濮海建，韓寶睿，朱震軍

（南京林業(yè)大學汽車與交通工程學院，江蘇 南京 210037）

0 引言

近年來，城市軌道交通因快捷準時、運輸效率高等優(yōu)勢在我國得以快速發(fā)展。作為大型基礎設施項目，城市軌道交通建設影響因素錯綜復雜，每個城市的建設時機、發(fā)展條件各不相同。為避免投資浪費，幫助相關部門科學決策，促使城市軌道交通建設與城市發(fā)展水平、交通需求相適應，在規(guī)劃時合理評估城市軌道交通建設適宜度十分必要。

國內(nèi)外學者已對城市軌道交通建設適宜度進行了一系列研究。國外學者主要考慮城市軌道交通建設對城市環(huán)境及城市居民生活的影響，如Thierry 等[1]以巴黎為例分析了城市軌道交通建設對企業(yè)選址、就業(yè)和人口增長的積極與消極影響；Clifford 等[2]根據(jù)城市軌道交通運營需求和成本，評估其對社會福利的貢獻；Eda[3]通過分析地鐵建設前后的廣泛經(jīng)濟影響，發(fā)現(xiàn)地鐵建設會造成空間經(jīng)濟不平等。國內(nèi)學者主要關注軌道交通建設條件與城市發(fā)展的匹配程度，并從不同側(cè)面構(gòu)建了城市軌道交通建設適宜度評價指標體系，如楊永平等[4-5]構(gòu)建了2 種指標分析篩選方案：從需求、可能性及建設能力3 方面選取指標進行分析或?qū)π枨蠛涂赡苄缘膹秃闲灾笜诉M行分析，經(jīng)比選后推薦前一種方案，并在此基礎上將指標劃分為發(fā)展條件指標和項目建設條件指標2 大類；焦柳丹等[6]從供需角度建立了綜合評價指標體系；柳林等[7]基于可持續(xù)發(fā)展內(nèi)涵構(gòu)建了城市軌道交通發(fā)展評價體系；沈景炎[8]認為城市軌道交通建設需滿足持久性、可能性和必要性3 個基本要求。此外，謝曉忠等[9]、張云等[10]具體分析了單類指標（土地利用、城市經(jīng)濟水平等）對城市軌道交通建設的影響；李談[11]、張凱等[12]針對具體的城市建立了指標體系并進行可行性分析。

盡管國內(nèi)外學者在城市軌道交通建設適宜度研究方面取得了一定的成果，但在評價指標選取上多聚焦于建設條件指標，鮮有涉及發(fā)展?jié)摿χ笜恕４送?，大多研究基于系統(tǒng)學和統(tǒng)計學理論、方法來測度建設適宜度，在分析城市軌道交通建設對其建設環(huán)境變化的適應性及兩者關系時缺乏解釋性。因此，在評價指標選取、評價模型等方面尚有待進一步完善。近年來，生態(tài)學理論被廣泛應用于經(jīng)濟、管理等領域，經(jīng)驗證其在分析研究對象的定位、功能及作用時具有較好的適用性和解釋性[13-15]。如果將城市視為一個生態(tài)系統(tǒng)，城市內(nèi)的每一種交通方式都是一類物種，而作為城市交通系統(tǒng)的后進者，城市軌道交通具有類似生態(tài)系統(tǒng)中外來物種的特征與本質(zhì)，其與經(jīng)濟、社會和自然環(huán)境之間的相互作用可看似一種典型的生態(tài)表象，故生態(tài)學理論同樣適用于城市軌道交通建設適宜度分析。

在生態(tài)學中，生態(tài)位理論主要用于研究物種之間的競爭性、物種對環(huán)境的適應性及生態(tài)系統(tǒng)多樣性和穩(wěn)定性等問題，反映物種或生物種群在生態(tài)系統(tǒng)中的地位、功能和作用[16]，它不僅考慮物種的生存需求，還考慮其發(fā)展趨勢或潛力。為此，本文將生態(tài)位理論引入城市軌道交通建設適宜度研究，基于生態(tài)位態(tài)勢理論構(gòu)建城市軌道交通建設適宜度評價指標體系，并根據(jù)生態(tài)位適宜度理論構(gòu)建城市軌道交通適宜度評價方法，為城市軌道交通建設適宜度評價提供一個新的視角和理論基礎。

1 適宜度評價指標體系構(gòu)建

1.1 城市軌道交通建設生態(tài)位

生態(tài)位的概念演變經(jīng)歷了空間生態(tài)位、功能生態(tài)位、多維超體積生態(tài)位3 個階段，一般是指在特定的生態(tài)系統(tǒng)中，某一物種與環(huán)境及其他物種相互作用過程中所形成的相對地位和作用。生態(tài)位包括“態(tài)”和“勢”兩種屬性：“態(tài)”指物種的狀態(tài)，是過去生長發(fā)育及與環(huán)境相互作用積累的結(jié)果；“勢”指物種對環(huán)境的現(xiàn)實影響力或支配力，如能量和物質(zhì)變換速率[17]。根據(jù)生態(tài)位概念，可以將城市軌道交通建設生態(tài)位定義為：在特定區(qū)域的特定發(fā)展階段，城市軌道交通建設與發(fā)展的綜合條件水平。它反映出城市軌道交通建設的時機和發(fā)展條件，體現(xiàn)城市軌道交通建設的主動作用及建設環(huán)境的動態(tài)變化，是城市軌道交通與其建設環(huán)境互動適應后的客觀狀態(tài)。相比于自然界中物種生態(tài)位的形成，城市軌道交通建設生態(tài)位的形成很大程度上受人類社會主導作用（如城市發(fā)展戰(zhàn)略、軌道交通投資、土地開發(fā)等）的影響。

1.2 適宜度評價指標體系構(gòu)建

通過對相關文獻[4-12]梳理發(fā)現(xiàn)，影響城市軌道交通建設的指標雖然多，但具體表現(xiàn)為基礎特征的指標并不是很多。通過進一步剖析和篩選，本文將城市軌道交通建設影響因素分為7 類：出行需求、經(jīng)濟水平、投資水平、土地開發(fā)、經(jīng)濟發(fā)展、軌道交通自身發(fā)展及環(huán)境質(zhì)量。借鑒已有研究成果[4-12]，基于生態(tài)位態(tài)勢理論，可以從生存維和發(fā)展維2 個維度構(gòu)建城市軌道交通建設適宜度評價指標體系：生存維主要描述城市過去發(fā)展累積到現(xiàn)在的結(jié)果，反映城市軌道交通建設現(xiàn)狀條件和水平，表現(xiàn)為出行需求、經(jīng)濟水平、投資水平；發(fā)展維反映軌道交通發(fā)展?jié)摿εc資源配置能力，多由成長性指標構(gòu)成，包括土地開發(fā)、經(jīng)濟發(fā)展、軌道交通自身發(fā)展及環(huán)境質(zhì)量。生存維是發(fā)展維的基礎，發(fā)展維進化到一定程度就會轉(zhuǎn)化為生存維，兩種維度相互反饋、相互轉(zhuǎn)化，城市軌道交通的建設生態(tài)位也隨之改變。綜合考慮指標的代表性、可行性及相關數(shù)據(jù)的可獲取性等，在2 個維度7 類影響因素下選取18 個指標構(gòu)建城市軌道交通建設適宜度評價指標體系，如表1所示。

表1 城市軌道交通建設適宜度評價指標體系

2 城市軌道交通建設適宜度評價方法

2.1 問題描述

在城市軌道交通適宜度評價問題中，設城市樣本集S為：

指標集C為：

指標權重集W為：

式（1）～式（3）中：si為第i個城市，i=1,2,3,…,n；n為城市數(shù)量；cj為第j個指標，j=1,2,3,…,m；m為指標數(shù)量；wj為第j個指標的權重。

指標評價矩陣A可以表示為：

式（4）中：xij為第i個城市的第j個指標值。

城市si的軌道交通建設生態(tài)位f(Xi)為：

式（5）中：Xi為城市si的評價指標值集合；其他變量意義同前。

生態(tài)位有理想生態(tài)位和現(xiàn)實生態(tài)位之分，其中理想生態(tài)位指物種所需求的環(huán)境條件都是最佳的；現(xiàn)實生態(tài)位指物種能夠從生態(tài)環(huán)境中實際獲得的資源、條件等?，F(xiàn)實生態(tài)位與理想生態(tài)位之間的匹配程度可反映生態(tài)環(huán)境對物種的適宜性。因此，城市軌道交通建設適宜度即為城市軌道交通建設現(xiàn)實生態(tài)位各項指標實際值與理想生態(tài)位各項指標理想值之間的貼近程度F(si)，其數(shù)學模型為：

式（6）中：X0為每個評價指標的最優(yōu)值集合；Xi為每個評價指標的實際值；其他變量意義同前。

2.2 基于熵權法的指標權重計算

為了避免人為主觀因素對評價結(jié)果的影響，采用熵權法確定各指標權重。熵權法是一種通過計算各指標的信息熵來進行賦權的客觀賦權方法，指標的信息熵越小，其變異程度越大，提供的信息就越多，在評價中起到的作用就越大，被賦予的權重越大。

指標權重的具體計算步驟如下：

（1）歸一化處理

利用最大-最小值標準化法對評價指標進行歸一化處理，得到標準矩陣A′：

式（7）中：為xij的歸一化值；其他變量意義同前。

（2）計算信息熵

指標cj的信息熵ej的計算方法為：

式（8）～式（9）中：p(i,j)為指標cj第i個樣本在該指標總樣本中的占比；其他變量意義同前。

（3）確定各項指標權重

根據(jù)信息熵的特性，各項指標權重wj可按下式計算：

式（10）中：各變量意義同前。

2.3 基于歐式距離法的適宜度計算

Hutchinson 用數(shù)學抽象空間來描述生態(tài)位，將生態(tài)位定義為多維空間中的一點，這為現(xiàn)代生態(tài)位理論奠定了基礎[16]。因此，現(xiàn)實生態(tài)位與理想生態(tài)位的貼近程度可以用多維空間中兩個點之間的距離表示。歐式距離法是一種常用距離定義方法，用于衡量多維空間中兩點間的絕對距離，其主要缺點是將研究對象不同屬性之間的差別等同看待，而與熵權法的結(jié)合則可消除這一缺點。因此，本文選用熵權-歐式距離法計算適宜度，具體步驟如下。

（1）構(gòu)造加權評價矩陣

根據(jù)前文由熵權法求出的權重，確定加權評價矩陣：

（2）確定現(xiàn)實生態(tài)位與理想生態(tài)位

現(xiàn)實生態(tài)位為：

理想生態(tài)位為：

（3）計算貼近程度

計算各評價對象的現(xiàn)實生態(tài)位與理想生態(tài)位的貼近程度：

式（15）中：F(si)為第i個城市的現(xiàn)實生態(tài)位與理想生態(tài)位的貼近程度，F(xiàn)(si)值越小，表明貼近程度越高，說明城市越適宜建設軌道交通；其他變量意義同前。

3 實證分析

3.1 研究對象及數(shù)據(jù)來源

截至2019 年底，我國（不含港澳臺）有40個城市開通軌道交通，其中溫州、濟南、常州、徐州和呼和浩特5 個城市屬于2019 年新增軌道交通城市，而佛山、石家莊等8 個城市部分數(shù)據(jù)缺失或異常，在實證分析中暫不考慮，最終選取上海、北京、天津、沈陽等27個城市進行城市軌道交通建設適宜度評價。指標數(shù)據(jù)來源于《2019 年城市建設統(tǒng)計年鑒：2020》[18]以及各城市《2019年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》《2020 統(tǒng)計年鑒》《2019年環(huán)境狀況公報》。

3.2 適宜度評價指標權重分析

根據(jù)選取的27個城市相關指標數(shù)據(jù)，利用熵權法求出18 個指標的權重，如表2、表3 所示（其中影響因素指標后的數(shù)據(jù)為該影響因素的權重）。

表2 城市軌道交通建設適宜度評價生存維指標權重

表3 城市軌道交通建設適宜度評價發(fā)展維指標權重

從表2、表3中可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)揮主導作用的是出行需求、經(jīng)濟水平和土地開發(fā)3 類指標。權重最大的指標是市區(qū)一般公共財政預算收入，其權重為0.124；權重最小的指標是晝間道路交通噪聲平均等效聲級，其權重為0.009。生存維所占權重達到0.714，這表明在判斷城市軌道交通建設適宜度時，應優(yōu)先考慮建設條件；發(fā)展維所占權重僅為0.286，但城市建成區(qū)域的擴張（對應權重為0.105）有利于加強城市軌道交通的聚集效應，因此這個指標的影響不容忽視。

3.3 軌道交通建設適宜度評價分析

采取熵權-歐式距離法分別計算各個城市軌道交通建設的適宜度，如表4所示。

表4 城市軌道交通建設適宜度評價結(jié)果

表4 （續(xù)）

為更好地區(qū)分各城市軌道交通建設適宜度水平的差異，分別在生存維、發(fā)展維以及綜合評價結(jié)果3 個維度上，采用自然間斷點分級法將27 個城市分為5類進行比較分析。

3.3.1 生存維水平分析

城市軌道交通建設適宜度生存維水平分類如表5所示。

表5 城市軌道交通建設適宜度生存維水平分類

由表5 可知，北京在城市軌道交通建設適宜度生存維水平排名中位居第一，上海、重慶、深圳緊隨其后，這4 個城市各項指標遙遙領先于其他城市，具有明顯的優(yōu)勢；天津、武漢、廣州、杭州、成都位于第2 類，生存維評分在27 個城市平均值（0.193 8）之下，其建設條件較為適宜；南京、蘇州、西安位于第3 類，這些城市建設條件相對適中且均衡；青島、鄭州等5 個城市位于第4 類，主要原因是城市發(fā)展不平衡，尚存在一定的不足，比如青島的城市軌道交通投資額度在27 個城市中排名第9，但市區(qū)人口密度較低；昆明、南寧、無錫等10 個城市位于第5 類，各項指標都處于較低水準，建設條件相對較差。

3.3.2 發(fā)展維水平分析

城市軌道交通建設適宜度發(fā)展維水平分類結(jié)果如表6所示。

表6 城市軌道交通建設適宜度發(fā)展維水平分類

由表6 可知，北京、上海、廣州等城市軌道交通運營規(guī)模較大的城市發(fā)展維水平都處于中下游，主要因為這些城市建設較為完善，城市軌道交通已逐步形成線網(wǎng)規(guī)模，故發(fā)展?jié)摿ο陆担慌c之相反的是武漢，其與東莞在2019年大幅度拓寬城市建成區(qū)，增加了對城市軌道交通的需求，進而發(fā)展?jié)摿Υ笤觯挥诘? 類；第2 類城市得分小于平均值（0.098 2），具有較適宜的發(fā)展?jié)摿?；西安、合肥得分也小于平均值，但這2 個城市軌道交通客運強度處于負增長狀態(tài)，發(fā)展?jié)摿ο陆?，與寧波一樣位于第3 類；剩余的城市得分相對較低，差距不大，主要是因為這些城市絕大多數(shù)指標值較低，盡管有一些指標值突出，但整體影響不大，發(fā)展?jié)摿^低，比如南寧城市房地產(chǎn)開發(fā)投資增長率排名第一，但其他指標水平較低，其中軌道交通客運強度和投資甚至處于負增長狀態(tài)。

3.3.3 適宜度水平綜合分析

結(jié)合以上兩個維度的分析，得出城市軌道交通建設適宜度水平分類，如表7所示。

表7 城市軌道交通建設適宜度水平分類

從表7 可知，北京、上海、武漢等9 個城市軌道交通建設條件遠勝于其他城市，以明顯的優(yōu)勢位于第1 類、第2 類，其中北京、上海城市軌道交通建設處于相對成熟的階段，發(fā)展?jié)摿^低，未來重心應以城市軌道交通系統(tǒng)優(yōu)化為主，而其他城市應以擴大城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模為主；第3 類城市顯現(xiàn)出維度之間的互饋作用，比如鄭州的建設條件偏低但發(fā)展?jié)摿^高，發(fā)展維對生存維產(chǎn)生正反饋作用，提高了其建設適宜度，這些城市可以積極籌劃、大力開展城市軌道交通建設；東莞、寧波等6 個城市位于第4 類，這些城市建設條件低于第3 類城市，發(fā)展維正反饋作用有限，因此城市軌道交通建設適宜度偏低，可以逐步推進軌道交通建設；合肥、沈陽等城市雖然在不同程度上建設了軌道交通，但與其他城市相比，建設條件、發(fā)展?jié)摿Χ继幱谙鄬^低的水平，在進行城市軌道交通建設籌劃時，需要結(jié)合自身發(fā)展水平，不可盲目追求建設速度。整體上，27 個城市的軌道交通建設適宜度分類與城市軌道交通籌建實際情況較為吻合，表明本文所建評價指標體系具有一定的合理性和可行性。

4 結(jié)論

本文從生態(tài)學角度出發(fā)，針對城市軌道交通的生態(tài)學特征，基于生態(tài)位態(tài)勢理論構(gòu)建了城市軌道交通建設評價指標體系，并根據(jù)生態(tài)位適宜度理論，基于熵權-歐式距離法提出了城市軌道交通建設適宜度評價方法，最后以我國27個城市為例進行了實證分析，并得出如下結(jié)論：

（1）在城市軌道交通建設適宜度評價研究中，發(fā)揮主導作用的是出行需求、經(jīng)濟水平和土地開發(fā)3 類指標；通過對我國27 個城市的實證分析，驗證了基于生態(tài)位態(tài)勢理論構(gòu)建的評價指標體系的合理性和可行性。

（2）生存維涵蓋了絕大多數(shù)權重較大的指標，這表明在判斷城市軌道交通建設適宜度時，應優(yōu)先考慮建設條件，但也不能忽視發(fā)展維的作用。當生存維評價得分小于0.198 5時，可以考慮開工新建或續(xù)建城市軌道交通，發(fā)展維在一定程度上可以視為新建、續(xù)建規(guī)模的參考指標；當生存維評價得分大于0.207 6時，發(fā)展維對城市軌道交通建設適宜度影響顯著，一些城市甚至上升一個“級別”，比如烏魯木齊生存維歸屬于第5 類，但發(fā)展維歸屬于第2 類，因此城市軌道交通建設適宜度歸屬第4類。

本文主要基于可比性、定量化、簡潔化等原則選取客觀評價指標，構(gòu)建了一套具有一定普適性的城市軌道交通建設適宜度評價體系，以便為相關部門決策提供參考。不過研究中未考慮社會滿意度、特殊地形、各省市規(guī)劃（比如都市圈）等偏向主觀化、定性化、特殊性因素，而這些內(nèi)容也是影響城市軌道交通建設適宜度的重要因素，未來有必要展開進一步研究。