空间耦合连接性的TOD测度模型构建及应用研究

姜莉，温惠英

(华南理工大学，土木与交通学院，广州510641)

0 引言

随着我国城市经济发展、规模扩张和市民出行交通需求的不断增长，作为城市重要支撑的轨道交通网络得以不断扩张与更新。截至2021年5月，我国内地共有45个城市开通运营城市轨道交通线路237 条，运营总里程已达7747 km。城市交通系统与土地利用存在着紧密的互动关系，两者一体化发展，有助于双系统的深度融合与结构调整，可以促进绿色交通与可持续交通的发展。然而，就当前的实践应用和需求来看，快速建设的轨道交通与城市功能布局、土地开发之间存在诸多矛盾冲突之处[1-2]。如轨道交通对城市功能的服务覆盖存在空间盲区，轨道线网密度空间均质化、运行负荷分布不均衡、轨道站点与周边城市功能连通性差等。不合理的城市土地开发和利用模式，导致轨道交通系统与土地使用严重脱节，致使以城市交通拥堵为代表的“大城市病”日益严重，亟需开展TOD 模式下轨道交通与城市土地利用协同度相关评价，为破解“大城市病”和交通源头治理提供一定的理论参考。

以绿色公共交通为导向的TOD 发展模式，不仅是实现紧凑型城市建设的重要途径，也成为实现城市交通与土地使用一体化发展及绿色交通主导、便捷高效交通的关键。基于TOD视角的城市交通与土地利用协同互动已在国土空间规划、交通规划领域取得广泛共识，且为当前研究热点。关于两者关系的研究主要集中在以下两个方面：一是围绕TOD 建设原则和发展模式，对城市TOD 开发建设水平进行评价[3-5]；二是该模式下探讨轨道交通建设对土地利用的影响[6-7]。在研究尺度层面，既有研究多采用轨道交通网络或线路为对象，忽视了站点层面的空间特征差异；模型与方法层面，多涉及单一交通分析模型或城市土地利用模型，较少从综合视角探讨两者系统性的互动影响。尽管部分研究借鉴了反映交通与土地利用协同程度的经典“节点-场所”模型，但仍缺乏对两者耦合功能关联性的度量，难以充分发挥TOD 的综合效益。针对传统模型难以精准识别及测度TOD 均衡站点的不足，本文以深圳市轨道交通与城市协同发展为切入要点，将轨道交通大数据与城市空间数据相结合，构建基于“节点-场所-可达性”的轨道站点影响区TOD发展水平测度模型，对已运营轨道线路、站点进行量化评估；并在此基础上，依据不同维度指数的空间集聚模式，探究差异化空间特征下城市TOD 发展水平与轨道站点客流的协同程度。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域

深圳市是国内最早实践TOD 的城市，尤其在城市轨道建设上秉承“建轨道，就是建城市”理念，积极推动城市与交通融合发展。本文以深圳市2020年轨道交通线网中已开通运营的11条线路(含延长线)，285个站点为研究对象。《城市综合交通体系规划标准》(GH/T51328-2018)将轨道交通站点周边服务半径划定为800 m，《轨道交通沿线地区规划设计导则》设定轨道站点影响区为500～800 m的原则，结合深圳市轨道交通平均站距以及其他标准和文献参考[4-7]，本文取800 m；同时引入气象学中的泰森多边形划分轨道站点的影响区范围(简称站区内)，以1500 m 作为辐射影响区域。基于上述范围计算TOD测度模型中的基础指标值，如图1所示。

图1 深圳市轨道线路和站点影响区分布图Fig.1 Map of municipal districts studied and metro system in Shenzhen

1.2 研究数据获取

本文基于轨道交通自动售检票(Automatic Fare Collection，AFC)系统，选取客流压力最大时段的工作日早晚高峰客流量作为轨道交通站点运行情况的分析支撑，站区内路网集成度、路网控制值等空间句法指标通过Axwoman6.3以路网数据为基础计算获得。具体研究数据来源，如表1所示。

表1 数据来源Table 1 Data sources

2 研究方法

2.1 改进的“节点-场所”模型构建

2.1.1 空间耦合关联性的“节点-场所”测度模型

轨道站点影响区不仅具有节点和场所双重功能，其与周边区域紧密联系，承担了更多的城市功能，是促进轨道站点TOD 的最佳场所。Bertolini[8]提出的节点-场所(Node-Place)模型，是一种基于公共交通网络的地域组织模型；该模型将站点影响区域同时看作交通网络的“节点”和城市的“场所”，依据交通枢纽不同等级与位置的发展潜力，将站点区域划分为依赖、均衡、压力、失衡节点和失衡场所这5 种类型，以描绘站区之间的潜力差异。从图2 可知，沿着中间对角线两侧的“均衡”区域，节点和场所指数相对较高，一般对应为发展较为成熟的城市地区轨道站点；处于对角线右上方的“压力”区域，城市土地开发强度大、交通网络发达，对应于城市中心城区站点；处于对角线左下方的“依赖”区域，土地开发强度和交通发展相对不够充分，对应于城市的普通站点。上述3 种类型均属于城市轨道站点影响区节点和场所功能发展较为均衡的典型情况，除此之外，还存在两种“不均衡”发展的轨道站点区域类型。“不均衡节点”反映了轨道站点区域的交通供给能力显著高于其作为城市场所的功能，如图2左上方区域；“不均衡场所”反映了轨道站点区域的土地开发密度和多样性显著高于其交通设施供给水平，如图2右下方区域。随着城市空间结构与轨道交通网络的不断耦合发展，这两种“不均衡”类型会以不同的方式发展演化成均衡区域，因此，识别轨道站点区域交通发展条件和区域土地利用的均衡水平，能够有效反映站点区域的等级结构、揭示其发展潜力。

图2 经典“节点-场所”模型及5类站点类型示意图Fig.2 Schematic diagram of classic“node-place”model and five types of sites

尽管“节点-场所”模型从整体上探索了土地利用与交通发展之间的潜在关系，且应用较为广泛，仍存在一些局限性。譬如，经典的TOD 测度模型“节点-场所”模型研究中，指标的选取及其权重确定一定程度上忽略了指标的覆盖范围和数据的空间特征；轨道交通不仅承载了城市的建设发展，也为轨道交通沿线城市居民的流动和人类活动提供场所，而站点周边土地利用的可达性将孤立的“节点”“场所”通过以人类活动为核心的“联系”关联在一起。因此，为较全面地反映轨道交通站点影响区TOD 发展水平，本文重新梳理了“5D”原则的核心内容，增添空间变量，并采用全局莫兰指数，以反映数据在空间上的集聚特征，丰富交通功能和土地利用一体化发展的评价指标体系，提高实证研究结果的精确度。同时，为有效识别“节点-场所”均衡站点区域的类型归属TOD 或TAD(Transit Adjacent Development)。本文新增引导要素“可达性”维度，通过改进“节点-场所”模型，以更好地对轨道站点影响区进行分类研究。最终，选择服务能力、连通性、承载力、站点步行性、站点可达性、密度、精细度和混合度这8 个分项指标构建TOD 综合发展水平评价指标体系，如表2所示，其中，M为站区内居住、办公、商业和休闲等场所的人口密度及各种功能类型用地的混合程度，Pi为第i类POI用地面积占总面积的比例，Ni为第i类POI 用地面积，q为站区内14小类POI用地类别总量。

表2 轨道站点影响区TOD发展水平评价指标体系Table 2 Evaluation index system of TOD development level around rail transit stations

2.1.2 评价方法

TOD 整体发展水平评价是一个复杂的多因素综合评价过程。由于变异系数法、信息熵值法、德尔菲法、专家打分法等主、客观赋权法均无法反映数据的空间特征。因此，本文采用可以反映数据在空间上集聚特征的全局莫兰指数确定指标权重。全局莫兰指数是评价空间自相关性的指数，其值越高反映了研究数据在空间上的集聚特征越明显，计算模型为

统计的ZI得分为

轨道站点影响区内TOD综合指数值和分项指标值均需基于基础指标设置指标权重依次加权计算获取，具体评价步骤如下：

(1)分别计算i个轨道站点对应u类分项指标和j类基础指标Sij的全局莫兰指数值，分别为Iu和Ij,u，在此基础上分别计算得到分项指标权重wu与基础指标权重wj,u。其中，1 ≤i≤n，1 ≤j≤m，，各字母分别代表分项指标，即服务能力，连通性，承载力，站区内步行性，站区内步行性，密度，精细度，混合度。

(2)由于基础指标的量纲和单位各不相同，各指标综合评价之前需要对其进行标准化和重新标定。

(3)计算所有m个轨道站点的u类分项指标值Fi,u，最终得到第i个轨道站点影响区TOD 综合发展指数Ti为

2.2 轨道交通与城市发展的空间差异性分析方法

全局莫兰指数仅能判断各指标整体上的空间聚集现象，对数据的空间异质性解释力度相对较弱，忽视了不同站区内周边土地利用的局部特征差异，可能会使估计结果不够精确。为进一步反映局域轨道交通运行状况与周边土地利用的空间协同程度，增设局域莫兰指数(Anselin Local Moran'sI)，以识别并分析两者的空间集聚特征。然而，空间自相关分析也仅能判断站点区域是否存在聚集现象及其聚集类型，尚无法分辨具体的聚类类型是由高值还是低值组成，尤其在局部空间自相关分析中，由于过度关注个别高值或低值，容易造成其相邻站点区域的情况被忽略。冷热点分析(Getis-Ord Gi*)能够避免过度关注高值或低值要素，可以识别具有统计显著性的热点和冷点区域。计算模型分别参见文献[9-10]。

3 实例分析与应用

3.1 深圳市TOD综合指数评价及其空间分异

从表3可知，各维度及TOD综合指数具有显著的空间正相关性、高集聚性。为反映站点的空间差异性，进一步采用Jenks(自然间断分级法)对其进行等级划分，可视化结果如图3所示。

表3 TOD各维度指数空间自相关及高低聚类估计结果Table 3 Spatial autocorrelation and high-low cluster estimation results of TOD index

(1)节点维度如图3(a)所示，原特区关内地区轨道站点节点指数整体较强，尤其途径该区域的轨道交通2号线、7号线，其服务能力和连通性均处于较高水平，且福田、华强北和世界之窗等换乘站优于非换乘站；新开通轨道交通6号线和延长线(2号线东延与4号线北延)站点节点指数较低，在接近线路末端站其服务能力最弱。

图3 轨道站点影响区TOD空间分布模式Fig.3 Spatial distribution pattern of TOD in impact area of rail transit station

(2)场所维度如图3(b)所示，福田中央商务区、罗湖交通枢纽、南山科创中心和前海中心附近站点场所指数呈现显著的高值聚集，这与其高混合度的用地功能相匹配，如图4所示。然而，在多数站点混合用地高达94.29%的同时，也存在零星的单一用地站点，如5号线的前湾公园和桂湾站、6号线的科学公园站、11号线和4号线的交通枢纽站(机场北和深圳北站)。该类站点信息熵指数偏大，构建集办公、商业等功能于一体的轨道交通综合体是提升站点周边土地集约化的重要举措。

图4 轨道交通各线路站区内用地功能划分Fig.4 Land use function division of rail transit lines

(3)可达性维度如图3(c)所示，与上述维度不同，“可达性”视角下以宝安区和光明区为代表的原关外特区可达性指数呈高值集聚，据此判断该区域具有多样性沿街商业和高效公共交通，可以作为“郊区TOD”建设的示范加以发展；罗湖区多数站点步行性和可达性较弱，形成了仅在物理距离上接近轨道站点的周边开发(Transit Adjacent Development，TAD)或地铁上盖开发(Transit Integrated Development，TID)，加强该区域以人为本的土地开发与轨道交通的整合发展才能实现真正的TOD 理念；南山区轨道交通1、2、9 和11 号线交汇处“场所”“可达性”指数呈现一致的高值聚集，表明轨道交通的建设和运营有力推动了南山区居民生活改善和城市建设。

(4)TOD综合指数如图3(d)所示，以轨道交通2号、3 号和9 号线为代表的原特区关内地区TOD 综合指数相对较强，且向外围的光明、龙华、龙岗和宝安区方向递减；宝安区和光明区存在大量4级TOD综合指数较高的站点，表明轨道交通6号线及延长线的开通运营有效助推深圳北部边远城区的发展；而贯穿龙岗区的3 号线与相继新开线路(4 号线北延、8号线)各站点TOD综合得分较低，尽管轨道交通建设已覆盖了深圳市东北部大面积边远城区，但该区域周边的城市服务设施多业态建设与公共交通发展依然相对滞后。

3.2 基于差异化空间聚类特征的站点类型划分

轨道站点早高峰客流量与站点周边TOD综合发展水平均呈显著的空间集聚特征，但两者空间集聚和冷热点分布特征存在较大差异，如图5所示。根据Anselin Local Moran'sI和Getis-Ord Gi*指数计算结果，综合考虑早高峰客流量与站点周边TOD综合指数空间集聚特征，将研究区域划分为6级站点类型，如图6所示。轨道站点影响区内TOD综合发展水平越高其站点的客流量越大，反映了两者协调程度越高。因此，6 类站点两者的协同程度大小为：一级＞二级＞三级＞四级＞五级＞六级。一级站点，高客流-高指数(HH/HH)9 个，主要集中于福田中央商务、综合交通枢纽区，用地以商务办公、交通设施及商住为主，功能高度复合，核心圈层强调交通一体化换乘，鼓励该类站点交通设施用地综合利用，当周边土地利用有新变化时需要进行交通影响评估，但应避免过度开发；二级站点，高客流-不显著(HH/不显著)18个，位于南山科创和前海中心，用地布局与开发强度圈层化明显，建议增加该类站点周边公共设施数量，丰富土地利用类型；三级站点：高指数-不显著(HH/HL)22 个，位于地铁2 号线贯穿的南山商业、居住中心，外围圈层以居住为主开发强度较弱，建议提高公共交通供给水平；四级和五级站点分别为低客流-不显著(LH/LL)7 个，低指数-不显著(LH/LL)10 个，站点分别位于中心城区外围圈层或边缘外围城区，建议在城市交通规划中给予重视，适当提高土地利用混合度、改善步行环境；六级站点，两者均不显著的165个，多位于用地布局的第三圈层或边缘外围城区，该区域周边公共交通发展和城市服务设施建设相对滞后，建议适当降低停车配建标准，调控小汽车出行，同时提高公共交通供给水平，提升土地利用混合度。

图5 轨道交通站点客流及TOD综合指数空间集聚特征Fig.5 Spatial agglomeration character of rail transit station passenger volume and TOD development level

图6 轨道交通站点类型划分Fig.6 Six groups criteria of rail transit stations

4 结论

本文通过新增引导要素“可达性”改进传统的“节点-场所”模型，构建了空间耦合功能连接性的TOD 发展模式测度方法。基于模型测度了深圳市TOD 综合发展水平及其与轨道站点客流的空间协同度。研究发现：本文所构建的模型使TOD 的评价更加全面客观，依据两者空间协同度所划分的6级轨道站点类型，有利于探究不同等级的轨道站点作为城市交通枢纽和场所的竞争性与互补性，可以作为轨道站点确定政策与投资优先次序的评判标准，帮助政策决策者识别适合发展TOD 的轨道站点；同时，轨道站点等级类型划分和对应的特征、建议有助于探索不同站点区域地域空间演化的特征和功能，指导区域城市交通规划的制定与实施，提高轨道站点影响区的交通服务质量和街道步行环境。未来研究将进一步探究城市TOD发展水平及因素对轨道站点客流的影响机理。