趙 雪 顧保南

(同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,201804,上海//第一作者，碩士研究生)

城市軌道交通平均運(yùn)距是衡量居民依賴軌道交通出行距離的指標(biāo)，能夠反映乘客的出行特征，其統(tǒng)計(jì)指標(biāo)分為線路平均運(yùn)距和線網(wǎng)平均乘距。國內(nèi)既有文獻(xiàn)對(duì)部分城市線網(wǎng)平均乘距和線路平均運(yùn)距進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并簡單定性分析了造成線路平均運(yùn)距差異的原因。文獻(xiàn)[1]總結(jié)了北京、上海、廣州、深圳4個(gè)城市的線網(wǎng)平均乘距和線路平均運(yùn)距與城市規(guī)模和線網(wǎng)規(guī)模的關(guān)系；文獻(xiàn)[2]分析了重慶軌道交通的線網(wǎng)平均乘距和線路平均運(yùn)距，并與北京、上海、廣州、深圳4個(gè)城市的進(jìn)行對(duì)比，提出線網(wǎng)平均乘距與城市布局形態(tài)、城市規(guī)模發(fā)展變化情況、城市職住分布規(guī)律及軌道交通線路性質(zhì)有關(guān)；文獻(xiàn)[3]按線路類型分析了北京軌道交通線路平均運(yùn)距與線路長度比值的特征。本文基于中國城市軌道交通協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)我國內(nèi)地24個(gè)城市的軌道交通線網(wǎng)規(guī)模、線網(wǎng)平均乘距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并分析導(dǎo)致各城市線網(wǎng)平均乘距、線路平均運(yùn)距差異的原因，以期為我國城市軌道交通的科學(xué)規(guī)劃和健康發(fā)展提供參考。由于現(xiàn)代有軌電車、APM(旅客自動(dòng)運(yùn)輸)系統(tǒng)、市域軌道交通和高速磁浮交通的運(yùn)營特征與地鐵和輕軌的運(yùn)營特征并不相同，因此本文僅選取地鐵和輕軌線路進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1 各城市的軌道交通線網(wǎng)平均乘距和各線路平均運(yùn)距統(tǒng)計(jì)分析

城市軌道交通線網(wǎng)平均乘距為線網(wǎng)客運(yùn)周轉(zhuǎn)量與線網(wǎng)進(jìn)站量的比值，即線網(wǎng)中乘客平均一次出行的總乘車距離。城市軌道交通線路平均運(yùn)距為各線路客運(yùn)周轉(zhuǎn)量與其客運(yùn)量比值的平均值，即各線路上乘客一次乘車的平均距離。本文的線網(wǎng)統(tǒng)計(jì)為廣義線網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)對(duì)象包括僅開通運(yùn)營1～2條軌道交通線路的城市。

截至2017年年底，我國共有34個(gè)城市、總計(jì)165條軌道交通線路開通運(yùn)營[4]。除了2017年12月底開通的新線，以及缺少數(shù)據(jù)的城市、線路外，本文的統(tǒng)計(jì)分析對(duì)象共涉及24個(gè)城市的108條軌道交通線路。根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[4]，得到各城市的軌道交通線網(wǎng)平均乘距(如圖1所示)和線路平均運(yùn)距(如圖2所示)。

圖1 截至2017年年底24個(gè)城市的軌道交通線網(wǎng)平均乘距與線網(wǎng)規(guī)模關(guān)系圖

由圖1可知，總體而言，各城市的軌道交通線網(wǎng)平均乘距呈現(xiàn)出隨著線網(wǎng)規(guī)模增大而增大的趨勢。北京、上海的軌道交通線網(wǎng)規(guī)模和平均乘距領(lǐng)先于絕大部分城市，二者的線網(wǎng)平均乘距都超過了15 km。從城市軌道交通線路數(shù)量來看，三條線及三條線以下城市的線網(wǎng)平均乘距范圍為6.94～13.55 km，三條線以上城市的線網(wǎng)平均乘距范圍為11.99～18.19 km。另外，存在一些城市的線網(wǎng)平均乘距與線網(wǎng)規(guī)模不匹配的現(xiàn)象，如天津、東莞的軌道交通線網(wǎng)平均乘距遠(yuǎn)高于同規(guī)模的城市，武漢軌道交通線網(wǎng)平均乘距遠(yuǎn)低于同規(guī)模的城市。除了線網(wǎng)規(guī)模因素之外，造成各城市的軌道交通線網(wǎng)平均乘距差異的其他影響因素有待進(jìn)一步分析。

圖2 截至2017年年底24個(gè)城市108條軌道交通線路平均運(yùn)距排序圖

從圖2可知，截至2017年年底我國24個(gè)城市的108條軌道交通線路平均運(yùn)距范圍為2.95～24.32 km，極差較大。不同線路類型的線路平均運(yùn)距各有特點(diǎn)，北京機(jī)場線的線路平均運(yùn)距高至24.32 km，而上海軌道交通4號(hào)環(huán)線的平均運(yùn)距則為5.79 km。部分城市的一期線路開通長度較短，以致平均運(yùn)距也較短，如石家莊軌道交通2號(hào)線的線路平均運(yùn)距低至2.95 km，因其開通長度僅有5.3 km。因此，線路平均運(yùn)距受線路類型和線路里程共同影響。

2 城市軌道交通線網(wǎng)平均乘距影響因素分析

本文通過城市間軌道交通線網(wǎng)平均乘距的橫向比較和時(shí)間維度上縱向比較，對(duì)以下影響線網(wǎng)平均乘距的3個(gè)因素進(jìn)行重點(diǎn)討論。

1) 城市的建設(shè)規(guī)模和軌道交通線網(wǎng)規(guī)模對(duì)線網(wǎng)平均乘距有重要影響。隨著城市化發(fā)展，城市由中心城區(qū)向郊區(qū)擴(kuò)展，居民的活動(dòng)范圍增大，居民完成城市活動(dòng)所需的出行距離也隨之增大。因此，線網(wǎng)平均乘距與城市建設(shè)規(guī)模存在正相關(guān)關(guān)系。

2) 職住分離是導(dǎo)致線網(wǎng)平均乘距居高不下的潛在因素。部分城市的多中心發(fā)展會(huì)導(dǎo)致階段性的職住失衡現(xiàn)象。職住分離越嚴(yán)重，居民的平均通勤距離越長。城市軌道交通承擔(dān)了大量的長距離通勤客流。此類線路的平均運(yùn)距長于普通線路的平均運(yùn)距，最終會(huì)影響整個(gè)城市的線網(wǎng)平均乘距。

3) 從時(shí)間維度上看，新增線路或線路延長都會(huì)影響該城市的線網(wǎng)平均乘距。新增線路的性質(zhì)以及新增線路與既有網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系方式，這些都會(huì)影響線網(wǎng)平均乘距。

2.1 城市建成區(qū)規(guī)模對(duì)線網(wǎng)平均乘距的影響

城市建成區(qū)是指城市行政區(qū)內(nèi)實(shí)際已成片開發(fā)建設(shè)、市政公用設(shè)施和公共設(shè)施基本具備的地區(qū)[5]。在城市化進(jìn)程中，各個(gè)城市的建成區(qū)面積在不斷地?cái)U(kuò)大，大型城市的居民出行距離往往比小規(guī)模城市的居民出行距離要長。圖3為線網(wǎng)平均乘距和建成區(qū)等效半徑散點(diǎn)圖。

圖3 城市建成區(qū)等效半徑與軌道交通線網(wǎng)平均乘距關(guān)系圖[7]

由圖3可以看出，建成區(qū)等效半徑和線網(wǎng)平均乘距線性正相關(guān)。建立一元線性回歸模型對(duì)線網(wǎng)平均乘距和建成區(qū)等效半徑進(jìn)行回歸分析，該模型的擬合優(yōu)度統(tǒng)計(jì)值R2為0.61，說明該模型對(duì)樣本數(shù)據(jù)擬合較好，線網(wǎng)平均乘距與城市建成區(qū)的規(guī)模具有較強(qiáng)的線性關(guān)系。本文建成區(qū)的等效半徑的計(jì)算是假設(shè)建成區(qū)為圓形，根據(jù)建成區(qū)面積反推出建成區(qū)的等效半徑。

2.2 職住平衡情況對(duì)線網(wǎng)平均乘距的影響

為了減輕主城區(qū)的人口、交通壓力，大型城市在城市規(guī)劃方面都傾向于多中心發(fā)展，如上海的“2035規(guī)劃”提出了“一主、兩軸、四翼”的市域總體空間結(jié)構(gòu)；東京都市圈則形成了“多核多圈層”的多中心城市結(jié)構(gòu)。但是，部分城市在多中心擴(kuò)展前期，往往會(huì)出現(xiàn)階段性的職住失衡現(xiàn)象：第一種職住失衡現(xiàn)象表現(xiàn)為大量就業(yè)崗位仍然集中于主城區(qū)，而大量的居民因相對(duì)較低的房價(jià)吸引居住在城市外圍組團(tuán)，如北京亦莊、廣州開發(fā)區(qū)均出現(xiàn)了“臥城”現(xiàn)象[6]，居民愿意犧牲通勤時(shí)間來換取新城的低價(jià)格住房；第二種職住失衡現(xiàn)象表現(xiàn)為由于中心城區(qū)地價(jià)飆升和城市功能需求升級(jí)，大量就業(yè)崗位隨工業(yè)企業(yè)外遷轉(zhuǎn)移至郊區(qū)，而居住在主城區(qū)的人因配套設(shè)施不完善等原因不愿搬去新區(qū)，從而導(dǎo)致新區(qū)的職住比偏高，如天津的濱海新區(qū)。這兩種職住失衡現(xiàn)象都導(dǎo)致居民依賴軌道交通進(jìn)行長期、長距離通勤出行，從而造成線網(wǎng)平均乘距變長。

從圖1可以看出，天津的軌道交通線網(wǎng)里程遠(yuǎn)小于北京、上海的，但是其線網(wǎng)平均乘距卻超過了北京、上海的，為18.19 km。截至2017年年底，天津共有5條軌道交通線路開通運(yùn)營，1、2、3、6號(hào)線的平均運(yùn)距約為11～12 km，而津?yàn)I輕軌9號(hào)線的平均運(yùn)距為20.2 km。津?yàn)I輕軌9號(hào)線長度為52.25 km，約為其他線路長度的2倍，是連接天津市區(qū)和濱海新區(qū)的一條放射線。相關(guān)分析表明：濱海新區(qū)的發(fā)展模式是以工業(yè)區(qū)發(fā)展為導(dǎo)向，其配套設(shè)施建設(shè)并不完善，這導(dǎo)致其就業(yè)崗位多，職住比較高；而天津市中心城區(qū)的就業(yè)崗位相對(duì)偏少，居住人口較多，職住比低。天津市區(qū)和濱海新區(qū)之間的日出行量約為20.5萬人次，通勤客流占比為83%，客流存在明顯的潮汐現(xiàn)象[8]。遠(yuǎn)距離通勤現(xiàn)象導(dǎo)致津?yàn)I輕軌9號(hào)線的平均運(yùn)距較大，也導(dǎo)致天津的線網(wǎng)平均乘距較大。

武漢的軌道交通線網(wǎng)平均乘距則遠(yuǎn)小于同規(guī)模其他城市的。文獻(xiàn)[9]從按大區(qū)、中區(qū)、小區(qū)研究武漢職住空間分布的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)特征，結(jié)論表明武漢市域范圍總體職住分布相對(duì)均衡。從通勤空間來看，中心城區(qū)的通勤空間主要位于中心城區(qū)內(nèi)部及其周邊，遠(yuǎn)城區(qū)內(nèi)部形成明顯的就近就業(yè)空間。武漢相對(duì)職住平衡是該市軌道交通線網(wǎng)平均乘距低的主要原因。

綜上所述，大型城市的職住不平衡現(xiàn)象所引起的大量通勤和長距離通勤是導(dǎo)致軌道交通線網(wǎng)平均乘距較大的潛在影響因素。

2.3 同一城市線網(wǎng)規(guī)模變化對(duì)線網(wǎng)平均乘距的影響

圖4為2015—2017年各城市線網(wǎng)平均乘距變化情況。

從圖4中可以看出，總體而言，隨著線網(wǎng)規(guī)模的增長，各城市的線網(wǎng)平均乘距有所增加或者是有輕微波動(dòng)。其中，深圳、大連、昆明、寧波和西安等5個(gè)城市的線網(wǎng)平均乘距變化幅度較大，這5個(gè)城市2015—2017年線網(wǎng)相關(guān)指標(biāo)變化情況如表1所示。

表1 2015—2017年線網(wǎng)平均乘距變化幅度較大城市的線網(wǎng)相關(guān)指標(biāo)變化情況表[10-12]

從表1中可以看出：①西安和昆明分別在2015年和2016年開通運(yùn)營了其第3條軌道交通線路，形成了線網(wǎng)骨架，線路之間方便換乘帶給乘客更多選擇，乘客可通過軌道交通線網(wǎng)到達(dá)城市的更多地點(diǎn)，因此其線網(wǎng)平均乘距發(fā)生了改變。②大連地鐵12號(hào)線(郊區(qū)線)向市中心方向延長，于2017年與1號(hào)線(中心城區(qū)線)實(shí)現(xiàn)換乘，線網(wǎng)平均乘距總體有所上升。③深圳2016年連續(xù)開通了3條軌道交通線路，線網(wǎng)平均乘距先降后升。其中，7、9號(hào)線為半環(huán)狀，具有環(huán)線客流特征，線路平均運(yùn)距較低；11號(hào)線則為市郊線，線路平均運(yùn)距為19.21 km。④寧波2015—2016年開通運(yùn)營了地鐵1號(hào)線二期，線路橫穿整個(gè)城市連接海曙區(qū)和北侖區(qū)，2016年線路長度為2015年的2倍，2016年線網(wǎng)平均乘距也約為2015年的2倍。⑤新開通線路類型對(duì)線網(wǎng)整體平均乘距有一定的影響，由于深圳既有的軌道交通線網(wǎng)較多，因此其新建線路對(duì)線網(wǎng)平均乘距的影響程度較寧波、西安的影響程度較小。

綜上所述,城市新開通線路類型不同對(duì)線網(wǎng)平均乘距的影響也不同；軌道交通發(fā)展到一定規(guī)模的城市，其線網(wǎng)平均乘距的波動(dòng)幅度可能較?。卉壍澜煌ㄌ幱诎l(fā)展初期的城市，其新增線路對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有較大影響，導(dǎo)致線網(wǎng)的邊際效益較高，因此其線網(wǎng)平均乘距會(huì)有較大的變化。

3 城市軌道交通線路平均運(yùn)距影響因素分析

城市軌道交通線路類型和線路里程都對(duì)線路平均運(yùn)距有一定的影響。因此，在分類的基礎(chǔ)上對(duì)各類線路的平均運(yùn)距進(jìn)行分析，結(jié)果會(huì)更加清晰和有意義。目前，城市軌道交通線路的分類準(zhǔn)則并不清晰，本文采用無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)算法中的K-means聚類算法對(duì)108條軌道交通線路聚類。該算法通過不斷迭代生成新的聚類中心，并使得類與類之間的差別最大，類內(nèi)的差別最小，這是最常用的聚類算法之一。該算法的缺陷之一是無法自動(dòng)得出最優(yōu)聚類數(shù)，需要通過其他算法得到最優(yōu)聚類數(shù)，然后再進(jìn)行人工指定。本文選取線路里程、線路平均運(yùn)距、線路平均運(yùn)距與線路里程比值作為聚類參數(shù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理，采用輪廓系數(shù)作為最優(yōu)聚類數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)。計(jì)算結(jié)果表明，聚類簇為4時(shí)，聚類效果最優(yōu)。最終得到的聚類結(jié)果如圖5所示，基于該聚類結(jié)果的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)如表2所示。

圖5 城市軌道交通線路分類圖

第一類線路以天津津?yàn)I輕軌9號(hào)線為代表，為溝通主副中心組團(tuán)的線路和機(jī)場線等。此類線路的乘客出行目的單一且出行距離較長。線路平均運(yùn)距較大，約為線路里程的1/2。第二類線路以上海軌道交通11號(hào)線為代表，為城市中心區(qū)與郊區(qū)的連接線。此類線路在連接郊區(qū)的同時(shí)仍穿過城市的主城區(qū)部分，乘客出行目的較為復(fù)雜，既包含有長距離的通勤客流，也包含購物、娛樂等短距離的客流。線路平均運(yùn)距較小，約為線路里程的1/5。第三類線路以市區(qū)線為主。乘客出行目的復(fù)雜，多為短距離出行。線路平均運(yùn)距較小，約為線路里程的1/4。第四類線路多為類似北京房山線的郊區(qū)線。此類線路是市區(qū)線的延伸線，連接中心區(qū)邊緣和一個(gè)郊區(qū)組團(tuán)。乘客的出行目的單一，多為長距離通勤出行。線路平均運(yùn)距較大，約為線路里程的1/2。

表2 城市軌道交通線路分類統(tǒng)計(jì)分析表

線路里程較短的線路其平均運(yùn)距絕對(duì)值不大，但是受線路性質(zhì)的影響，存在平均運(yùn)距占線路里程比值較大的線路。線路里程較長的線路其平均運(yùn)距絕對(duì)值較大，但存在平均運(yùn)距占線路里程比值較小的線路。因此線路類型和線路里程都對(duì)線路平均運(yùn)距有影響。

4 結(jié)論

1) 我國各城市的軌道交通線的網(wǎng)平均乘距范圍為6.94～18.19 km，三條線以下城市的線網(wǎng)平均乘距范圍為6.94～13.55 km，三條線以上城市的線網(wǎng)平均乘距范圍為11.99～18.19 km。線路平均運(yùn)距范圍為2.95～24.32 km，不同類型線路平均運(yùn)距存在差異(見表2)。

2) 線網(wǎng)平均乘距與城市建成區(qū)的規(guī)模呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢，大型城市居民的活動(dòng)范圍往往較大，其線網(wǎng)平均乘距也較大。

3) 職住分離是導(dǎo)致線網(wǎng)平均乘距較大的主要原因。在新城區(qū)的建設(shè)過程中，僅僅依賴軌道交通保證中心區(qū)和新城區(qū)的被動(dòng)溝通是不夠的，更要加強(qiáng)新城區(qū)的居住、就業(yè)、服務(wù)設(shè)施的匹配建設(shè)，促進(jìn)真正意義上的多中心發(fā)展。

4) 新增線路或既有線路延伸線會(huì)影響線網(wǎng)平均乘距的變化，新增線路性質(zhì)和新增線路與既有軌道交通網(wǎng)絡(luò)的連接方式對(duì)線網(wǎng)平均乘距的影響較大。

5) 在城市多中心化發(fā)展前期，遠(yuǎn)郊線路主要以遠(yuǎn)距離通勤出行為主，建議實(shí)施快慢車方案，以減少通勤時(shí)間，提高乘客車內(nèi)的舒適度，從而提高軌道交通在城市公共交通中的分擔(dān)率。