站城融合模式下既有鐵路車站城市功能開發(fā)體量預(yù)測(cè)研究

馮 濤，彭其淵，陶思宇*，陳昕梅

(西南交通大學(xué)a.交通運(yùn)輸與物流學(xué)院；b.綜合交通運(yùn)輸智能化國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，成都611756)

0 引 言

鐵路車站作為城市間聯(lián)系的門戶，起到旅客乘降，多種交通方式換乘接駁的作用.對(duì)既有車站進(jìn)行升級(jí)改造，能充分利用車站交通銜接功能和輻射范圍內(nèi)的土地資源，對(duì)改造后樞紐周邊土地進(jìn)行高強(qiáng)度、集約性開發(fā)，實(shí)現(xiàn)建成后樞紐及周邊區(qū)域與城市協(xié)同發(fā)展.以TOD(以公共交通為導(dǎo)向的開發(fā))模式為指導(dǎo)，形成樞紐帶動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)，城市反哺樞紐，打造站城融合的良性發(fā)展模式.在該模式下樞紐周邊土地開發(fā)需要考慮兩個(gè)層面的因素[1]：

(1)樞紐土地利用強(qiáng)度的提高會(huì)增加交通需求，影響樞紐所在區(qū)域既有交通線路能力，交通組織條件，車輛停車場(chǎng)站能力等交通資源.因而，樞紐的開發(fā)需要找到交通資源可承受能力和開發(fā)強(qiáng)度的平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)開發(fā)效益的最大化.

(2)交通需求的增加會(huì)加速樞紐商業(yè)的發(fā)展，樞紐可用土地資源的開發(fā)強(qiáng)度顯得尤為重要.樞紐土地復(fù)合多元開發(fā)，可以最大化激發(fā)土地潛力，例如，東京站點(diǎn)周邊土地開發(fā)強(qiáng)度達(dá)到16.04[2]，但是需要考慮與城市建筑容積率的協(xié)調(diào)問題，進(jìn)行適度開發(fā).

近年來，國(guó)內(nèi)圍繞交通樞紐站城融合發(fā)展模式開展研究.朱穎[3]根據(jù)交通樞紐發(fā)展的實(shí)際情況，分析傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的局限性，歸納我國(guó)交通樞紐設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合適當(dāng)?shù)纳虡I(yè)開發(fā)、空間物業(yè)一體化的立體組織設(shè)計(jì)模式；李蕾[4]通過實(shí)地考察和分析，提出現(xiàn)代交通樞紐應(yīng)該與商業(yè)資源進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)，增強(qiáng)樞紐的商業(yè)運(yùn)營(yíng)活力，達(dá)到交通和商業(yè)開發(fā)共贏的局面；王晶[5]在分析國(guó)外樞紐的基礎(chǔ)上，對(duì)城市客運(yùn)交通樞紐進(jìn)行分類，確定樞紐與周邊土地一體化建設(shè)的范圍、土地開發(fā)強(qiáng)度和空間布局，提出一體化建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)思路和方法；賈永剛[6]通過分析城市綜合交通樞紐一體化開發(fā)范圍和運(yùn)作模式，論述聯(lián)合開發(fā)模式對(duì)樞紐可持續(xù)發(fā)展的益處.

上述研究從宏觀層面對(duì)綜合交通樞紐城市功能開發(fā)進(jìn)行研究，主要分析樞紐城市功能開發(fā)的思路和影響因素.在實(shí)際開發(fā)建設(shè)時(shí)，城市功能開發(fā)體量直接影響商業(yè)業(yè)態(tài)的選取和運(yùn)營(yíng).漆國(guó)強(qiáng)[7]分析鐵路交通樞紐中商業(yè)開發(fā)規(guī)模與消費(fèi)者需求、消費(fèi)能力、站點(diǎn)發(fā)展等之間的關(guān)系，利用案例比較法，歸納商業(yè)開發(fā)規(guī)模和旅客發(fā)送量之間的比例關(guān)系.彭其淵[8]利用圈層外推法，分析不同樞紐開發(fā)方案帶來的交通量對(duì)周邊道路能力的影響，選取道路所能承受范圍內(nèi)的開發(fā)方案作為樞紐的開發(fā)體量.

綜上，國(guó)內(nèi)已有研究忽略了交通功能及其體量占比對(duì)城市功能開發(fā)的影響，僅將交通影響作為商業(yè)體量方案選取的比較依據(jù).容積率作為衡量土地開發(fā)強(qiáng)度的指標(biāo)，能有效控制站城融合模式下土地過分開發(fā)對(duì)居民生活環(huán)境舒適度的影響.本文提出考慮城市道路交通剩余能力，城市建筑容積率和樞紐交通功能占比的體量預(yù)測(cè)模型.

1 問題描述

既有鐵路車站一般位于城市內(nèi)部，土地資源緊張，建筑容積率限制了城市功能的開發(fā)體量.同時(shí)，樞紐是基于既有車站進(jìn)行升級(jí)改造的，土地資源十分有限，因而需要慎重考慮樞紐交通功能體量占比.

建立既有鐵路車站城市功能開發(fā)體量預(yù)測(cè)模型：首先，根據(jù)雷利法則和康帕斯公式確定商圈的影響范圍，通過哈夫模型預(yù)測(cè)消費(fèi)者客流量；其次，分析影響范圍內(nèi)的既有商業(yè)業(yè)態(tài)飽和度和競(jìng)爭(zhēng)情況.一方面，分析已有商業(yè)體量的存在對(duì)城市功能定位的影響；另一方面，分析已有商業(yè)體量對(duì)消費(fèi)者行為和業(yè)態(tài)的影響，避免開發(fā)已有的規(guī)模較大的業(yè)態(tài)，做到差異化競(jìng)爭(zhēng)；最后，考慮交通剩余能力和城市建筑容積率，結(jié)合商業(yè)體量計(jì)算的經(jīng)典模型，得出最佳開發(fā)體量范圍.

2 體量計(jì)算模型

2.1 參數(shù)設(shè)定

(1)集 合.

J——城市功能模式集合，j∈J；

K——城市功能組合模式方案集合，k∈K；

I——樞紐周邊路段集合，i∈I.

(2)常 量.

λ——樞紐城市功能和交通功能的開發(fā)體量比例常數(shù)；

fmin，fmax——道路單向剩余能力的最小值、最大值；

rj,min，rj,max——城市功能j建筑面積容積率的最小值、最大值；

△fi——樞紐周邊道路i的剩余能力；

ci——樞紐周邊道路i的最大通行能力；

fi——樞紐周邊道路i的路段流量；

αj——城市功能j對(duì)應(yīng)的生成率；

τj——城市功能j對(duì)應(yīng)的用地面積；

p——城市功能吸引的總客流量；

e——城市功能j的平均消費(fèi)能力；

t——城市功能j的平均營(yíng)收；

a0——商圈內(nèi)已存在的城市功能的面積；

a1——樞紐開發(fā)總體體量；

a2——樞紐其他設(shè)施占用體量.

(3)變 量.

xk,j——0-1變量，當(dāng)城市功能j在方案k中使用時(shí)取1，否則取0；

sj——連續(xù)變量，為城市功能j的面積.

2.2 目標(biāo)函數(shù)

樞紐城市功能體量預(yù)測(cè)目標(biāo)為總開發(fā)體量最大.商業(yè)體量計(jì)算方法以人均商業(yè)面積法和商業(yè)實(shí)現(xiàn)法為主，鑒于樞紐位置和開發(fā)形式的特殊性，該方法的預(yù)測(cè)能力有一定局限性，會(huì)產(chǎn)生較大誤差.本文以各模式開發(fā)面積之和為目標(biāo)函數(shù)，即

2.3 約束條件

樞紐城市功能體量滿足的約束條件為

式(2)為樞紐城市功能開發(fā)和交通功能開發(fā)總量約束，站城融合模式下城市功能和交通功能存在一定的協(xié)調(diào)關(guān)系，即車站的開發(fā)以不影響城市設(shè)施布局和交通作用為前提，且兩者及其他設(shè)施的總開發(fā)體量不變；式(3)保證任意城市功能模式至少在方案中出現(xiàn)1 次；式(4)和式(5)為樞紐城市功能開發(fā)體量道路容量約束，即樞紐土地開發(fā)帶來的需求增加在道路能力可承受范圍內(nèi)；式(6)保證樞紐復(fù)合集約化開發(fā)下，總量不超過樞紐片區(qū)城市容積率的要求；式(7)考量現(xiàn)有商業(yè)對(duì)樞紐商業(yè)開發(fā)的影響.

3 案例分析

3.1 樞紐周邊路網(wǎng)及輻射范圍

沙坪壩綜合交通樞紐由鐵路沙坪壩站改造建成，東臨三峽廣場(chǎng)商圈，北接江北機(jī)場(chǎng)，周邊商業(yè)發(fā)達(dá)，客流密集，道路交通復(fù)雜，如圖1所示.

根據(jù)康帕斯斷點(diǎn)公式，計(jì)算樞紐和周邊商圈之間的康帕斯斷點(diǎn).選取與樞紐相鄰的楊家坪商圈，根據(jù)兩商圈之間的用地性質(zhì)、人口分布等情況，將用地性質(zhì)相似的區(qū)域劃分到同一片區(qū)，如圖2所示.根據(jù)人口調(diào)查數(shù)據(jù)，得到各地塊居民數(shù)據(jù)，如圖3所示.

以沙坪壩商圈和楊家坪商圈位置為基礎(chǔ)，計(jì)算各片區(qū)到商圈的實(shí)際距離，距離分布如圖4所示.

將兩商圈之間的非地理直線距離10.1 km 代入康帕斯公式，得到兩商圈的邊界，樞紐可覆蓋距離為5.36 km 的地塊.以樞紐商業(yè)區(qū)為起始點(diǎn)，以5.36 km 距離為輻射半徑，得出樞紐商業(yè)區(qū)輻射范圍.

3.2 區(qū)內(nèi)業(yè)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀

分析沙坪壩現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，該區(qū)商圈業(yè)態(tài)結(jié)構(gòu)不盡合理，當(dāng)前業(yè)態(tài)以百貨商場(chǎng)和超市為主，缺乏大型綜合性購(gòu)物中心、高端酒店、寫字樓和休閑娛樂會(huì)所.沙坪壩區(qū)內(nèi)典型大型商業(yè)中心，例如，重慶百貨、新世紀(jì)、王府井、凱德廣場(chǎng)的業(yè)態(tài)構(gòu)成比例如圖5所示.

圖1 沙坪壩綜合交通樞紐周邊路網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Network around Shapingba integrated transportation hub

圖2 地塊劃分示意Fig.2 Schematic diagram of land division

3.3 樞紐城市功能體量確定

綜合分析沙坪壩實(shí)地客流調(diào)查結(jié)果，以及該區(qū)未來人口、經(jīng)濟(jì)等趨勢(shì)，利用規(guī)劃軟件TransCAD預(yù)測(cè)2030年路網(wǎng)流量，各關(guān)鍵路段流量fi，以及路段能力ci，如表1所示.

模型輸入?yún)?shù)如表2 所示，參數(shù)r、α的取值分別參考《重慶市城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》《交通出行率手冊(cè)》.交通功能體量占比λ參照有較高相似性的，同為站城融合開發(fā)，軌交上蓋商業(yè)的東京站和澀谷站，其中，東京站的交通體量占比為 1/13.5，本文在此基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào).τ、p、e、t、a0、a1、a2均源自沙坪壩鐵路樞紐綜合改造工程可行性研究報(bào)告.

運(yùn)用LINGO軟件求解模型，以全局最優(yōu)，計(jì)算沙坪壩綜合交通樞紐開發(fā)體量的最小值和最大值，如表3所示.

由表3可知，樞紐城市功能開發(fā)體量的取值范圍為[40.80 萬m2，49.97 萬m2]，主要受樞紐交通功能體量，道路剩余能力和城市建筑容積率影響.不同影響因素對(duì)業(yè)態(tài)城市功能j的影響程度不同，例如，一類用地受容積率的影響較大，商業(yè)設(shè)施用地則受容積率的影響較小.

圖3 各地塊人口數(shù)量Fig.3 Population scale of each district

圖4 各片區(qū)與商圈的最小距離Fig.4 Minimum distance between each district and business district

圖5 沙坪壩主要片區(qū)業(yè)態(tài)構(gòu)成現(xiàn)狀Fig.5 Property status around Shapingba

表1 2030年客流量預(yù)測(cè)Table 1 Passengertraffic forecast of 2030

表2 模型參數(shù)取值Table 2 Model parameters value

表3 模型輸出結(jié)果Table 3 Model output

3.4 不同開發(fā)體量場(chǎng)景分析及與現(xiàn)狀對(duì)比

為分析周邊各關(guān)鍵路段飽和度情況，將開發(fā)體量范圍取整為 {40,41,42,43,44,45,46,47,48,49}，單位：萬m2，對(duì)比不同開發(fā)體量情境下各路段的飽和度變化，與實(shí)際開發(fā)狀況比較，分析模型所得范圍的有效性，如圖6所示.

由圖6可知，當(dāng)開發(fā)體量達(dá)到49萬m2時(shí)，各關(guān)鍵路段均接近或者達(dá)到飽和狀態(tài)，該狀態(tài)下路段的服務(wù)水平大大降低，影響居民出行體驗(yàn)，不利于居民向商業(yè)區(qū)聚集.沙坪壩綜合交通樞紐城市功能開發(fā)體量為48萬m2時(shí)，只有天陳路北段服務(wù)水平較差，其他路段的服務(wù)水平處于可接受狀態(tài)，各路段的對(duì)比信息如圖7所示.

圖6 不同開發(fā)體量情境下各路段飽和度變化趨勢(shì)Fig.6 Saturation trend of each road under different scenarios

圖7 樞紐城市功能開發(fā)前后各路段服務(wù)水平對(duì)比Fig.7 Comparison of service level of each section before and after development

由圖7 可知，樞紐城市功能開發(fā)后，天陳路南段、東連接道、站南路三段飽和度變化較大，增幅超過10%，造成道路服務(wù)水平下降，其中，站南路三段已接近飽和狀態(tài).因此，該開發(fā)體量下路段承載能力已經(jīng)達(dá)到上限，即使增加商業(yè)體量，吸引的客流量也不會(huì)產(chǎn)生明顯變化.后續(xù)應(yīng)強(qiáng)化各路段的交通組織水平，提升居民出行體驗(yàn).原有車站設(shè)計(jì)與城市發(fā)展不符，不利于土地高強(qiáng)度開發(fā)和集約化利用，嚴(yán)重制約城市空間的拓展和開發(fā)，限制沙坪壩區(qū)作為城市中心功能的釋放.

3.5 敏感性分析

為分析制約樞紐城市功能開發(fā)的影響因素，對(duì)樞紐交通功能體量占比和容積率進(jìn)行敏感性分析.如圖8和圖9所示，UFUDV 為城市功能體量開發(fā)上限，UFLDV 為城市功能體量開發(fā)下限.

由圖8 逐漸增加λ比重可知：UFUDV 呈現(xiàn)由穩(wěn)定變?yōu)橹饾u下降最后歸于平穩(wěn)的趨勢(shì)，說明UFUDV 對(duì)交通功能體量占比敏感；UFLDV 對(duì)交通功能占比不敏感，這是因?yàn)楫?dāng)交通功能占比達(dá)到一定程度時(shí)，對(duì)樞紐的限制程度超過容積率和交通剩余能力約束.因此，在進(jìn)行樞紐商業(yè)開發(fā)時(shí)，準(zhǔn)確掌握交通功能體量占比，不僅有利于開發(fā)體量合理化，還可以提高投資收益比.

圖8 交通功能占比敏感性分析Fig.8 Sensitivity analysis proportion of transport function

圖9 容積率變化幅度敏感性分析Fig.9 Sensitivity analysis change ratio of plot ratio

由圖9 可知：當(dāng)容積率呈減小趨勢(shì)時(shí)，圖9(a)中UFUDV 和UFLDV 均保持不變，圖9(b)中UFUDV 呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，UFLDV 保持不變；當(dāng)容積率呈增大趨勢(shì)時(shí)，圖9(a)中UFUDV 呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，UFLDV 保持不變，圖9(b)中UFUDV 和UFLDV 均保持不變.這說明容積率和城市功能開發(fā)體量的敏感性較強(qiáng).因此，在整體開發(fā)時(shí)，把握商務(wù)設(shè)施用地的開發(fā)體量可以提高土地利用程度，達(dá)到提高土地收益的目的.

4 結(jié) 論

城市功能開發(fā)體量預(yù)測(cè)是站城融合模式下既有鐵路車站開發(fā)的關(guān)鍵問題，是以樞紐車站為依托開展TOD 的基礎(chǔ).在分析樞紐城市功能實(shí)際開發(fā)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建非線性模型，求得開發(fā)體量最大值.實(shí)際案例的計(jì)算結(jié)果表明，所構(gòu)建模型能求得有效體量范圍.通過比較不同體量場(chǎng)景路段飽和度變化發(fā)現(xiàn)，樞紐商業(yè)在該體量下可以兼顧交通承載能力，樞紐交通功能占比和土地集約化開發(fā)程度，并可以最大化開發(fā)公共空間提升自身競(jìng)爭(zhēng)力.對(duì)樞紐交通功能體量占比進(jìn)行敏感性分析可以為不同性質(zhì)業(yè)態(tài)的開發(fā)體量提供一定的參考.樞紐城市功能開發(fā)體量預(yù)測(cè)涉及因素較多，本文只對(duì)其中的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，忽略了諸如建筑空間、客流性質(zhì)、業(yè)態(tài)比較等因素的影響，未來可將客流、業(yè)態(tài)等進(jìn)行綜合優(yōu)化.