區域高速鐵路網絡發展水平評估研究

郭 星，許旺土

（廈門大學 建筑與土木工程學院，福建 廈門 361005)

0 引言

2004 年，國務院首次批準了《中長期鐵路網規劃》，我國開始步入高速鐵路大規模建設的階段。從“四縱四橫”發展到“八縱八橫”，高速鐵路的發展極大地增強了核心城市之間的聯系和城市群的凝聚力，促進了區域經濟的發展。交通運輸的發展有助于城市生產效率的提高，產生空間溢出效應[1]。但區域發展不平衡的問題日益加深，區域差距以及城鄉差距逐漸拉大，高速鐵路“虹吸”效應使得核心城市周邊中小城市出現不同程度的人才資源流失和城市收縮現象。因此，高速鐵路的規劃發展一方面要堅持發揮中心城市的帶動作用，保持中心城市的經濟穩定增長，另一方面要兼顧邊緣城市的協調發展，縮小與中心城市之間的差距，實現區域協同發展。

近年來，高速鐵路和高速公路的建設發展增進了都市圈之間融合形成城市群并促使城市群空間結構和產業經濟發生變革。鈕心毅、陶卓霖等[2-3]通過分析城市間的出行時間研究了高速鐵路對長三角地區的出行特征和可達性的影響；付曉豫等[4]基于神經網絡理論方法研究了交通運輸通道與經濟帶之間耦合的計算模型；劉大均等[5]研究了高速鐵路網絡對成渝和海西城市群的旅游經濟特征的影響變化；李永奎等[6]以長江經濟帶的長江三角洲和長江中游城市群為例，探究了高速鐵路網絡與城市群網絡動態演變的相互影響關系；黃言等[7]從多角度綜合分析了我國5 個超大城市群交通網絡格局的差異；王鵬、趙映慧等[8-9]從網絡密度、中心度等5個方面對我國長三角、珠三角和京津冀三大重點戰略發展區域的高速鐵路網絡結構特點進行了比較分析，研究了高速鐵路網絡對城市群的經濟聚集效應的影響機理。此外，高速鐵路的建設也在很大程度上推動了旅游業的繁榮[10]。

從已有文獻來看，城市群區域高速鐵路網絡發展評估的研究集中于網絡結構或產業經濟等方面，尚未形成較為全面的區域高速鐵路網絡評估指標體系。因此，研究基于廣義函數評價法，構建區域高速鐵路網絡水平綜合評估模型，能夠對我國核心城市群的高速鐵路網絡發展水平進行比較科學的評估，為制定新一輪的路網規劃目標和經濟發展策略提供合理的參考。

1 城市群及高速鐵路網絡發展規劃歷程

1.1 城市群的發展

城市化是社會生產力發展和工業化的必然結果，中心城市的聚集效應不斷吸納周邊的生產要素，推動著農村向城鎮發展，中小城市向大城市發展，單一的城市向城市群和經濟帶發展。核心城市通過聚集輻射作用與周圍城市在空間組織和經濟發展上緊密聯系并實現高度一體化，形成多核心、多層次的城市群。但與此同時，核心城市與邊緣城市的差距也逐漸拉大。

黨的十九大報告明確提出實施區域協調發展戰略，依托大城市的發展基礎和資源優勢引導好中小城市的發展，增強小城鎮的地區產業功能，推行新型城鎮化道路，促進城鄉融合[11]。《中共中央國務院關于建立更加有效的區域協調發展新機制的意見》中明確提出通過城市群來帶動地方經濟發展，堅持以東部為主導，推進中西部地區崛起，振興東北的發展原則，先后批復了多個國家級城市群，目前我國城市群發展的戰略框架基本成型，已形成“19+2”的分布格局。

1.2 高速鐵路網規劃

我國2004 年通過第一個《中長期鐵路網規劃》后，首次提出了“四縱四橫”的網絡布局，確定基本連通國內主要大都市的建設目標，并于2015 年底提前完成原定建設目標，基本建成“四縱四橫”的主骨架干線通道。2016 年，國家再一次修訂了《中長期鐵路網規劃》，在原有路網骨架的基礎上延伸并新增了干線通道，形成了“八縱八橫”的框架體系，此外，還以支線、市域和城際高速鐵路作為補充，進一步優化了東部發達地區的路網，擴大了中西部落后地區的高速鐵路網絡覆蓋范圍，增進了各大城市群的聯系。

2 指標體系和評估模型的構建

2.1 區域高速鐵路網絡水平評估指標體系

諸多學者對高速鐵路網絡和城市群發展的研究和分析方向，可以概括為高速鐵路網絡結構、城市空間結構和城市群綜合競爭力3 個方向。高速鐵路發展評價方向如表1 所示。

表1 高速鐵路發展評價方向Tab.1 Evaluation direction of HSR development

整合已有文獻的研究，從線網布局、站點分布、運輸服務、運輸能力、運輸效益和發展潛力6個方面建立指標體系。

2.1.1 線網布局

（1）線網密度：區域單位面積內的鐵路里程。

（2）每萬人擁有里程量：反映高速鐵路網絡與區域發展間的適應性。

（3）高時速路線里程比重：指設計速度350 km/h以上的路線里程比重。

（4）網絡連接度指數C：衡量高速鐵路路網布局的完善程度，其值在0 ～ 1 之間，越接近1，說明連接度越好，如公式(1)所示。

式中：Cij為節點城市i到節點城市j的連接性，若節點城市i與j之間高速鐵路直達，值取1，否則取0；n為區域內節點城市總數。

（5）非直線系數a：實際路線距離與空間直線距離的比值，衡量路線的便捷程度，如公式(2)所示。

式中：li，di分別為區域內第i條路線的核心站點間的實際路線長度和直線距離；λi為第i條路線里程占區域總里程的比重；k為區域路線數目。

（6）近期新增規劃建設路線：反映高速鐵路路網在現有基礎上進一步的完善力度。

2.1.2 站點分布水平

（1）車站密度：區域單位面積內的高速鐵路車站數量，反映總體車站服務水平。

（2）站點覆蓋率：區域內有高速鐵路站點的縣級行政區(市轄區)在所有行政區中所占的比重，反映高速鐵路站點布局的合理性與協調性。

（3）線路節點樞紐車站比重：反映區域內的換乘服務水平。

（4）千公里動車運用所數量：反映動車組設備的服務水平。

（5）站點分布均衡度b：衡量各節點城市的站點數量與當地的人口數量相互協調性，如公式(3)所示。

式中：Pi，Ni分別為第i個節點城市的人口和車站數量；P，N分別為區域總人口和總站點數量；n為區域節點城市數量，站點分布均勻度的值在0 ～ ln (n)之間，越接近0，說明分布越均衡。

2.1.3 運輸服務

（1）高速鐵路客運比重：平均每日高速鐵路車次數量占總車次數量的比重，反映現有高速鐵路網絡運輸體系滿足區域交通出行需求的程度。

（2）中心城市平均通行時間：反映城市群的中心城市之間的連通效率。

（3）區域綜合可達性A：反映城市之間聯系的容易程度，如公式(4)所示。

式中：Ai為節點城市i在2 h 內可到達的城市數量；ωi為節點城市i的人口在區域內所占的比重作為權重；n為區域內節點城市總數。

（4）平均每百公里出行耗時T：衡量區域內人民出行快捷性的改善程度，如公式(5)所示。

式中：Tij為節點城市i到節點城市j的平均通行時間(單位min)與距離(單位km)的比值；n為區域內節點城市總數。

（5）區域聯系強度S：反映區域內部的城市人員活動之間的相互聯系緊密程度，如公式(6)所示。

式中：Sij為城市i與城市j之間的每日平均通行的高速鐵路列車數量；λi為城市i的GDP 在區域內所占比重作為權重；n為區域內節點城市總數。

（6）“復興號”投入比重：衡量各區域的高速動車組設備水平。“復興號”是我國自主研發、具有完全知識產權的新一代高速動車組列車，能為乘客提供更優質的服務，以“復興號”投入比重可一定程度上衡量區域出行服務水平。

2.1.4 運輸能力

綜合運輸能力包括客運和貨運2 方面，主要衡量指標有客運量、貨運量、旅客周轉量、貨物周轉量，以及客運和貨運在整個交通運輸行業中所占的比重，考慮到各城市群的體量不同，選用均值指標衡量。

2.1.5 運輸效益

運輸效益指綜合運輸營業活動過程中所產生的經濟效益和社會效益，由于社會效益涉及范圍廣，受益范圍難以清晰界定，且具有一定程度的滯后效應，區域間的社會效益無法直接比較，不具備可比性，因而不適用于區域高速鐵路網絡水平的定量評估。故選取客、貨運的單位里程和單位運輸量的收入率作為區域運輸效益的評估指標。

2.1.6 發展潛力

人口是區域經濟發展的基礎，區域經濟活動促使人員流動加大，吸引人口流入，人口和經濟二者相輔相成。此外，旅游業也是高速鐵路運輸需求的重要影響因素，近年來我國旅游人次、旅游收入和過夜游客量等均隨著高速鐵路網絡的發展而有了大幅度的提升。故選取人口密度、人口增長率、城鎮化率和人均GDP、第三產業比重和旅游人口密度6 個指標來評估。

2.2 廣義函數評價模型

在多指標綜合評價中，由于不同指標之間的數量級別和量綱存在差異，需要把各指標的數量值通過數學評價模型轉化成統一的等級屬性測度值或標準分后得出最終的評估結果。廣義函數法是定量評價分析中非常高效簡便的評估方法，其基本原理是直接把指標值通過構建的廣義效用函數一對一映射到設定的評定等級和標準分上[16]。廣義函數模型原理如圖1 所示。

圖1 廣義函數模型原理Fig.1 Principle of generalized function model

2.3 指標賦權

指標賦權分主觀和客觀。主觀賦權法主要有專家經驗法和層次分析法等，均根據專業人員主觀地判斷各指標的重要性程度得出權重大小；客觀賦權的權重大小取決于評估樣本的指標值。

主觀賦權和客觀賦權都存在一定的局限性。主觀賦權靈活方便，但完全取決于專家的主觀判斷，缺乏一定的科學性；客觀賦權立足于評價對象的樣本數據，雖然在理論上可行性較高，但也會較大程度受限于指標體系的科學性和樣本數據本身的缺陷而導致指標的權重與其自身重要性程度不相匹配。因此，主觀賦權和客觀賦權相結合能夠較大程度發揮兩類賦權法的優勢，修正偏差。

3 成渝城市群實例分析

3.1 成渝城市群概況

成渝城市群位于長江上游，是西南部人口最密集、產業最集中的地區，形成了以高速鐵路和高速公路為紐帶的“雙核五帶”發展模式。根據2019年的統計公報，重慶市GDP 總量為2.36 萬億元，成都市GDP 總量為1.7 萬億元，分別位居全國第5、第7。成都、重慶作為兩大發展核心城市，具有很強的發展潛力和后勁，在電子信息產業、汽車制造、新能源材料及生物醫療等新興產業上具有較強優勢，且文化旅游鏈豐富，此外還與德陽、資陽和眉山等周邊城市形成產業互補，共同促進城市群的發展。

3.2 高速鐵路網絡發展水平評估

（1）數據的收集。根據建立的指標體系，從區域城市的統計局、統計公報和鐵路運輸部門提供的數據中統計得到成渝城市群2019 年高速鐵路網絡發展水平評價指標數據如表2 所示。

表2 成渝城市群2019 年高速鐵路網絡發展水平評價指標數據Tab.2 Evaluation index data of HSR network development level in Chengdu-Chongqing urban agglomerations in 2019

（2）指標的無量化。由于不同指標的量綱不一致，因此需要對指標進行無量化處理之后才能進行綜合總體評估，根據廣義函數模型原理劃分屬性等級后將所有的指標轉換成統一的標準化評分。

①屬性等級劃分。對指標進行去量綱處理前先設定各指標屬性等級劃分，根據全國各區域的指標值分布設定“發達”“良好”“達標”和“落后”4個評分等級的臨界值，按百分制評分。指標評分等級劃分如表3 所示。

表3 指標評分等級劃分Tab.3 Grade division of index scores

②評分標準化。考慮到未在“達標”等級以下設定其他等級分布，結合我國各地主要城市的指標數值分布情況，未達標的城市區域里接近達標的數量占多數，十分落后的占少數，對“達標”等級以上采用線性函數表達式，對“達標”等級以下采用根式函數表達式，如公式(7)所示。

式中：fi和Fi為第i個指標的值和其所對應量化的標 準 得 分(i=A1，A2，…，D6，)；fi1，fi2，fi3，fi4為第i個指標在“發達”“良好”“達標”“落后”4個等級所對應的臨界指標值。

將表2 中的指標值逐一代入上式得到各指標的評分。指標得分如表4 所示。

（3）組合賦權法確定權重。指標對準則層權重采用變異系數法通過與其他城市群的數據對比，依據指標在不同城市群間的差異大小來確定其重要性，準則層的權重采用專家經驗法綜合5 個專家的評估結果而確定。指標權重如表5 所示。

（4）評估結果。結合表4 的評分數據和表5 的指標權重，得出最終的評估結果。綜合評價結果如圖2 所示。

表4 指標得分Tab.4 Index scores

表5 指標權重Tab.5 Index weight

從圖2 可以得知，成渝城市群區域的高速鐵路網絡綜合發展水平總體達標且具備較為良好的發展潛力。總體上，成渝地區在線網布局和站點分布方面各項指標值均處于中等水平；在運營服務方面存在的主要問題是綜合可達性和區域聯系強度較弱，這一方面是由于成渝地區的地理位置受限使得與其他幾大核心城市群的直接聯系并不明顯，另一方面是成渝內部除成都和重慶兩大核心城市外，次級城市的經濟體量較小且一體化水平較弱所導致的；在運輸能效上仍舊存有較大的上升空間，主要表現在客貨運輸體量和收入上；發展潛力的綜合指標值最高，在近5 年人口增長和旅游人口密度表現尤其良好，外加國家對西部發展的政策傾斜，可以預見成渝城市群的高速鐵路網絡規劃發展會越來越完善。

圖2 綜合評估結果Fig.2 Overall evaluation results

4 結束語

高速鐵路網絡的發展對推動城市化進程和促進城市群的形成與發展有著重要的作用，高速鐵路的建設規劃需要結合區域經濟和產業特點，與之相互協調。從城市群區域經濟發展的角度建立了區域高速鐵路網絡發展水平評估指標體系，基于廣義函數評價法形成綜合評估模型并以成渝城市群為例進行評估分析，可為國內區域高速鐵路的綜合發展水平評估和經濟發展規劃方向調整提供一定的參考，后續將繼續展開對高速鐵路社會成本和效益量化評估的研究分析。