張晨陽(yáng) 錢(qián)巧云 戴一正

ZHANG Chenyang，QIAN Qiaoyun，DAI Yizheng

1 安徽師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院

2 東南大學(xué)建筑學(xué)院

高鐵樞紐是一種重要的城市觸媒，對(duì)城市的功能布局有著顯著的影響，而隨著地塊與高鐵樞紐距離的增加，地塊受到樞紐的輻射影響也逐漸減弱，這種影響機(jī)制使高鐵站區(qū)呈現(xiàn)圈層化發(fā)展趨勢(shì)，這便是高鐵圈層理論的主要內(nèi)涵[1]。高鐵圈層理論是現(xiàn)階段指導(dǎo)站區(qū)功能布局的科學(xué)依據(jù)之一，與高鐵樞紐的距離越近，地塊的功能配比應(yīng)越向站區(qū)功能或借助樞紐通勤的功能傾斜[2]。

然而，通過(guò)研究我國(guó)當(dāng)前大型鐵路站區(qū)的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)其功能布局并不符合高鐵圈層結(jié)構(gòu)模型的范圍劃定（圖1）。因此，根據(jù)我國(guó)鐵路站區(qū)的建成實(shí)際對(duì)高鐵站區(qū)的圈層范圍進(jìn)行修正十分必要。

1 高鐵圈層時(shí)空范圍的理論研究

1.1 高鐵站區(qū)圈層范圍劃分的相關(guān)研究

對(duì)于高鐵站區(qū)的研究來(lái)說(shuō)，高鐵圈層理論最重要的貢獻(xiàn)在于對(duì)研究范圍的劃分。高鐵圈層理論脫胎于城市地理學(xué)中的圈層結(jié)構(gòu)理論，這種理論認(rèn)為產(chǎn)業(yè)布局、經(jīng)濟(jì)形態(tài)、人口和建筑密度均從城市建成區(qū)中心向城市周邊地區(qū)層級(jí)化演變，并將整個(gè)區(qū)域劃分為內(nèi)圈層（市中心）、中圈層（城郊）和外圈層（遠(yuǎn)郊）三個(gè)層次[3]。

在早期學(xué)者對(duì)于站區(qū)的研究中，站區(qū)的范圍是模糊的，例如斯卡洛夫等（1982）在《城市交通樞紐的發(fā)展》一書(shū)中提到的交通樞紐在發(fā)展過(guò)程中與城市關(guān)系的演變關(guān)系；美國(guó)學(xué)者Wayne Attoe等在1989年提出的城市觸媒（Urban Catalysts）理論；Cervero 等在1997年提出的站域空間開(kāi)發(fā)的3D 原則（Density 密度、Diversity 多樣性、Design 合理的設(shè)計(jì)），均未明確界定站區(qū)的范圍，也未總結(jié)出交通樞紐影響強(qiáng)度的衰減規(guī)律。直到Schutz（1998）、Pol（2002）等人通過(guò)研究法國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家成熟的鐵路站區(qū)案例，提出“三個(gè)發(fā)展區(qū)”的概念，才建立了高鐵圈層理論，解決了站區(qū)范圍劃分的問(wèn)題。

在之后我國(guó)學(xué)者的相關(guān)研究中，可以看出其研究范圍明顯受到高鐵圈層理論的影響。例如，王騰等（2006）在《火車(chē)站綜合體與城市催化》中關(guān)于火車(chē)站對(duì)城市催化作用的范圍，萬(wàn)娟等（2007）在《從城市、建筑一體化角度看新型城市火車(chē)站發(fā)展》中站房與城市一體化發(fā)展的闡述，莊宇等（2016）在《站城協(xié)同》一書(shū)中對(duì)“站城”概念的解析，崔敘等（2015）在《大城市鐵路客站鄰接區(qū)用地構(gòu)成及強(qiáng)度研究》中對(duì)“鄰接區(qū)”的界定。

目前針對(duì)高鐵圈層范圍本身的研究仍然缺乏，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在城市等時(shí)交通圈、TOD社區(qū)范圍、城市軌交站點(diǎn)等領(lǐng)域做出了很多研究，這些成果對(duì)本文亦有十分重要的借鑒意義。

1.2 圈層結(jié)構(gòu)模型的時(shí)空范圍

高鐵圈層理論中圈層結(jié)構(gòu)模型的范圍是以空間距離來(lái)劃分的。具體而言，以高鐵站房為中心，0.8～1km以?xún)?nèi)為第一圈層（樞紐核心區(qū)），圈層內(nèi)以站區(qū)功能和站區(qū)輔助功能為主；0.8～1km以外、1.5km以?xún)?nèi)為第二圈層（樞紐外延區(qū)），圈層內(nèi)以借助樞紐通勤的功能為主；1.5km以外為第三圈層（樞紐影響區(qū)），圈層內(nèi)的功能布局與城市一般區(qū)域無(wú)異[4]（圖2）。

1 沿鐵路線(xiàn)路布局的重慶西站站區(qū)規(guī)劃用地圖

2 高鐵圈層結(jié)構(gòu)模型

地塊圈層化分布的本質(zhì)是受到高鐵樞紐輻射的強(qiáng)度不同，而這種強(qiáng)度可以用可達(dá)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。如果只依據(jù)空間距離來(lái)劃分圈層范圍，則沒(méi)有考慮到站區(qū)實(shí)際對(duì)可達(dá)性的影響。因此，我們可以參考TOD理論（公交導(dǎo)向的發(fā)展模式）中對(duì)TOD空間單元的劃分方式，通過(guò)時(shí)間距離來(lái)修正高鐵圈層的范圍。

有研究表明，大多數(shù)人愿意步行的時(shí)間在2min之內(nèi)，40%的人愿意步行4min，只有不超過(guò)10%的人愿意步行10min[5]，因此 Peter Calthorpe在1990年將TOD空間單元的半徑設(shè)置為10min的步行距離，即600～800m，這個(gè)距離基本對(duì)應(yīng)了高鐵第一圈層的范圍。高鐵第二圈層的邊界是1.5km，大概是16min的步行距離，雖然超過(guò)了大多數(shù)人愿意花費(fèi)的步行時(shí)間，但如果作為通勤距離而言，仍然是可以接受的[6]。因此，本文將10min出行距離和16min出行距離定義為高鐵站區(qū)三圈層的劃分界限。

2 站區(qū)等時(shí)交通圈的計(jì)算

2.1 站區(qū)交通行為的類(lèi)型

高鐵站區(qū)與城市公交站點(diǎn)區(qū)域不同，高鐵站區(qū)是多種交通方式的綜合樞紐，存在著多種交通換乘行為，這個(gè)交通體系的集合被稱(chēng)為站區(qū)集疏運(yùn)系統(tǒng)[7]。旅客在進(jìn)出高鐵站點(diǎn)時(shí)，可以采用多種交通方式，因此不能以單一的步行出行距離作為圈層范圍的劃分依據(jù)，而是需要對(duì)不同類(lèi)型的交通行為進(jìn)行分析（表1）。

表1 高鐵站區(qū)換乘交通工具對(duì)比分析表

（1）步行交通。步行交通是圈層劃分的基礎(chǔ)，是最靈活的出行方式，但同時(shí)也最為脆弱，隨著距離的增加，其可達(dá)性的衰減也最為顯著。

（2）城市軌道交通。城市軌交具有安全高效、車(chē)次頻、運(yùn)量大等特點(diǎn)，是高鐵集疏客流最理想的交通方式；在與軌交銜接的高鐵站點(diǎn)中，軌道交通的平均客流分擔(dān)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他交通方式[8]。因此，城市軌道交通應(yīng)在高鐵圈層范圍劃分時(shí)充分考慮。

（3）城市普通公交。城市普通公交運(yùn)量有限，旅客離開(kāi)高鐵站點(diǎn)時(shí)如果選擇普通公交則經(jīng)常需要排隊(duì)上車(chē)，出行時(shí)間較長(zhǎng)；且我國(guó)當(dāng)前高鐵站多采用上進(jìn)下出的站房形制，站房出入口與公交站點(diǎn)常常不在同一樓層，步行距離較遠(yuǎn)。因此，高鐵站點(diǎn)的影響力難以通過(guò)普通公交進(jìn)行投射。

（4）出租車(chē)與私家車(chē)。出租車(chē)與私家車(chē)具有時(shí)間靈活、路線(xiàn)靈活、舒適性高等優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)量較低、花費(fèi)較高，短距離出行不占優(yōu)勢(shì)，因此不適合作為圈層范圍的劃分依據(jù)。

（5）共享單車(chē)。共享單車(chē)是近年來(lái)興起的新型交通方式，具有花費(fèi)少、速度快、出行靈活等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地增加城市公交的輻射范圍[9]。但高鐵站區(qū)中的交通行為通常需要攜帶較多的行李，不適合騎乘單車(chē)；且站區(qū)中設(shè)置的空中連廊和地下步行通道無(wú)法承載共享單車(chē)的通行，騎行環(huán)境比較惡劣，不適合采用[10]。

綜上所述，高鐵圈層范圍的劃分應(yīng)主要考慮步行和城市軌道交通兩種交通行為。文章選取了北京西站、北京站、南京站和重慶西站四個(gè)高鐵站區(qū)，并分析站區(qū)周邊1.5km范圍內(nèi)交通的現(xiàn)狀（圖3～6）。

2.2 出行時(shí)間數(shù)據(jù)的獲取

選擇了交通行為，下一步便是獲取對(duì)應(yīng)的交通出行時(shí)間，借助互聯(lián)網(wǎng)地圖工具來(lái)計(jì)算兩點(diǎn)之間的“時(shí)間距離”。隨著信息網(wǎng)絡(luò)和智能出行的持續(xù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)地圖公司紛紛著眼于地圖地理信息的開(kāi)發(fā)和研究。在線(xiàn)地圖平臺(tái)通過(guò)對(duì)用戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成與出行時(shí)間有關(guān)的數(shù)據(jù)采集，這些數(shù)據(jù)包括交通系統(tǒng)參數(shù)、GPS導(dǎo)航定位、實(shí)時(shí)路況、公共交通班次等全出行鏈的多源信息[11]。

互聯(lián)網(wǎng)地圖不僅數(shù)據(jù)采集的來(lái)源十分廣泛，其計(jì)算方式也更為科學(xué)。例如通過(guò)Webster延誤模型，可對(duì)交通信號(hào)交叉口產(chǎn)生的延誤時(shí)間進(jìn)行計(jì)算和預(yù)估；結(jié)合SPSS軟件分析不同交通方式的綜合數(shù)據(jù)；通過(guò)對(duì)多次數(shù)據(jù)的反復(fù)驗(yàn)證獲取合理的平均值。出行時(shí)間的計(jì)算方式在互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的運(yùn)作中快速迭代優(yōu)化，并在實(shí)踐中不斷被公眾接受[12]。

3 北京西站交通現(xiàn)狀分析

4 北京站交通現(xiàn)狀分析

5 南京站交通現(xiàn)狀分析

6 重慶西站交通現(xiàn)狀分析

基于開(kāi)放的API接口，互聯(lián)網(wǎng)地圖的出行時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)圈層研究而言具有以下三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）全出行鏈的時(shí)間數(shù)據(jù)，包括自駕、公交、步行和騎行四種交通方式的出行時(shí)間，能為鐵路站區(qū)“時(shí)間距離”的計(jì)算提供全面的數(shù)據(jù)支持。

（2）極大地規(guī)避常規(guī)方法的建模瓶頸，減少常規(guī)工作中的建模工作，將研究者從基礎(chǔ)性的工作中解放出來(lái)。

（3）大型互聯(lián)網(wǎng)公司打破了原來(lái)相互孤立的交通評(píng)估系統(tǒng)，通過(guò)免費(fèi)向社會(huì)提供交通出行服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源的穩(wěn)定和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。

2.3 出行時(shí)間數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算

出行時(shí)間數(shù)據(jù)分析與計(jì)算的基本思路是：1）將Arcgis中的站區(qū)地圖進(jìn)行50m×50m的柵格化處理，再將柵格中心的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel表格中；2）在百度地圖API中通過(guò)Python Excel模塊抓取每個(gè)柵格中心附近的POI點(diǎn)作為路徑終點(diǎn)，以高鐵站點(diǎn)作為路徑起點(diǎn)，獲取路徑所需的通行時(shí)間，并導(dǎo)入Excel表格中；3）在Arcgis中根據(jù)通行時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)柵格賦予顏色，導(dǎo)出圖形文件；4）最后，在PS中對(duì)缺少POI點(diǎn)的柵格進(jìn)行補(bǔ)充上色[13]。

在這個(gè)計(jì)算過(guò)程中，存在兩個(gè)問(wèn)題需要單獨(dú)討論（圖7）。

（1）出行的起點(diǎn)如何確定。如果從高鐵圈層理論的定義出發(fā)，應(yīng)當(dāng)以站房的中心作為出行的起點(diǎn)；但對(duì)于大型高鐵站房來(lái)說(shuō)，旅客從站房中心走到站房邊緣就需要3min以上，如果按照這種計(jì)算方式，越大的高鐵站房，其影響的城市范圍越小，這種結(jié)果顯然是不合理的[14]。因此，本研究使用高鐵站房的出口作為出行的起點(diǎn)來(lái)計(jì)算，而在百度地圖API即時(shí)路徑規(guī)劃中，也是自動(dòng)選擇距離終點(diǎn)最近的高鐵出口作為路徑規(guī)劃的起點(diǎn)，這種方式是更為科學(xué)的。

7 高鐵站區(qū)等時(shí)出行圈計(jì)算原理圖解

（2）軌道交通出行時(shí)間如何處理。軌道交通出行時(shí)間受到實(shí)際班次的影響，路徑規(guī)劃的數(shù)據(jù)不夠穩(wěn)定；短距離出行中，乘坐軌道交通所花費(fèi)時(shí)間可能更高，但由于其出行舒適度較強(qiáng)，旅客對(duì)其忍耐程度更高，因此不能與步行采用相同的時(shí)間來(lái)界定圈層范圍[15]。綜上，我們將乘坐一次軌道交通的時(shí)間折算為6min（實(shí)際包括換乘步行時(shí)間、檢票時(shí)間、等候時(shí)間和乘車(chē)時(shí)間，約11min左右），并以軌交站點(diǎn)的出口為起點(diǎn)，計(jì)算軌交站點(diǎn)的輻射范圍；如果軌交站點(diǎn)的輻射范圍（10min步行范圍，即折算后的16min綜合出行范圍）與高鐵站點(diǎn)的16min步行圈相連，即可認(rèn)為該范圍是高鐵圈層的一部分，否則不予考慮。

根據(jù)上述的計(jì)算方式，分析了北京西站、北京站、南京站和重慶西站四個(gè)高鐵站區(qū)的等時(shí)出行圈，并在同一比例尺下進(jìn)行比較（圖8～11）。

3 圈層范圍的修正

根據(jù)高鐵站區(qū)等時(shí)出行圈的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)高鐵圈層范圍的劃分與理想狀況下的圈層結(jié)構(gòu)模型出入較大，對(duì)照站區(qū)交通現(xiàn)狀分析（圖3～6），從以下四個(gè)方面對(duì)圈層范圍做出修正。。

3.1 基于站房形制的修正

不同的站房形制導(dǎo)致不同的圈層范圍。首先是站房規(guī)模的影響，站房的規(guī)模越大，其出入口分布就越廣，影響的城市區(qū)域范圍就越大。其次是站房與軌道關(guān)系的影響，線(xiàn)側(cè)式站房只能輻射軌道一側(cè)的城市區(qū)域，產(chǎn)生半圓形的圈層結(jié)構(gòu)（圖9）；而跨線(xiàn)式站房則能輻射軌道兩側(cè)的城市區(qū)域，產(chǎn)生整圓形的圈層結(jié)構(gòu)[16]（圖8）。最后是站房出入口設(shè)置的影響，例如重慶西站雖然是跨線(xiàn)式站房，但由于其二期建設(shè)尚未完工，只在站房東側(cè)設(shè)置有出入口，因此其圈層范圍無(wú)法延伸至站房西側(cè)（圖11）。

8 北京西站等時(shí)出行圈

9 北京站等時(shí)出行圈

10 南京站等時(shí)出行圈

11 重慶西站等時(shí)出行圈

3.2 基于土地開(kāi)發(fā)狀況的修正

相比于北京西站（圖8）較完整的圈層結(jié)構(gòu)，南京站（圖10）的圈層則相對(duì)較為狹長(zhǎng)，這是因?yàn)槟暇┱灸蟼?cè)為玄武湖，北側(cè)為紅山森林公園，地形影響了南京站站區(qū)各地塊的可達(dá)性。除了湖泊、河流、山脈等自然地形的影響，鐵軌、工地、公園、學(xué)校、居住區(qū)等較為封閉的大型地塊對(duì)圈層結(jié)構(gòu)完整性的破壞也是顯著的，這在新建鐵路站區(qū)中的體現(xiàn)尤為明顯（圖11）。

3.3 基于道路狀況的修正

完整的圈層結(jié)構(gòu)是建立在完整、通暢的步行系統(tǒng)之上的，而高鐵樞紐區(qū)域集中了多條高等級(jí)道路，對(duì)步行系統(tǒng)的沖擊是相當(dāng)嚴(yán)重的，導(dǎo)致從起點(diǎn)至終點(diǎn)需要通過(guò)長(zhǎng)距離的繞行。北京站和北京西站由于建立了架空的步行通廊，使其圈層能夠沿垂直軌道的方向伸展（圖8，9）；而重慶西站由于步行系統(tǒng)尚未建設(shè)完畢，無(wú)法徒步跨越站前的快速路，因此只能沿平行軌道的方向發(fā)展（圖11）。

另外，路網(wǎng)的密度也影響圈層結(jié)構(gòu)的范圍，北京站較北京西站而言，其街區(qū)更小，道路更密集，其圈層的邊界因此就更飽滿(mǎn)，圈層的單側(cè)范圍也更大。

3.4 基于軌道交通站點(diǎn)的修正

在高鐵圈層理論中補(bǔ)充城市軌道交通的出行方式，對(duì)圈層結(jié)構(gòu)模型有巨大的修正效果。圈層結(jié)構(gòu)模型由同心圓結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)中心、多個(gè)副中心的組團(tuán)結(jié)構(gòu)。

但軌道交通站點(diǎn)對(duì)圈層結(jié)構(gòu)模型的影響要與站區(qū)步行體系綜合考慮，例如，在南京站站區(qū)的研究中，南京站共有1號(hào)線(xiàn)和3號(hào)線(xiàn)兩條地鐵穿過(guò)，周邊有小市站、紅山公園站、南京林業(yè)大學(xué)站和新模范馬路站四個(gè)軌交站點(diǎn)，但這四個(gè)軌交站點(diǎn)與南京站之間的步行所需時(shí)間分別為26、27、41、47min；除了小市站，其余三個(gè)站點(diǎn)的10min步行圈均與南京站的16min步行圈相離，因此不能視作南京站圈層結(jié)構(gòu)的組成部分（圖10）。

4 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)分析高鐵站區(qū)多種交通行為對(duì)圈層范圍劃分的影響，以及總結(jié)互聯(lián)網(wǎng)出行時(shí)間數(shù)據(jù)的提取與分析技術(shù)，得出高鐵站區(qū)等時(shí)出行圈的計(jì)算方法。并以此為依據(jù)，對(duì)四個(gè)典型的高鐵站區(qū)進(jìn)行分析，進(jìn)而提出修正高鐵圈層時(shí)空范圍的建議。

高鐵的圈層并不能簡(jiǎn)化為一種同心圓結(jié)構(gòu)，而是因站而異、應(yīng)地而異、應(yīng)時(shí)而異。規(guī)劃師在對(duì)高鐵站區(qū)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮站房形制、站區(qū)條件和建設(shè)時(shí)序，從而合理地劃分樞紐核心區(qū)、樞紐外延區(qū)和樞紐影響區(qū)的范圍，進(jìn)而分區(qū)進(jìn)行功能布局，并提出科學(xué)的近遠(yuǎn)期開(kāi)發(fā)建議。