高鐵引導下關中平原城市群時間和費用可達性時空格局

劉 歡，孟德友

(河南財經(jīng)政法大學 城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州450046)

0 引言

交通可達性是指從某一區(qū)位出發(fā)到達目的地所需要克服的時空距離、費用、舒適度等出行問題的難易程度，并使用時間、距離、費用等指標[1-4]來對可達性的程度進行描述.高鐵的建設雖然很大程度上提升了時間可達性，但其費用可達性相對較差，在一定程度上影響了高鐵的普及.國內(nèi)外學者對高鐵區(qū)域效應的研究主要集中在交通對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的影響，包括區(qū)域經(jīng)濟增長及空間格局等方面，其中高鐵可達性研究是重要論題[5].從國家尺度看，研究主要集中在交通優(yōu)勢度[6]、交通對經(jīng)濟格局均衡性的影響[7]、可達性格局與聯(lián)動關系[8]三方面. 從區(qū)域尺度看，主要以網(wǎng)絡分析法[9]、柵格分析法[10]等方法利用加權平均旅行時間[11]、經(jīng)濟潛力[12]、等時圈[13]等指標對省域[14]、縣域[15]、都市圈[16]、城市群[17]空間格局演變[18]、空間相互作用[19]等進行研究.國內(nèi)外對可達性的研究視角集中于時間可達性視角，為提高對交通可達性研究的全面性和科學性，少數(shù)學者從經(jīng)濟可達性[20]、費用可達性[21]等角度做了研究.關中平原城市群作為新批復的國家級城市群，現(xiàn)有的研究較少且其位于我國內(nèi)陸地帶，是國家協(xié)調(diào)中西部地區(qū)與東南部發(fā)達地區(qū)共同發(fā)展的過渡地帶，具有承東啟西的重要地位.本文以關中平原城市群為研究區(qū)域，從時間和費用可達性兩個維度，用加權平均旅行時間、加權平均旅行費用、平均時間費用、邊際費用的時間效益等指標，對高鐵背景下的關中平原城市群2008-2018年時間及費用可達性格局進行比較分析，為中部地區(qū)發(fā)展及鐵路合理規(guī)劃提供參考.

1 研究區(qū)域數(shù)據(jù)及方法

1.1 區(qū)域概況

2018年《關中平原城市群發(fā)展規(guī)劃》使得關中平原城市群正式批復為第七個國家級城市群.關中平原城市群跨越陜西省、山西省、甘肅省三個省，規(guī)劃范圍包括西安、寶雞、咸陽、銅川、渭南、 商洛市、運城市、臨汾市、天水市及平?jīng)鍪械牟糠挚h市和慶陽市區(qū)共11個地級市以及楊凌農(nóng)業(yè)高新技術產(chǎn)業(yè)示范區(qū).關中平原城市群以西安為中心加速建設“米”字型的交通網(wǎng)絡體系.本文以關中平原城市群的西安市、寶雞市、咸陽市、渭南市、商洛市、運城市、臨汾市、天水市、平?jīng)鍪泄? 個地級市(包含地級市內(nèi)未進入規(guī)劃的區(qū)域)為研究對象.由于銅川市鐵路未開通客運專線鐵路；慶陽市僅在寧縣長慶橋工業(yè)區(qū)設有站點，故研究區(qū)域暫不包括銅川市和慶陽市.

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取鐵路提速、高鐵建成的重要年份2008年、2013年和2018年為研究年份(2008年，中國鐵路經(jīng)過2007年第六次提速后已有成效且開通了我國第一條鐵路-京津城際高速鐵路；2013年，中國規(guī)劃高鐵線路“四縱”基本建成；2018年，研究區(qū)域關中平原城市群正式批復).采用的最短旅行時間數(shù)據(jù)從2008年發(fā)布的“石開旅行時刻表”和2013年、2018年發(fā)布的“極品時刻表”兩個軟件中采集.采集兩個城市之間的最短旅行時間，所選擇的列車類型順序為G>D>T>K>其他.優(yōu)先選擇可直達列車，不可直達的列車選擇省會城市為中轉地，中轉時間不計入其中.以2008年規(guī)劃建成的“四縱四橫”高鐵網(wǎng)絡中距離關中平原城市群各市較近、不需多次中轉即可頻繁出行的高鐵規(guī)劃路線“一縱兩橫”( “一縱”即北京-石家莊-鄭州-廣州、“兩橫”即上海-南京-滁州-鄭州-西安-蘭州、青島-濟南-石家莊-太原)周圍已建成鐵路路線的40個熱門城市和關中平原城市群內(nèi)部城市為參照對象，對十年來高鐵建成對關中平原城市群內(nèi)部與外部可達性的影響進行研究分析.研究對象中所需的GDP和年末人口總數(shù)指標數(shù)據(jù)來源于歷年《城市統(tǒng)計年鑒》及相關地市統(tǒng)計年鑒.

1.3 研究方法

1.3.1 加權平均旅行時間

加權平均旅行時間是從克服時間的角度反映從出發(fā)地到目的地的難易程度的指標.加權平均旅行時間越小，可達性越好，與其它地區(qū)的聯(lián)系越密切，公式如下[22]：

(1)

式(1)中：Ai為目標節(jié)點i的加權平均旅行時間；Tij為目標節(jié)點i到達節(jié)點城市j的最短旅行時間.n為目標節(jié)點i可到達的城市總數(shù).Mj為加權平均旅行時間的權重，用來評價節(jié)點城市對其他節(jié)點城市的吸引力、影響程度，Mj取節(jié)點城市j的GDP總值、年末人口總數(shù)的幾何平均值.

1.3.2 加權平均旅行費用

加權平均旅行費用是從費用的角度對到目的地的難易程度進行衡量的指標.類比加權平均旅行時間的概念提出，公式如下：

(2)

式(2)中：Ci為加權平均旅行費用，Cij為目標節(jié)點i到達節(jié)點城市j最短旅行時間下所需的費用.其它變量同上.

1.3.3 單位時間費用

單位時間費用表示交通出行中從出發(fā)地到達不同目的地城市耗費單位時間所需的費用[23]，公式如下：

(3)

式(3)中：Hi為單位時間費用.其他變量同上.

1.3.4 邊際費用效益

邊際費用效益是指在當前交通費用的基礎上，增加一單位費用所節(jié)約的時間成本的增量，公式如下：

(4)

式(4)中：Fi為目標城市i的邊際費用效益，ΔTij為最短旅行時間的變化量；ΔCij為花費最短旅行時間所需費用的變化量.ΔTij、ΔCij值(包括正數(shù)、負數(shù)、零)越小，總邊際費用效益的優(yōu)良程度越高，據(jù)此將其程度劃分為優(yōu)、良、一般、較差4個等級.

2 關中平原城市群城市時間可達性

2.1 關中平原城市群內(nèi)部時間可達性

通過加權平均旅行時間計算得到2008年、2013年、2018年關中平原城市群九個城市的時間可達性.總體來看，關中平原城市群九個城市加權平均旅行時間都大幅減少，可達性越來越好；加權平均旅行時間減少率居前列的為運城市、臨汾市、咸陽市，皆在60%以上.隨著“米”字型的高鐵的逐漸建設，關中平原城市群中心城市西安市在這10年間加權平均旅行時間從2.61 h減少到1.02 h，次中心城市渭南市和咸陽市分別從2008年的2.40 h、2.71 h減少到2018年的0.89 h、0.90 h.山西省的運城市、臨汾市加入了關中天水經(jīng)濟區(qū)共同組成了關中平原城市群，太原南到西安北段大西高鐵的建成使得運城市加權平均旅行時間從8.39 h減少到1.50 h，總共減少了6.89 h，減少率高達82.16%，是關中平原城市群內(nèi)部可達性提升最大也是最快的城市(表1).

表1 關中平原城市群內(nèi)部時間可達性

2008年-2018年關中平原城市群內(nèi)部時間可達性以西安市為中心、咸陽市和渭南市為副中心，呈核心-邊緣逐漸降低，同時沿高鐵線路向四周呈降低的趨勢，以中心城市和高鐵線路輻射帶動周邊地區(qū)發(fā)展.通過GIS空間分析法使九個關中平原城市群城市整體區(qū)域的時間可達性可視化(圖1).這10年期間，西安市、咸陽市、渭南市可達性較優(yōu)，平?jīng)鍪锌蛇_性最差，這是在各地鐵路建成的時間及鐵路網(wǎng)密度不同的情況下形成的可達性優(yōu)良程度的空間分布不平衡.隨著高鐵網(wǎng)絡的不斷完善，到2018年，關中平原城市群內(nèi)部時間可達性水平排序為西安市>渭南市>咸陽市>寶雞市>運城市>臨汾市>天水市>商洛市>平?jīng)鍪?2020年，高鐵計劃完成“米”字型建設，將使其在關中平原城市群的分布逐漸均衡，縮短民眾互動交流的時空距離.

圖1 關中平原城市群內(nèi)部可達性

可達性/h2008年/km22013年/ km22018年/ km20～1——4 565.431～2——57 240.712～432 874.6952 935.1362 338.834～650 316.5768 440.946 648.326～948 000.339 815.52398.30

加權平均旅行時間等值線越密集，可達性變化率越大，交通基礎實施越需要完善，高鐵建設發(fā)展?jié)摿υ酱?關中平原城市群內(nèi)部加權平均旅行時間等值線從2008年到2018年由密集變稀疏；西部地區(qū)的等值線比東部地區(qū)密集；可達性范圍集中分布呈大幅度向時間較短、較為優(yōu)良的可達性范圍擴展(圖1).這10年間，0～2 h內(nèi)的面積從0增長到61 806.14 km2；2～4 h與4～6 h的可達性面積均大幅度上漲；可達性高達6～9 h的面積從2013年的9 815.52 km2減少到2018年的398.30 km2，減少率高達95.9%.可見，在2008到2018年高鐵建設的背景下，可達性范圍集中分布從4～6 h和6～9 h轉變?yōu)?～2 h和2～4 h；可達性范圍次集中分布從2～4 h轉變?yōu)?～1 h；可達性面積集中程度最差的轉變?yōu)?～9 h；可達性面積集中程度整體呈縮小趨勢.這說明這10年期間，高鐵的完善建成，很大程度上彌補了區(qū)域間自然和人文差異造成的市民出行便捷程度的不均衡缺陷，加速了關中平原城市群一體化共同發(fā)展的進程(表2).

2.2 關中平原城市群對外時間可達性

2008年—2018年，關中平原城市群對外加權平均旅行時間呈大幅減少的趨勢，加權平均旅行時間及其減少量比內(nèi)部大，減少率比內(nèi)部小.關中平原城市群對外加權平均旅行時間減少量在6 h左右，可達性值減少量最大的為渭南市和天水市，都為7.72 h；可達性值減少率最大的為西安市和渭南市，都在56%以上.2008年關中平原城市群可達性值最低的是西安市，為12.74 h，其次是渭南市、寶雞市和咸陽市.2013年，可達性值排序居前列的為西安市、渭南市、商洛市，西安市可達性值最小為9.02 h.從2008年中國第一條高鐵-京津高鐵開通到2013年京廣、鄭西、滬寧等的相繼開通，到“四縱四橫”鐵路網(wǎng)的建成，再到“八縱八橫”鐵路網(wǎng)的在建，我國高鐵網(wǎng)絡日趨完善，強大的影響力已遍布經(jīng)濟、政治、社會、生活的各個領域.直到2018年，西安市、渭南市、咸陽市可達性居前列，分別為5.47 h、6.05 h、8.34 h，可達性較差的依然為平?jīng)鍪?，高達21.51 h.2018年以來，西安-慶陽、西安-咸陽-寶雞-天水、西安-運城-臨汾、西安—銀川等建成及在建高鐵，西安—延安—包頭、西安-商洛等規(guī)劃高鐵的建設，增加了關中平原城市群與外部區(qū)域的聯(lián)系，使各個節(jié)點城市之間的輻射范圍和集聚效果得到高效率的發(fā)揮，加速全國經(jīng)濟協(xié)調(diào)推進發(fā)展(表3).

表3 關中平原城市群外部時間可達性

關中平原城市群對外時間可達性在2008年、2013年、2018年之間呈兩個圈層結構顯現(xiàn)：一個是以西安市為中心，咸陽市、渭南市為次中心，逐漸向外圍輻射的“核心-外圍”可達性值增大；一個是與之相反的，以平?jīng)鍪袨橹行?，天水市、寶雞市為次中心的“核心-外圍”可達性值減小.這兩種趨勢均說明了西北地區(qū)的可達性較東部地區(qū)差，區(qū)域的政治、經(jīng)濟、文化中心因其輻射帶動范圍最廣、相互聯(lián)系效應最強而優(yōu)于其周圍地區(qū)和相對靠東南部的地區(qū)(圖2).關中平原城市群在2008年—2013年、2013年—2018年這兩個時間段間，隨著高鐵建設的不斷完善，縮短了地區(qū)之間的時空距離，促使邊遠地區(qū)向發(fā)達地區(qū)靠攏，形成中心城市帶動周邊城市共同發(fā)展的模式.

圖2 關中平原城市群外部可達性

關中平原城市群對外加權平均旅行時間等值線西北部地區(qū)較密集、中部地區(qū)較稀疏且隨著高鐵網(wǎng)絡的不斷完善，到2018年等值線值均大幅度降低，這表明西北部地區(qū)可達性變化率較大，地區(qū)發(fā)展協(xié)調(diào)性較差，交通基礎設施建設較薄弱；東部地區(qū)可達性變化率較小，協(xié)調(diào)發(fā)展程度較高；中部地區(qū)等值線較東部地區(qū)密集，說明中心城市-西安市的輻射帶動作用較大，但其周圍地區(qū)與之相比仍然需要對交通等基礎設施加強建設(圖2).2008年-2018年，等值圈的面積逐漸向較小的可達性區(qū)間集中分布，同時較大的可達性區(qū)間逐漸消失.2008年加權平均旅行時間的等值圈的面積主要集中在18～22 h、15～18 h；2013年集中區(qū)間減少為15～18 h、12～15 h；2018年集中區(qū)間減少為9～12 h、12～15 h； 5～9 h的等值線面積從0增長到33 070.46 km2.整體來看，高鐵的建設使得可達性向更加優(yōu)化、協(xié)調(diào)的方向發(fā)展(表4).

表4 關中平原城市群外部加權平均旅行時間等值圈面積

3 關中平原城市群費用可達性

3.1 加權平均旅行費用

為綜合分析關中平原城市群內(nèi)部9個城市對外聯(lián)系密切的城市的加權平均旅行費用可達性，本文選取與其旅行最為密切相關的其余8個關中平原城市群節(jié)點城市以及40個熱門城市共48個城市為研究對象.整體來看，2008年—2018年的加權平均旅行費用呈大幅上升趨勢，增加量呈以西安市為中心逐漸下降趨勢，中心城市和次中心城市增加率均在220%以上.平?jīng)鍪形挥陉P中平原城市群西部地區(qū)，在2008年交通基礎設施較落后，位置較偏，距離較遠，加權平均旅行費用最高，達200.41元，隨著高鐵的建設，費用可達性值有一定幅度的提升，到2018年費用可達性值趨向與其它節(jié)點城市均衡.2018年，以西安市為中心，咸陽、渭南、寶雞為周邊地區(qū)的費用可達性值呈下降趨勢，以西安為中心的“米”字型的高鐵規(guī)劃使得西安市的高鐵較為集中，加權平均費用相對較高，為486.54元，增加量也最高，達362.11元(表5).

表5 加權平均旅行費用可達性

3.2 關中平原城市群單位時間費用

隨著高速鐵路建設，關中平原城市群單位時間費用大幅度增長，例如，經(jīng)濟和交通發(fā)展水平相對發(fā)達的西安市鐵路最短旅行時間車次經(jīng)歷了特快旅客列車逐漸發(fā)展為動車和高鐵的演化過程.西安-上海路線最短旅行時間的費用由2008年車次為T166的182元轉變?yōu)?013年車次為D308的338元再轉變?yōu)?018年車次為G362的669.5元.西安市單位小時費用增加量高達71.08元，增加率高達715.09%.2008年—2018年，單位小時費用、增加量、增加率均呈現(xiàn)逐漸趨向于以西安市為中心隨距離增加而減小的態(tài)勢.2008年普通鐵路較多，高鐵相對較少，關中平原城市群各節(jié)點城市單位小時費用相差較小.2013年、2018年高鐵建設迅速發(fā)展，使中心城市和次中心城市的高鐵網(wǎng)絡較為密集，其它城市相對較稀疏，單位小時費用差別較大， 2018年西安市的單位時間費用高達81.02元，而平?jīng)鍪袨?8.55元，相差4倍多(圖3).

圖3 關中平原城市群單位時間費用

3.3 關中平原城市群邊際費用效益空間格局演變

邊際費用效益以西安市為中心，咸陽市、渭南市、寶雞市為次中心，向四周呈輻射狀增加，中心地區(qū)低于外圍地區(qū)，南部地區(qū)低于北部地區(qū).西安市的邊際費用效益最小，平?jīng)鍪?、運城市、臨汾市等關中平原城市群的邊遠地區(qū)邊際費用效益較大.這說明，高鐵網(wǎng)絡較發(fā)達的地區(qū)費用的上漲并不會使得時間同等程度的節(jié)約，性價比較低.高鐵建設不斷完善的地區(qū)，發(fā)展空間較大，提升費用會獲得節(jié)約更多的時間，性價比較高.例如，西安市的邊際費用效益保持在1.4 min/元上下浮動，高鐵較為完善，性價比較低；運城市、臨汾市的邊際費用效益分別從 6.56、5.02 min/元大幅減少到3.94、3.03 min/元，性價比相對較高，但隨著高鐵的完善呈減少的趨勢.平?jīng)鍪?008年—2013年邊際費用效益很大的原因在于其處于西部地區(qū)，鐵路部門為鼓勵當?shù)亟煌òl(fā)展，規(guī)劃調(diào)整鐵路運營路線及費用，使其33個路線在減少費用的同時節(jié)約了旅行時間，例如平?jīng)鍪?衡陽市路線在減少79元費用的同時節(jié)約了778 min(圖4).

圖4 關中平原城市群邊際費用效益(單位：min/元)

2008年—2013年，距離中心城市較遠的外圍地區(qū)，如平?jīng)鍪?、天水市、臨汾市、運城市的邊際費用效益為優(yōu)的節(jié)點城市較多，均在24個以上；以西安市為中心距離其較近的關中城市，邊際費用效益為良和一般的節(jié)點城市較多，其中西安市、渭南市、商洛市為良的節(jié)點城市較多，均在28個以上.2013年—2018年，關中城市均為邊際費用效益為良的較多；其中西安市為優(yōu)和良的分別為20個、24個，鐵路規(guī)劃路線以及費用的制定較為科學合理；平?jīng)鍪休^差的節(jié)點城市高達12個，是由于高鐵網(wǎng)絡的發(fā)展使其趨向于正常交通的時間費用的同時，相關部門對時間和費用設置不合理造成的，例如，去無錫市的費用增加了106元，同時時間也增加了314 min(圖5) .

圖5 關中平原城市群邊際費用效益時空分布

2008年—2018年整體來看，關中平原城市群各節(jié)點城市邊際費用效益分布個數(shù)最多的均為良，次多的為優(yōu).運城市、臨汾市、平?jīng)鍪械冗吘壋鞘邢鄬﹃P中平原城市群核心區(qū)域附近的城市，邊際費用效益為優(yōu)的較多，其中平?jīng)鍪凶疃噙_17個；關中平原城市群核心區(qū)域附近的城市相對邊緣地區(qū)，邊際費用效益為良的較多，其中西安市和渭南市最多，均為45個；邊際費用效益為一般和差的相對較少，但仍需要重視，科學調(diào)整規(guī)劃路線，避免不合理的時間和費用造成的市民出行意愿下降以及鐵路資源的浪費(表6).

表6 2008年-2018年邊際費用效益時空分布 個

4 結論和討論

隨著高鐵快速建設與普及，人們在注重高鐵縮短出行時間帶來便利的同時對出行費用及其性價比也較為重視.以加權平均旅行時間、加權平均旅行費用、單位時間費用、邊際費用效益為指標，采用GIS空間分析法、等值圈法，對2008年、 2013年、2018年高鐵建設背景下的關中平原城市群從時間和費用可達性兩個角度來研究其對市民出行的影響，研究表明：1)隨著高鐵網(wǎng)絡的不斷完善，時間可達性大幅度提升，由于高鐵網(wǎng)絡密度不均衡、建設時間、各地區(qū)位條件以及相關部門高鐵路線規(guī)劃等差異，時間可達性呈現(xiàn)出以西安市及高鐵線路為中心向周圍逐漸減弱的“核心-邊緣”趨勢；等值線呈不規(guī)則圈層分布.西北部地區(qū)加權平均旅行時間等值線分布較中部地區(qū)密集，交通基礎設施較差；等值圈面積趨向于集中分布在較小的可達性值區(qū)間，可達性改善的影響范圍較大.加強對周邊地區(qū)交通網(wǎng)絡的建設可以縮短不同城市之間可達性差異，促進城市群協(xié)調(diào)快速發(fā)展.2)高鐵在縮短旅行時間、提高舒適度的同時帶來出行費用的提升，隨著高鐵的普及，高鐵費用的提高使得加權平均旅行費用以及單位時間費用大幅度上升.加權平均旅行費用、單位時間費用及其增加率均呈現(xiàn)出以西安市為中心隨高鐵密集度的下降逐漸減少的趨勢.3)邊際費用效益呈現(xiàn)出以西安市為中心逐漸增大的態(tài)勢，這表明高鐵網(wǎng)絡較為落后的外圍地區(qū)邊際費用效益較大，性價比較高，提升空間較大.邊際費用效益由優(yōu)的節(jié)點城市集中分布在外圍地區(qū)、良和一般的分布于中心區(qū)域附近，逐漸轉變?yōu)殛P中平原城市群各市均為良的節(jié)點城市數(shù)目最多的趨勢.

高鐵網(wǎng)絡在不斷完善建成的同時出現(xiàn)了交通規(guī)劃建設的不足，一定程度上影響了關中平原城市群交通可達性的提升速度.各地市交通路線呈現(xiàn)出不規(guī)律分配的狀況.不同時期開通車次以及路線不同、距離、各路段速度、出行時間段熱度、列車等級和舒適度等的不同，出行選擇所花費的時間和費用也不同；但同時也衍生出了人為的不合理的時間、費用的消費，如市民花費相同的價格卻在乘車時間與舒適度上相差甚遠、抬高價錢的同時時間反而增加、硬座與站票同價等.研究以期能為鐵路部門在加強鐵路建設的同時還應注重費用調(diào)整，使得出行質量盡可能等值于費用、推動出行性價比最大化并帶動高鐵效益最大化提供參考.