樞紐型高鐵站交通與土地利用協(xié)同性評(píng)價(jià)研究

羅 霖，陳 運(yùn)

（1. 西南交通大學(xué)建筑學(xué)院，四川成都 610000；2. 西北大學(xué)城市環(huán)境學(xué)院，陜西西安 710127）

1 研究背景

近年來(lái)，我國(guó)高速鐵路（以下簡(jiǎn)稱“高鐵”）發(fā)展迅猛。高鐵憑借其速度快、運(yùn)量大等特點(diǎn)，增強(qiáng)了城市的可達(dá)性，產(chǎn)生了強(qiáng)大的虹吸效應(yīng)與時(shí)空壓縮效應(yīng)[1]，從而打破了城市間的邊界，實(shí)現(xiàn)了資源的重新分配[2]。與此同時(shí)，高鐵新站建設(shè)與老站改造同步進(jìn)行，高鐵站（以下簡(jiǎn)稱“站點(diǎn)”）及其周邊區(qū)域（以下簡(jiǎn)稱“站區(qū)”）的開(kāi)發(fā)建設(shè)已成為城市發(fā)展的重要“催化劑”，在促進(jìn)區(qū)域空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化與提升、推動(dòng)片區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)集聚與均衡方面發(fā)揮著重要作用[3]。

隨著站點(diǎn)及站區(qū)建設(shè)熱潮的興起，站區(qū)同質(zhì)化發(fā)展及建設(shè)收益預(yù)期過(guò)高帶來(lái)的問(wèn)題開(kāi)始顯現(xiàn)。為合理配置有限的資源，平衡各站點(diǎn)及站區(qū)間的價(jià)值差異，避免“千城一面”的趨同演化，需對(duì)站點(diǎn)及站區(qū)交通與土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，并根據(jù)其不同類(lèi)型進(jìn)行差異化規(guī)劃與建設(shè)[4]。

為此，大量學(xué)者進(jìn)行了研究，其中以荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)貝爾托利尼（Bertolini）教授于1990年首次提出的節(jié)點(diǎn)-場(chǎng)所模型（以下簡(jiǎn)稱“N-P模型”）最為經(jīng)典[5]。該模型在吸收社會(huì)學(xué)流空間理論、地理學(xué)城市網(wǎng)絡(luò)理論、土地利用交通循環(huán)理論的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地將交通站點(diǎn)既看作擔(dān)負(fù)交通運(yùn)輸功能的關(guān)鍵樞紐節(jié)點(diǎn)，又視為集多功能與“高能活力點(diǎn)”于一體的城市場(chǎng)所。自該模型誕生以來(lái)，大量中外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了實(shí)證案例研究。Chorus等人借助N-P模型探究了東京大都市圈車(chē)站地區(qū)交通與土地利用特征之間的動(dòng)態(tài)交互作用[6]。Caset等人利用N-P模型測(cè)量了德國(guó)布魯塞爾區(qū)域快速鐵路網(wǎng)絡(luò)中列車(chē)站的可達(dá)性，并通過(guò)聚類(lèi)分析總結(jié)了7種不同特征的列車(chē)站[7]。李佩葉等人通過(guò)N-P模型構(gòu)建了高鐵站周邊區(qū)域發(fā)展?jié)摿υu(píng)價(jià)模型，并對(duì)京滬高鐵沿線車(chē)站進(jìn)行了評(píng)價(jià)[8]。沈怡辰以福建省37個(gè)高鐵站區(qū)為研究對(duì)象，利用N-P模型對(duì)其進(jìn)行量化，并總結(jié)評(píng)價(jià)其發(fā)展情況[9]。

總體來(lái)看，N-P模型能夠較好地反映站點(diǎn)交通與土地利用的耦合協(xié)調(diào)程度，但傳統(tǒng)的N-P模型受限于數(shù)據(jù)來(lái)源較為單一的問(wèn)題，通常只能從站區(qū)土地利用、混合度、站點(diǎn)股道數(shù)等傳統(tǒng)角度反映站區(qū)場(chǎng)所功能及站點(diǎn)交通功能。隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)空數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，大規(guī)模采集站點(diǎn)、站區(qū)數(shù)據(jù)已成為可能，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)逐步由大尺度向高精度、由二維平面向三維立體轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)的豐富性及高精度有助于改進(jìn)N-P模型。

在上述背景下，本文選取國(guó)內(nèi)9個(gè)樞紐型高鐵站作為實(shí)證案例研究樣本，借助N-P模型構(gòu)建高鐵站交通與土地利用協(xié)同性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，引入新數(shù)據(jù)充實(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，再通過(guò)層次分析法（AHP）確定各指標(biāo)權(quán)重并獲得評(píng)價(jià)結(jié)果，最后針對(duì)不同類(lèi)型站點(diǎn)提出規(guī)劃策略。

2 N-P 模型概述

N-P模型包含節(jié)點(diǎn)價(jià)值、場(chǎng)所價(jià)值2個(gè)維度，用以描述站點(diǎn)及站區(qū)交通及土地利用協(xié)同情況。節(jié)點(diǎn)價(jià)值通常通過(guò)可達(dá)性指標(biāo)衡量站點(diǎn)交通集散能力，場(chǎng)所價(jià)值通常以土地利用特征反映站區(qū)開(kāi)發(fā)水平，二者共同構(gòu)建一個(gè)二維坐標(biāo)平面，可通過(guò)將多個(gè)站點(diǎn)定位其中，以反映及對(duì)比各站點(diǎn)的發(fā)展?fàn)顩r。只有節(jié)點(diǎn)價(jià)值、場(chǎng)所價(jià)值相互協(xié)調(diào)，才能實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)及站區(qū)發(fā)展的良性循環(huán)。值得注意的是，節(jié)點(diǎn)價(jià)值、場(chǎng)所價(jià)值并非使用單一指標(biāo)測(cè)度，需要確定一系列相關(guān)指標(biāo)才能充分描述。

N-P模型總共描述了5種發(fā)展?fàn)顟B(tài)，即從屬狀態(tài)、平衡狀態(tài)、壓力狀態(tài)、失衡節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、失衡場(chǎng)所狀態(tài)。從屬狀態(tài)表示節(jié)點(diǎn)價(jià)值與場(chǎng)所價(jià)值比較協(xié)調(diào)，但發(fā)展水平較低；平衡狀態(tài)表示節(jié)點(diǎn)價(jià)值與場(chǎng)所價(jià)值非常協(xié)調(diào)且發(fā)展水平較為適度；壓力狀態(tài)表示節(jié)點(diǎn)價(jià)值與場(chǎng)所價(jià)值比較協(xié)調(diào)，但發(fā)展過(guò)度；失衡節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表示節(jié)點(diǎn)價(jià)值遠(yuǎn)高于場(chǎng)所價(jià)值；失衡場(chǎng)所狀態(tài)表示場(chǎng)所價(jià)值遠(yuǎn)高于節(jié)點(diǎn)價(jià)值。

3 研究對(duì)象及范圍界定

樞紐型高鐵站從節(jié)點(diǎn)價(jià)值層面看，等級(jí)高、客流量大，在交通網(wǎng)絡(luò)中承擔(dān)著重要交通支點(diǎn)的功能；從場(chǎng)所價(jià)值層面看，是城市的重要門(mén)戶，各種要素在站區(qū)快速交匯與集散。因此，本文選取國(guó)內(nèi)9個(gè)樞紐型高鐵站作為實(shí)證案例樣本具有一定的代表性，所選案例具體如表 1所示。

表1 9個(gè)案例樣本一覽表

本文在借鑒圈層結(jié)構(gòu)模型理論的基礎(chǔ)上，綜合考慮站區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)因素，劃定以站點(diǎn)為圓心、半徑為2.5 km的圓形區(qū)域?yàn)檎緟^(qū)范圍。

4 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

4.1 指標(biāo)體系

本節(jié)在綜合考慮數(shù)據(jù)獲取的可行性以及代表性的基礎(chǔ)上，將N-P模型中的節(jié)點(diǎn)價(jià)值與場(chǎng)所價(jià)值細(xì)分為不同的二級(jí)指標(biāo)，對(duì)于節(jié)點(diǎn)價(jià)值取客流量、站房面積2個(gè)指標(biāo)，對(duì)于場(chǎng)所價(jià)值則通過(guò)python等技術(shù)手段分別獲取城市區(qū)域二維、三維數(shù)據(jù)，涵蓋道路密度、興趣點(diǎn)（poi）密度、土地利用混合度、綠視率、開(kāi)敞度5個(gè)指標(biāo)[11]，如圖1、表2所示。

表2 9個(gè)站點(diǎn)各指標(biāo)參數(shù)表

圖1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系示意圖

4.1.1 節(jié)點(diǎn)價(jià)值

對(duì)于節(jié)點(diǎn)價(jià)值，本文選取客流量與站房面積2個(gè)指標(biāo)。

客流量反映站點(diǎn)的實(shí)際客流水平?？土髁繑?shù)據(jù)從高鐵管家APP獲取，連續(xù)跟蹤各高鐵站2022年9月7日—2022年10月7日1個(gè)月的日均旅客發(fā)送量及接收量，數(shù)據(jù)樣本涵蓋平峰及節(jié)假日高峰客流量數(shù)據(jù)，具有較好的代表性。從所獲取數(shù)據(jù)看，廣州東站、南京站因其不僅承擔(dān)本城市交通功能，而且是大區(qū)域交通樞紐，客流量遠(yuǎn)高于其他站點(diǎn)；北京北站、杭州站、上海南站因有其他站點(diǎn)為其分擔(dān)運(yùn)輸壓力，客流量相對(duì)較??；余下站點(diǎn)雖區(qū)位靠近市中心，但站房面積小，客流量也小。

站房面積反映站點(diǎn)的旅游集散容納能力。本文所用數(shù)據(jù)源自維基百科，并且通過(guò)查閱國(guó)家鐵路局統(tǒng)計(jì)年鑒及國(guó)內(nèi)其他搜索平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。從獲取的數(shù)據(jù)看，新建站點(diǎn)的站房面積普遍較大，以廣州南站、南京站為代表，而老站點(diǎn)因歷史久遠(yuǎn)、區(qū)位較好、土地價(jià)值較高等因素導(dǎo)致站房面積較小、平面可擴(kuò)展性較差。

4.1.2 場(chǎng)所價(jià)值

對(duì)于場(chǎng)所價(jià)值，本文在二維層面上選取道路密度、poi密度、土地利用混合度3個(gè)指標(biāo)，在三維層面上選取綠視率、開(kāi)敞度2個(gè)指標(biāo)。

道路密度反映站區(qū)道路系統(tǒng)完善程度，道路密度越高，站區(qū)交通集散能力越強(qiáng)，通達(dá)性越好。從測(cè)度數(shù)據(jù)結(jié)果看，投用時(shí)間較早的站點(diǎn)具有更大優(yōu)勢(shì)。老站點(diǎn)建設(shè)時(shí)間久遠(yuǎn)，道路系統(tǒng)較完善，街道尺度較小，密度較高；而新建站點(diǎn)周邊道路系統(tǒng)有待完善，采用“寬?cǎi)R路、大街區(qū)”的形式，有很大提升空間。

poi密度反映站區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施總量水平，poi密度越高，則基礎(chǔ)設(shè)施越密集，越能滿足人群的各項(xiàng)功能需求?？傮w來(lái)看，新建站點(diǎn)附近poi密度較低，站區(qū)發(fā)展處于起步階段，各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平及城市基礎(chǔ)設(shè)施配置水平較低；老站點(diǎn)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施總量較大，產(chǎn)業(yè)更為豐富、健全，能夠有效提供各類(lèi)城市服務(wù)以滿足不同人群的需求，城市功能更為成熟、穩(wěn)定。

土地利用混合度不同于poi密度反映站區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的整體規(guī)模水平，其反映站區(qū)各功能用地的均勻程度，該值高說(shuō)明站區(qū)各用地配置趨于平衡，而該值低則說(shuō)明站區(qū)土地利用較為單一[12]。從測(cè)算結(jié)果看，新建站點(diǎn)與老站點(diǎn)的土地利用混合度差距不大：老站點(diǎn)在漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中不斷自我完善，用地配置較為均衡；而新建站點(diǎn)在建設(shè)之初，經(jīng)過(guò)城市總體規(guī)劃與地塊控制性詳細(xì)規(guī)劃的層層調(diào)整，土地利用混合度已與老站點(diǎn)非常接近。土地利用混合度通常通過(guò)信息熵H來(lái)表示，該數(shù)值越大，表明各功能用地占比越均勻，其計(jì)算公式如下：

式（1）中，H為信息熵；n為區(qū)域內(nèi)總的功能數(shù)；pi為區(qū)域內(nèi)i功能的占比。

綠視率與開(kāi)敞度反映站區(qū)建成環(huán)境的質(zhì)量，綠視率代表視野范圍內(nèi)綠色植物所占比例，開(kāi)敞度為視野范圍內(nèi)天空所占比例。相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取方式是，通過(guò)python編寫(xiě)程序請(qǐng)求百度地圖API（應(yīng)用程序界面）接口獲取站區(qū)附近百度全景街景圖，通過(guò)對(duì)全景街景圖進(jìn)行切分與四像分割，借助機(jī)器學(xué)習(xí)中的語(yǔ)義分割技術(shù)（FCN）將所獲取的百度全景街景圖進(jìn)行要素識(shí)別與統(tǒng)計(jì)，從而準(zhǔn)確量化站區(qū)周?chē)饕厮急壤?。由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，在綠視率方面，北方站點(diǎn)受制于北方較為干燥的氣候條件，綠視率普遍低于南方，站區(qū)環(huán)境較差；在開(kāi)敞度方面，老站點(diǎn)由于周邊城市結(jié)構(gòu)更為完整，街道立面更為連續(xù)，加之其良好的區(qū)位導(dǎo)致其土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度較大、容積率較高，因此開(kāi)敞度相較于新站點(diǎn)普遍偏高。

4.2 指標(biāo)體系權(quán)重賦值

建立指標(biāo)評(píng)價(jià)體系是一個(gè)典型的多決策問(wèn)題，其中涉及到各指標(biāo)的權(quán)重賦值問(wèn)題。本文結(jié)合已有實(shí)例研究與專(zhuān)家問(wèn)卷打分法，選用層次分析法（AHP）構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)模型；然后通過(guò)和積法針對(duì)節(jié)點(diǎn)價(jià)值指標(biāo)建立2階判斷矩陣，針對(duì)場(chǎng)所價(jià)值指標(biāo)建立5階判斷矩陣，并計(jì)算得到權(quán)重結(jié)果，如表3所示；最后采用一致性指標(biāo)（CI值）、平均隨機(jī)一致性指標(biāo)（RI值）、一致性比率（CR值）對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，2個(gè)判斷矩陣均通過(guò)檢驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

表3 層次分析結(jié)果

表4 一致性檢驗(yàn)結(jié)果

為消除不同量綱及數(shù)量級(jí)帶來(lái)的差異，采用歸一化方法對(duì)各個(gè)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，處理公式如下。

式（2）中，x”為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值；x為原始數(shù)據(jù)值；max為原始數(shù)據(jù)中的最大值；min為原始數(shù)據(jù)中的最小值。

5 協(xié)同性評(píng)價(jià)結(jié)果及規(guī)劃建議

通過(guò)將指標(biāo)數(shù)據(jù)帶入上述評(píng)價(jià)體系中，得到所研究站點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)價(jià)值與場(chǎng)所價(jià)值，如圖2所示；再將其歸一化處理，建立N-P模型，如圖3所示。通過(guò)模型可對(duì)所研究的9個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行交通與土地利用協(xié)同性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果及規(guī)劃建議如下。

圖2 9個(gè)站點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)-場(chǎng)所價(jià)值示意圖

圖3 9個(gè)站點(diǎn)的N-P模型

5.1 平衡狀態(tài)

上海南站、北京北站2個(gè)站點(diǎn)雖處于平衡狀態(tài)，但二者均遠(yuǎn)離45°均衡線，更偏向于場(chǎng)所價(jià)值線，節(jié)點(diǎn)價(jià)值偏低，應(yīng)在以后的發(fā)展中更注重節(jié)點(diǎn)價(jià)值與場(chǎng)所價(jià)值的協(xié)同性，增強(qiáng)站點(diǎn)的交通集散功能，避免其向失衡場(chǎng)所狀態(tài)發(fā)展。

5.2 失衡節(jié)點(diǎn)狀態(tài)

南京站、廣州東站處于失衡節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)價(jià)值顯著高于場(chǎng)所價(jià)值。南京站相比于廣州東站更加趨近于平衡狀態(tài)，在以后的發(fā)展中應(yīng)著重改善城市環(huán)境，提升場(chǎng)所價(jià)值，即提高道路密度，增加基礎(chǔ)設(shè)施布局，增強(qiáng)站區(qū)街道綠化水平。廣州東站處于極端失衡節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)價(jià)值遠(yuǎn)高于場(chǎng)所價(jià)值，站點(diǎn)具有較強(qiáng)的交通運(yùn)輸能力，能夠較好地?fù)?dān)負(fù)區(qū)域交通集散樞紐功能，但其位于城市近郊區(qū)，站區(qū)建設(shè)較為滯后；在以后的發(fā)展中應(yīng)該在保證交通運(yùn)輸功能同時(shí)，提升其場(chǎng)所價(jià)值。

5.3 從屬狀態(tài)

大連北站處于從屬狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)價(jià)值與場(chǎng)所價(jià)值較為協(xié)同，節(jié)點(diǎn)價(jià)值略高于場(chǎng)所價(jià)值，但整體發(fā)展水平較低，交通集散能力較差，城市建成環(huán)境有待改善。后續(xù)應(yīng)該在提升站區(qū)交通集散能力的基礎(chǔ)上，注重優(yōu)化站區(qū)環(huán)境，提高道路密度，增加綠化設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施布局，提升站區(qū)土地利用混合度。

5.4 失衡場(chǎng)所狀態(tài)

上海西站、深圳站、大連站、杭州站處于失衡場(chǎng)所狀態(tài)，場(chǎng)所價(jià)值顯著高于節(jié)點(diǎn)價(jià)值，在以后的發(fā)展中應(yīng)該著重考慮通過(guò)采取增加客流量、擴(kuò)大站房面積等措施提高其節(jié)點(diǎn)價(jià)值。

5.5 壓力狀態(tài)

本文所選樣本中并未出現(xiàn)壓力狀態(tài)站點(diǎn)，該類(lèi)型站點(diǎn)雖屬于平衡狀態(tài)，但節(jié)點(diǎn)價(jià)值與場(chǎng)所價(jià)值均處于高負(fù)載水平，已經(jīng)逼近區(qū)域承載力極限，在后續(xù)發(fā)展過(guò)程中應(yīng)該注重協(xié)調(diào)交通與城市發(fā)展，避免出現(xiàn)城市過(guò)度建設(shè)、交通擁堵的情況。

6 結(jié)語(yǔ)

本文首先基于N-P模型建立樞紐型高鐵站交通與土地利用協(xié)同性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并引入7個(gè)二級(jí)指標(biāo)對(duì)N-P模型進(jìn)行擴(kuò)展；然后基于上述模型對(duì)國(guó)內(nèi)9個(gè)樞紐型高鐵站進(jìn)行測(cè)度，評(píng)估其交通與土地利用的協(xié)同狀態(tài)，并以此為依據(jù)針對(duì)性地提出規(guī)劃建議。同時(shí)，本文的數(shù)據(jù)來(lái)源以及構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系均具備一定的可移植性，可為其他類(lèi)型站點(diǎn)的交通與土地利用協(xié)同性評(píng)價(jià)提供參考與借鑒。