陳 鋒

（中國(guó)地鐵工程咨詢有限責(zé)任公司，北京 100034）

交通需求分析和預(yù)測(cè)是城市軌道交通規(guī)劃的重要依據(jù)?！冻鞘熊壍澜煌ň€網(wǎng)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定“城市軌道交通線網(wǎng)方案應(yīng)以交通需求分析為依據(jù)”，“交通需求分析應(yīng)以城市綜合交通需求預(yù)測(cè)模型為基礎(chǔ)，分析城市交通系統(tǒng)運(yùn)行狀況和城市軌道交通需求，為論證城市軌道交通建設(shè)必要性、確定線網(wǎng)規(guī)模、評(píng)價(jià)線網(wǎng)規(guī)劃方案、研究建設(shè)時(shí)序、控制城市軌道交通設(shè)施用地等提供定量依據(jù)”。

但是，交通需求預(yù)測(cè)模型是非常復(fù)雜的宏觀交通模型，其預(yù)測(cè)精度容易受城市規(guī)劃變更、軌道交通線網(wǎng)調(diào)整以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量等影響。安栓莊等[1]對(duì)北京、上海、廣州、深圳、南京、天津等城市的客流預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)多數(shù)線路客流預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際客流存在較大偏差(見(jiàn)表1)。美國(guó)交通運(yùn)輸部交通系統(tǒng)中心Pickrell[2]博士整理編輯了美國(guó)8個(gè)城市軌道交通項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)，工作日日均客流量、公共交通總客流量、軌道交通開(kāi)通后對(duì)公共交通總客流量的影響等三項(xiàng)預(yù)測(cè)結(jié)果的精度都難以讓人滿意(見(jiàn)表2)。

表1 國(guó)內(nèi)軌道交通客流預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性分析Table 1 Analysis of accuracy of rail transit ridership prediction in China

表2 美國(guó)軌道交通客流預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性分析Table 2 Analysis of accuracy of rail transit ridership prediction in America

交通需求分析和客流預(yù)測(cè)結(jié)果是城市軌道交通規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等各個(gè)環(huán)節(jié)的重要依據(jù)，客流預(yù)測(cè)結(jié)果的較大偏差將會(huì)影響軌道交通運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。近年來(lái)，隨著大數(shù)據(jù)相關(guān)政策的出臺(tái)以及云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)大數(shù)據(jù)已經(jīng)逐步被應(yīng)用于城市規(guī)劃、商業(yè)選址等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)調(diào)查方式相比，手機(jī)信令數(shù)據(jù)具備覆蓋范圍廣、樣本量大、時(shí)空連續(xù)等優(yōu)勢(shì)，手機(jī)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用也為軌道交通規(guī)劃行業(yè)帶來(lái)了新技術(shù)和新視角[3]。

城市數(shù)據(jù)派主辦的《全國(guó)規(guī)劃行業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用十大機(jī)構(gòu)》的評(píng)選活動(dòng)匯總了約230項(xiàng)規(guī)劃大數(shù)據(jù)項(xiàng)目，其中手機(jī)大數(shù)據(jù)已成為目前排名第一的大數(shù)據(jù)源(見(jiàn)圖1)。

圖1 規(guī)劃行業(yè)大數(shù)據(jù)類別和比例 Figure 1 Categories and proportions of big data in the planning industry

手機(jī)主動(dòng)(電話、短信、位置移動(dòng)等)或被動(dòng)(基站為保持通信暢通而索引手機(jī)位置)與基站通信產(chǎn)生手機(jī)信令數(shù)據(jù)，根據(jù)信令數(shù)據(jù)和基站位置即可定位手機(jī)用戶的當(dāng)前位置(見(jiàn)圖2)。海量手機(jī)用戶就形成了海量的時(shí)間連續(xù)、空間完整、關(guān)聯(lián)到人、真實(shí)無(wú)感的出行矩陣，通過(guò)晝夜的歷史出行規(guī)律，進(jìn)而識(shí)別手機(jī)用戶的居住和就業(yè)地等信息。

圖2 手機(jī)定位原理 Figure 2 Principle of mobile phone positioning

雖然手機(jī)大數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于現(xiàn)狀分析，但是基于手機(jī)大數(shù)據(jù)的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，可以從城市特征刻畫、現(xiàn)狀模型校核及發(fā)展趨勢(shì)研判等方面彌補(bǔ)需求預(yù)測(cè)模型的不足，與之優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高軌道交通規(guī)劃的科學(xué)性和合理性。

以石家莊市為例，基于聯(lián)通智慧足跡DaaS平臺(tái)，挖掘和分析2019年10月的聯(lián)通手機(jī)大數(shù)據(jù)，從職住分布、職住平衡、出行需求、通勤圈等四個(gè)維度剖析城市特征，并與巴黎大區(qū)橫向?qū)?biāo)分析，研判城市發(fā)展趨勢(shì)，借鑒巴黎大區(qū)軌道交通發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，從規(guī)劃策略層面為軌道交通規(guī)劃提供支撐。

1 城市特征刻畫及發(fā)展趨勢(shì)研判

1.1 職住分布

石家莊市下轄8個(gè)區(qū)、11個(gè)縣、代管3個(gè)縣級(jí)市，總面積1.45萬(wàn)km2，截至2019年，常住人口1103.12萬(wàn)人。

手機(jī)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，石家莊市職住呈現(xiàn)高度集聚分布，10 km圈層內(nèi)人口和崗位占30 km(相當(dāng)于都市區(qū)范圍)的70%和73%。從國(guó)內(nèi)看，石家莊職住集聚度與天津接近，但遠(yuǎn)高于成都(見(jiàn)表3、圖3)。

圖3 石家莊市職住分布 Figure 3 Population and job distribution in Shijiazhuang

表3 城市職住聚集度對(duì)比(各圈層職住占比)Table 3 Comparison of job-housing concentration degree (proportion of each circle)%

從國(guó)際上看，石家莊市職住圈層分布內(nèi)密外疏，人口規(guī)模和圈層分布呈現(xiàn)出與巴黎大區(qū)(面積1.20萬(wàn)km2，人口1141萬(wàn)[4])相似的特點(diǎn)。區(qū)別在于，石家莊市5 km圈層內(nèi)職住更為密集，而巴黎大區(qū)則是15～30 km圈層發(fā)展更為成熟，職住密度更高，如圖4所示。

圖4 人口和崗位密度圈層分布 Figure 4 Distribution of population and job density in each circle

巴黎大區(qū)的特征是就業(yè)、居住密度沿圈層遞減，職住相對(duì)均衡，通勤時(shí)間較短，多種交通方式并用。石曉冬等人[5]通過(guò)世界上五大都市圈職住圈層分布的對(duì)比，將巴黎大區(qū)定義為通過(guò)空間導(dǎo)向，也就是人口和崗位在空間上相對(duì)均衡分布來(lái)實(shí)現(xiàn)職住相對(duì)平衡的典型城市。

1.2 職住平衡

就業(yè)和居住的空間分離(也稱“職住分離”)會(huì)帶來(lái)偏高的交通需求和交通成本，在交通設(shè)施供給不充分和城市管理效率偏低的情況下，就會(huì)造成交通擁堵。

鄭思齊等人[6]提出的職住平衡指數(shù)包括兩個(gè)子指數(shù)，即“居住者平衡指數(shù) JHBRH,i”和“就業(yè)者平衡指數(shù) JHBRJ,i”，如公式(1)和公式(2)。

其中，J HBRH,i為區(qū)域i的居住者平衡指數(shù)，MATCHi為同時(shí)在該區(qū)域就業(yè)和居住的人數(shù)，Hi則表示在i區(qū)域居住的總?cè)藬?shù)；同理， JHBRJ,i為區(qū)域i的就業(yè)者 平衡指數(shù)，Ji為在i區(qū)域就業(yè)的總?cè)藬?shù)。

手機(jī)職住分析結(jié)果顯示，石家莊市區(qū)以外市縣(除靈壽、新樂(lè)外)職住平衡較好，約60%以上居民本地就業(yè)，如圖5所示。受中心城區(qū)大量就業(yè)崗位聚集的影響，都市區(qū)外圍四個(gè)組團(tuán)(正定、藁城、鹿泉、欒城)的居住者平衡指數(shù)則處于中等水平。而中心城四區(qū)居住者平衡指數(shù)較低，意味著中心城內(nèi)部具有大量的跨區(qū)出行，中心城一體化水平較高。

圖5 石家莊市居住者和就業(yè)者平衡指數(shù) Figure 5 Residents and employees balance index of Shijiazhuang

藁城區(qū)和橋西區(qū)是外圍組團(tuán)和中心城區(qū)的典型代表，二者形成鮮明對(duì)比。藁城43%居民選擇本地就業(yè)，32%居民選擇到中心城就業(yè)(裕華區(qū)15%、長(zhǎng)安區(qū)11%，橋西區(qū)6%)，而橋西區(qū)則正相反，僅有35%居住本地就業(yè)，47%居民選擇中心城其他區(qū)就業(yè)(新華區(qū)14%，長(zhǎng)安區(qū)18%，裕華區(qū)15%)，如圖6所示。

圖6 藁城區(qū)和橋西區(qū)居民工作地分布 Figure 6 Resident working distribution of Gaocheng and Qiaoxi districts

1.3 出行需求

手機(jī)大數(shù)據(jù)的出行分析顯示，石家莊市中心城4個(gè)區(qū)間交通聯(lián)系最為密切，特別是長(zhǎng)安區(qū)和裕華區(qū)間交通出行量最大。其次，都市區(qū)外圍四個(gè)組團(tuán)與中心城間出行量也較大，但各區(qū)縣交通出行分布存在較大差異，例如中心城各區(qū)與藁城間的出行量較大的依次為裕華區(qū)、長(zhǎng)安區(qū)、橋西區(qū)及新華區(qū)，與藁城居民的工作地分布基本一致。

而從市域來(lái)看，受距離和交通條件等因素影響，都市區(qū)以外各市縣與中心城各區(qū)間的交通交換量相對(duì)較小，其中元氏縣、平山縣和辛集市依次排在前三位。

從中心城區(qū)(第一圈層)、都市區(qū)外圍四個(gè)組團(tuán)(第二圈層)和市域其他市縣(第三圈層)三個(gè)圈層來(lái)看，第一圈層出行占到全市的39.3%，如果擴(kuò)展第二圈層則占全市出行的61.1%。第三圈層與第一圈層間的出行占全市出行的14.1%，但與第二圈層間出行較少，其出行僅占全市的7.0%(見(jiàn)表4，圖7)。

圖7 石家莊市基于手機(jī)數(shù)據(jù)的出行分布 Figure 7 Trip distribution based on mobile phone data in Shijiazhuang

表4 石家莊市與巴黎大區(qū)三個(gè)圈層Table 4 Comparison of three circles between Shijiazhuang and Paris Region

2010年，巴黎大區(qū)居民出行調(diào)查分析報(bào)告顯示，人均日出行次數(shù)3.87次[4]，遠(yuǎn)高于石家莊市(2.60次/人，2015年)，但出行分布與石家莊有相似之處。巴黎大區(qū)，57.5%的出行集中在核心區(qū)范圍內(nèi)，擴(kuò)大至中央集聚區(qū)范圍則集中了87.2%的出行，如圖8所示。與石家莊市的主要區(qū)別在于，巴黎大區(qū)的第二圈層發(fā)展更為成熟，區(qū)內(nèi)出行占全市的21.7%，而石家莊市僅為8.1%。

圖8 巴黎大區(qū)出行分布[6] Figure 8 Trip distribution in Paris Region

1.4 通勤圈

相關(guān)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，部分大城市軌道交通通勤客流全日占比可達(dá)到60%，高峰時(shí)段更是高達(dá)80%，由此可見(jiàn)通勤出行的分析對(duì)軌道交通規(guī)劃至關(guān)重要。

關(guān)于“通勤交通圈”的定義，是與“通勤交通”定義相對(duì)應(yīng)的，即與核心城市有“通勤交通”聯(lián)系的圈層。常用定義的有兩種，按照日本的界定，當(dāng)通勤交通中超過(guò)5%是與核心城市間發(fā)生的，那么，這個(gè)地區(qū)就可以納入到核心城市的“通勤交通圈”范圍；第二種是中心城(或核心城市)通勤者在各圈層分布累計(jì)超過(guò)90%[7]。

這里基于第二種定義分析石家莊的通勤圈。手機(jī)數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，石家莊市的通勤圈半徑約為30 km，與都市區(qū)范圍大致吻合，涵蓋了中心城區(qū)(新華區(qū)、橋西區(qū)、裕華區(qū)及長(zhǎng)安區(qū))及第二圈層的四個(gè)組團(tuán)(鹿泉區(qū)、欒城區(qū)、藁城區(qū)及正定縣)，如圖9所示。

圖9 石家莊市通勤出行圈 Figure 9 Commuting circle of Shijiazhuang

以上分析結(jié)果表明，石家莊城市目前整體上呈現(xiàn)強(qiáng)中心、大通勤半徑、職住聚集度高等特征。通勤圈半徑達(dá)到30 km，都市區(qū)內(nèi)部各區(qū)縣出行聯(lián)系密切，同時(shí)職住在中心城區(qū)高度集聚，特別是10 km圈層內(nèi)人口和崗位占比超過(guò)都市區(qū)的70%，而都市區(qū)以外各市縣職住平衡較好，本地就業(yè)比例較高，與中心城的交通交換量尚小。同時(shí)也說(shuō)明都市區(qū)以外市縣與中心城的一體化程度有待提高，快捷的軌道交通系統(tǒng)是提高一體化程度的必然選擇。雖然在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和國(guó)際影響力上無(wú)法與巴黎相比，但是石家莊在城市人口規(guī)模、職住分布和出行分布上與巴黎大區(qū)具有一定的相似之處。

2 軌道交通規(guī)劃策略研究

基于石家莊總體規(guī)劃所確定的“雙核、雙軸、雙帶”的都市區(qū)空間結(jié)構(gòu)和《遠(yuǎn)景空間發(fā)展戰(zhàn)略》確定的“一城三區(qū)三組團(tuán)”的多中心城市空間體系，經(jīng)過(guò)宏觀交通模型的多方案比較，石家莊市形成了由6條線組成的“大放射，小方格”2010年版遠(yuǎn)景線網(wǎng)方案[8]，如圖10所示。

圖10 石家莊市軌道交通線網(wǎng)及通勤圈 Figure 10 Urban rail transit network and commuter circle of Shijiazhuang

基于手機(jī)大數(shù)據(jù)對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)和職住特征的刻畫，對(duì)2010版軌道交通線網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。石家莊軌道交通線網(wǎng)以中心城為服務(wù)重點(diǎn)，中心城(三環(huán)以內(nèi))軌道交通線路全長(zhǎng)169.2 km，三環(huán)以內(nèi)線網(wǎng)密度達(dá)到0.42 km/km2，同時(shí)向外延伸至都市區(qū)外圍區(qū)縣，線網(wǎng)整體布局與城市現(xiàn)狀通勤圈基本吻合。

但是，由于石家莊市目前通勤圈半徑已經(jīng)達(dá)到30 km，而且未來(lái)隨著石家莊城市產(chǎn)業(yè)升級(jí)，市域一體化程度的強(qiáng)化，特別是第二圏層的逐步發(fā)展和成熟，多中心格局將逐步形成，石家莊市的通勤圈有進(jìn)一步外擴(kuò)的趨勢(shì)，那么2010版軌道交通線網(wǎng)對(duì)中心城與外圍組團(tuán)，以及外圍組團(tuán)間出行的支撐就會(huì)存在速度上的不足。

巴黎大區(qū)的軌道交通系統(tǒng)由地鐵、區(qū)域快線(RER)、市郊鐵路和有軌電車四個(gè)層次構(gòu)成，其客運(yùn)量占到全部公共交通客運(yùn)量的70%[9]。巴黎大區(qū)的軌道交通系統(tǒng)秉承了“由內(nèi)而外，先徑向后環(huán)向”的發(fā)展邏輯，各層次軌道交通在覆蓋范圍、服務(wù)對(duì)象上錯(cuò)位發(fā)展、互為補(bǔ)充[10]。其中，地鐵主要服務(wù)于10 km圈層以內(nèi)的核心區(qū)，且站點(diǎn)高度密集；而RER則主要服務(wù)于60 km半徑范圍，外圍地區(qū)設(shè)置支線，擴(kuò)大線路覆蓋范圍，線路穿越中心城區(qū)，串聯(lián)六大火車站。RER在運(yùn)營(yíng)上開(kāi)行大站快車，旅行速度可達(dá)50～70 km/h，采取共線運(yùn)營(yíng)模式，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，與地鐵多點(diǎn)換乘，緩解換乘壓力，建立市郊與中心城間的快速聯(lián)系，兼顧中心城區(qū)的長(zhǎng)距離快速出行，與地鐵系統(tǒng)形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，如圖11所示。

圖11 巴黎大區(qū)軌道交通系統(tǒng) Figure 11 Urban rail transit network of Paris Region

雖然目前城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和國(guó)際影響力與巴黎大區(qū)不可同日而語(yǔ)，但是作為京津冀世界級(jí)城市群的區(qū)域中心城市，石家莊市正面臨著巨大的發(fā)展機(jī)遇，未來(lái)在城市規(guī)模、空間結(jié)構(gòu)、職住分布，乃至出行特征上與巴黎大區(qū)的相似性很可能進(jìn)一步提高。

城市軌道交通系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè)應(yīng)與出行需求特征相匹配。巴黎大區(qū)通過(guò)空間導(dǎo)向，即人口和崗位在空間上相對(duì)均衡分布來(lái)實(shí)現(xiàn)職住相對(duì)平衡，并構(gòu)建了包括RER在內(nèi)的四個(gè)層次的軌道交通系統(tǒng)來(lái)滿足不同出行距離、不同可達(dá)性要求的出行需求，其RER是都市圈快速軌道交通系統(tǒng)的典范。鑒于城市現(xiàn)狀特征和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的相似性，石家莊市應(yīng)借鑒巴黎大區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，明確軌道交通規(guī)劃策略。

1)為了應(yīng)對(duì)城市通勤圈的擴(kuò)大，在新的規(guī)劃背景下，應(yīng)深入研究市域范圍的軌道交通布局，使軌道交通建設(shè)真正面向全域范圍來(lái)建設(shè)，增加軌道線網(wǎng)覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)“全域覆蓋”；

2)強(qiáng)化交通樞紐銜接，實(shí)現(xiàn)對(duì)重大交通樞紐的完全覆蓋，對(duì)機(jī)場(chǎng)、石家莊鐵路樞紐“兩主六輔”客運(yùn)站以及各個(gè)方向的公路樞紐實(shí)現(xiàn)內(nèi)外交通高效銜接；

3)豐富軌道交通系統(tǒng)的層次及制式，在目前普速地鐵制式的基礎(chǔ)上，增加市域快速軌道交通系統(tǒng)，服務(wù)中心城至組團(tuán)、組團(tuán)與組團(tuán)間的快速出行，建立多層次的城市軌道交通體系，為石家莊市城市空間的拓展和一體化、可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

3 結(jié)論和建議

以石家莊為例，利用手機(jī)大數(shù)據(jù)從職住分布、職住平衡、通勤圈、出行需求等四個(gè)維度刻畫石家莊城市特征，并與巴黎大區(qū)進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析，研判城市發(fā)展趨勢(shì)，為軌道交通規(guī)劃策略提供了參考。同時(shí)，城市軌道交通屬于重大交通基礎(chǔ)設(shè)施，其遠(yuǎn)期需求和客流預(yù)測(cè)至關(guān)重要。因此，在充分發(fā)揮手機(jī)大數(shù)據(jù)多層次、多維度、高精度量化分析優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，還應(yīng)與交通需求預(yù)測(cè)模型優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，揚(yáng)長(zhǎng)避短。