軌道交通四網(wǎng)融合與都市圈協(xié)同發(fā)展問題研究

倪藝文 楊茜婷 唐 銳 王 超

（北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100044）

引言

從1995年至2020年，都市圈在中國經(jīng)濟(jì)中的地位不斷提高，集聚能力急速加強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)總量迅速擴(kuò)大，中心城市的經(jīng)濟(jì)勢能不斷強(qiáng)化。“十四五”時期我國軌道交通將進(jìn)入新的發(fā)展階段，都市圈等城鎮(zhèn)化主要發(fā)展載體對軌道交通的差異化發(fā)展提出了新的要求[1]。當(dāng)前我國的干線、城際、市域（郊）鐵路和城市軌道交通呈現(xiàn)多網(wǎng)快速發(fā)展及融合的趨勢。之前學(xué)者的研究主要是單獨針對都市圈發(fā)展或者軌道交通四網(wǎng)融合，很少將二者結(jié)合研究并應(yīng)用一定的經(jīng)濟(jì)學(xué)知識進(jìn)行分析。因此本文將從兩者的相互影響以及協(xié)同發(fā)展中的一般性和特殊性現(xiàn)狀進(jìn)行探究。

1 相關(guān)概念

1.1 都市圈

都市圈是城市群內(nèi)部以超大城市、特大城市或輻射帶動功能強(qiáng)的大城市為中心、以1h通勤圈為基本范圍的城鎮(zhèn)化空間形態(tài)。都市圈的合理半徑以100～150km為宜，最遠(yuǎn)不超過200km。例如北京首都圈地勢平坦，且北京作為首都居于核心地位，呈現(xiàn)出以北京為中心的圈層結(jié)構(gòu)。

表1 軌道交通四網(wǎng)分類表

1.2 軌道交通四網(wǎng)

由都市圈概念可見，實現(xiàn)中心城市和周邊地區(qū)的1h內(nèi)通勤，顯然即使汽車按最高時速運(yùn)行也很難達(dá)到該通勤需求，這就需要速度更快的軌道交通來完成。

我國軌道交通從功能層次上分為4類（表1），其服務(wù)功能和圈層不同，主要特征如下：干線鐵路（普鐵和高鐵）服務(wù)全國各大城市群的快速聯(lián)系，兼顧部分重點城鎮(zhèn)聯(lián)系；城際鐵路服務(wù)城市群內(nèi)部各城市、重點城鎮(zhèn)間的快速聯(lián)系，兼顧部分外圍組團(tuán)聯(lián)系；市域（郊）鐵路：服務(wù)中心城區(qū)邊緣與市域范圍各中小城鎮(zhèn)（城市副中心或組團(tuán)）的出行，運(yùn)行速度高于城市軌道交通；城市軌道交通（含地鐵、輕軌、有軌電車等）服務(wù)都市區(qū)內(nèi)部重點版塊、樞紐之間的聯(lián)系，支撐城市主要客流走廊，服務(wù)范圍以城市市區(qū)內(nèi)部中長距離為主，可適當(dāng)外延[2]。

2 軌道交通四網(wǎng)分布與都市圈

2.1 軌道交通四網(wǎng)與都市圈空間形態(tài)的關(guān)系

21世紀(jì)以來，我國的城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速。隨著城市經(jīng)濟(jì)的高速增長，城市人口數(shù)量不斷增加，給城市發(fā)展帶來動力的同時也帶來了壓力。現(xiàn)有的城市空間無法滿足日益增長的人口，于是城市不斷擴(kuò)張，漸漸形成都市圈，使城市空間形態(tài)逐漸向外拓展，部分職能得到疏散。軌道交通在連接都市圈內(nèi)部城市時，多條軌道線路往往匯聚于核心城市。因此整體中心城市較為密集的都市圈更容易構(gòu)成網(wǎng)狀的軌道交通線路，呈多中心輻射；地勢復(fù)雜的地區(qū)軌道交通與城市順延地形走向，線路容易不規(guī)則分布，相互之間聯(lián)系較少。

2.2 不同軌道交通方式與不同圈層的關(guān)系

都市圈各圈層的軌道交通主要為：第1圈層即城市最中心區(qū)域（一般在15km以內(nèi)），是屬于整個都市圈最發(fā)達(dá)繁榮的區(qū)域，人口分布極其密集，客流量巨大，以城市軌道交通為主；第2圈層即核心城市區(qū)域（15-30km），該區(qū)域整體規(guī)模較大、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，城市功能較完善，人口密度適中，但由于直徑距離較長，為加強(qiáng)城市邊緣的郊區(qū)和城市中心的聯(lián)系，所以以城市快軌與市郊鐵路為主；第3圈層（30-50km）區(qū)域緊鄰核心城市區(qū)域，同時也是與其他城市接軌的區(qū)域，因此一體化發(fā)展的程度較高，主要以市域（郊）鐵路和城際鐵路為主[3]，50km以外的圈層則主要依靠城際鐵路和干線高鐵。

3 都市圈發(fā)展過程中居民軌道交通出行需求供給分析

在都市圈的快速發(fā)展過程中，軌道交通因其運(yùn)量大、速度快、時間短、可以有效避開通勤高峰期公路堵車的特點，成為交通建設(shè)的重要一環(huán)。但地鐵、城際鐵路、高鐵等軌道交通十分依賴基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，從建設(shè)到運(yùn)營的每一環(huán)節(jié)均需要投入大量成本。因此借用供需曲線來進(jìn)行軌道交通出行需求與供給的分析。如圖1所示，供需曲線由需求曲線（D）和供給曲線（S）組合而成，橫軸表示出行需求Q，縱軸表示出行費(fèi)用P。橫軸表示都市圈跨區(qū)域通勤需求；縱軸表示軌道交通用于服務(wù)不同圈層運(yùn)輸形式的票價。供需曲線的交點E為均衡點，即供給滿足需求。

圖1 居民軌道交通出行供需曲線

表2 北京都市圈人口變化表

以北京為例，軌道交通運(yùn)輸承擔(dān)著北京市日常一半以上的運(yùn)量，對于緩解通勤壓力和解決都市圈人口問題發(fā)揮著舉足輕重的作用。近些年，隨著非首都功能疏解政策的逐步推進(jìn)，北京都市圈的人口出現(xiàn)了一定的變化，詳見表2。

北京總就業(yè)人數(shù)以及常住人口數(shù)量見表3，表中反映了2015-2019年北京就業(yè)人數(shù)變化情況。

綜合上述數(shù)據(jù)可以看出，北京市總就業(yè)人數(shù)不斷增加，中心城區(qū)人口數(shù)量在2015年前后5年內(nèi)大幅度減少，非中心城區(qū)人口數(shù)量顯著增加。與此同時軌道交通客運(yùn)量也在大幅度增加，印證了都市圈發(fā)展使中心城市人口外溢、軌道交通出行需求增加的特點。對應(yīng)圖1中的需求曲線由D1增加到D2，在軌道交通供給不變的情況下，均衡點由E1上升到E2。根據(jù)供需理論，此時應(yīng)調(diào)整整體票價，由P1上升到P2，以達(dá)到均衡。但為緩解都市圈人口壓力、促進(jìn)都市圈產(chǎn)業(yè)發(fā)展，滿足通勤者特別是生活工作區(qū)間跨度大的通勤者長期的生活工作需求，軌道交通的票價具有惠民的特殊性，其價格由國家和政府統(tǒng)一制定，不隨市場需求自行調(diào)整。與此同時，軌道交通的建設(shè)極度依賴基礎(chǔ)設(shè)施，需要大量的人力、財力以及時間投入，短時間內(nèi)無法增加軌道交通供給，即供給曲線S短時間內(nèi)不會向右移動。由于跨區(qū)域出行的必要性以及軌道交通的便利性，絕大部分民眾并不會因為單位票價的變動而大幅改變對軌道交通出行的需求。所以在當(dāng)前票價下，供給S不變，需求D增加，郊區(qū)及都市圈范圍內(nèi)出現(xiàn)居民軌道交通出行供不應(yīng)求的情況。

因此在當(dāng)前難以通過增加軌道交通供給的情況下，如何有效利用已有的四網(wǎng)，使其與都市圈發(fā)展協(xié)同，最大限度發(fā)揮其運(yùn)行效率以滿足居民軌道交通出行需求，亟待研究。

表3 2015-2019年北京總就業(yè)人數(shù)變化表

4 出行時間-費(fèi)用的等距離曲線分析

圖2 出行時間-費(fèi)用的等距離曲線

借用經(jīng)濟(jì)學(xué)廠商理論中等產(chǎn)量線的分析方法（朱善利，1994；梁小民，1996；干春暉，1998），參考榮朝和[4]（2011）論文構(gòu)造“等距離曲線”（圖2），用以分析四網(wǎng)融合與都市圈發(fā)展過程中，居民出行時間與費(fèi)用的替代問題。圖2中的橫坐標(biāo)代表出行所花費(fèi)時間，縱坐標(biāo)代表在軌道交通上所支出的費(fèi)用，出行預(yù)算線的斜率就是出行時間-費(fèi)用的邊際替代率。

圖2（a）中的L1是一條等距離曲線，代表在其他條件不變的情況下，可供選擇的交通工具在該距離上所需支付費(fèi)用與花費(fèi)時間的所有組合構(gòu)成的軌跡，曲線上的點a代表較高的費(fèi)用Ca和較短的出行時間ta，b點代表較低的費(fèi)用Cb和較長的出行時間，類似對應(yīng)各中心城市之間出行選擇普通鐵路或高速鐵路。

圖2（b）中的直線Ka和Kb分別代表不同出行者所對應(yīng)的出行時間與費(fèi)用的預(yù)算線。Ka與Kb斜率的大小取決于出行者對時間價值的評價，若出行者更看重時間價值，愿意花費(fèi)較多的費(fèi)用以節(jié)約時間，則預(yù)算線斜率較大，相反，如果出行者更傾向于節(jié)約費(fèi)用，則預(yù)算線斜率較小。預(yù)算線與等距離線相切的點，即圖2（b）中Ka、Kb分別與L1相切的a點和b點，代表的是擁有不同時間和費(fèi)用約束的出行者在該出行距離上所做的選擇。

圖2（c）中L1、L2、L3和L4分別代表在其他因素相同的情況下不同距離的等距離曲線，形成在特定條件下互補(bǔ)相交的一組等距離曲線簇，越靠右的曲線代表越遠(yuǎn)的出行距離。隨著都市圈的不斷發(fā)展與擴(kuò)張，一些居民的通勤或出行距離也在相應(yīng)地不斷增長。通勤距離的增加也意味著高鐵、城際、市域鐵路以及城市軌道交通的換乘，此時銜接時間成為影響總出行時長的重要因素之一。結(jié)合圖2（c），若不考慮銜接問題，都市圈發(fā)展對出行的影響體現(xiàn)在個人的通勤距離增加，假設(shè)等距離曲線由L1移動到L2。在各鐵路以及城市軌道交通速度不變的情況下，若銜接時間較長，則等距離曲線會右移至L4，所耗費(fèi)用不變，總出行時間變長。若推進(jìn)軌道交通四網(wǎng)融合，加強(qiáng)運(yùn)管、功能、樞紐和站城等方面的融合，縮短銜接時間，則等距離曲線可由L4向左移動到L3。

每一條等距離曲線會與其對應(yīng)的不同時間費(fèi)用預(yù)算曲線形成相應(yīng)的切點，如圖2（d）中的a1、a2、a3……和b1、b2、b3……，將其分別連接，形成圖中A、B兩條不同的“出行習(xí)慣曲線”（類比于等產(chǎn)量線分析中的生產(chǎn)擴(kuò)張曲線）。其中A曲線代表在不同距離上都選擇花費(fèi)較高費(fèi)用以節(jié)約時間的出行習(xí)慣；B曲線代表不同距離上都選擇費(fèi)用低且耗時長的出行方式，一般對應(yīng)時間約束較小或者收入水平較低的出行者。如果有關(guān)部門通過合理的計劃或管理優(yōu)化，在四網(wǎng)融合的背景下推進(jìn)“一票到底”、實行票務(wù)優(yōu)惠等政策，節(jié)約出行者的費(fèi)用支出，就體現(xiàn)在等距離曲線向左移動。結(jié)合上文圖2（c）對銜接時間的分析，若能實現(xiàn)軌道交通四網(wǎng)融合與都市圈協(xié)同發(fā)展，隨著銜接的不斷優(yōu)化以及優(yōu)惠政策的推行，可以使等距離曲線較大幅度向左移動，為跨區(qū)域出行的居民帶來更多的便利和福利。

圖3 用運(yùn)行圖表示的時間距離示意圖

5 運(yùn)行圖分析運(yùn)行與銜接時間

榮朝和[4]（2011）用圖3所示的運(yùn)行圖分析時間距離，指出銜接時間不但現(xiàn)實存在，而且由于銜接效率的改進(jìn)往往跟不上運(yùn)行速度的提高，銜接時間在時間距離中所占的比重會明顯上升，甚至可能超過運(yùn)行時間。圖3中橫軸表示時間，縱軸表示空間位置距離，運(yùn)行曲線包括兩個部分：銜接時間和運(yùn)行時間。從a地到b地，方式二相較于方式一，雖然將運(yùn)行時間由4單位縮短為2單位，但兩端的銜接時間仍然不變。可見單純運(yùn)行時間的縮短并不能成比例地縮短整個兩地之間的時間距離。如果運(yùn)行速度進(jìn)一步縮短而銜接時間始終保持不變，則總的銜接時間就會超過運(yùn)行時間。

與此相類似，在都市圈與軌道交通四網(wǎng)融合的發(fā)展過程中，隨著通勤距離的增加，市郊鐵路不斷發(fā)展。由于市郊鐵路的服務(wù)范圍為城市郊區(qū)或者衛(wèi)星城，服務(wù)范圍大，同時運(yùn)行速度也高于城市軌道交通，為跨區(qū)域出行提供了便利，縮短了出行時間（可類比于圖3中方式一的運(yùn)行時間轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞蕉倪\(yùn)行時間），但市郊鐵路在銜接上的問題卻尤為突出。由上文分析可知，由于都市圈的發(fā)展，跨區(qū)域通勤使郊區(qū)至中心城區(qū)有著非常大的客運(yùn)需求。而現(xiàn)今市郊鐵路存在的普遍問題就是其運(yùn)營與城市發(fā)展的“時空格局”[5]失配，如發(fā)車間隔大、車次太少，同時接駁不便，換乘效率低。以副中心線為例，根據(jù)官方公布的通州副中心線運(yùn)營時刻表，北京西站至副中心線方向，早高峰時段僅有S101、S103及S105三趟列車，發(fā)車間隔分別為15min、20min；副中心往房山方向晚高峰時段僅有S104、S106及S108三趟列車，發(fā)車間隔分別為31min、26min（表4）。

表4 通州副中心線運(yùn)營時刻表

與此同時，北京市郊鐵路與其他交通方式接駁不便，集中體現(xiàn)在安檢次數(shù)多、時間長，并且現(xiàn)有市郊鐵路站場周圍缺乏地鐵、常規(guī)公交等交通方式銜接，或有接駁但空間組織設(shè)計不合理，致交通組織混亂，額外延長換乘銜接時間。

以通州副中心線北京東站為例，早高峰期間喬莊東至良鄉(xiāng)方向，根據(jù)官方公布的運(yùn)營時刻表乘坐S102“喬莊東—北京東”僅需24min，“通州—北京東”僅需15min。但由于周邊缺乏合理的接駁銜接（公交線路少），由該站出站前往周邊1km的就業(yè)地點，不管是乘坐公交還是步行，所需時間均接近或超過20min[6]。

6 總結(jié)

都市圈與軌道交通四網(wǎng)兩者的發(fā)展相互影響，密不可分，由上文可以看出，都市圈的發(fā)展使跨區(qū)域出行需求猛增，推動軌道交通四網(wǎng)融合，雖然近年來取得了相當(dāng)豐碩的成果，但仍然存在供需不平衡、銜接時間長等一系列共性問題。因此需要將兩者結(jié)合共同研究，探索協(xié)同發(fā)展，解決現(xiàn)有問題，以便更好提升社會總體績效。

隨著軌道交通四網(wǎng)融合發(fā)展，軌道與公路等多種通勤方式結(jié)合，未來若實現(xiàn)地面線路和地下線路無縫換乘并且可以進(jìn)一步實現(xiàn)“一票到底”，人們出行將更加方便，無論是時間成本還是經(jīng)濟(jì)成本都會大大降低，帶給每天需花費(fèi)大量時間通勤的通勤者“經(jīng)濟(jì)實惠”的福利。但是實現(xiàn)此種設(shè)想的前期投入將非常巨大，無論是人力物力財力，還是將原有道路軌道修整，又或是重新編排車次和路線以做到無縫銜接，都將投入不菲。但是考慮到數(shù)以萬計甚至更多通勤者的需求，考慮到都市圈協(xié)同發(fā)展，這將是“功在千秋，利在萬代”。