復雜系統(tǒng)視角下倫敦都市圈軌道交通與空間結構互動發(fā)展研究*

龐 磊 任利劍 運迎霞

0 引言

我國已進入城鎮(zhèn)化2.0階段，為了適應新形勢下城市發(fā)展需求，現(xiàn)代化都市圈建設逐步受到國家和地方政府的關注。根據(jù)國際成熟都市圈的發(fā)展經(jīng)驗來看，軌道交通網(wǎng)絡的建設對于都市圈空間結構特征要素的演變起著重要的推動作用，主要體現(xiàn)在完善協(xié)同互補的功能網(wǎng)絡和加快高效便捷的要素流動兩個方面。因此，構建多層次軌道交通網(wǎng)絡已成為支撐都市圈培育發(fā)展的重要抓手[1]。

國內(nèi)外學者在軌道交通與城市協(xié)同發(fā)展方面做出了諸多探索，例如彼得·霍爾（Peter Hall）[2]探索了英國城際鐵路對城鎮(zhèn)空間發(fā)展的積極影響；藤井正[3]、佐佐木（Sasaki）[4]等學者探索了日本軌道交通對城市多核化與郊區(qū)化發(fā)展趨勢的影響；任利劍[5]從不同尺度下探討了天津軌道交通系統(tǒng)與城市功能組織之間的互動機理；全永燊[6]、陳小鴻[7]等學者對多層次軌道交通與上海都市圈多尺度空間協(xié)同進行了研究；王宇寧[8]以巴黎與天津為例，研究了軌道交通影響下大城市邊緣城鎮(zhèn)發(fā)展模式的特征?，F(xiàn)有研究主要是從多類型、多尺度等角度展開對兩者作用關系的研究，較少的從城市等級與交通等級疊合或分異的關系展開論述，而運用復雜網(wǎng)絡能夠從拓撲結構的視角剖析都市圈空間與軌道交通網(wǎng)絡空間的耦合關系。

國內(nèi)外已有許多學者開始借助復雜網(wǎng)絡來研究軌道交通網(wǎng)絡，例如國外學者拉托拉（Latora）[9]、 庫拉爾特（Kurarrt）[10]、西塞爾（Sybil）[11]運用復雜網(wǎng)絡分別對美國、歐洲等地區(qū)的城市軌道交通網(wǎng)絡展開研究，證明它們具有無標度特性及小世界效應；國內(nèi)學者陳寬民通過對中國10個典型城市的地鐵交通網(wǎng)絡建模來證明大型換乘站點對提升網(wǎng)絡整體效率及增強網(wǎng)絡穩(wěn)定性的重要作用[12]；陳培文[13]、丁小兵[14]運用復雜網(wǎng)絡研究了北京、上海地鐵交通網(wǎng)絡的運營情況。目前國內(nèi)外關于軌道交通復雜網(wǎng)絡結構與性質(zhì)的研究多集中在地鐵交通線網(wǎng)和站點的空間拓撲結構及地鐵線網(wǎng)結構穩(wěn)定性研究方面，對于多層次軌道交通網(wǎng)絡復雜性的研究較少；其次，對于軌道網(wǎng)絡復雜性的研究基本上是對線網(wǎng)的現(xiàn)狀進行建模分析，對于軌道交通網(wǎng)絡復雜特征演變的分析較少；更是缺少將軌道交通復雜網(wǎng)絡特征與都市圈空間結構統(tǒng)籌考慮、關注彼此互動關系及演化行為的研究。

本文通過分析多層次軌道交通復雜網(wǎng)絡特征與都市圈空間增長的要素、結構和形態(tài)之間的互動關系，探索兩者構成的協(xié)調(diào)演變系統(tǒng)的發(fā)展演變規(guī)律，進一步豐富和充實復雜網(wǎng)絡理論在軌道交通與都市圈空間結構耦合發(fā)展方面的研究，為未來都市圈空間增長與軌道交通建設的可持續(xù)發(fā)展提出參考性建議?？紤]到我國都市圈未來主要采取中心城市與周邊城鎮(zhèn)一體發(fā)展的構成方式，本文通過對典型且發(fā)育成熟的“一核多心式”布局的倫敦都市圈展開研究，對其一百多年來軌道網(wǎng)絡生長及空間格局變遷歷程進行梳理，從復雜網(wǎng)絡的視角認識軌道網(wǎng)絡特征與都市圈空間結構演變的互動關系。

1 復雜網(wǎng)絡相關理論

1.1 復雜網(wǎng)絡概況

在復雜系統(tǒng)研究中，復雜網(wǎng)絡是實際網(wǎng)絡拓撲結構被抽象出來的圖形，網(wǎng)絡是由許多節(jié)點和連接各個節(jié)點間的邊組成的復雜系統(tǒng)，節(jié)點表示真實系統(tǒng)中相互聯(lián)系的各個實體，可以是任何具有特定動力和信息內(nèi)涵的基本單位，而邊表示各個基本單位實體間的相互連接關系。20世紀末，隨著小世界網(wǎng)絡與無標度網(wǎng)絡的研究發(fā)現(xiàn)[15]，自然界中大量真實網(wǎng)絡已經(jīng)被學者們證明是復雜網(wǎng)絡，例如交通網(wǎng)絡、社會關系網(wǎng)絡、信息網(wǎng)絡、流行病傳播網(wǎng)絡等，進入21世紀后，復雜網(wǎng)絡理論研究在各個領域被廣泛應用。

表1 主要統(tǒng)計特征指標Tab.1 main statistical characteristics

1.2 復雜網(wǎng)絡統(tǒng)計特征指標

復雜網(wǎng)絡的拓撲學性質(zhì)主要通過不同的統(tǒng)計特征指標來描述，不同領域的復雜網(wǎng)絡統(tǒng)計特征指標也會有所差異，本文主要使用以下5類統(tǒng)計特征指標。

2 倫敦都市圈及其軌道交通網(wǎng)絡概況

2.1 倫敦都市圈概況

本文研究的倫敦都市圈主要是指倫敦大都市區(qū)，總面積1.14萬平方千米，根據(jù)功能布局及通勤距離等因素的影響，劃分為內(nèi)倫敦、外倫敦和倫敦大都市區(qū)三個圈層（圖1，表2）[17]。

表2 倫敦都市圈地域空間范圍Tab.2 spatial range of London Metropolitan Area

圖1 倫敦都市圈各圈層范圍Fig.1 London Metropolitan Area

倫敦都市圈大致經(jīng)過了100多年的發(fā)展歷程，主要經(jīng)歷了集聚發(fā)展、蔓延發(fā)展、疏散發(fā)展、集約發(fā)展四個階段[18]，具體演變特征如表3所示。

表3 倫敦都市圈發(fā)展歷程Tab.3 the development of London Metropolitan Area

2.2 軌道交通網(wǎng)絡概況

倫敦都市圈軌道交通網(wǎng)絡系統(tǒng)分為市郊鐵路系統(tǒng)（suburban railway）和地鐵系統(tǒng)（underground），其中市郊鐵路系統(tǒng)主要包括倫敦地上鐵（London Overground）和國鐵鐵路（national railway），它們主要服務于外倫敦及都市圈內(nèi)的外圍區(qū)域[19]。倫敦地上鐵從19世紀40年代開始建設，初期主要用于運輸煤炭等礦產(chǎn)資源，之后經(jīng)過一系列的線路合并、廢止、延伸、重組或重開等事件，逐漸演變成通勤鐵路，截至2018年，倫敦地上鐵共有7條運營線路；倫敦都市圈內(nèi)有15條市郊鐵路線（國鐵）運營，國鐵鐵路同樣在19世紀40年代作為貨運鐵路開始建設，20世紀初基本骨架建設完成，截至2018年，倫敦都市圈內(nèi)共有15條市郊鐵路線（國鐵）運營[20]；倫敦于1863年開通了世界上第一條地鐵線路，隨著城市的擴張發(fā)展需求，19世紀60年代到20世紀初，倫敦地鐵迎來了建設高潮，截至2018年，倫敦都市圈內(nèi)共有11條地鐵運營線路[21]；為實現(xiàn)舊城復興而建設的道克蘭輕軌于1987年開通；主要服務于英格蘭南部地區(qū)的倫敦有軌電車線于2000年開通。

3 軌道交通導向下的都市圈空間結構演變歷程

研究中倫敦都市圈空間結構的演變主要通過人口密度空間分布來度量，倫敦都市圈人口的空間分布經(jīng)歷了一個集中、疏散、再集中的過程（圖2）。

圖2 倫敦都市圈人口密度分布演變與軌道網(wǎng)絡演變Fig.2 the evolution of population density distribution and rail network in London Metropolitan Area

3.1 軌道交通集中建設支撐都市圈內(nèi)核發(fā)育

19世紀初，倫敦建成區(qū)面積約36 km2，城市人口約100萬。到19世紀中期，受第二次工業(yè)革命的推動影響，倫敦的經(jīng)濟增長方式從傳統(tǒng)的工商業(yè)開始向機器大生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，刺激了軌道交通的發(fā)展建設[22]。19世紀中后期，倫敦都市圈更是迎來了市域鐵路與地鐵的集中建設期，網(wǎng)絡的致密化過程使得中心城區(qū)人口不斷集聚。人口的劇烈增長逐漸超出了城市應有的空間承載力，使得城市規(guī)模開始向外進一步擴張。隨著對外圍地區(qū)人口的不斷吸引，19世紀末倫敦中心區(qū)總?cè)丝谝呀?jīng)達到500多萬人，呈現(xiàn)中心集聚的空間格局。這段時期大部分站點都集中分布在倫敦市范圍內(nèi)，共有289個，外圍區(qū)域僅有174個，并且高等級的Hub樞紐站點與高介數(shù)站點都集中分布在內(nèi)倫敦區(qū)域。都市圈軌道線網(wǎng)整體規(guī)模較小，網(wǎng)絡復雜特征并不顯著，都市圈空間形態(tài)呈現(xiàn)典型的內(nèi)核集聚形態(tài)，大倫敦地區(qū)建設用地與人口規(guī)模的急劇增長使得空間結構呈現(xiàn)“單核增長”模式[23]。

3.2 軌道交通放射帶動都市圈區(qū)域蔓延

從20世紀初到20世紀40年代，倫敦都市圈的人口整體呈現(xiàn)遞增趨勢。雖然城市總?cè)丝谠诓粩嘣黾?，但是?nèi)倫敦的人口在逐年遞減，而外倫敦的人口在逐年遞增。主要原因是這段期間外倫敦地區(qū)建設了大量工廠及居住區(qū)，而軌道交通網(wǎng)絡的進一步建設又推動了越來越多的城市外圍居民以及部分內(nèi)倫敦居民逐步搬遷到外倫敦地區(qū)就業(yè)和居住。這一時期，在軌道交通缺失的北部地區(qū)修建了4條市域鐵路，使得都市圈外圍區(qū)域的軌道交通網(wǎng)絡輻射區(qū)域更廣?？傮w來說，這段期間倫敦都市圈的人口空間格局仍然以中心集聚為主，城市內(nèi)部區(qū)域間的人口遷移也較為顯著，城市人口與產(chǎn)業(yè)布局規(guī)模也隨之不斷擴大，都市圈開始借助交通網(wǎng)絡向外呈現(xiàn)圈層蔓延發(fā)展態(tài)勢[24]，軌道交通網(wǎng)絡的基本骨架已經(jīng)形成，“小世界網(wǎng)絡”特征越發(fā)明顯，倫敦都市圈“單核雙圈層”空間格局開始顯現(xiàn)。

3.3 既有路網(wǎng)支撐下的空間分散發(fā)展

20世紀50年代，在經(jīng)歷了第二次世界大戰(zhàn)后，倫敦的經(jīng)濟遭受重創(chuàng)，工業(yè)結構老化。同時，二戰(zhàn)后倫敦開始實施疏解規(guī)劃策略，借助軌道交通網(wǎng)絡將城市內(nèi)部的人口和產(chǎn)業(yè)往外圍疏散，使城市內(nèi)制造業(yè)就業(yè)人數(shù)急劇下降[25]。20世紀中后期，倫敦進入了后工業(yè)社會，附加值低的產(chǎn)業(yè)從中心區(qū)轉(zhuǎn)移到外圍地區(qū)[26]，軌道交通網(wǎng)絡建設基本處于停滯狀態(tài)，而圈層內(nèi)部產(chǎn)業(yè)與人口則沿著既有的軌道交通廊道持續(xù)向外圍區(qū)域及衛(wèi)星城擴散，人口分布空間格局呈現(xiàn)向外圍擴散的趨勢?？傮w來說軌道交通網(wǎng)絡拓撲形態(tài)與1940年時相差不大，網(wǎng)絡特征值也變化不大。都市圈的空間形態(tài)呈現(xiàn)“圈層+交通走廊+衛(wèi)星城”形態(tài)，空間結構呈現(xiàn)“一核三層，多中心分布”的格局。

3.4 都市圈成熟期推動各層次軌道網(wǎng)絡優(yōu)化

1980年至今，倫敦政府為了推動城市高效持續(xù)運轉(zhuǎn)，開始實行內(nèi)城復興發(fā)展策略，建設中央活力區(qū)。同時，通過強化“廊道效用”來發(fā)展與周邊地區(qū)聯(lián)系，與比鄰區(qū)域建立通勤區(qū)以促進都市圈協(xié)調(diào)發(fā)展。隨著經(jīng)濟全球化的趨勢加劇，倫敦城市中心區(qū)人口急劇增長，外圍地區(qū)人口分布相對均勻但增長趨勢緩慢，都市圈的人口空間格局呈現(xiàn)中心區(qū)再集聚與外圍廊道蔓延相結合的趨勢[27]。倫敦都市圈軌道交通網(wǎng)絡拓撲結構已經(jīng)相對成熟穩(wěn)定，部分區(qū)域中心型與微節(jié)點型站點的度值也進一步提升。倫敦都市圈空間結構呈現(xiàn)“極核-走廊，三層多中心”的格局，外圍區(qū)域的建設用地呈“串珠式”均勻分布在大倫敦地區(qū)四周，外圍建設用地沿國鐵放射廊道線性分布[28]。同時，在外圍線網(wǎng)交匯的交通樞紐區(qū)域形成了眾多中小型次級中心，城鎮(zhèn)圈層分布關系明顯（圖3）。

圖3 倫敦都市圈城鎮(zhèn)分布圖Fig.3 urban distribution map of London Metropolitan Area

4 軌道交通網(wǎng)絡復雜性與都市圈空間結構耦合發(fā)展分析

4.1 軌道交通復雜網(wǎng)絡拓撲結構模型構建

利用Python爬取倫敦都市圈軌道交通站點—線網(wǎng)空間數(shù)據(jù)，通過維基百科查詢并統(tǒng)計相關屬性信息，建立軌道交通站點—線網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)倫敦都市圈發(fā)展階段篩選四組軌道交通網(wǎng)絡信息基礎數(shù)據(jù)，利用Gephi構建軌道交通復雜網(wǎng)絡演變模型并計算相關特征值（表4）。

表4 倫敦都市圈各發(fā)展階段軌道交通復雜網(wǎng)絡特征值比較Tab.4 comparison of eigenvalues of complex urban rail transit networks in different development stages of London Metropolitan Area

4.2 網(wǎng)絡復雜特征演變分析

第一，站點數(shù)和邊數(shù)反映了軌道交通建設的規(guī)模，通過演變軌跡發(fā)現(xiàn)：1900年時倫敦都市圈已經(jīng)建設了一定規(guī)模的軌道交通線網(wǎng)；1900—1940年期間，軌道交通建設同樣呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢；二戰(zhàn)后基本處于停滯狀態(tài)，直到80年代城市復興運動相關政策與規(guī)劃的推動，軌道交通才得到進一步發(fā)展（圖4）。當前倫敦都市圈軌道交通規(guī)模遠大于我國北京與上海都市圈，處于世界領先地位[29]。

圖4 倫敦都市圈空間形態(tài)與空間結構演變Fig.4 spatial form and structure evolution of London Metropolitan Area

第二，平均度指的是站點總度值的平均值，截至2018年，站點平均度已經(jīng)增長到2.313，說明軌道交通網(wǎng)絡中高等級換乘樞紐站點逐漸增多。站點度分布狀況更加體現(xiàn)了網(wǎng)絡樞紐體系等級的變化情況。對不同時期站點度分布情況進行曲線擬合分析發(fā)現(xiàn)（圖5）：1900年以前，度值為5的站點占比僅為0.22%；1940年時，開始出現(xiàn)度值為6、7、8的站點，度值大于等于4的站點數(shù)量已經(jīng)達到52個，占比達到7.3%；1940年到1980年期間，由于軌道交通建設基本處于停滯狀態(tài)，所以站點的度分布狀況無明顯變化；1980年以后，網(wǎng)絡中換乘樞紐型的站點占比越來越高，度值大于等于4的站點數(shù)量已經(jīng)達到86個，占比接近10%。

圖5 站點度分布曲線擬合Fig.5 station degree distribution curve fitting

隨著倫敦都市圈軌道交通網(wǎng)絡的發(fā)展建設，站點的平均度值與最高度值均在不斷提升。截至2018年，倫敦都市圈軌道交通網(wǎng)絡中站點的最高度值已經(jīng)達到12，是位于內(nèi)倫敦的斯坦福德站（Stratford Station）。度值為2及2以下的一般站點所占的比例從1900年所占的81%下降到2018年的77.74%，一般性站點的減少從側(cè)面說明換乘樞紐站點的數(shù)量增多，軌道交通的換乘選擇方式也越來越多。

第三，通過對比四個階段的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：倫敦都市圈1900年的軌道交通實體網(wǎng)絡中平均路徑長度為19.418，2018年已經(jīng)降至16.271，說明實時軌道交通網(wǎng)絡中任意兩站點的通行距離逐漸縮短，即表明人們出行交通換乘的選擇路徑越來越多。倫敦都市圈軌道交通網(wǎng)絡直徑同樣呈現(xiàn)遞減的趨勢，說明20世紀以來倫敦都市圈軌道交通網(wǎng)絡的建設更多的是以服務內(nèi)部區(qū)域發(fā)展為主。

第四，1900年倫敦都市圈軌道交通網(wǎng)絡主要以外圍的市郊鐵路為主，整體骨架還未成型，聚類系數(shù)為0.006，之后隨著網(wǎng)絡的進一步建設，1940年增長到了0.013，截至2018年，網(wǎng)絡聚類系數(shù)已經(jīng)增長到了0.02。

4.2 軌道交通網(wǎng)絡復雜性與都市圈空間結構的互動關系

4.2.1 中心樞紐站點扁平化組織分布與都市圈多中心空間結構的協(xié)同發(fā)展

為了探測軌道交通網(wǎng)絡樞紐站點分布與都市圈空間結構演變兩個子系統(tǒng)的相互關系，首先通過分析都市圈軌道交通網(wǎng)絡Hub站點分布來度量網(wǎng)絡的換乘便捷性，通過分析空間地域人口密度分布的演變狀況來描述都市圈內(nèi)的城鎮(zhèn)空間分布格局以及城鎮(zhèn)空間組織結構等。根據(jù)研究需要，界定度值大于等于4的站點作為Hub站點，分別提取四個發(fā)展階段的Hub站點，由圖6可以看出，1901年時Hub站點集中分布在內(nèi)倫敦區(qū)域，同人口集中分布在內(nèi)倫敦區(qū)域具有高度的趨同性，該時期倫敦都市圈空間結構呈現(xiàn)“單核增長”模式；1941年時Hub站點主要還是集中分布在內(nèi)倫敦區(qū)域，但是外倫敦地區(qū)也開始出現(xiàn)一定數(shù)量的Hub站點，該時期倫敦的人口空間分布表現(xiàn)為大量外圍地區(qū)與內(nèi)倫敦人口遷移到外倫敦區(qū)域，外倫敦整體人口密度進一步增高，可以看出Hub站點的分布與人口密度的空間分布具有較強的趨同性；1981年時Hub站點的分布狀況變化不大，人口密度的空間分布變化主要是外圍區(qū)域人口密度的增長，這段時期兩者的演化沒有呈現(xiàn)明顯的互動關系；2011年時Hub站點在外倫敦區(qū)域的分布數(shù)量進一步增多，主要增加的區(qū)域在東部、西部和南部的對外交通走廊地帶，而這段時期人口密度的分布同樣呈現(xiàn)中心區(qū)集聚，外圍沿交通走廊蔓延分布，網(wǎng)絡致密化過程中都市圈中心集聚度增強，站點扁平化組織結構與都市圈外圍多中心結構顯著。

圖6 倫敦都市圈Hub站點空間分布演變與人口密度分布演變Fig.6 spatial distribution and population density distribution of Hub sites in the London Metropolitan Area

4.2.2 軌道網(wǎng)絡的傳播效應與都市圈多中心空間結構的協(xié)同發(fā)展

軌道交通網(wǎng)絡的傳播效應指的是交通事件從某個站點發(fā)生，逐漸影響和擴散到其它區(qū)域的推動和輻射效應。影響交通事件網(wǎng)絡傳播速率快慢的主要因素是軌道網(wǎng)絡平均路徑長度。同時，站點度值分布呈現(xiàn)冪率特征分布的無標度軌道交通網(wǎng)絡傳播速率一般更快，因為無標度網(wǎng)絡中各站點的度值差異很大，如果從較大度節(jié)點開始傳輸，會傳送更多數(shù)量的交通要素，產(chǎn)生所謂的“放大效應”[30]。如果無標度網(wǎng)絡中站點度值小于平均度值的站點所占比例較大，也會出現(xiàn)大量站點傳達性較低的現(xiàn)象。網(wǎng)絡傳播效應與網(wǎng)絡模塊結構特征也是相互關聯(lián)的，而網(wǎng)絡模塊結構特征與空間拓撲結構特征具有較高的相似性。一般來說，整體傳播速率較快的網(wǎng)絡其平均路徑長度相對較短，網(wǎng)絡直徑相對也會較短，網(wǎng)絡中樞紐節(jié)點的中心集聚現(xiàn)象比較明顯，低于站點平均度的節(jié)點數(shù)量相對較少，網(wǎng)絡整體受單中心輻射帶動效應顯著；而整體傳播速率較低的網(wǎng)絡其平均路徑相對較長，網(wǎng)絡直徑也會較長，網(wǎng)絡中樞紐節(jié)點呈多中心分布的現(xiàn)象比較明顯，低于站點平均度的節(jié)點數(shù)量相對較多[31]（表5）。倫敦都市圈軌道交通網(wǎng)絡平均路徑長度與網(wǎng)絡直徑呈逐漸遞減的趨勢，聚類系數(shù)逐漸升高，網(wǎng)絡小世界特征與交通一體化特征顯著。將網(wǎng)絡模塊結構特征與都市圈空間結構特征對比后發(fā)現(xiàn)（圖7），網(wǎng)絡的拓撲空間結構與都市圈一核多中心結構具有高度的關聯(lián)性。

圖7 倫敦都市圈軌道交通復雜網(wǎng)絡模塊結構圖Fig.7 block diagram of the complex network of rail transit in the London Metropolitan Area

表5 倫敦都市圈軌道交通網(wǎng)絡傳播效應相關特征值演變Tab.5 the evolution of eigenvalues related to the propagation effect of the rail transit network in the London Metropolitan Area

4.3 復雜系統(tǒng)導向下都市圈軌道交通網(wǎng)絡與空間結構互動規(guī)律分析

4.3.1 復雜系統(tǒng)勢能差影響下的互動作用過程

軌道交通網(wǎng)絡生長與都市圈空間發(fā)展是一對長期的空間互動過程，兩者構成的復雜系統(tǒng)通過自組織效應互動滋長、協(xié)同演化。復雜系統(tǒng)的互動作用源于二者發(fā)展不平衡產(chǎn)生的勢能差，而勢能差的相對關系不僅決定了誰是作用過程的主導一方，也大體限定了整體的演化方向與結構形態(tài)。倫敦都市圈范圍內(nèi)早期建設的市郊鐵路系統(tǒng)推動了城市極核的快速增長，這一過程軌道交通的作用勢能要高于都市圈空間組織模式的作用勢能。之后，隨著中心城區(qū)人口高密度聚集與建設用地持續(xù)蔓延現(xiàn)象的加劇，人們出行的距離與時間成本普遍增長，都市圈空間組織模式又在相互關系中成為優(yōu)勢一方，開始要求軌道交通特別是網(wǎng)絡中心區(qū)域通過地鐵建設提升運輸效率，因果關系發(fā)生轉(zhuǎn)換。而多層次軌道網(wǎng)絡的建成和持續(xù)優(yōu)化，又進一步支撐了都市圈功能的網(wǎng)絡化發(fā)展，主導力再次變換。經(jīng)過這種復雜系統(tǒng)長期的自組織過程，倫敦都市圈的發(fā)展開始逐步進入成熟穩(wěn)定期。

4.3.2 軌道交通引導都市圈圈層結構變遷

都市圈圈層結構變遷的一個重要因素就是促使都市圈中心城市內(nèi)部人口與產(chǎn)業(yè)等城市要素向外擴散[32]。一般認為軌道交通的發(fā)展與都市圈空間圈層的變遷遵循的都是從內(nèi)到外的生長時序，例如我國的北京都市圈與上海都市圈，兩者都是先從人口集聚的內(nèi)圈層開始建設地鐵軌道系統(tǒng)（圖8）。然而倫敦都市圈軌道交通網(wǎng)絡的空間建設時序與我國都市圈正相反，它是先從都市圈范圍內(nèi)開始建設市域鐵路，當大城市中心城區(qū)發(fā)展到一定規(guī)模后再建設主要服務于內(nèi)圈層的地鐵軌道系統(tǒng)（圖9）。這種錯位式傳導看似沒有遵循協(xié)同演化的規(guī)律，但是從復雜系統(tǒng)視角來看，它是將互適匹配的過程放到了更長的時間維度，通過軌道先行和服務提升兩個步驟，實現(xiàn)了對都市圈發(fā)展趨勢的提前部署。

圖8 北京都市圈與上海都市圈圈層變遷與軌道網(wǎng)絡關系Fig.8 the relationship between the level change and the rail network of Beijing Metropolitan area and Shanghai Metropolitan Area

圖9 倫敦都市圈與京阪神都市圈圈層變遷與軌道網(wǎng)絡關系Fig.9 the relationship between the level change and the rail network of London Metropolitan Area and Beijing Osaka Kobe Metropolitan Area

4.3.3 “馬太效應”下的站點分化引導“多中心—多廊道”空間重構

軌道交通網(wǎng)絡的致密化過程使得都市圈軌道交通站點演變發(fā)生“馬太效應”，都市圈范圍內(nèi)站點分化生成一定數(shù)量的Hub站點和高介數(shù)站點，這些高等級樞紐站點在都市圈空間體系中起著重要的輻射帶動作用，引導都市圈外圍地區(qū)形成若干次中心生長點或沿樞紐站點之間的廊道形成生長軸。倫敦都市圈外部圈層分布了較多Hub站點或高介數(shù)樞紐站點，圍繞這些高等級樞紐站點形成了眾多城市次中心和城市邊緣節(jié)點中心組團，各等級城市間的聯(lián)系隨著軌道交通的發(fā)展也日益增強，都市圈“多中心—多廊道”空間結構日漸成熟完善[33]。

5 研究啟示與相關建議

5.1 以“破除邊界”的規(guī)劃政策支持市域通勤鐵路跨城發(fā)展

通過研究倫敦都市圈的發(fā)展可以看出，跨越行政邊界的市郊通勤鐵路能夠有效引導人口與產(chǎn)業(yè)空間分布沿交通干線向外生長，推動周邊節(jié)點城鎮(zhèn)的聯(lián)動發(fā)展。我國的都市圈市域鐵路建設也應打破行政邊界壁壘，利用市域鐵路串聯(lián)內(nèi)外圈層，實現(xiàn)區(qū)域聯(lián)動發(fā)展。例如北京都市圈在向東發(fā)展過程中也應跨越行政邊界壁壘建設市域鐵路，加強與北三縣的直接通勤聯(lián)系[34]。

5.2 以“內(nèi)優(yōu)外聯(lián)”的節(jié)點配置整合功能體系

從網(wǎng)絡功能角度來看，軌道拓撲網(wǎng)絡通過其拓撲結構特征與動力效應能夠優(yōu)化空間功能組織行為，并促進形成小世界、無標度網(wǎng)絡[35]。目前我國具備發(fā)展成為都市圈的地區(qū)，仍存在中心城交通輻射帶動能力弱以及對周邊城鎮(zhèn)連接度差兩方面的問題。構建多層次軌道網(wǎng)絡，目的就是利用其“內(nèi)優(yōu)外聯(lián)”效應實現(xiàn)對功能節(jié)點的冪律型網(wǎng)絡化配置：一方面能夠快速增加中心城尤其是核心節(jié)點的連接度，促進CBD、商業(yè)中心、交通樞紐等重要功能節(jié)點能級提升[36]；另一方面可以將更多的外圍城鎮(zhèn)或新功能節(jié)點整合進都市圈網(wǎng)絡[37]。

5.3 以“適度超前”的時序安排謀劃演變進程

進入以都市圈為主體的城鎮(zhèn)化新階段后，必須認識到我國城市地區(qū)超大規(guī)模性以及巨大的集聚需求的實際情況，需要通過對區(qū)域軌道交通的適度超前建設。例如倫敦都市圈軌道交通網(wǎng)絡遵循的是“由外向內(nèi)”的建設規(guī)律，對都市圈空間發(fā)展趨勢做了提前部署[38]，將兩者互適匹配的過程放到了更長的時間維度，對于疏散中心城區(qū)人口、帶動外圍區(qū)域發(fā)展具有重要的先導作用。