西北地区铁路建设对区域可达性 空间格局的影响

宋国栋，钱勇生，曾俊伟，广晓平

（兰州交通大学 交通运输学院，甘肃 兰州 730070)

0 引言

铁路网络可达性研究是衡量城市经济、人口及可达性格局演变的重要方面，西北地区铁路网络是我国铁路网络的重要组成部分，其可达性对国土空间开发和区域经济发展有重要影响。

自Hansen[1]首次界定可达性概念后，很多学者对可达性的研究内容不断深化，研究范式不断丰富，逐渐形成多视角、多层次、理论与实证、定性与定量相结合的研究体系。学者们最初单一地把可达性指标作为他们的研究方向。冯长春、钟业喜、朱思源、王明慧[2-5]计算高速铁路开通前后，城市之间的平均旅行时间、加权平均时间、日可达性等指标，利用这些可达性值分析城市的可达性规律变化。之后，学者们将城市可达性与经济联系起来。孟德友、王英杰、马爱葵等[6-8]把城市经济与可达性联系起来进行研究，探讨铁路网建设对区域可达性和城市经济潜力的影响。后来，学者们通过社会网络分析方法研究铁路网络结构和城市空间结构之间的内在关联。钟业喜、郭倩倩、方大春[9-11]运用社会网络分析法分别从全国、西北地区、长三角城市群角度分析地域组织模式和铁路网络之间的发展规律。总的来说，大多数研究偏向于可达性量化指标选取的多样化以及与城市网络结构的研究，同时相关研究的范围主要集中于东中部地区。

随着西部大开发战略的深入实施，综合交通运输体系建设成为西部地区交通发展的重点。新型城镇化发展，要求在完善西部地区综合交通运输体系的基础上，实现交通一体化；“一带一路”倡议使得西部城市互联互通成为西部地区交通建设的新目标。西北地区铁路建设作为西部地区交通发展的重要组成部分，在国家政策叠加效应的加持下，得到了快速发展，同时也发挥着巨大作用，持续改变着西北城市间的可达性格局和社会网络结构。因此，综合运用可达性潜力模型和社会网络分析法，分析“十一五”至“十三五”时期西北地区铁路网络的演进趋势，以及沿线城市可达性格局的发展特征，为西北地区区域经济发展提供借鉴和参考。

1 研究方法

交通网络的评价指标中，可达性是一项综合性指标。空间可达性是指从某一给定区位通过特定的交通方式到达目的地的通达便利程度，反映出发地与目的地经济社会联系的潜在发展机会与能力。可达性空间格局在空间上呈现显著的空间集聚化特征和等级差异化特征，可以使用“核心－边缘”模式来描述其空间特征变化。铁路作为西北地区重要的交通基础设施，在一定程度上，引领西北地区可达性空间格局的演进，因此分别采用可达性潜力模型和社会网络分析模型研究西北地区可达性格局的演变特征和可达性变化对城市中心度的影响。

（1）可达性潜力模型。一定时间内，采用某种交通工具形成位移的能力被称为可达性，可以用来评估交通网络优劣程度。可达性潜力公式如下，计算结果越大说明该城市的交通越便利。

式中：PAi为城市i的可达性潜力值；Mj为城市j的城市质量；Tij为城市i，j之间铁路旅行时间，min；Pi为城市i的人口数，万人；GDPi为城市i的国内生产总值，亿元；α为节点城市的出行摩擦系数，反映时空阻隔对任意两节点城市之间的可达性关系的影响程度[12]。为消除由于指标间不同量纲及数量级带来的计算误差，利用极差法对数据进行标准化处理。

（2）社会网络分析模型。西北地区铁路网络随着“十一五”至“十三五”规划实施，其整体变化情况可以通过社会网络分析中的网络密度来刻画，网络密度反应铁路网内各城市之间联系的紧密程度，公式如下。

式中：D为网络密度；n为整个网络内实际存在的关系数，通过铁路互相连通的两城市称为一个关系数；N为整个网络内存在的节点数，即城市数量。

2 西北地区铁路网可达性分析

研究区域为西北地区，包括陕西、甘肃、青海、宁夏及新疆5个省(自治区)。为使研究过程更有针对性，研究结论更精确，以区域内的市(州)为基本单元。时间断面选取2014年、2017年和2022年。2014年和2017年最短旅行时间来自铁路12306官方网站；2022的最短旅行时间以《铁路“十三五”发展规划》为依据，通过测算车站间的距离，再用距离除以高速铁路(运营速度200 km/h)和普速铁路(运营速度120 km/h)的运营速度加上停站时间计算而得。2014年和2017年的人口、GDP等数据来源于2015—2019年《中国统计年鉴》《中国城市统计年鉴》，以及西部地区各省(自治区、直辖市)统计年鉴及发展公报；2022年的人口、GDP等数据是通过计算2015—2019年各数据的平均增长率，然后再乘以2019年各数据测算得到。

2.1 “十一五”“十二五”时期西北地区可达性对比分析

通过计算不同时期西北地区各个城市的可达性潜力值，再对比分析不同时期可达性潜力值的变化，从而得到西北地区空间可达性格局的演变特征。“十一五”“十二五”时期西北地区铁路网可达性潜力值变化对比如图1所示。

“十一五”时期，铁路建设的重点是提高全国铁路覆盖率。交通基础设施的建设投资额达7万亿元，约为上一时期投资的2倍，迅速增长的铁路建设投资改变了铁路发展滞后的局面。经过计算，西北地区的铁路可达性潜力平均值为3.48，西安、兰州、西宁、银川和乌鲁木齐的可达性潜力值分别为36，7，3，5，4，这一时期铁路集中在东中部地区建设，西北地区的铁路发展较薄弱。从图1可以发现，陕西省各市可达性潜力值整体上比西北地区其他城市要高，西北地区铁路网格局总体上呈现以各自省会城市为核心的“核心－边缘”单核模式。

随着新型城镇化发展实施，西北地区成为国家铁路建设规划的落脚点，打通西北地区各省内部衔接及与外部连接的通道，极大地提升了西北地区各省的铁路可达性。“十二五”时期西北地区铁路可达性平均值达到了8.23，较上一时期翻了一番，西安、兰州、西宁、银川和乌鲁木齐的可达性潜力值分别为69，13，10，5，7。对比发现，陕西省西安市可达性潜力值提升较大，主要是由于西宝(西安北—宝鸡南)、大西(大同南—西安北)、西成(西安北—成都东)等高速铁路和关中城际铁路网的部分路段的建设。与此同时，兰合铁路(兰州—合作)实现甘肃省甘南藏族自治州铁路的从无到有，青海省海北藏族自治州的海晏、门源和哈尔盖等地也相继开通铁路，兰新高速铁路(兰州西—乌鲁木齐)全线开通运营后，海东市也进入高速铁路时代，从图1中可以看出这些地区在可达性潜力值变化率上发生了飞跃性的变化，此时期西北地区铁路网开始互联互通，“十二五”时期与“十一五”时期相比平均旅行时间压缩了9.9%，区域可达性逐渐均衡化，西北地区铁路网格局总体上呈现为以各省省会城市为核心，周边城市为次核心的“核心－边缘”多核模式。

图1 “十一五”“十二五”时期西北地区铁路网可达性潜力值变化对比图Fig.1 Comparison among accessibility variations in railway networks in Northwest China during the 11th and 12th Five-Year Plan periods

2.2 “十二五”“十三五”时期西北地区可达性对比分析

经过“十二五”时期的过渡，“十三五”规划开始完善现代综合交通运输体系，建设和完善全国铁路网。我国城镇化发展也要求大力发展城际铁路、市郊铁路，在既有线的基础之上开行城际列车，为旅客提供多样化的交通出行方式选择。在此背景下，“十三五”期间规划的渝西高速铁路(重庆—西安)、兰渝高速铁路(兰州—重庆)、银西高速铁路(西安北—银川)等，旨在重点完善优化西北地区铁路网络。“十二五”“十三五”时期西北地区铁路网可达性潜力值变化对比如图2所示。“十三五”时期西北地区的铁路平均可达性潜力值为16.92，西安、兰州、西宁、银川和乌鲁木齐的可达性潜力值分别为100，25，17，23，10。“十三五”时期与“十二五”时期相比，各省会城市的可达性虽呈上升趋势，但上升的趋势并不是很明显。可达性变化率较大的城市铜川、庆阳、吴忠、塔城实现了铁路的从无到有，是该时期铁路网规划的受益者。随着“十三五”铁路规划的实施，银西高速铁路、兰合铁路、包兰铁路(包头—兰州)、西平铁路(西安—平凉)、敦格铁路(敦煌—格尔木)相继通车，给西北地区城市的可达性再次带来提升，“十三五”时期与“十二五”时期相比，平均旅行时间压缩了17.8%，城市之间的联系再次加强，为铁路沿线城市的发展提供了更多的机遇，西北地区铁路网格局正在形成贯穿西北地区的大通道“走廊”形态。

图2 “十二五”“十三五”时期西北地区铁路网可达性潜力值变化对比图Fig.2 Comparison among accessibility variations in railway networks in Northwest China during the 12th and 13th Five-Year Plan periods

3 社会网络分析

3.1 基于社会网络分析的城市可达性分析

基于西北地区铁路网络可达性数值(发车频次)，运用社会网络分析法，分析“十一五”到“十三五”期间铁路建设对西北地区城市中心度的影响。

（1）“十一五”时期西北地区铁路网络中的“核心城市”少于“边缘城市”。随着经济社会的发展，城乡之间的差距在日益扩大，为缩小这一差距，必须深入推进城乡一体化的发展战略。铁路作为一种快速、高效的交通方式，对带动城乡之间的发展、促进城乡之间的交流、推动城乡一体化发展发挥了重要作用。“十一五”时期西北地区城市核心边缘结构如图3所示。图中每个方块代表一个城市，方块面积越大代表中心度越大，对其他城市的引力也越大。由于西北地区交通运输配套设施不够完善，交通运输设施投资相对缺乏，“十一五”时期西北地区各城市铁路发车频次仅为1.4608次。“十一五”时期城市可达性格局是明显的“核心－边缘”模式，核心城市西安、咸阳、宝鸡、兰州等都是陇海线(兰州—连云港)的沿线城市，边缘城市数量明显多于核心城市数量。

图3 “十一五”时期西北地区城市核心边缘结构Fig.3 Urban core edge structure in Northwest China during the 11th Five-Year Plan period

（2）“十二五”时期铁路网络中的“核心城市”大幅度增加。经过“十一五”时期的发展，西北地区综合交通运输网骨架初步形成，西北地区交通基础设施的发展突飞猛进，铁路营运里程增加 8000 km。“十二五”规划要求全面提升内陆开放型经济发展和沿边开发开放水平，建设成兰铁路(成都—兰州)扩能区际干线，以及西成高速铁路、西兰高速铁路(兰州—西安)。“十二五”时期西北地区城市核心边缘结构如图4所示。“十二五”时期西北地区各城市铁路发车频次上升到2.5581次，这一时期的西北地区交通运输发展速度快，国家投资力度较大，效果也相对明显。随着兰新高速铁路、西渝高速铁路通车，库格铁路(库尔勒—格尔木)、太中银铁路(太原—中卫—银川)、西平铁路(西安—平凉)等一批国铁干线和地方铁路的建成，与“十一五”时期对比，海东、甘南、陇南、石嘴山、伊宁、喀什、阿图什地区依托铁路建设演变成为核心城市，核心城市数量增加为26个，边缘城市数量和核心城市的数量几乎持平，此时期城乡之间的铁路得到极大发展，缩短了城乡距离，拉动了城乡一体化发展。

图4 “十二五”时期西北地区城市核心边缘结构Fig.4 Urban core edge structure in Northwest China during the 12th Five-Year Plan period

（3）“十三五”时期铁路网络中的“核心城市”超过“边缘城市”。经过“十二五”时期的铁路建设，西部地区新建铁路1.5万km，城乡统筹和新型城镇化建设得到极大发展，但交通基础设施仍是西北地区发展的薄弱环节，西部大开发和“十三五”规划等国家政策中提出继续加强交通基础设施建设，这从根本上提升了西北地区综合运输保障能力。“十三五”时期西北地区城市核心边缘结构如图5所示。“十三五”时期西北地区各城市铁路发车频次提升为2.7511次，银西高速铁路、兰渝铁路、兰合铁路的相继建成，使整个西北地区铁路网形成一定规模，庆阳、铜川、塔城、吴忠加入核心城市行列。和“十二五”对比，核心城市的数量增加为34个，核心城市的数量达到边缘城市数量的2倍，城乡差距进一步缩短。“十二五”期间，西安、兰州、西宁和汉中相继建设高速铁路，中心度变化最大。“十三五”规划的银西高速铁路建成后，庆阳、铜川、吴忠和塔城的城市中心度也将大幅提升。

图5 “十三五”时期西北地区城市核心边缘结构Fig.5 Urban core edge structure in Northwest China during the 13th Five-Year Plan period

3.2 “十一五”至“十三五”部分城市中心度变化趋势

依照时间发展顺序，基于可达性潜力值对西北地区城市中心度变化进行纵向对比之后，再将“十一五”至“十三五”期间西北地区城市中心度变化较大的城市，按照中心度值从高到低的顺序进行排列和横向对比。依然选取2014年、2017年和2022年的数据进行对比。城市中心度变化如图6所示。

图6 城市中心度变化Fig.6 Variations of urban centrality

由图6可知，“十一五”时期西北地区城市中心度整体偏低，部分地区城市中心度为0，表示这一时期该城市未开通铁路。随着“一带一路”倡议和西北地区新型城镇化战略的实施，“十二五”时期是西北地区基础设施建设的高潮期，汉中、陇南、甘南等城市的中心度提升明显。“十三五”时期是西北地区基础设建设的完善期，银西高速铁路是这一时期的关键项目，项目竣工后，沿线城市的可达性和中心度将发生质变。

4 结论与建议

西部大开发以来，尤其是“十二五”至“十三五”规划期间，西部地区铁路建设成为全国铁路建设的重点，西北地区的铁路路网密度和干线等级不断提升，西北地区可达性格局得到极大改善，中心城市的引力进一步增加。“十一五”时期西北地区的铁路网格局是以省会为中心的单核心形态；“十二五”时期城市之间可达性差异缩小，铁路网格局形成多核心形态；在“十三五”时期，这两者结合演变为“核心+走廊”形态。与此同时，随着铁路网络结构的完善，社会网络结构中核心城市的数量也慢慢超越了边缘城市的数量。各种政策叠加效应的影响下，铁路建设将更好地带动西北地区交通网络的协调发展，为了使西北城市能够更好地融入到“一带一路”倡议、西部大开发和新型城镇化战略发展当中，根据对可达性潜力和城市引力的分析，提出以下西北地区铁路建设建议，以期为相关交通部门提供借鉴。

（1）巩固核心城市的支撑点地位，增强核心城市的辐射带动作用。通过对城市可达性与中心度的计算结果，可以看出可达性与中心度基本呈正相关关系，可达性好的城市中心度也相对较高。为把西宁、银川、乌鲁木齐、兰州、西安建设成为西部现代化中心、支撑丝绸之路经济带的重要节点城市，应继续提高这些城市的铁路可达性，提高中心城市对周围区域的辐射带动作用，依托铁路发掘核心城市潜能，拓展对外经济联系，推进区域一体化发展，为丝绸之路经济带的高效建设及科学发展提供交通基础设施保障。

（2）依托“走廊”形态铁路交通设施，推动西北地区城乡一体化发展。西北地区铁路网逐渐在向一体化的“走廊”方向发展，铁路走廊对西北地区城乡一体化的发展起到重要的推动作用，产生的集聚效应使沿线城市的整体性进一步加强。铁路沿线小城市应因地制宜发展旅游、生态服务等特色产业，以铁路干线作为产业集聚和发展轴线，加速城乡人流、物流和信息流等的集聚与自由流动，实现城乡基础设施的一体化建设，带动周边农村经济发展，从而改善乡村生存空间质量，最终形成城乡共同繁荣的新型城乡关系。

（3）扩大西北地区铁路建设投资，加快“一带一路”交通基础设施联通。“十三五”是西北地区铁路基础设施发展的黄金时期，根据这一时期各城市之间的铁路可达性潜力值，可以看出区域之间的联通性得到了提升，区域内部“一带一路”沿线城市的互联互通可以加快城市间的经济文化交流。陕西省应加快省内高速铁路网和关中城际铁路网的建设，形成承东启西、连接南北、高效便捷的立体大通道。甘肃省是“一带一路”的黄金段，应借助铁路通道优势，提升天水、武威、酒泉、嘉峪关的交通枢纽地位，加快国际物流大通道建设。青海省应合理规划省内铁路交通建设，加快融入“一带一路”。宁夏应以打通交通基础设施关键通道和关键节点为首要任务，实现铁路提速并强化内外联动。新疆作为“一带一路”上中欧经贸往来的重要节点，应完善铁路网建设，提升铁路运输能力，打造丝绸之路经济带核心区交通枢纽。