北部灣城市群綜合交通網絡一體化分析與評價

郭 珂 歆，彭 國 慶，鄭 新 奇*，李 文 勇

(1.中國地質大學(北京)信息工程學院，北京 100083；2.華藍設計(集團)有限公司，廣西 南寧 530011；3.桂林電子科技大學建筑與交通工程學院，廣西 桂林 541004；4.廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530004)

0 引言

“十四五”規劃中明確指出“加快建設交通強國，完善綜合運輸大通道、綜合交通樞紐和物流網絡，加快城市群和都市圈軌道交通網絡化”[1]，城市群綜合交通網絡建設的重要性日趨凸顯。北部灣城市群位于全國“兩橫三縱”城鎮化戰略格局中沿海縱軸最南端，是有機銜接21世紀“一帶一路”的重要門戶，肩負我國面向東盟開放合作大格局的國際門戶港，具有重要的交通戰略地位[2]。城市群綜合交通網絡與區域發展密切相關，綜合交通路網規劃布局在一定程度上決定城市群形態變化和城市群的發展路徑。“十三五”規劃以來，隨著國家新型城鎮化和西部大開發戰略不斷深入，北部灣城市群逐漸引起學界的關注，相關研究主要集中在交通運輸與區域經濟的耦合協調、城市群發展策略等領域。在“十四五”規劃的關鍵節點，北部灣城市群面向交通強國目標提出“門戶樞紐國際化、市通高鐵便捷化、縣通高速網絡化、民航機場聚集化、內河航道高等化、軌道交通網格化、進村入戶普及化、綜合交通一體化”的戰略發展方向。面對新的發展格局，聚焦北部灣城市群綜合交通網絡評價，有利于深化對城市群交通網絡的認知，整合核心城市資源，優化區域空間秩序，對完成交通強國建設試點任務、發展壯大北部灣城市群向國家級城市群目標邁進具有重要意義。

城市群具有多層次多方式的交通組織和復雜的交通需求特征，現有城市交通規劃理論和技術難以對其進行有效評價。近年來，隨著城市群戰略政策不斷推進，學者們也逐漸關注該領域，研究主要集中在交通可達性評價[3-5]、交通空間結構研究[6-8]、交通對區域經濟發展影響[9-11]三大領域。交通可達性評價方面，符海月等通過推演1995-2015年中原城市群交通網絡通達性變化規律，為提升中原城市群城市間通達性、推動城市聯動發展提供理論依據[4]；在交通空間結構研究方面，古恒宇等引入地理學空間自相關，以公路網絡交通為基礎，從多尺度公路交通網絡可達性和公路網絡空間協同發展角度，對長江中游城市群公路交通網絡進行規劃評價[6，7]；在交通對區域經濟發展影響研究領域，通常通過建立經濟、交通綜合發展指標體系，探究各指標間的影響方向和影響程度，從而分析各城市群經濟與交通子系統的相互影響關系[8-10]。城市群交通網絡評價的新技術、新方法不斷推陳出新，但目前研究主要基于交通聯系度模型理論，研究對象多為單一交通方式，對多層次多節點城市群綜合交通網絡一體化總體建設評價存在一定的局限性，未能充分探索多種交通方式下路網功能性總體評價和城市群綜合路網形式性評價等內容。綜上，在城市群交通網絡一體化評價研究中仍有值得深入探索的未知空間。

引導交通一體化向“形式+功能”一體化角度完善，能夠有效保障城市群一體化建設[11]。針對上述對城市群多層次多節點綜合交通網絡評價中的薄弱環節，本研究對北部灣城市群綜合交通網絡一體化中的規劃現狀和未來發展需求進行評價，可為北部灣城市群完善“十四五”綜合交通運輸發展規劃奠定良好基礎；同時本文研究可為其他地區城市群交通網絡評價和發展規劃的制定提供參考。

1 研究區域概況與數據來源

北部灣城市群位于華南沿海地區，包括桂、粵、瓊3省(區)的15個城市，規劃陸域面積11.66萬km2，海岸線長4 234 km。當前北部灣城市群仍處于國家級城市群的培育階段，地區間發展差異較明顯，南寧、湛江、茂名、海口為核心城市和中心城市，在經濟發展、人口集聚方面優勢顯著，處于北部灣地區發展的第一梯隊，是區域人才流入的主要吸引點，而海南省的東方市、昌江黎族自治縣等邊緣城市發展相對落后(圖1)。

圖1 2020年北部灣城市群經濟、人口指標及核心城市人口遷徙強度Fig.1 Economic and population indicators of Beibu Gulf Urban Agglomeration and migration intensity map of core cities in 2020

本文數據來源：1)區域路網交通數據來源于國家基礎地理信息中心(https://map.tianditu.gov.cn/)；2)研究區為國務院批復通過的《北部灣城市群發展規劃》[2]中劃定的范圍，包含3個省(區)、15個縣(市)；3)人口密度、人均GDP指標以及公路(鐵路)客運量數據來自各省市統計局發布的相應年份的統計年鑒；4)人口遷徙強度數據來自百度遷徙大數據平臺(http://qianxi.baidu.com/)。

2 研究方法

對于“形式一體化”評價，本文一方面基于空間句法網絡拓撲原理，從“人瞰”視角評價多尺度下北部灣城市群公路和鐵路網絡通達性，評估中心城市輻射格局[6]；另一方面引入GIS熱點分析和標準差橢圓，探究城市群前景網絡及其空間結構特征；在“功能一體化”評價中，基于重力模型探究城市間經濟關聯強度比例及中心城市與節點城市間的經濟聯系方向，結合彈性系數法預測北部灣城市群未來交通發展需求，評價北部灣城市群交通網絡“功能一體化”協同均衡化發展現狀。研究框架如圖2所示。

圖2 研究框架Fig.2 Research framework

2.1 城市群交通網絡“形式一體化”評價

“形式一體化”是城市群交通網絡的空間表象，而平衡節點城市輻射格局和空間均衡性是城市群一體化的重要保障，是維護城市群健康發展的重要支撐[12]。本文從路網拓撲性和空間結構特征方面對北部灣城市群交通網絡的“形式一體化”進行評價。

2.1.1 路網拓撲性評價 路網拓撲性分析是路網形態量化評價的重要研究方法，本文利用空間設計網絡分析(spatial Design Network Analysis，sDNA)模型建立量化指標，定量計算道路整合度和穿行度。sDNA模型在傳統空間句法路網建模的基礎上，采用“角度+距離”的混合度量方式，更貼近實際路網形態。在傳統空間句法的線段模型中，整合度由半徑內路網節點總數與該節點角度拓撲總深度求出，而sDNA算法通過引入權重參數來區別分析離散空間和連續空間，結果更精確，在多級網絡的交通潛力分析中更具優勢；穿行度通過搜索半徑內節點被交通流通過的概率反映道路的交通疏導能力，在sDNA算法中用搜索半徑內的節點總數進行參數標準化，對空間節點進行多情況討論，能有效增強模型的解釋能力[13]，在多級復雜網絡的可達性分析中優勢顯著。由于空間句法具有較明顯的尺度性，本文結合北部灣城市群中各城市節點間的歐氏距離，同時考慮公路和鐵路承載交通流的能力差異，以50 km、200 km、500 km、nkm為半徑，分別對應鄉鎮互通、省內互通、省間互通及全局的研究尺度。基于sDNA模型的北部灣城市群道路拓撲性評價步驟為：利用式(1)計算公路、鐵路網絡的整合度NQPDA(x)；利用式(2)和式(3)分別計算最短拓撲路徑和公路、鐵路網絡的穿行度TPBt(x)；利用式(4)和式(5)分別計算道路類型權重和綜合交通指標T。

(1)

(2)

(3)

Qij=Vij/(Vi公路+Vi鐵路)

(4)

T=Q鐵路×T鐵路+Q公路×T公路

(5)

式中：P(y)為搜索半徑R內節點y的權重；d(x,y)為節點x到節點y的最短拓撲距離；OD(x,y,z)為搜索半徑R內通過節點x的節點y與z之間的最短拓撲路徑；links(y)為節點y在搜索半徑R內的節點總數；Qij、Vij分別為第i年j型道路的權重及速度；Vi鐵路、Vi公路分別為第i年鐵路、公路的行車速度；Q鐵路、Q公路分別為鐵路和公路的權重；T鐵路、T公路分別為鐵路和公路的路網指標。

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

2.2 城市群交通網絡“功能一體化”評價

功能一體化側面反映出城市群交通網絡的內在本質以及交通供給網絡和需求網絡在空間上的匹配性，在一定程度上決定了城市群一體化發展方向和發展水平[16]。本文通過預測模型計算區域客運量，分析路網需求并探究節點城市吸引力，評估北部灣城市群交通 “功能一體化”發展現狀，為平衡交通供給和需求提供依據。

2.2.1 區域客運量預測 客運量的主要預測方法有時間趨勢法、指數平滑法、時間回歸法及彈性系數法[17，18]等，本文采用彈性系數法對北部灣城市群的公路、鐵路客運量進行預測。計算公式如下：

M=M0(1+e×a)t-t0

(11)

e=P0/P1

(12)

式中：M為預測年客運量；M0為基準年客運量；e為彈性系數；a為縣(市)GDP年增長率；t為預測年；t0為基準年；P0為客運量增長率；P1為關聯對象的增長率，本文選擇GDP作為客運量的關聯對象。

2.2.2 節點城市吸引力 量化評價城市間聯系強度可有效探明核心城市和周邊城市的發展方向，以探討節點城市吸引力。本文收集整理北部灣城市群各縣(市)的經濟指標和社會指標，建立重力模型(式(13))，計算城市間的經濟關聯強度Rij。

(13)

式中：Dij為i、j兩城市間的距離；Pi(Pj)、Gi(Gj)分別為i(j)城市的非農業人口和GDP。

3 結果分析

3.1 北部灣城市群交通網絡“形式一體化”評價

(1)北部灣城市群多層次多節點層級體系評價。本研究依據公路、鐵路權重對廣西、廣東、海南區域內綜合交通指標進行整理，得到不同半徑下的綜合交通整合度和穿行度(圖3)。在鄉鎮互通(50 km)層面，現階段廣西路網建設較完善，綜合交通整合度為1.94，顯著高于其余兩省，通達性較高；在省內互通(200 km)層面，廣東依據其區位與經濟發展優勢，具有高整合度和穿行度；省間互通(500 km)層面，三省綜合交通整合度差距較小，發展較均衡，廣西在穿行度上占據優勢，是推動北部灣城市群交通發展的強大支撐。全局(nkm)層面，三省路網在整合度和穿行度上均已發展到一定水平，是支撐 “十四五”規劃下北部灣城市群交通一體化建設的重要基礎；海南省仍存在發展盲區，需進一步加大對外交通建設，發揮海南省中國特色自由貿易港全方位開放和“一帶一路”戰略通道的獨特優勢，加強城市群交通網絡的內在聯系。

圖3 不同半徑下的綜合交通通達性指標Fig.3 Comprehensive traffic accessibility indices under different radii

(2)南寧“城市群核”特征及省會城市分異性特征。根據上述綜合交通指標結果，廣西在鄉鎮互通、省間互通層面具有突出優勢，路網建設完善程度較高，省間路網相對完善，是帶動北部灣地區發展的重要支撐。對北部灣節點城市路網控制力強度的評價(表1)表明：在整合度上，廣東的湛江、茂名和陽江借助地區經濟發展優勢，路網整合度較高，南寧市雖為核心城市但整合度較弱，與城市戰略地位發展潛力不匹配，對地區引領作用不明顯，需進一步挖掘南寧市周邊公路、鐵路網絡潛力。在通達性上，廣西整體呈現“高值面”特征，較高的穿行度為強化“南北欽防，輻射玉林、崇左”的區域發展目標提供強大支撐；“低值點”集中于海南島，海口市雖屬于海南地區核心，但整體通達性較低，無法在短時間內拉動海南地區交通通達性水平，需進一步強化核心效應，以海口市為中心節點，充分發揮海口綜合政策優勢，推進海、澄、文一體化建設[19]，完善公路、鐵路網絡，實現以強帶弱、以大帶小、抱團發展。

表1 北部灣城市群節點城市交通路網指標Table 1 Transportation network indices of node cities in Beibu Gulf Urban Agglomeration

(3)南寧、湛江“一核一極”輻射帶動潛力及海口增長極潛力。節點城市交通控制力強度的評價有利于探明區域各城市發展現狀，是有效掌控未來發展的關鍵點。為進一步挖掘前景網絡、明確發展方向，本研究對路網進行空間自相關分析，并根據空間句法指標計算標準差橢圓(圖4)。通過計算得到北部灣城市群交通路網全局Moran′sI均為正，且均通過顯著性檢驗，穿行度集聚性較整合度集聚性弱(全局整合度Z得分為1.047，P值為0.294，全局穿行度Z得分為0.815，P值為0.232)，北部灣城市群綜合交通網絡整體集聚性呈東西走向，以湛江、南寧為中心性熱點呈發射性結構，證明南寧、湛江地區穿行度和整合度的提升對于提升全局空間相關性作用更強，是引領城市群交通網絡發展的前景網絡。對于公路網絡建設，廣西、粵西地區公路一體化進程趨向完善，出現“熱點面”且穿行度集聚程度較整合度集聚程度高，具有較強的交通疏導能力。與公路網絡不同，鐵路網絡出現與地理位置優勢有關“內向性”熱點，更多地區未表現出明顯的集聚模式，說明鐵路網絡建設一體化程度仍較低，對區域空間引領程度不高。

圖4 北部灣城市群交通路網相關性分析Fig.4 Correlation analysis of transportation network in Beibu Gulf Urban Agglomeration

3.2 北部灣城市群交通網絡“功能一體化”評價

(1)北部灣城市群“一灣雙軸、一核兩極”發展框架。城市群綜合交通網絡是各城市間物質、技術、信息交流的有機通道，是構建城市群一體化的重要保障[20]。城市對外交通需求量預測有利于明確需求總量在城市間的科學分布和城市聯系的方向[21]。本研究結合各城市年公路(鐵路)客運量，依據彈性系數模型，科學預測各城市的對外交通需求(圖5、圖6)。北部灣城市群公路客運量呈負增長態勢，符合當下中國客運發展現狀;公路客運量需求呈現邊緣效應，崇左市、防城港市、東方市、昌江黎族自治縣等邊緣城市的外向聯系較弱。近年來隨著中國鐵路建設的跨越式發展及“八縱八橫”鐵路主通道的進一步完善，鐵路客運量逐年攀升。通過對比2010年、2020年的北部灣客運量及2030年客運量預測值，可以看出各城市對外需求量增長迅速，其中南寧、湛江、海口“一核兩極”尤為突出;北部灣城市群未來發展需求預測表明，截至2030年“一核兩極”發展框架定形，“南北欽防、湛茂陽”雙軸越發明確，北海、湛江、海口組成的“一灣”通過統籌岸線開發、港口建設等政策，串聯起環北部灣沿海城鎮，帶動對外巨大需求，為向國家級城市群躍升提供強大推動力。

圖5 北部灣城市群公路客運量預測Fig.5 Forecast of highway passenger traffic volume in Beibu Gulf Urban Agglomeration

圖6 北部灣城市群鐵路客運量預測Fig.6 Forecast of railway passenger traffic volume in Beibu Gulf Urban Agglomeration

(2)區域間城市組團格局。在城市群對外交通需求量分析的基礎上，本文通過建立節點城市間的重力模型，計算城市間吸引力強度(圖7)，進一步評價節點城市間的交通聯系強度，明確城市群發展定位和空間聯系結構。結果表明，北部灣城市群的空間聯系呈現“北高南低，以南寧為核心，以湛江為增長極”多節點中心輻射型特征。南寧—北海—欽州—防城港、湛江—茂名—陽江城市帶的聯系最緊密，形成城市組團，與對外交通需求預測結論一致，是實現區域協同發展、打造城市群發展軸的關鍵區域；廣西玉林市雖不在發展軸規劃之中，但其城市吸引力強度潛力巨大，與南寧、湛江“一核一極”聯系緊密，憑借地緣優勢是進一步整合南寧—北海—欽州—防城港、湛江—茂名—陽江兩大城市組團的關鍵點，是未來打破桂/粵/瓊行政壁壘、深化城市間聯系、優化城市群整體布局的重要節點。

圖7 城市吸引力分析Fig.7 Analysis of urban attraction

4 結論與建議

本文從“形式+功能”角度對北部灣城市群綜合交通一體化現狀及發展方向進行評價，為北部灣城市群未來規劃建設提供參考，對北部灣城市群在“十四五”規劃下向國家級城市群邁進具有重要意義。結論如下：從形式一體化看，北部灣城市群多層次多節點層級體系結構清晰。廣西公路網絡建設相對完善，“兩橫”建設貢獻突出，串聯起南寧—欽州—北海—湛江沿線地區交通網絡，互聯互通性高；粵西地區整體發展均衡，通達性呈中心性特征，通過湛江—海口高速公路一定程度上能夠打破海南孤島效應，但內部通達性和輻射效應較差；聚焦節點城市輻射作用，南寧核心特征不突出，強節點多集中于廣東，需進一步深化強廣西首府戰略，加強南寧核心的支撐帶動作用。前景分析表明，南寧、湛江輻射帶動潛力巨大，可憑借“單核心輻射”空間格局，拉動周邊交通網絡通達性提升，壯大輻射圈范圍；北部灣城市群的外圍地區交通網絡稀疏，核心城市輻射作用不強，通達性有待提高；受限于地緣因素，海南缺乏與中心地區核心城市高級交通網絡的有效連接，地區通達性和功能性同城市群其他地區長期處于分異狀態，需進一步破除行政壁壘，推動沿海地區經濟、交通互聯互通，實現協調發展目標。從功能一體化看，北部灣城市群“一灣雙軸、一核兩極”的發展框架明確，區域內初步形成城市組團。南寧核心與湛江增長極有效帶動廣西、粵西地區互聯互通城市帶；南寧—北海—欽州—防城港、湛江—茂名—陽江城鎮發展軸協同發展，滿足向國家級城市群躍升的對外交通需求，符合面向東盟、服務“三南”的戰略發展方向。

基于上述結論，提出如下建議：1)公路方面，加強北部灣城市群中部地區縱向客運交通通道建設，引導產生南北向人口日常流動格局，以增強南寧—湛江一線的城市聯系，帶動中部地區的發展；結合各城市的社會經濟發展情況，加強廣西、廣東、海南邊緣城市的路網建設，降低邊緣效應，增加城市間聯動發展效應，補足短板，提升干線運輸能力，構建城市群“外暢內通”的高速公路網絡，促進城市群協調發展。2)鐵路方面，充分借助北部灣連接重慶、成都的大能力鐵路運輸通道，一方面發展以“鐵海聯運”為主導的北部灣運輸架構，發揮沿海優勢，另一方面，發展“鐵公聯動”主要跨境運輸結構，發揮沿邊優勢；實施鐵路干線擴能改造項目，新建局部支線和聯絡線，暢通 “卡脖子”路段，完善鐵路運輸網絡。3)“陸海聯動”方面，搭建“一帶一路”陸海聯動通道，建設自重慶經貴陽、南寧至北部灣和自重慶經懷化、柳州至北部灣以及自成都經瀘州、百色至北部灣出海口3條主通道；圍繞主通道完善綜合交通運輸網絡，密切湛江、海口的重要區域發展極與主通道的聯系，強化主通道與綜合運輸通道的銜接，充分發揮重要節點城市及物流樞紐的稟賦與特點，優化運輸組織。總之，針對區域貿易特色、產業化特點，打造高效聯動的立體交通層級和多樞紐水平網絡，促進經濟、人文與供應鏈快速向好發展。