（同濟(jì)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092）

我國高鐵網(wǎng)絡(luò)的形成及發(fā)展演化

邢朋凱

（同濟(jì)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092）

“十一五”以來，中國高鐵建設(shè)迅猛發(fā)展，高鐵網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從局部分散的小網(wǎng)絡(luò)到全國聯(lián)網(wǎng)的過程。從“四縱四橫”到“八縱八橫”，高鐵建設(shè)已成為國家戰(zhàn)略層面推進(jìn)的重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程，因此，研究高鐵網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展演化十分必要。本文采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析的方法，通過構(gòu)建以地級市為基本節(jié)點(diǎn)的空間高鐵網(wǎng)絡(luò)，對高鐵網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相關(guān)屬性分析，研究發(fā)現(xiàn)高鐵網(wǎng)絡(luò)屬于稀疏網(wǎng)絡(luò)，不具備小世界性，節(jié)點(diǎn)的度數(shù)普遍較低，處于節(jié)點(diǎn)末端的城市通達(dá)性不高，節(jié)點(diǎn)間捷徑較少，平均距離較大等。

高鐵網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)演化；城市連接

一、引言

鐵路是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響重大[1]。從1997年到2007年，中國鐵路先后進(jìn)行了6次大提速[2]，由普通鐵路時(shí)代進(jìn)入快速鐵路時(shí)代，極大地促進(jìn)了地區(qū)間人員物資的運(yùn)輸效率。2007年起，國家鐵路開始由快速鐵路向高速鐵路（以下簡稱高鐵）進(jìn)行轉(zhuǎn)變。中國大陸最早開通的高鐵為秦沈客運(yùn)專線，于2003年7月1日正式運(yùn)營。2008年，鐵道部提出了“四縱四橫”的鐵路網(wǎng)規(guī)劃，中國高鐵建設(shè)運(yùn)營進(jìn)入快速發(fā)展期，截止到2015年底，全國高鐵營業(yè)里程超過1.9萬公里，占到了全球高速鐵路運(yùn)營里程的50%以上[3]，高鐵站點(diǎn)超過200個(gè)，基本建成了四縱四橫的鐵路網(wǎng)，成為世界上高鐵通車?yán)锍虜?shù)及開通站點(diǎn)數(shù)最多的國家。高鐵具有快速、準(zhǔn)時(shí)、容量大的特點(diǎn)，其開通運(yùn)營極大地壓縮了城市間時(shí)空距離，提高了城市間的可達(dá)性，逐漸成為城市間交通的重要方式，極大地促進(jìn)沿線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。2016年7月，在“四縱四橫”的基礎(chǔ)上，國家進(jìn)一步提出“八縱八橫”的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，高鐵建設(shè)進(jìn)入新一輪高潮。

二、文獻(xiàn)綜述

現(xiàn)有的我國高鐵網(wǎng)絡(luò)研究集中在區(qū)域經(jīng)濟(jì)、旅游發(fā)展和交通網(wǎng)絡(luò)分析等領(lǐng)域。

陸軍（2016）通過依據(jù)二維扭曲時(shí)空地圖體系，制作“時(shí)空壓縮地圖”，建立新的空間高鐵網(wǎng)絡(luò)，研究認(rèn)為高鐵網(wǎng)絡(luò)對中國的區(qū)域格局、人口流動、第三產(chǎn)業(yè)和旅游發(fā)展已然產(chǎn)生了系統(tǒng)性的重要影響，高鐵的引導(dǎo)、促進(jìn)、輻射、聯(lián)動、重組等正面機(jī)制與作用日益凸顯[3]。穆成林等（2015）利用高鐵網(wǎng)絡(luò)下區(qū)域城市之間的最短旅行時(shí)間修正引力模型，得出高鐵網(wǎng)絡(luò)下長三角旅游經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)出上海為主核心，南京、杭州為副核心，南北兩翼各自相互抱團(tuán)的空間分布特征，構(gòu)成“一主兩副雙翼”的經(jīng)濟(jì)格局[4]。

李鑫（2016）等通過構(gòu)建高鐵網(wǎng)絡(luò)，分析認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)無標(biāo)度特性，不具有小世界性；高鐵站點(diǎn)的單位服務(wù)人數(shù)與地區(qū)人均GDP 具有一定相關(guān)性；與第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值相關(guān)性不大，與第二、三產(chǎn)業(yè)的耦合度較第一產(chǎn)業(yè)有所提高[5]。徐鳳（2013）運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，構(gòu)建無向非加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)證研究了中國高鐵-民航復(fù)合網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)湫再|(zhì)，認(rèn)為高鐵網(wǎng)絡(luò)具有無標(biāo)度特性和小世界特性，表現(xiàn)出很強(qiáng)的集聚性，具有明顯的群落結(jié)構(gòu)特征[6]。姜博（2016）利用可達(dá)性模型和改進(jìn)的哈夫模型分析高鐵可達(dá)性空間演變特征及規(guī)律，認(rèn)為高鐵網(wǎng)絡(luò)逐漸形成“多中心”高鐵服務(wù)格局以及日益龐大而復(fù)雜的高鐵特質(zhì)空間集群，高鐵網(wǎng)絡(luò)影響下的中國區(qū)域空間格局的漸變與重塑日趨復(fù)雜[7]。曹晶（2013）基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究高鐵網(wǎng)空間增長問題，認(rèn)為鐵路網(wǎng)絡(luò)具有小世界特征，系統(tǒng)城市之間的短距離聯(lián)系的特性更明顯[8]。吳德馨（2015）選取高速鐵路初建時(shí)期和完善時(shí)期的高速列車運(yùn)行時(shí)刻數(shù)據(jù)建立高鐵運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)，分析了高速鐵路對于城市中心性的影響以及高速鐵路建設(shè)發(fā)展的變化趨勢[9]。鐘柯等（2012）根據(jù)列車時(shí)刻表，構(gòu)建了鐵路運(yùn)營L型網(wǎng)絡(luò)，展示了鐵路運(yùn)輸視角下我國城市的層次結(jié)構(gòu)[10]。

總體來看，現(xiàn)有研究多集中于高鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響的研究，對高鐵網(wǎng)絡(luò)整體特征及其演變過程的研究較少，因此，本文立足高鐵網(wǎng)絡(luò)，采用社會網(wǎng)絡(luò)分析的方法，研究高鐵網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)間演變的關(guān)系，以期對未來高鐵規(guī)劃建設(shè)、優(yōu)化線路的布局提供一定的借鑒參考。

三、高鐵網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法

1、數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于國家鐵路局官方網(wǎng)站高鐵專欄，依據(jù)國家鐵路局對高鐵的定義，高鐵指的是設(shè)計(jì)開行時(shí)速250公里以上（含預(yù)留），初期運(yùn)營時(shí)速200公里以上的客運(yùn)列車專線鐵路。高鐵網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)的時(shí)間范圍為2008年（以下簡寫為08年）到2015年（以下簡寫為15年），2008年及之前開通的高鐵線路統(tǒng)一歸到2008年，每年的統(tǒng)計(jì)截至?xí)r點(diǎn)為該年度的12月31日。

2、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的界定

（1）無向網(wǎng)絡(luò)：一般情況下，如果能從城市A乘坐高鐵到達(dá)城市B，那么也能夠從城市B沿相同線路到達(dá)城市A。因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)提取時(shí)，不考慮線路的方向，將網(wǎng)絡(luò)抽象成無向網(wǎng)絡(luò)。

（2）非加權(quán)網(wǎng)絡(luò)：不考慮高鐵網(wǎng)絡(luò)中的高鐵發(fā)車頻次和數(shù)量，即不考慮網(wǎng)絡(luò)中的連接權(quán)重的問題，將網(wǎng)絡(luò)抽象成非加權(quán)網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)建的高鐵網(wǎng)絡(luò)基于站點(diǎn)的空間位置，即兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間有高鐵連通，則節(jié)點(diǎn)間連接數(shù)為1，否則為0。

（3）節(jié)點(diǎn)：為保持統(tǒng)計(jì)口徑一致，在網(wǎng)絡(luò)分析時(shí)，統(tǒng)一以地級市作為宏觀意義上的節(jié)點(diǎn)，地級市劃分參照國務(wù)院統(tǒng)計(jì)局設(shè)管司的行政區(qū)劃。同一地區(qū)的設(shè)立多個(gè)站點(diǎn)的，如武漢有武昌、漢口、武漢站，統(tǒng)一歸為“武漢”節(jié)點(diǎn)，又如蘇州有蘇州北、蘇州園區(qū)、蘇州站，其下轄昆山市亦設(shè)有昆山、昆山南站，在此統(tǒng)一歸為“蘇州”節(jié)點(diǎn)。

3、繪制高鐵網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)高鐵開通時(shí)間，構(gòu)建以地級市為基本節(jié)點(diǎn)的高鐵網(wǎng)絡(luò)，使用NetDraw，繪制2008年—2015年全國高鐵網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

四、高鐵網(wǎng)絡(luò)形成及演化特點(diǎn)

1、高鐵組網(wǎng)過程

圖1 2008年—2015年全國高鐵網(wǎng)絡(luò)

圖2 成分?jǐn)?shù)量

圖3 第一主成分占比

圖4 網(wǎng)絡(luò)密度

圖5 節(jié)點(diǎn)度數(shù)比例構(gòu)成

圖6 最大子網(wǎng)接近中心度

圖7 最大子網(wǎng)中間中心度

如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以分為幾個(gè)部分，每個(gè)部分內(nèi)節(jié)點(diǎn)互相連接，各個(gè)部分之間無任何關(guān)聯(lián)，則把每個(gè)部分稱為一個(gè)成分。由于高鐵建設(shè)分期分段進(jìn)行，所以本文采用成分及分裂性來描述高鐵組網(wǎng)過程。成分越多，表明無關(guān)聯(lián)的群體越多，網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一性越差。第一主成分（main component）指節(jié)點(diǎn)數(shù)最多的成分。

由圖1可知，網(wǎng)絡(luò)的成分?jǐn)?shù)先上升后下降，原因在于高鐵建設(shè)的分段性，2008年—2010年建設(shè)的高鐵線路較為分散，沒有組網(wǎng)，使得成分?jǐn)?shù)不斷上升，11年及之后，獨(dú)立的小網(wǎng)絡(luò)不斷連接到一起，使得網(wǎng)絡(luò)的成分?jǐn)?shù)量不斷下降。到15年底，網(wǎng)絡(luò)包含三個(gè)成分，即中東部的主體網(wǎng)絡(luò)，海南環(huán)島鐵路，蘭新（蘭州-烏魯木齊）高速鐵路三個(gè)部分，整體來看，現(xiàn)有的高鐵網(wǎng)絡(luò)不具備小世界性。

圖2表明網(wǎng)絡(luò)總體分裂性和主成分占比呈反向關(guān)系。08年-13年網(wǎng)絡(luò)主成分占比呈上升趨勢，表明網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)可達(dá)性不斷提高，12年開始，網(wǎng)絡(luò)第一主成分占比大于60%。13年網(wǎng)絡(luò)分裂性最低，是由于13年全國高鐵城市除了九江、南昌、?？凇⑷齺?、成都5個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)外，其余節(jié)點(diǎn)全部鏈接在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，14年和15年，鐵路隨著其他成分占比的增加，網(wǎng)絡(luò)分裂性有進(jìn)一步上升趨勢，但最大子網(wǎng)占比保持在90%以上。

2、城市聯(lián)系緊密程度的演化

城市間連線越多，則聯(lián)系越密切，對于由多個(gè)城市構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，通常我們采用密度（density）這個(gè)指標(biāo)來測度城市間總體聯(lián)系的緊密程度。其計(jì)算公式為節(jié)點(diǎn)間實(shí)際連接數(shù)與最大可連接數(shù)的比值。對一個(gè)由n個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成、包含m條連線的網(wǎng)絡(luò)，其最大可能連接邊數(shù)為n鄢（n-1），則是密度。

高鐵網(wǎng)絡(luò)密度變化如圖3所示，整體上看，高鐵網(wǎng)絡(luò)屬于稀疏網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)密度＜0.12，城市間聯(lián)系并不密切，網(wǎng)絡(luò)的密度隨節(jié)點(diǎn)數(shù)量增多而遞減，主要原因是受限于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的空間地理特性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)直接相連的點(diǎn)數(shù)較少（≤5），使得節(jié)點(diǎn)增加帶來的網(wǎng)絡(luò)總連接數(shù)增加有限，而最大可能連接數(shù)快速上漲，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)密度隨節(jié)點(diǎn)增加而下降。

3、區(qū)域中心城市變遷

度數(shù)最基本的城市地位測度指標(biāo)，衡量節(jié)點(diǎn)在區(qū)域內(nèi)地位。網(wǎng)絡(luò)中一點(diǎn)的度數(shù)等于節(jié)點(diǎn)直接相連的其他點(diǎn)個(gè)數(shù)。度數(shù)越大，則該城市直接相連的城市數(shù)量越多，在區(qū)域內(nèi)地位越高。

圖4表明高鐵網(wǎng)絡(luò)中，度數(shù)較大節(jié)點(diǎn)所占比例不斷提升，度數(shù)為1的網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)所占比例不斷下降。12年首次出現(xiàn)度數(shù)為4的節(jié)點(diǎn)，為武漢和鞍山；之后度數(shù)大的節(jié)點(diǎn)不斷增多，到15年，網(wǎng)絡(luò)中度數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)為鄭州和武漢，分別與5個(gè)節(jié)點(diǎn)相連?？梢钥闯觯哞F網(wǎng)絡(luò)對傳統(tǒng)的火車樞紐有強(qiáng)化效果，同時(shí)，高鐵的修建帶來新的鐵路樞紐：新興的鐵路中心為南寧和上饒，南寧是柳南（柳州-南寧）客運(yùn)專線、南廣（南寧-廣州）高速鐵路、南昆（南寧-昆明）客運(yùn)專線、南欽（南寧-欽州）高鐵四條高鐵線路的交叉點(diǎn)，上饒是滬昆（上海-昆明）高鐵和合福（合肥-福州）高鐵的交叉點(diǎn)。表1展示了度數(shù)較大點(diǎn)的變化情況。

4、網(wǎng)絡(luò)中心城市變遷

接近中心度用給定節(jié)點(diǎn)到所有節(jié)點(diǎn)的最短距離之和進(jìn)行衡量，表示網(wǎng)絡(luò)中某一點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的接近性程度，它是對節(jié)點(diǎn)不受其他點(diǎn)控制程度的測度，相對接近中心度越小，節(jié)點(diǎn)越靠近網(wǎng)絡(luò)中心。本文使用接近中心度來分析處于網(wǎng)絡(luò)中心位置的城市，隨時(shí)間變化情況。

對于分散網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的整體特征往往不明顯，因此，對最大子網(wǎng)的分析，往往更能體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的演變規(guī)律。圖2表明，2012年—2015年，第一主成分占比超過65%，且不斷上升。因此，本文選取2012年—2015年對最大子網(wǎng)進(jìn)行屬性分析。

圖6表明最大子網(wǎng)的接近中心度呈不斷下降的趨勢，表明最大子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中心的距離在不斷縮小。表2展示了從12年到15年，相對接近中心度較大的點(diǎn)的變遷情況，可以看出，靠近網(wǎng)絡(luò)中心的節(jié)點(diǎn)集中在武漢與合肥周邊，這些節(jié)點(diǎn)即位于空間地理中心，也接近于網(wǎng)絡(luò)中心。

5、換乘中心變遷

中間中心度是網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑經(jīng)過某一節(jié)點(diǎn)的次數(shù)比例，測度節(jié)點(diǎn)是其他節(jié)點(diǎn)“中間人”的程度，反映的該節(jié)點(diǎn)在多大程度上控制他人交流。中間中心度越大，節(jié)點(diǎn)作為其他節(jié)點(diǎn)中間人的次數(shù)越多。對高鐵網(wǎng)絡(luò)來說，中間中心度越大，城市越靠近鐵路換乘中心，對其他城市間交流的控制能力越強(qiáng)。

圖7表明最大子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的中間中心度不斷下降，表明平均每個(gè)節(jié)點(diǎn)對其他節(jié)點(diǎn)交往的控制能力變?nèi)?；另一方面，網(wǎng)絡(luò)的中間中心勢不斷上升，表明最大子網(wǎng)有向某些點(diǎn)集中的趨勢，節(jié)點(diǎn)的中介性兩級分化，重要節(jié)點(diǎn)如武漢、合肥、長沙對網(wǎng)絡(luò)通道的控制能力在不斷加強(qiáng)。表2展示了從12年到15年，相對接近中心度較大的點(diǎn)的變遷情況，可以看出，武漢一直是中間中心度排名第一的城市；長沙與合肥也一直有著較高的中間中心度，其他中間中心度較高的城市在地理上環(huán)繞武漢、合肥、長沙三個(gè)中心城市。所有的城市也位于高鐵網(wǎng)絡(luò)的空間地理位置中心。

表1 中心度較高的城市變遷

表2 接近中心度較高的城市變遷

表3 中間中心度較高的城市變遷

五、結(jié)論與展望

高鐵網(wǎng)絡(luò)的形成經(jīng)歷了從局部分散的小網(wǎng)絡(luò)到全國聯(lián)網(wǎng)的過程，總體屬于稀疏網(wǎng)絡(luò)，不具備小世界性。隨著網(wǎng)絡(luò)的初步形成，節(jié)點(diǎn)的度數(shù)在上升，網(wǎng)絡(luò)的密度在逐漸下降，節(jié)點(diǎn)間可達(dá)性不斷加強(qiáng)。但受空間位置的影響，節(jié)點(diǎn)的度數(shù)不大于5，處于節(jié)點(diǎn)末端的城市通達(dá)性不高，網(wǎng)絡(luò)中捷徑較少，平均距離較大。高鐵的修建，對傳統(tǒng)的鐵路樞紐城市有強(qiáng)化效果，也帶來了諸如南寧、上饒等新興鐵路樞紐，但整體來看，網(wǎng)絡(luò)的換乘中心數(shù)量少，城市間交流不夠便捷。此外，武漢、長沙、合肥及周邊城市，得益于地理優(yōu)勢，處于高鐵網(wǎng)絡(luò)的中心位置，對其他城市間的交流的控制能力較強(qiáng)。

因此，在開行高鐵列車時(shí)，鐵路部門應(yīng)適當(dāng)開通跨過相鄰城市的列車，打破空間不相鄰區(qū)域的地理壁壘，豐富網(wǎng)絡(luò)中的連接數(shù)，在加強(qiáng)空間不相鄰城市聯(lián)系的同時(shí)，通過增加遠(yuǎn)距離列車運(yùn)營班組，充分發(fā)揮高鐵列車運(yùn)行速度快、運(yùn)營高效的特點(diǎn)。此外，還應(yīng)充分發(fā)揮高鐵列車的骨架作用，與普通列車組互補(bǔ)，有效分流，降低普通列車客運(yùn)壓力，提高高鐵列車?yán)寐?，?shí)現(xiàn)鐵路與地方發(fā)展的共贏，更好地促進(jìn)地區(qū)交流與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在八縱八橫的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，適當(dāng)增加樞紐點(diǎn)與換乘點(diǎn)，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，形成具有小世界特征的分散化網(wǎng)絡(luò)，降低城市間的平均距離，提高網(wǎng)絡(luò)的效率，讓每個(gè)城市都能夠因此收益。

基于空間地理位置對高鐵網(wǎng)絡(luò)的分析，是在現(xiàn)有高鐵運(yùn)營架構(gòu)下的抽象與簡化，未來研究將考慮高鐵列車實(shí)際運(yùn)營情況，構(gòu)建更為完善，更貼合實(shí)際情況的高鐵網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)尋找區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相關(guān)指標(biāo)，量化高鐵網(wǎng)絡(luò)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，以進(jìn)行更為深入的研究。

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（責(zé)任編輯：占雨秀）