虑多模式的轨道交通制式选择,而不仅仅局限于地铁延伸一种模式。

3 结语

本研究分析了城市不同圈层轨道站域职住集聚量级差异,参考TOD分类,提出了一套更适合我国国情的轨道站站域分类方法;将轨道站站域按岗位密度和人口密度的数量关系分为就业型轨道站域和居住型轨道站域2大类8小类,深化分析8小类站点综合密度及空间分布特征。需要注意的是本研究以上海数据为例,给出8小类轨道站域的职住密度分级阈值，针对国内其他城市的轨道站域职住密度分级阈值因城市而异。

本研究提出“中心支持度”指标,结合空间耦合关系及站域职住集聚密度,探讨了轨道站与城市中心体系的互动关系,由于轨道站域职住密度和轨道站的日进出客流水平存在强相关关系，因此本研究支持度计算方法没有纳入轨道客流，但在后续研究中仍可进一步考虑轨道站动态客流对城市中心体系支持度的影响。