基于軌道交通的北京生態城市 建設研究

王 都，李雪飛，王文華，李 剛，徐 偉

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 國家鐵道試驗中心，北京 100015）

0 引言

隨著我國經濟社會的快速發展，城鎮化已成為現代社會發展的大趨勢，對城市發展和規劃提出了更高的要求。因此，需要從城市建設和發展頂層考慮，統籌規劃城市發展布局和模式，生態城市的概念應運而生。生態城市是城市發展的一種新模式，它以生態理念為基礎[1]，目的是建設包括人、自然、城市互惠共生的有機整體，通過優化城市內部各系統間、城市與周邊環境之間的關系，提升系統自身調節能力，城市運轉良性循環，誕生循環經濟，實現低投入、低能耗下的可持續發展，將城市打造為具有自然和諧、社會公平、經濟高效特點的城市生態化模式，實現城市生態化建設。生態城市的典型特點是具備協調統一發展的城市環境生態系統、經濟生態系統、社會生態系統、人居生態系統、交通生態系統[2]。其中，交通生態系統以綠色、生態、可持續發展為指導原則，為解決城市交通問題提供思路和對策。近年來，國內外眾多學者圍繞交通生態系統開展了研究和探索?？v觀既有研究成果，主要研究方向為2類，一是圍繞交通生態系統總體結構開展研究，提出包含公交系統、慢行系統、小汽車系統等內容的交通生態系統[3-7]；二是圍繞交通生態系統中的部分系統開展深入研究，提出規劃建議或具體實施方案[8-10]。 同時，既有研究成果多數圍繞城市內部以公路為載體的公共交通系統開展研究。軌道交通作為綠色、環保、運量大的運輸方式，可以為現代城市發展創造新的發展模式和運營理念。為此，以北京市為例，探討基于軌道交通的生態城市建設方案，依托軌道交通優勢開展城市運輸配送，滿足城市消費需求，緩解“大城市病”，促進北京市科技創新、文化交流、國際交往一體化發展。

1 北京市軌道交通支撐生態城市建設現狀分析

目前，隨著北京等超大城市人口的不斷增加，為滿足人們日益增長的消費需求，城市配送車輛也在不斷增加，給城市帶來了嚴重的交通擁堵和環境污染等“大城市病”。北京市原有物流基地在城市內部分布不合理和過度依賴道路運輸是“大城市病”產生的重要原因，為此政府擬采取物流中心外遷的模式來緩解問題。通過仿真方法分析了物流中心外遷前后對北京市主要道路交通節點的影響，物流中心遷移前后城市配送對交通的影響如圖1所示，圖中圓圈越大表示交通壓力越大，反之表示交通壓力越小。

通過仿真結果可以看出，物流中心外遷實際效果有限，遷移后城市交通壓力仍較大，主要集中于北京城市南部，沒有從根本上解決物流配送帶來的影響。為解決上述問題，北京市編制綠色物流體系規劃，運用綠色軌道交通實現城市配送，從而減少城市配送車輛，緩解城市交通壓力、降低環境污染，為發展綠色城市提供支持。

軌道交通滿足生態城市發展對綠色、環保、無污染的要求，相比公路運輸，軌道交通還具有運量大、準時高效、可全天候運行、安全性高、便于管理、信息公開透明度高等優點。隨著北京城市軌道交通網絡的不斷完善，運輸能力得到釋放，為解決“大城市病”和建設生態城市帶來了新機遇。

2 基于軌道交通的北京生態城市發展路徑

2.1 發展思路

基于軌道交通的生態城市建設可以從規劃、技術、制度、人文等層面進行考慮。在規劃層面，優化軌道交通宏觀規劃和整體布局，構建以軌道交通為核心的生態交通系統，打造具備廢物回收、垃圾消納等循環功能的城市生態物流系統，建立新的循環經濟生態，使軌道交通成為城市運輸“大動脈”，助力北京市區形成“一核一主一副、兩軸多點一區”的城市空間結構，改變原有單中心集聚發展模式，形成新的城市發展格局。在技術層面，大力發展軌道交通，充分發揮軌道交通綠色、環保等優勢，在旅客運輸的同時利用軌道交通開展城市貨運，通過人工智能物聯網等先進技術的應用，優化既有交通網絡結構，提升運輸效率。在制度層面，可通過政策導向作用，引導城市空間規劃、交通規劃和產業規劃的合理分布，尤其是通過政策支持軌道交通同時發展客貨運輸，提高軌道交通利用率，減少地面交通壓力和環境污染。在人文層面，依托國家“一帶一路”倡議推進契機，利用軌道交通支撐超大城市消費，符合人們文化、消費和交流的需求，可提升人民交流和體驗式消費水平，重塑人們的價值觀、消費態度和消費理念。

構建基于軌道交通的生態城市，可大大緩解“大城市病”，符合“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念，為北京市全國政治中心、文化中心、國際交往中心、科技創新中心的建設提供支撐。

2.2 發展路徑

（1）發揮軌道交通經濟大動脈作用。隨著我國高速鐵路和普速鐵路網絡的不斷完善，鐵路在我國經濟發展中發揮著越來越重要的作用，但在城市內部配送方面，目前主要依賴公路交通方式，鐵路尚未發揮城市配送功能，既有鐵路貨場資源和作業能力沒有充分發揮。因此，從城市規劃角度統籌布局軌道交通城市配送網絡，建立以軌道交通為主干運輸網，以公路交通為區域運輸網的多層次城市配送網絡，同時具備循環回收、可重復利用、垃圾消納等功能，構建城市生態物流系統，發揮軌道交通城市經濟大動脈作用。

（2）創新軌道交通城市配送新模式。在完善的軌道交通城市配送網絡基礎下，通過配套高效智能的倉儲、配送、裝卸搬運等適用于城市配送的技術裝備，發揮城市內部既有鐵路貨場、動車所、編組站在城市配送中的貨物集散作用，拓展地鐵、輕軌的貨物運輸功能。通過設計新型貨物集配模式，在軌道交通城市配送網絡上開行環行班列，實現貨物運輸的“客運化”“公交化”，使居民消費品在城市內部流動起來，實現軌道交通基礎上的“最后一公里”運輸。

（3）提升網絡智能化水平?；谲壍澜煌ㄉ鷳B城市模式，通過發展人工智能物聯網、網絡智能化，實現物聯網、智能化、區塊鏈、VR （虛擬現實）、AR （增強現實）、數字孿生等技術的應用，可實現鐵路網與互聯網的“雙網融合”，從而提高軌道交通物流效率，實現數字化、智慧化的生態城市；還可實現人的能力的延伸和生活方式的改變，促進回歸商品經濟本質，去紙質貨幣化，實現電子支付、無感支付，為實現“以物易物”的交換、萬物互聯和萬物共享打下基礎。同時，還可在滿足城市人流和物流需求的基礎上，保證人們正常的社交距離和活動，實現貨物實時定位和全程追溯。

（4）助力實體經濟轉型發展。隨著近年來網絡電商的不斷發展，我國商場、超市等城市實體經濟受到較大沖擊。為助力實體經濟轉型發展，一個重要方法就是發展體驗式消費。通過人工智能、網絡智能支撐下的軌道交通配送，將新鮮、優質的果蔬和消費品及時送到各大商超和商業網點，實現集約化配送，解決目前城市配送普遍存在的低頻次、小批量、資源浪費問題，有利于緩解交通壓力；同時，通過消費者與廠家的直接對話，消費者可親身直接體驗和消費，實現實體經濟和企業的聯動發展。

（5）打造精神、物質及文化交流新生態。依托國家“一帶一路”倡議契機，通過中歐班列不斷增長的競爭力，發展以軌道交通為核心的配送網絡，將世界各地的商品運送到城市內部，提供給人們進行體驗和消費，打造軌道交通支撐下的精神、物質、文化交流平臺，形成綠色出行和人際交往新生態，使城市更加宜居、環保，更加有文化內涵，為構建生態城市提供支持。

3 基于軌道交通的北京生態城市實施策略

3.1 構建以軌道交通為核心的生態物流系統

2020年，北京物流專項規劃中提出構建安全、高效、綠色、共享、智慧的物流體系，支撐建設“國際一流的和諧宜居之都”。為實現上述目標，迫切需要構建生態友好、節能環保、資源循環利用的以軌道交通為核心的生態物流系統，該系統借鑒生物機體的循環原理，具備類似血液系統中動脈、靜脈的干線運輸網絡，類似毛細血管的支線和社區配送網絡，同時具備類似淋巴系統的垃圾消納和再生資源回收功能，從而保證生態物流系統的循環可重復性，實現物流的生態化。以軌道交通為核心的生態物流系統結構

如圖2所示。

生態物流系統以軌道交通為“大動脈”，以人工智能物聯網作為“大腦”和“神經網絡”，構建多層級、多功能的運輸網絡。通過鐵路、公路、航空主干運輸網實現貨物在城市間的運輸，將貨物運輸至鐵路樞紐站或物流中心；之后，通過智能化裝備實現列車解編及貨車裝卸，運用軌道交通干線運輸網將貨物運輸到城市配送中心，并在配送中心進行貨物倉儲、裝卸、分揀、安檢等作業；配送中心將分揀完畢的貨物根據去向裝入新能源汽車，然后通過城市內部道路支線運輸網將貨物運送至商場、超市和配送網點；商店和超市可直接面向消費者銷售貨物，或根據消費者網絡訂單，通過社區配送網絡將訂單貨物直接配送至消費者。上述過程實現了生態物流系統中貨物由產地到消費者流動的全過程。生態物流系統的垃圾消納和再生資源回收功能是貨物運輸配送的反向過程，通過配備完善的消納系統將消費后產生的廢棄物及時進行處理，減少環境污染，通過回收系統將消費后紙箱、紙板等包裝材料進行回收利用，實現逆向物流。

3.2 發展新型貨物集配模式

目前，城市內部貨物集散和配送的研究主要是以道路運輸網為核心開展的，而考慮以軌道交通網為核心的研究較少[11]。新型貨物集配模式是以軌道交通網為核心和主體，城市內部道路和社區配送網絡等作為重要組成部分，該模式運行效率的高低將直接決定生態物流系統整體效率。新型貨物集配模式是基于既有軌道交通網絡構建的分層次運輸配送網絡，分為外層和內層。貨物依托全國鐵路運輸網絡、編組站、物流中心等基礎設施，根據運輸計劃，通過鐵路列車運輸到各外層節點，在運用智能化設備進行裝卸和分揀作業后，外層節點開行環行班列將貨物運輸到內層節點。通過軌道交通可以實現大宗城市消費品在城市內部的流動，實現貨物運輸的“客運化”和“公交化”，將消費品根據地區需要實現均衡分布，減少道路對流、迂回和重復運輸，降低交通壓力。

（1）構建新型貨物集配網絡。在北京市既有物流系統結構和產業分布的基礎上，依托北京既有鐵路路網線路條件，以平谷馬坊和高碑店等2個配送中心作為外層集配節點，以黃村、大紅門、百子灣、雙橋、順義、沙河、廟城、三家店、牛欄山、環行鐵道等10個配送中心作為內層集配節點，提出北京市“2+10”綠色物流體系規劃設想，形成新型貨物集配網絡。北京市“2+10”綠色物流體系規劃設想如圖3所示?！?+10”綠色物流體系規劃設想基于北京市現有編組站情況，以豐臺西站和雙橋站作為編組站，以平谷馬坊、高碑店、豐臺西、雙橋站作為主要發送站，開行樞紐環行班列，通過鐵路運輸將外省市到達的貨物按照交路快速分撥給有需求的其他節點，同時，其他節點集貨后，統一在豐臺西、雙橋、平谷馬坊和高碑店站整合成列后發往外省市。環行班列從發送站出發后在沿途各節點進行裝卸作業，列車不解編，直接進行貨物裝卸車，在一個節點作業完成后列車開向下一節點，全部節點作業完成后該環行班列回到出發的發送站，該運輸組織模式的應用將大大提高鐵路城市貨運效率。

（2）探索地鐵城市貨運。由于北京市目前地鐵線路均比較繁忙，建設時也未考慮貨運功能，因此可選擇在地鐵與鐵路配送中心相鄰的地方，通過過軌運營的方式試點地鐵列車城市貨運功能，實現地鐵貨運列車的開行。采用地鐵列車的全部車廂進行貨運，地鐵列車在鐵路貨場進行集貨和裝卸等作業，之后過軌運營到地鐵線路上，按照地鐵運輸組織模式在沿途各站進行作業。由于在建的北京地鐵3號線和12號線車輛段臨近鐵路環行鐵道配送中心，地鐵4號線黃村站臨近鐵路黃村配送中心，具備過軌運營條件，因此提出利用北京地鐵3號線、12號線、4號線開行地鐵貨運列車的方案。地鐵貨運列車開行線路示意圖如圖4所示。

3.3 構建基于軌道交通的人工智能物聯網

在軌道交通綠色、環保、節能等優勢基礎上，將軌道交通與信息化產業、物聯網技術等相結合，促進軌道交通網和互聯網“雙網融合”的實現，構建基于軌道交通的人工智能物聯網。通過該物聯網的高效運行進行統一組織和調度，完成各業務間的有效銜接，實現運輸組織調度、倉儲配送的可視化、可控化和智能化，實現人的能力延伸和網絡智能化，為建設生態城市和智慧城市發揮作用。

基于軌道交通的人工智能物聯網運用云計算、大數據、5G、物聯網、人工智能、神經網絡、數字孿生、虛擬仿真等技術，建設統一高效的一體化平臺，通過分層分區域的運算方式、實物與虛擬仿真同步交互運作，實現數據賦能、虛實交互，從而實現數字孿生和太極運作。

（1）數字孿生。人工智能物聯網中的數字孿生對生態城市中的軌道交通等基礎設施對象建立數字模型，通過實物、仿真和數據分析來實時感知、診斷、預測生態城市各實體對象的未來實時狀態，并通過優化和指令安排來調控物理實體對象的各種行為，如軌道交通的運輸組織調度、作業管理等，并通過相關數字模型間的相互學習來不斷進化自身運營管理水平，不斷優化和改進相關決策，提升生態城市數字化管理水平。

（2）太極運作?；谲壍澜煌ǖ奶珮O運作可以實現現實物理世界和數字孿生世界的相互影響和交互作用，通過物聯網將物理世界和數字孿生世界連接起來，并通過虛實之間的交互運算，實現兩個世界的信息傳遞和價值傳遞，實現萬物互聯、萬物共享，發展區塊鏈技術、數字化經濟，實現以物易物的等價交換。太極運作通過物聯網的信息傳輸功能實現主體之間的信息交互和相互影響，以智能化和集成化的管理方式對自動化設備、智能化系統進行控制，以軟硬件相結合的方式實現智慧運輸的自動感知識別、服務可追溯、管理智能化決策等功能。

3.4 打造體驗式消費平臺

為發揮鐵路的經濟“大動脈”功能，滿足人們的體驗式消費和文化交流等需求，助力北京生態城市建設，可依托鐵路節點打造體驗式消費平臺。根據《中歐班列建設發展規劃（2016—2020年）》，將環行鐵道規劃為“一帶一路”上的樞紐節點、貿易口岸和科技支撐，因此可在環行鐵道開展試點構建體驗式消費平臺，該平臺分為跨境物質體驗區和國際文化交流區。

（1）跨境物質體驗區。通過中歐班列、跨境電商班列將“一帶一路”沿線各國食品、商品等運送至跨境物質體驗區，商家可拓展“前店后庫”等形式的商務交易活動，開展跨境進口、跨境直購、保稅網購、體驗式電商等業務，實現“線上線下”一體化銷售，還可開展“線下自提”保稅零售業務，成為國際化、多元化的商務區。建設跨境進口中高端商品特色街，引進世界知名餐飲品牌，游客可進行餐飲、娛樂等活動，品嘗沿線國家的新鮮食品，如同置身國外體驗一樣。

（2）國際文化交流區。順應“互聯網+”與文化產業融合發展的趨勢，以大數據、巨幕等技術為支撐，打造國際文化交流區，主要包括文化交流、技術交流、鐵路文化主題環3部分。①文化交流。運用虛擬現實技術、聲光影等手段展示中國工業發展史、鐵路發展歷程、鐵路試驗研發過程，讓人們體驗科學技術下的現代文明。②技術交流。立足我國鐵路科技發展、智能高速鐵路技術創新等領域，開展國際鐵路技術創新高端峰會、鐵路國際貨運技術交流、智能高鐵技術發展論壇、鐵路發展成果展示、國際商務洽談等交流、展示活動。③鐵路文化主題環。利用環行鐵道內既有鐵路用地，結合周邊鐵道博物館、電影博物館、第四使館區等文化因素，形成鐵路文化主題環，設置以各國特色城市命名的車站，開行鐵路文化列車。

4 結束語

發展基于軌道交通的生態城市符合北京市全國政治中心、文化中心、國際交往中心和科技創新中心定位的發展要求，通過構建以軌道交通為核心的生態物流系統、新型貨物集配模式、人工智能物聯網和體驗式消費平臺等措施，可為緩解交通擁堵、環境污染等“大城市病”，實現軌道交通支撐下的生態城市提供借鑒。目前，基于軌道交通的生態城市建設尚處于起步階段，基礎設施網絡、車站設施及技術裝備、管理水平等方面還存在不足，還需政府在規劃審批、政策引導、實施配套等方面提供不斷支持，從而促進軌道交通體系不斷發展完善，在生態城市建設中發揮更大作用。