大西安都市區(qū)軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃與優(yōu)化思路分析

李巖輝

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043； 2.陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院),西安 710043)

1 研究背景

在大城市、特大城市以及城市群發(fā)展過程中，需要有大運(yùn)量、中長距離、準(zhǔn)時(shí)的軌道交通緩解日益增長的出行問題，進(jìn)而形成客流走廊并對城市空間進(jìn)行支撐、引導(dǎo)[1]。軌道交通的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營改變了沿線土地特性和城市空間結(jié)構(gòu)，將社會經(jīng)濟(jì)活動吸引到交通走廊上，延展了城市空間，使城市空間布局發(fā)生變化。隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，逐漸形成以車站、換乘樞紐為核心，以線路、交通走廊為發(fā)展軸，以軌道線網(wǎng)、路網(wǎng)為覆蓋范圍的新城市空間形態(tài)[2-3]。目前我國城市化進(jìn)程仍處于快速發(fā)展階段，城市空間、人口分布、產(chǎn)業(yè)布局日新月異，這也導(dǎo)致很多城市總體規(guī)劃數(shù)年修編一次，且很多大城市的人口規(guī)模、用地邊界在規(guī)劃年限之前就已突破規(guī)劃指標(biāo)。而城市軌道交通的建設(shè)過程需要經(jīng)過居民出行調(diào)查、線網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)規(guī)劃、可研、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、施工、聯(lián)調(diào)試運(yùn)營、正式運(yùn)營，整體周期均在5～10年，若考慮線網(wǎng)規(guī)劃修編、建設(shè)規(guī)劃修編等修改反復(fù)過程，其耗時(shí)更長。線網(wǎng)規(guī)劃通常有遠(yuǎn)期、遠(yuǎn)景兩個(gè)規(guī)劃年限，在此過程中，會出現(xiàn)軌道交通規(guī)劃年限超出城市總體規(guī)劃年限的情況。在該過程中，城市空間、人口分布、用地性質(zhì)均會發(fā)生深刻的變化，而線網(wǎng)規(guī)劃又需要在這種不確定中與城市發(fā)展保持協(xié)調(diào)統(tǒng)一。為應(yīng)對上述不確定性因素，需要在線網(wǎng)規(guī)劃階段審時(shí)度勢，做到線網(wǎng)與城市發(fā)展方向的協(xié)調(diào)。通過研究不同年份城市、線網(wǎng)的發(fā)展特征并把握其發(fā)展規(guī)律，并超前規(guī)劃、審慎修建，使線網(wǎng)與城市空間結(jié)構(gòu)、人口及就業(yè)崗位分布、產(chǎn)業(yè)布局更加匹配，在線網(wǎng)能滿足城市空間拓展與交通需求的同時(shí)，又能做到規(guī)模經(jīng)濟(jì)、布局合理[4]。以大西安城市軌道交通為例，介紹既有線網(wǎng)規(guī)劃的發(fā)展歷史與規(guī)律，提出未來軌道交通優(yōu)化思路與方案。

2 大西安城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃

2.1 歷次線網(wǎng)規(guī)劃與評述

進(jìn)入21世紀(jì)以來，西安市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，先后進(jìn)行了多次線網(wǎng)規(guī)劃。在該過程中，城市規(guī)模、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口總量、人口分布特征、出行結(jié)構(gòu)均發(fā)生了深刻的變化，線網(wǎng)規(guī)劃也隨著城市發(fā)展變化逐漸調(diào)整優(yōu)化，以下分別做簡要介紹。

(1)2005版線網(wǎng)規(guī)劃及部分路由調(diào)整

西安市于1994年開展西安市城市軌道交通建設(shè)的前期準(zhǔn)備和基礎(chǔ)研究工作，在2005年初編制完成《西安市城市快速軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》[5]。線網(wǎng)由6條線路組成，總規(guī)模251.8 km，線網(wǎng)方案如圖1所示。

圖1 西安市城市快速軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃(2005)

2005版線網(wǎng)規(guī)劃是在西安市第三次總體規(guī)劃(1995～2010)的基礎(chǔ)上完成，通過軌道交通支撐了中心城區(qū)特別是二環(huán)以內(nèi)的交通需求，并對外圍空間的發(fā)展和新區(qū)的形成起到了促進(jìn)作用。但彼時(shí)西安市第四次城市總體規(guī)劃已在編制過程中，其規(guī)劃年限為2008年～2020年，略晚于2005版線網(wǎng)規(guī)劃。隨著西安市社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、第四次總體規(guī)劃的批復(fù)、關(guān)中—天水經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃的批復(fù)、西咸新區(qū)的成立等外部條件的變化，西安市對2005版線網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行了局部路由調(diào)整，作為后續(xù)工作的基礎(chǔ)，其方案如圖2所示[6]。

圖2 西安市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃(修編2005)

圖3 西安市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃(修編2014)

調(diào)整后的線網(wǎng)規(guī)劃方案緊密配合并有力支撐了第四次總體規(guī)劃的實(shí)施，該方案基本維持了2005版線網(wǎng)規(guī)劃方案的規(guī)模、結(jié)構(gòu)、層次和功能，線網(wǎng)促進(jìn)了主城區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)，并增強(qiáng)了主城區(qū)對外的輻射力。

(2)2014版線網(wǎng)規(guī)劃

為構(gòu)筑西安國際化大都市，并支持西咸新區(qū)、高新區(qū)、航天基地、國際港務(wù)區(qū)、渭北工業(yè)區(qū)等組團(tuán)的發(fā)展，在修編工作領(lǐng)導(dǎo)小組的組織下，形成《西安市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃(修編)》方案[7]，如圖3所示。

該方案由15條軌道交通線路組成，其主體網(wǎng)絡(luò)形態(tài)呈棋盤+環(huán)+放射結(jié)構(gòu)，規(guī)劃線路總長度667 km，線網(wǎng)充分考慮了城市未來發(fā)展與土地開發(fā)利用，拓展城市對外的輻射范圍，同時(shí)確定1～6、8、9號線構(gòu)成的“基本網(wǎng)”作為中心城區(qū)線網(wǎng)的骨干結(jié)構(gòu)。

(3)2016版線網(wǎng)規(guī)劃

在2014版線網(wǎng)規(guī)劃完成后，陜西省住建廳于2016年5月編制了《關(guān)中城市群核心區(qū)總體規(guī)劃》，確定了以西安—咸陽—西咸新區(qū)為核心的都市區(qū)以及周邊組團(tuán)共同構(gòu)成的都市圈結(jié)構(gòu)，原有的以西安中心城區(qū)為核心的區(qū)域進(jìn)一步向外拓展，區(qū)域一體化程度進(jìn)一步提高。在此背景下，在西安市規(guī)劃局、西安市地鐵辦、西咸新區(qū)規(guī)劃局、咸陽市發(fā)改委等部門的直接指導(dǎo)和參與下，編制了《關(guān)中城市群都市區(qū)城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃(2016)》方案[8]，如圖4所示。

圖4 關(guān)中城市群都市區(qū)城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃(2016)

線網(wǎng)方案由23條軌道交通線路組成，其主體網(wǎng)絡(luò)形態(tài)呈棋盤+環(huán)+放射結(jié)構(gòu)，總長度986.0 km。線網(wǎng)由都市區(qū)骨干線(1～8號、11號線)、都市區(qū)區(qū)(市)域線(9號、10號、12～23號線)兩個(gè)功能層次構(gòu)成。

2.2 各版規(guī)劃對比分析與區(qū)域發(fā)展量化分析

為能準(zhǔn)確把握西安市城市發(fā)展與軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃變化歷程并總結(jié)其歷史規(guī)律，進(jìn)而分析未來發(fā)展趨勢，將歷次線網(wǎng)規(guī)劃及相關(guān)指標(biāo)匯總見表1。

表1 歷次線網(wǎng)規(guī)劃各關(guān)鍵指標(biāo)對照

上述結(jié)果表明，規(guī)劃用地面積、人口、中心城區(qū)出行量快速增長，而線網(wǎng)規(guī)劃也適應(yīng)了城市發(fā)展與空間變化，由最初的中心城區(qū)范圍逐漸擴(kuò)展至都市區(qū)范圍。體現(xiàn)為平均乘距指標(biāo)隨著線網(wǎng)規(guī)模與城市空間范圍擴(kuò)大而增長，換乘系數(shù)的提高也凸顯了軌道交通網(wǎng)絡(luò)化的效益。歷次線網(wǎng)規(guī)劃、城市規(guī)劃建設(shè)用地邊界經(jīng)整理繪制，如圖5所示。

圖5 歷次城市規(guī)劃與線網(wǎng)規(guī)劃對比

從圖5可以觀察大西安范圍內(nèi)的城市空間結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出“集中—擴(kuò)散”的趨勢，該變化過程可以用ROXY指數(shù)進(jìn)行量化。ROXY指數(shù)是計(jì)算城市空間、城市群空間分布動態(tài)變化的指數(shù)，其計(jì)算公式如下[9]

(1)

表2 ROXY指數(shù)值與對應(yīng)的含義

為衡量線網(wǎng)規(guī)劃不同階段的城市空間布局特征，選取第三輪城市總體規(guī)劃、現(xiàn)狀特征、第四輪城市總體規(guī)劃、都市區(qū)規(guī)劃4個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，將研究區(qū)域按照規(guī)劃的功能板塊進(jìn)行劃分，得出ROXY指數(shù)見表3。

表3 大西安地區(qū)ROXY指數(shù)

計(jì)算結(jié)果表明，研究區(qū)域的ROXY由正值變化為負(fù)值，即空間形態(tài)由集聚變?yōu)榉稚ⅲ沪OXY一直為負(fù)值，表明城市空間結(jié)構(gòu)由減速集聚變化為加速分散。上述結(jié)果基本符合大西安都市區(qū)由單中心結(jié)構(gòu)，變化為以西安-咸陽-西咸新區(qū)為核心的、多組團(tuán)發(fā)展的空間結(jié)構(gòu)。根據(jù)ROXY指數(shù)趨勢推算，未來都市區(qū)空間仍將以分散發(fā)展為主，并逐漸趨于均衡，形成“核心區(qū)-新城/組團(tuán)”的空間結(jié)構(gòu)。軌道交通對都市區(qū)的格局變化起到?jīng)Q定性作用，提高各組團(tuán)與中心城區(qū)可達(dá)性，實(shí)現(xiàn)并促進(jìn)多中心城市結(jié)構(gòu)發(fā)展、要素重新配置與優(yōu)化。由于軌道交通TOD的帶動作用，沿線區(qū)域呈現(xiàn)“面上分散、點(diǎn)上集中”的城市物理形態(tài)，對于大西安地區(qū)來說，城市逐漸由中心城區(qū)向外圍拓展并形成多個(gè)新城、組團(tuán)，而各個(gè)組團(tuán)又圍繞軌道交通線路與站點(diǎn)形成高強(qiáng)度開發(fā)的區(qū)域，改變原有的“均質(zhì)分布”土地開發(fā)模式進(jìn)而形成片區(qū)中心。

2.3 存在問題分析

(1)線網(wǎng)與都市區(qū)空間關(guān)系

歷次線網(wǎng)規(guī)劃均與城市總體規(guī)劃保持了較高的耦合性，對比歷次線網(wǎng)規(guī)劃，差異較大的為2005、2014版，分別對應(yīng)第三次、第四次城市總體規(guī)劃。2016版線網(wǎng)規(guī)劃的依據(jù)雖然為都市區(qū)規(guī)劃，但僅是西安、西咸新區(qū)、咸陽市等地區(qū)的總體規(guī)劃拼接而成，由圖5可以看出，2014、2016版線網(wǎng)對應(yīng)的用地邊界差異不大，新增了興平市區(qū)、北塬新城，2016版線網(wǎng)也僅僅對2014版線網(wǎng)做了局部優(yōu)化與加密，整體覆蓋范圍仍為西安—咸陽—西咸新區(qū)的都市區(qū)范圍。隨著城市版圖不斷擴(kuò)大，大西安實(shí)施“北跨、南控、西進(jìn)、東拓、中優(yōu)”的新空間戰(zhàn)略，引導(dǎo)大西安差異化、高效化協(xié)調(diào)發(fā)展，在都市區(qū)范圍基礎(chǔ)上新增富閻片區(qū)、楊凌區(qū)、周至縣、三原縣等，因此，原有的線網(wǎng)規(guī)劃已無法滿足未來城市空間拓展的需求。

(2)多網(wǎng)融合問題

在城市空間范圍進(jìn)行軌道交通研究屬于城市軌道交通范疇，但考慮大西安都市區(qū)范圍逐漸拓展為城市群范圍，則既有線網(wǎng)服務(wù)范圍與規(guī)模無法適應(yīng)城市群范圍的出行需求。在關(guān)中城市群范圍內(nèi)，規(guī)劃有關(guān)中城際鐵路網(wǎng)，“米字形”高鐵網(wǎng)絡(luò)也即將形成，基本構(gòu)成由“地鐵-城際鐵路-國鐵-高鐵”組成的各級軌道交通系統(tǒng)。但各個(gè)軌道交通系統(tǒng)之間分屬不同的管理部門，尚未達(dá)到互聯(lián)互通、安檢互信、票務(wù)互信、資源共享等一體化和“一張網(wǎng)”要求。

(3)線網(wǎng)層次與多制式問題

大西安都市圈包括西安—咸陽為核心的片區(qū)，以及周邊組團(tuán)、新城、縣鄉(xiāng)，其城市規(guī)模、人口、產(chǎn)業(yè)發(fā)展不盡相同，進(jìn)而導(dǎo)致各個(gè)區(qū)域交通需求特征不同、區(qū)域之間交通走廊特征不同。不同的交通需求需要不同層次、不同制式的軌道交通予以支撐。根據(jù)不同運(yùn)量等級、速度目標(biāo)值、技術(shù)特征可將軌道交通劃分為多層次、多制式[10]，但歷次線網(wǎng)規(guī)劃對功能層次劃分較為模糊、單一，并未體現(xiàn)出需求、運(yùn)能、速度目標(biāo)值差異，使得外圍組團(tuán)進(jìn)入中心城區(qū)較為不便，部分區(qū)域至中心城區(qū)全程時(shí)間超過1 h，導(dǎo)致“快線不快”，都市區(qū)內(nèi)空間可達(dá)性受到一定影響。

3 優(yōu)化思路與方法

針對大西安線網(wǎng)變化規(guī)律與上述問題分析，提出以下優(yōu)化思路，優(yōu)化里程及各部分優(yōu)化內(nèi)容如圖6所示。

(1)以既有線網(wǎng)為基礎(chǔ)，支撐總體規(guī)劃并適當(dāng)超前總體規(guī)劃

西安市歷次線網(wǎng)規(guī)劃對關(guān)中城市群、大西安都市區(qū)及各個(gè)組團(tuán)的空間結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了深入研究，可以作為下一步優(yōu)化工作的基礎(chǔ)[11]。隨著西安市第五輪城市總體規(guī)劃工作的推進(jìn)，在線網(wǎng)優(yōu)化過程中，應(yīng)以城市總體規(guī)劃的最新成果為主要依據(jù)，以促進(jìn)用地集約發(fā)展、人口分布、資源重新配置、建設(shè)高效公交都市為目標(biāo)，使軌道交通依托城市、服務(wù)城市[12-14]。

(2)城市空間分析

以大西安都市區(qū)為主要研究范圍，以整體都市區(qū)空間結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，考慮西安市、西咸新區(qū)、咸陽市及周邊各組團(tuán)的銜接；對研究范圍內(nèi)的人口及就業(yè)崗位分布、用地性質(zhì)、開發(fā)強(qiáng)度、綜合交通體系、對外交通樞紐進(jìn)行量化分析；并結(jié)合西安與咸陽歷史文化名城特征，處理建設(shè)項(xiàng)目與各類遺址保護(hù)區(qū)的關(guān)系，不僅做好文物的本體保護(hù)，更應(yīng)做好文物的空間保護(hù)[15]。

第2步：以4組近似信號a3的2002-2011年間10年的信號數(shù)值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練信號，以2012-2016年間5年的事故發(fā)生情況為預(yù)測目標(biāo)信號，對2012-2016年間的交通事故發(fā)生的情況進(jìn)行預(yù)測。

圖6 線網(wǎng)優(yōu)化流程

(3)滿足都市區(qū)整體通勤需求

在大西安中心城區(qū)功能不斷完善的同時(shí)，城市功能逐漸向外疏解并產(chǎn)生新的出行需求[16]。因此，需要根據(jù)組團(tuán)之間差異、不同走廊量級差異、不同運(yùn)距構(gòu)建不同層次的線網(wǎng)，特別是服務(wù)外圍地區(qū)與中心城區(qū)之間的通勤需求，通過控制速度目標(biāo)值、全程運(yùn)營時(shí)間、線路長度、站間距等指標(biāo)以適應(yīng)其長距離出行，拓展城市骨架[17]。

(4)多層次多制式與多網(wǎng)融合優(yōu)化

西安市區(qū)、西咸新區(qū)、咸陽市與外圍組團(tuán)之間，及各個(gè)組團(tuán)內(nèi)部的出行特征存在差異，該差異性提出了軌道交通制式多元發(fā)展的需求，從市情、域情出發(fā)，通過合理布局城市軌道(地鐵、輕軌、有軌電車等)、市域軌道(市域快軌、市郊鐵路等)、城際軌道、干線鐵路(高速鐵路、普速鐵路)等多層級線網(wǎng)體系，以滿足中心城區(qū)、核心區(qū)、城市群等各個(gè)圈層之間的出行需求[18-19]。

在大西安范圍內(nèi)，已規(guī)劃有城際鐵路、城市軌道交通，同時(shí)市域快線、中低運(yùn)量軌道交通正在研究中。目前存在部分走廊內(nèi)城市軌道、城際鐵路共存的情況，主要有機(jī)場—新西安南—西安東、西安北—新西安南城際鐵路等。連接主要鐵路樞紐的城際鐵路主要起到接駁各樞紐的功能，因此僅連接各火車站，且發(fā)車間隔長、站間距大，與城市軌道交通服務(wù)水平有較大差異。機(jī)場—西安南—西安東為主要客流走廊，部分區(qū)段兩者可以共存[20]。同時(shí)，對部分軌道線路進(jìn)行優(yōu)化，使之在有限的空間內(nèi)完成城際鐵路的功能，例如將7號線優(yōu)化為北客站—南客站方向，作為穿過市中心的南北向快線，火車站—洪慶部分優(yōu)化為向東放射的市域線；西安南—西安東與既有15號線重合，但道路條件受限，因此以15號線代替原有東西向城際鐵路。

4 優(yōu)化結(jié)果

經(jīng)充分考慮大西安都市區(qū)空間結(jié)構(gòu)特征、重要客流集散點(diǎn)、對外交通樞紐、人口與就業(yè)崗位分布、產(chǎn)業(yè)分布，以既有線網(wǎng)規(guī)劃為基礎(chǔ)，梳理研究區(qū)域軌道交通功能層次，對部分骨干線路進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對西咸新區(qū)、富閻板塊、咸陽—興平區(qū)域、渭北工業(yè)區(qū)、鄠邑區(qū)等外圍組團(tuán)的線網(wǎng)進(jìn)行加密。通過上述分析，形成“市域快線—骨干線網(wǎng)—中小運(yùn)量線網(wǎng)”的多層次多制式城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)體系，總規(guī)模1 797.5 km。其中，市域快線5條，規(guī)模285.5 km；骨干線20條，規(guī)模866 km；中小運(yùn)量線路33條，規(guī)模646 km，優(yōu)化方案如圖7所示[21]。

圖7 大西安都市區(qū)城市軌道交通線網(wǎng)優(yōu)化方案

5 研究結(jié)論

(1)通過對西安市(大西安)歷次線網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行總結(jié)、對比，分析了城市要素、線網(wǎng)規(guī)劃的變化特征。并通過ROXY指數(shù)進(jìn)行分析，得出關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)的城市空間變化指數(shù)與線網(wǎng)方案的關(guān)系。研究表明，大西安都市區(qū)空間結(jié)構(gòu)由集中向分散發(fā)展，城市發(fā)展為軌道交通提供客流需求、產(chǎn)業(yè)支撐，反之軌道交通引導(dǎo)城市空間拓展、優(yōu)化。

(2)通過對城市空間變化的定量分析可以看出，大西安都市區(qū)的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)中心城區(qū)功能疏解并向外圍組團(tuán)擴(kuò)散的特征，城市空間特征由連片發(fā)展變?yōu)槎嗪?、多中心的形式，城市空間結(jié)構(gòu)、出行需求特征的多樣化對軌道交通發(fā)展提出了更高的要求，線網(wǎng)規(guī)劃也應(yīng)隨著城市變化而不斷優(yōu)化、更新。

(3)分析城市發(fā)展、線網(wǎng)規(guī)劃過程中存在的問題，包括：線網(wǎng)規(guī)模與服務(wù)范圍無法滿足都市區(qū)、城市群的發(fā)展；多網(wǎng)融合程度較低；線網(wǎng)層次、軌道交通制式需多樣化以適應(yīng)交通需求。

(4)根據(jù)城市發(fā)展趨勢、線網(wǎng)規(guī)劃特征，提出未來都市區(qū)、城市群范圍軌道交通優(yōu)化方向與思路。以既有城市總體規(guī)劃、線網(wǎng)規(guī)劃為基礎(chǔ)，及時(shí)采納總體規(guī)劃最新成果，以多網(wǎng)融合、多層次多制式為主要目標(biāo)，滿足中心城區(qū)、核心區(qū)、城市群等各個(gè)圈層之間的聯(lián)系。