軌道交通數(shù)字化規(guī)劃研究
——交通走廊分析與線路布局

李巖輝

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安 710043）

1 引言

為實現(xiàn)國土空間規(guī)劃、出行需求特征與軌道交通線站位的有機融合，高效發(fā)揮軌道交通的服務功能及社會經(jīng)濟效益，應以宏觀層面的城市空間結構、軌道交通線網(wǎng)功能為基礎[1]，進一步細化研究交通走廊分布與軌道交通線路布局之間的關系，確定軌道交通線路功能、服務水平、線站位方案、技術標準等，以實現(xiàn)承接上位規(guī)劃、指導后續(xù)建設的目標[2]。在此過程中，一方面需要以上位規(guī)劃為基準，從整體上把握軌道交通線網(wǎng)、線路、車站等不同層面所發(fā)揮的效用，實現(xiàn)“整體-局部”的統(tǒng)一；另一方面，應考慮線網(wǎng)結構的復雜性、出行方式的多樣性、空間數(shù)據(jù)的巨量性等因素，采用空間計量模型、多源大數(shù)據(jù)等技術進行建模，對軌道交通沿線的發(fā)展現(xiàn)狀、未來規(guī)劃進行詳細分析，識別沿線區(qū)域的發(fā)展方向、交通設施發(fā)展水平以及軌道交通的建設必要性、建設時機等。

本文在闡述交通走廊概念及其與軌道交通線路互動機理的基礎上，提出通過交通走廊功能及公交特征分析，確定軌道交通線路功能、服務水平、線站位方案、技術標準等的研究思路；將數(shù)據(jù)分析方法與空間模型應用在交通走廊分析中，以廈門市為例，開展基于空間計量學的交通走廊功能分析、基于公交特征的線路功能分析、交通走廊量級與軌道交通層次制式的匹配分析，以指導軌道交通線路布局。

2 交通走廊概念及其與軌道交通線路互動機理

2.1 交通走廊概念

交通走廊是指由多種運輸方式所組成的交通設施密集地帶，是以高效率的綜合運輸通道（如城市道路、軌道交通等）為發(fā)展主軸、以軸上或被其緊密吸引的區(qū)域內(nèi)各類組團為依托，由產(chǎn)業(yè)、人口、資源、信息、城鎮(zhèn)、客貨流等集聚而成的帶狀空間地域經(jīng)濟綜合體。在區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、國土空間規(guī)劃中通常會布局諸多軸線作為交通走廊。交通走廊的形成、發(fā)展和成熟需要交通基礎設施建設推動[3]。通常，交通走廊涵蓋多層次軌道交通系統(tǒng)、城市道路（包括國、省干道）、公交系統(tǒng)、慢行交通系統(tǒng)等多種交通方式，共同滿足多層次、差異化的交通需求（圖1）。

圖1 交通走廊中各類交通方式示意圖

2.2 交通走廊與軌道交通線路互動機理

受到交通走廊與城市互動作用的影響，在軌道交通沿線往往會形成人口、交通、用地、出行、經(jīng)濟、信息等元素高度集中、緊密聯(lián)系的帶狀區(qū)域。城市用地發(fā)展與人口分布演變遵循一定的規(guī)律，隨著城市化進程的推進及國土空間規(guī)劃、交通網(wǎng)絡、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中心城區(qū)與外圍組團、副中心等逐漸呈現(xiàn)相互融合的發(fā)展態(tài)勢（圖2），各片區(qū)之間形成了有序的出行空間結構，出行分布逐漸擴展至更大范圍，出行總量、長距離出行不斷增加，從而產(chǎn)生建設軌道交通的需求。因此，軌道交通線路要順應城市空間發(fā)展及客流增長的需求，布局在主要出行方向上的人口與用地密集區(qū)域（圖3）。而軌道交通的建設和開通運營會進一步促進交通走廊的發(fā)展以及人口、交通、用地、出行、經(jīng)濟、信息等元素的集聚，形成帶動城市發(fā)展、支撐城市規(guī)劃、引導客流增長的良性互動模式，保障沿線高密度、高效率的開發(fā)，推動社會經(jīng)濟效益進一步提升[4]。

圖2 城市發(fā)展與交通走廊形成示意圖

圖3 交通走廊發(fā)展與軌道交通線路建設間關系示意圖

3 研究思路及方法

3.1 研究思路

本文研究的主要內(nèi)容是通過交通走廊功能及公交特征分析，確定軌道交通線路功能、服務水平、線站位方案、技術標準等，從而指導軌道交通線路布局。其研究思路如下（圖4）。

圖4 基于交通走廊分析的軌道交通線路布局研究思路

（1）交通走廊功能分析。通過基于空間計量學的功能識別，分析區(qū)域穿行度、整合度，確定交通走廊功能及重要程度，作為軌道交通線路布局的依據(jù)。

（2）公交特征分析。由于軌道交通是公交系統(tǒng)的重要組成部分，具有公交屬性，因此需要對現(xiàn)狀公交線站位分布、客流特征進行分析，以了解其需求特征。

（3）多層次軌道交通功能分析。結合上述交通走廊功能（定性）及公交特征（定量）2 方面的分析結果，進行多層次軌道交通功能分析，確定軌道交通層次、制式、路由。

3.2 研究方法

結合上述研究思路，本研究將針對不同內(nèi)容，采用多種數(shù)據(jù)模型及分析方法進行分析，具體如下。

（1）沿線人口與就業(yè)崗位分布分析。其內(nèi)容包括統(tǒng)計交通走廊沿線1 km 覆蓋范圍內(nèi)的人口、就業(yè)崗位數(shù)量與密度，以及分析職住分離指數(shù)。分析前者是由于發(fā)改基礎[2021]1302 號《關于印發(fā)“十四五”城市軌道交通規(guī)劃建設實施方案的通知》[5]明確要求加強對軌道交通現(xiàn)狀客流的評估，規(guī)定線路兩側1 km 范圍現(xiàn)狀人口密度應大于1.2 萬人/km2，以確保運營后的客流效益，得到分析結果后，下一步可通過詳細規(guī)劃引導，提升沿線人口、就業(yè)崗位聚集效應；分析后者是由于其可確定不同組團的交通發(fā)生/吸引特征、區(qū)域出行自平衡率等，是判斷乘降量、起訖點（OD）特征的依據(jù)。

（2）沿線用地分析。其內(nèi)容包括分析沿線1 km 范圍容積率、開發(fā)強度、用地類型，以及根據(jù)不同用地確定交通發(fā)生、吸引系數(shù)，校核沿線客流特征，為線站位方案優(yōu)化及沿線下一步以公共交通為導向的開發(fā)（TOD）提供依據(jù)。

（3）沿線交通方式分析。其內(nèi)容包括：①分析交通走廊各交通方式的出行特征、出行時效、便捷程度、服務水平，采用Logit 模型確定其競合關系，構建走廊交通方式劃分模型，確定出行比例，作為評價綠色出行的指標，并判定與軌道交通同一廊道的其他交通方式的特征，區(qū)分各交通方式服務的差異性，以減少同質化競爭、提升軌道交通客流吸引力、優(yōu)化綜合交通網(wǎng)絡布局；②分析交通銜接的服務范圍，考慮公交、小汽車、慢行交通等方式的接駁布局、覆蓋范圍，以提升軌道交通沿線一體化銜接效率及服務水平。

（4）空間句法指標（即穿行度、整合度）分析。其內(nèi)容包括：①建立基于道路網(wǎng)絡的空間句法（sDNA）模型，通過模型運算，準確識別交通走廊功能；②計算整合度，通過調整半徑參數(shù)，模擬不同尺度下的道路網(wǎng)絡接近度、可達性，識別片區(qū)核心，作為軌道交通線站位選擇、一體化銜接設計的依據(jù)；③計算穿行度，識別不同功能的交通走廊，為軌道交通線路布局提供依據(jù)。

（5）公交線站位布局分析。其內(nèi)容包括：①通過應用程序編程接口（API）獲取整個城市范圍內(nèi)的公交車站、線路數(shù)據(jù)，分析公交車站、線路的聚集程度；②采用地理空間疊加方法計算交通走廊內(nèi)公交線路重復系數(shù)，確定主要公交走廊，以便將軌道交通線路優(yōu)先布局在公交線路條數(shù)較多的交通走廊。

（6）公交刷卡數(shù)據(jù)分析。根據(jù)公交公司提供的刷卡數(shù)據(jù)，確定公交線路的站間OD 交通量、乘降量、斷面客流量等指標，以反映核心站點需求特征、高峰不均衡系數(shù)、組團交換量、出行距離等要素，為軌道交通線路布局提供依據(jù)。

4 案例分析

本章將以廈門市為例，通過基于空間計量學的交通走廊功能分析、基于公交特征的線路功能分析、交通走廊量級與軌道交通層次制式的匹配分析，為確定軌道交通線路功能、服務水平、線站位方案、技術標準等提供依據(jù)，以期指導軌道交通線路布局。

4.1 基于空間計量學的交通走廊功能分析

4.1.1 相關概念

空間計量學是定量分析地理空間要素的學科，其涉及方法、模型眾多，通常包括空間自相關模型、空間句法模型、復雜網(wǎng)絡（Space L）模型、空間計量回歸（OLS）、多尺度地理加權回歸（MGWR）等。軌道交通通常敷設于城市主干道并連接核心區(qū)域，部分線路需要承擔快線功能，上述模型中的空間句法模型通過整合度、穿行度計算，可以定量識別道路網(wǎng)絡中的骨干線路、核心區(qū)域，為軌道交通重要錨固點、主要走廊的確定提供依據(jù)，可較好地應用在交通走廊功能分析中[6]。下面將對整合度與穿行度兩個概念進行解釋。

（1）整合度，也稱中心度、接近度、集成度，是表征道路網(wǎng)絡可達性及深度的指標，可通過其識別片區(qū)中心。在整合度較高的地區(qū)，應建設以地鐵制式為主的軌道交通骨干線，并提高其服務水平和覆蓋率；在整合度較低的地區(qū)（如城市郊區(qū)、次干路所連接地區(qū)等），應建設中低運量軌道交通、公交等系統(tǒng)進行加密補充（圖5）。整合度In的計算公式如下：

圖5 整合度與交通方式選擇關系示意圖

式（1）中，n為搜索半徑內(nèi)的節(jié)點總數(shù)；d θ（x，i）為空間x與i的角度拓撲距離，代表每個空間到其他空間的總深度。由于搜索半徑對n值影響較大，若搜索半徑小，則所涉及的空間尺度較小，為區(qū)域中心、中央商務區(qū)（CBD）、組團中心級尺度，若搜索半徑大，則可體現(xiàn)都市圈、城市群尺度范圍的圈層結構，因此在確定搜索半徑時，需要根據(jù)所分析問題特征選擇適宜的搜索半徑。例如，分析站點、組團級別中心時，可選擇500～1 000 m 的搜索半徑；若分析城市級別中心時，則可不指定搜索半徑，按最大值進行計算。

（2）穿行度是評價道路網(wǎng)絡中交通流穿行和通過能力的指標，穿行度越高，代表道路網(wǎng)絡的通過性越強，承載的通過性客流越多。城市區(qū)域及組團間的道路交通客流往來頻繁、通過性客流量大、穿行度高，因此需要建設軌道交通快線，以快速連接這些區(qū)域；而區(qū)域內(nèi)部道路交通無需承擔過多的通過性客流，穿行度較低，則可布局中低運量軌道交通對區(qū)域內(nèi)部道路網(wǎng)絡進行加密（圖6）。穿行度NACH的計算公式如下：

圖6 穿行度與交通方式選擇關系示意圖

式（2）中，σ（i，x，j）為以i空間為起點，以j空間為終點，并通過x空間的路徑數(shù)量，是穿行度的計算因子。

4.1.2 實例分析

本節(jié)將基于上述理論，對廈門市道路網(wǎng)絡進行建模，測算其整合度、穿行度。在整合度分析中，為識別片區(qū)核心，以便將其作為軌道交通串連的重要集散點，設置搜索半徑為1 000 m，通過分析可知，廈門市在本島形成了行政中心、機場等多個核心，島外則有海滄、杏林、集美、同安工業(yè)區(qū)等多個組團，在軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃時，應重點對這些區(qū)域進行加密、覆蓋（圖7）。通過穿行度分析，有效識別出了廈門市承擔骨干交通功能的重要道路，如各跨海通道、同集路、仙岳路、海翔大道等，可以將其作為軌道交通線路敷設的主要路由（圖8）。

圖7 廈門市道路網(wǎng)絡整合度分析結果

圖8 廈門市道路網(wǎng)絡穿行度分析結果

結合上述空間句法運算結果可知，廈門市軌道交通線網(wǎng)應劃分為快線（含復合快線）及普線2 種功能層次的線路（圖9）。根據(jù)穿行度計算結果，廈門市軌道交通快線網(wǎng)絡應呈“中字型”布局，對應穿行度較高的交通走廊，該網(wǎng)絡覆蓋本島且輻射至海滄、集美、同安、翔安等區(qū)域以及環(huán)灣地區(qū)，并與多個對外交通樞紐及城市片區(qū)中心銜接，實現(xiàn)內(nèi)通外聯(lián)的效果。

圖9 基于空間句法運算結果的廈門市軌道交通線網(wǎng)功能層次劃分

4.2 基于公交特征的線路功能分析

根據(jù)CJJ/T 114-2007《城市公共交通分類標準》[7]，軌道交通屬于公交系統(tǒng)的組成部分，評價軌道交通服務水平、需求特征時，應充分分析相同交通走廊內(nèi)公交系統(tǒng)的線站位布局、客流特征，以此作為軌道交通線路布局的重要參考依據(jù)。公交特征分析分為靜態(tài)分析和動態(tài)分析2 類：①靜態(tài)分析以線站位分析為主，通過高德/百度的API 接口獲取城市全部公交線路、站點信息，并分析其車站、線路密度，以識別主要公交走廊（圖10）；②動態(tài)分析是根據(jù)公交刷卡數(shù)據(jù)，確定車站乘降量、出行分布等特征。

圖10 廈門全市公交線站位分布圖

通過靜態(tài)公交特征分析可知，廈門市公交走廊分布有如下特點（圖11）：①島內(nèi)公交分布密集，主要集中在湖濱南路-蓮前東路、湖濱北路-呂嶺路、仙岳路、湖里大道-鐘宅路、嘉禾路、金尚路等主干道；②島外公交線路集中在海滄、杏林、同安老城等區(qū)域，并通過跨海通道的連接，形成自島中心向外輻射的結構。

圖11 廈門市公交線路密度分布圖

通過對公交刷卡數(shù)據(jù)進行分析（即動態(tài)公交特征分析），可獲得交通走廊線性空間的客流特征。由于快速公交系統(tǒng)（BRT）作為廈門市公交體系的重要組成部分，在本島至環(huán)灣的長距離出行中發(fā)揮著重要作用，因此選取連接本島與外圍區(qū)域的BRT 快2 線作為研究對象?？? 線為同安快速進島線路，與規(guī)劃的城市軌道交通9 號線功能基本一致，沿線經(jīng)過本島、美山路、同安新城、同安老城，線路較長，而且沿線組團功能、用地類型均有差異，能夠反映同安進島長距離出行客流以及島內(nèi)出行客流的不同特征。通過對快2 線刷卡數(shù)據(jù)進行整理，可得出全線站間OD 交通量（圖12）與乘降量（圖13）。由圖可知，公交線路的客流分布呈現(xiàn)島內(nèi)密集、沿線點狀、長距離稀疏的特征：島內(nèi)廈禾路-蓮前西路-云頂路沿線區(qū)間站間OD 交通量最大，占全線的75%，且乘降量較高，反映島內(nèi)用地強度、人口密度、出行密度均較高，核心優(yōu)勢明顯；濱海西大道-同集北路為新開發(fā)區(qū)，站間OD 交通量與乘降量均為全線最低；同安老城片區(qū)發(fā)展成熟，站間OD 交通量與乘降量也較大。在長距離出行方面，同安老城至本島中心約35 km，乘坐BRT 需50 min，耗時較長、出行不便，進入本島的長距離出行量占全線總出行量的5%。通過上述分析可知，島內(nèi)發(fā)展趨近飽和，需進一步向環(huán)灣、周邊組團發(fā)展，應建設“中字型”軌道交通快線網(wǎng)，并考慮同安快速進島的需求，采用開行快慢車的方式實現(xiàn)快速輸送長距離客流的目標[8]。

圖13 快2 線各站乘降量圖（單位：人次）

基于公交特征的線路功能分析能夠為軌道交通線路布局提供如下思路。

（1）在人口與就業(yè)崗位密度、開發(fā)強度、公交線路密度均較高的島內(nèi)，軌道交通應服務主要客流集散點。同時，應以既有公交線網(wǎng)為基礎，優(yōu)化軌道交通與公交線路的換乘接駁，提高公交系統(tǒng)對軌道交通站點周邊500 m 范圍的覆蓋水平，增強公交系統(tǒng)的客流喂給功能。

（2）在島外，應規(guī)劃多條軌道交通快線，實現(xiàn)快速進島、快速銜接環(huán)灣各區(qū)域的目標?？紤]到快線所承擔的功能決定其站間距更大，加之其在條件允許時需開行快慢車并越行部分車站，其車站對周邊的覆蓋率將低于島內(nèi)車站，因此需擴大其車站的一體化銜接輻射范圍，通過各類交通方式服務站點未覆蓋區(qū)域[9]。

4.3 交通走廊量級與軌道交通層次制式的匹配分析

城市發(fā)展過程中，其空間結構、出行特征均呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢，多層次、多網(wǎng)融合軌道交通規(guī)劃理念也應運而生，不同軌道交通層次、制式的技術特征、適用場景不盡相同[9-11]。通過上述交通走廊沿線人口與用地特征、交通方式、整合度、穿行度、公交特征分析，可以獲知交通走廊量級、功能、公交需求等特征，并以此為依據(jù)確定與之匹配的軌道交通層次、制式、技術標準等。交通走廊量級與軌道交通層次制式的匹配關系如下。

（1）對于作為城市發(fā)展主軸的骨干大運量走廊，可根據(jù)城市規(guī)劃、客流量級、未來發(fā)展?jié)摿σ?guī)劃1 條或多條大運量軌道交通線路，即采用地鐵A 型、B 型或Lb型車，設計速度80～120 km/h，可適應3～7 萬人次/h客流量的軌道交通制式，以服務中心城區(qū)通勤客流。例如，在廈門本島至海滄、翔安、集美等主要進出島方向，均規(guī)劃有多條大運量軌道交通線路[12]。

（2）對于中心城區(qū)一般主干路、次要發(fā)展方向上的中低運量走廊，可在規(guī)劃1 條大運量軌道交通線路的基礎上，布局中運量軌道交通（設計速度60～100 km/h，可適應1～3 萬人次/h 客流量，包含單軌、中低速磁浮、自動導向軌道交通等制式）、低運量軌道交通（設計速度低于80 km/h，可適應0.5～1.5 萬人次/h 客流量，包含有軌電車、電子導向膠輪系統(tǒng)、導軌式膠輪系統(tǒng)等制式）、BRT、常規(guī)公交等交通方式，以服務中心城區(qū)通勤客流，滿足差異化的客流需求，例如，廈門市部分軌道交通線路與BRT 同路由布局。對于外圍新城及組團內(nèi)部的中低運量走廊，可建設1 條或數(shù)條中低運量軌道交通線路作為區(qū)域內(nèi)部的骨干線、大運量軌道交通的接駁線和補充線，例如，廈門市灌口區(qū)域、漳州市區(qū)規(guī)劃的軌道交通線路。

（3）對于串連城市中心與郊區(qū)、各外圍組團的市域走廊，可布局適宜的市域（郊）鐵路線路（設計速度120～160 km/ h，可適應1～3 萬人次/ h 客流量，采用CRH、市域A/B/C/D 等車型，服務都市圈范圍內(nèi)的通勤、商務客流），并使其與城市軌道交通能夠順暢銜接、多點換乘、互聯(lián)互通，也可利用既有國鐵富余運能開行市域列車[13]。例如，廈門本島至漳州、泉州、晉江等市區(qū)可布局市域（郊）鐵路線路。

5 結論與展望

5.1 結論

（1）本文以線性空間、單條線路為主要研究對象，使用沿線人口用地、空間計量學、公交特征、客流需求等分析方法，全面、定量確定交通走廊的功能與服務水平，研究結論與實際案例分析結果較為匹配，體現(xiàn)了分析方法的適用性。

（2）由于客流需求是軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃、線站位選擇、客流預測、交通銜接分析的重點考量因素，因此在交通走廊分析過程中，應重點分析沿線1 km 范圍的現(xiàn)狀人口與就業(yè)崗位、用地等特征，作為需求分析的基礎，以此評估線路建設的時序、迫切性、必要性、未來發(fā)展彈性。此外，分析沿線人口與就業(yè)崗位、用地特征也是確定線路服務水平、覆蓋率的重要條件。

（3）軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃、線站位選擇均是以道路網(wǎng)絡狀況為依據(jù)，利用空間計量學模型可精確、定量分析道路網(wǎng)絡特征，為判定交通走廊功能提供依據(jù)，進而確定與之相適應的軌道交通制式。

（4）對公交線站位布局、運營及客流特征進行分析，是確定軌道交通沿線需求特征的重要依據(jù)。

5.2 展望

（1）由于線路功能需要在城市交通的宏觀體系中才能得以體現(xiàn)，因此軌道交通規(guī)劃不能僅聚焦于交通走廊、線路布局維度的分析，需要在不同交通走廊規(guī)劃建設多條軌道交通線路并使其連接成網(wǎng)，才能實現(xiàn)軌道交通與綜合交通體系建設、城市發(fā)展的融合。

（2）空間數(shù)據(jù)分析方法多樣、體系復雜，除本文涉及的相關理論外，還可以將復雜網(wǎng)絡、時空大數(shù)據(jù)挖掘、人工智能與地理信息系統(tǒng)（GIS）結合等技術應用在交通走廊分析、需求分析中。

（3）在國家出臺的多項軌道交通相關政策中頻繁提及建設多層次多制式軌道交通的理念。為此，應加強交通走廊功能的融合。例如，在一條交通走廊的不同區(qū)段采用不同軌道交通制式，如重慶市軌道交通大足線 -27 號線-南川線東西走廊、西安市軌道交通17 號線-12 號線外環(huán)線走廊；使一條軌道交通線路承擔多種功能，如廈門市軌道交通9 號線承擔北向出島的復合快線功能；在一條交通走廊內(nèi)實現(xiàn)軌道交通與其他交通方式的組合等。

（4）應將交通走廊分析成果進一步應用于軌道交通線站位優(yōu)化、線路標準確定、運營組織方式選擇、交通銜接設施布局等具體方案的研究與決策中，發(fā)揮交通走廊分析對軌道交通線路布局的指導性作用。