高铁引导下关中平原城市群时间和费用可达性时空格局

刘 欢，孟德友

(河南财经政法大学 城乡协调发展河南省协同创新中心，河南 郑州450046)

0 引言

交通可达性是指从某一区位出发到达目的地所需要克服的时空距离、费用、舒适度等出行问题的难易程度，并使用时间、距离、费用等指标[1-4]来对可达性的程度进行描述.高铁的建设虽然很大程度上提升了时间可达性，但其费用可达性相对较差，在一定程度上影响了高铁的普及.国内外学者对高铁区域效应的研究主要集中在交通对区域经济发展的影响，包括区域经济增长及空间格局等方面，其中高铁可达性研究是重要论题[5].从国家尺度看，研究主要集中在交通优势度[6]、交通对经济格局均衡性的影响[7]、可达性格局与联动关系[8]三方面. 从区域尺度看，主要以网络分析法[9]、栅格分析法[10]等方法利用加权平均旅行时间[11]、经济潜力[12]、等时圈[13]等指标对省域[14]、县域[15]、都市圈[16]、城市群[17]空间格局演变[18]、空间相互作用[19]等进行研究.国内外对可达性的研究视角集中于时间可达性视角，为提高对交通可达性研究的全面性和科学性，少数学者从经济可达性[20]、费用可达性[21]等角度做了研究.关中平原城市群作为新批复的国家级城市群，现有的研究较少且其位于我国内陆地带，是国家协调中西部地区与东南部发达地区共同发展的过渡地带，具有承东启西的重要地位.本文以关中平原城市群为研究区域，从时间和费用可达性两个维度，用加权平均旅行时间、加权平均旅行费用、平均时间费用、边际费用的时间效益等指标，对高铁背景下的关中平原城市群2008-2018年时间及费用可达性格局进行比较分析，为中部地区发展及铁路合理规划提供参考.

1 研究区域数据及方法

1.1 区域概况

2018年《关中平原城市群发展规划》使得关中平原城市群正式批复为第七个国家级城市群.关中平原城市群跨越陕西省、山西省、甘肃省三个省，规划范围包括西安、宝鸡、咸阳、铜川、渭南、 商洛市、运城市、临汾市、天水市及平凉市的部分县市和庆阳市区共11个地级市以及杨凌农业高新技术产业示范区.关中平原城市群以西安为中心加速建设“米”字型的交通网络体系.本文以关中平原城市群的西安市、宝鸡市、咸阳市、渭南市、商洛市、运城市、临汾市、天水市、平凉市共9 个地级市(包含地级市内未进入规划的区域)为研究对象.由于铜川市铁路未开通客运专线铁路；庆阳市仅在宁县长庆桥工业区设有站点，故研究区域暂不包括铜川市和庆阳市.

1.2 数据来源

选取铁路提速、高铁建成的重要年份2008年、2013年和2018年为研究年份(2008年，中国铁路经过2007年第六次提速后已有成效且开通了我国第一条铁路-京津城际高速铁路；2013年，中国规划高铁线路“四纵”基本建成；2018年，研究区域关中平原城市群正式批复).采用的最短旅行时间数据从2008年发布的“石开旅行时刻表”和2013年、2018年发布的“极品时刻表”两个软件中采集.采集两个城市之间的最短旅行时间，所选择的列车类型顺序为G>D>T>K>其他.优先选择可直达列车，不可直达的列车选择省会城市为中转地，中转时间不计入其中.以2008年规划建成的“四纵四横”高铁网络中距离关中平原城市群各市较近、不需多次中转即可频繁出行的高铁规划路线“一纵两横”( “一纵”即北京-石家庄-郑州-广州、“两横”即上海-南京-滁州-郑州-西安-兰州、青岛-济南-石家庄-太原)周围已建成铁路路线的40个热门城市和关中平原城市群内部城市为参照对象，对十年来高铁建成对关中平原城市群内部与外部可达性的影响进行研究分析.研究对象中所需的GDP和年末人口总数指标数据来源于历年《城市统计年鉴》及相关地市统计年鉴.

1.3 研究方法

1.3.1 加权平均旅行时间

加权平均旅行时间是从克服时间的角度反映从出发地到目的地的难易程度的指标.加权平均旅行时间越小，可达性越好，与其它地区的联系越密切，公式如下[22]：

(1)

式(1)中：Ai为目标节点i的加权平均旅行时间；Tij为目标节点i到达节点城市j的最短旅行时间.n为目标节点i可到达的城市总数.Mj为加权平均旅行时间的权重，用来评价节点城市对其他节点城市的吸引力、影响程度，Mj取节点城市j的GDP总值、年末人口总数的几何平均值.

1.3.2 加权平均旅行费用

加权平均旅行费用是从费用的角度对到目的地的难易程度进行衡量的指标.类比加权平均旅行时间的概念提出，公式如下：

(2)

式(2)中：Ci为加权平均旅行费用，Cij为目标节点i到达节点城市j最短旅行时间下所需的费用.其它变量同上.

1.3.3 单位时间费用

单位时间费用表示交通出行中从出发地到达不同目的地城市耗费单位时间所需的费用[23]，公式如下：

(3)

式(3)中：Hi为单位时间费用.其他变量同上.

1.3.4 边际费用效益

边际费用效益是指在当前交通费用的基础上，增加一单位费用所节约的时间成本的增量，公式如下：

(4)

式(4)中：Fi为目标城市i的边际费用效益，ΔTij为最短旅行时间的变化量；ΔCij为花费最短旅行时间所需费用的变化量.ΔTij、ΔCij值(包括正数、负数、零)越小，总边际费用效益的优良程度越高，据此将其程度划分为优、良、一般、较差4个等级.

2 关中平原城市群城市时间可达性

2.1 关中平原城市群内部时间可达性

通过加权平均旅行时间计算得到2008年、2013年、2018年关中平原城市群九个城市的时间可达性.总体来看，关中平原城市群九个城市加权平均旅行时间都大幅减少，可达性越来越好；加权平均旅行时间减少率居前列的为运城市、临汾市、咸阳市，皆在60%以上.随着“米”字型的高铁的逐渐建设，关中平原城市群中心城市西安市在这10年间加权平均旅行时间从2.61 h减少到1.02 h，次中心城市渭南市和咸阳市分别从2008年的2.40 h、2.71 h减少到2018年的0.89 h、0.90 h.山西省的运城市、临汾市加入了关中天水经济区共同组成了关中平原城市群，太原南到西安北段大西高铁的建成使得运城市加权平均旅行时间从8.39 h减少到1.50 h，总共减少了6.89 h，减少率高达82.16%，是关中平原城市群内部可达性提升最大也是最快的城市(表1).

表1 关中平原城市群内部时间可达性

2008年-2018年关中平原城市群内部时间可达性以西安市为中心、咸阳市和渭南市为副中心，呈核心-边缘逐渐降低，同时沿高铁线路向四周呈降低的趋势，以中心城市和高铁线路辐射带动周边地区发展.通过GIS空间分析法使九个关中平原城市群城市整体区域的时间可达性可视化(图1).这10年期间，西安市、咸阳市、渭南市可达性较优，平凉市可达性最差，这是在各地铁路建成的时间及铁路网密度不同的情况下形成的可达性优良程度的空间分布不平衡.随着高铁网络的不断完善，到2018年，关中平原城市群内部时间可达性水平排序为西安市>渭南市>咸阳市>宝鸡市>运城市>临汾市>天水市>商洛市>平凉市.2020年，高铁计划完成“米”字型建设，将使其在关中平原城市群的分布逐渐均衡，缩短民众互动交流的时空距离.

图1 关中平原城市群内部可达性

可达性/h2008年/km22013年/ km22018年/ km20～1——4 565.431～2——57 240.712～432 874.6952 935.1362 338.834～650 316.5768 440.946 648.326～948 000.339 815.52398.30

加权平均旅行时间等值线越密集，可达性变化率越大，交通基础实施越需要完善，高铁建设发展潜力越大.关中平原城市群内部加权平均旅行时间等值线从2008年到2018年由密集变稀疏；西部地区的等值线比东部地区密集；可达性范围集中分布呈大幅度向时间较短、较为优良的可达性范围扩展(图1).这10年间，0～2 h内的面积从0增长到61 806.14 km2；2～4 h与4～6 h的可达性面积均大幅度上涨；可达性高达6～9 h的面积从2013年的9 815.52 km2减少到2018年的398.30 km2，减少率高达95.9%.可见，在2008到2018年高铁建设的背景下，可达性范围集中分布从4～6 h和6～9 h转变为1～2 h和2～4 h；可达性范围次集中分布从2～4 h转变为0～1 h；可达性面积集中程度最差的转变为6～9 h；可达性面积集中程度整体呈缩小趋势.这说明这10年期间，高铁的完善建成，很大程度上弥补了区域间自然和人文差异造成的市民出行便捷程度的不均衡缺陷，加速了关中平原城市群一体化共同发展的进程(表2).

2.2 关中平原城市群对外时间可达性

2008年—2018年，关中平原城市群对外加权平均旅行时间呈大幅减少的趋势，加权平均旅行时间及其减少量比内部大，减少率比内部小.关中平原城市群对外加权平均旅行时间减少量在6 h左右，可达性值减少量最大的为渭南市和天水市，都为7.72 h；可达性值减少率最大的为西安市和渭南市，都在56%以上.2008年关中平原城市群可达性值最低的是西安市，为12.74 h，其次是渭南市、宝鸡市和咸阳市.2013年，可达性值排序居前列的为西安市、渭南市、商洛市，西安市可达性值最小为9.02 h.从2008年中国第一条高铁-京津高铁开通到2013年京广、郑西、沪宁等的相继开通，到“四纵四横”铁路网的建成，再到“八纵八横”铁路网的在建，我国高铁网络日趋完善，强大的影响力已遍布经济、政治、社会、生活的各个领域.直到2018年，西安市、渭南市、咸阳市可达性居前列，分别为5.47 h、6.05 h、8.34 h，可达性较差的依然为平凉市，高达21.51 h.2018年以来，西安-庆阳、西安-咸阳-宝鸡-天水、西安-运城-临汾、西安—银川等建成及在建高铁，西安—延安—包头、西安-商洛等规划高铁的建设，增加了关中平原城市群与外部区域的联系，使各个节点城市之间的辐射范围和集聚效果得到高效率的发挥，加速全国经济协调推进发展(表3).

表3 关中平原城市群外部时间可达性

关中平原城市群对外时间可达性在2008年、2013年、2018年之间呈两个圈层结构显现：一个是以西安市为中心，咸阳市、渭南市为次中心，逐渐向外围辐射的“核心-外围”可达性值增大；一个是与之相反的，以平凉市为中心，天水市、宝鸡市为次中心的“核心-外围”可达性值减小.这两种趋势均说明了西北地区的可达性较东部地区差，区域的政治、经济、文化中心因其辐射带动范围最广、相互联系效应最强而优于其周围地区和相对靠东南部的地区(图2).关中平原城市群在2008年—2013年、2013年—2018年这两个时间段间，随着高铁建设的不断完善，缩短了地区之间的时空距离，促使边远地区向发达地区靠拢，形成中心城市带动周边城市共同发展的模式.

图2 关中平原城市群外部可达性

关中平原城市群对外加权平均旅行时间等值线西北部地区较密集、中部地区较稀疏且随着高铁网络的不断完善，到2018年等值线值均大幅度降低，这表明西北部地区可达性变化率较大，地区发展协调性较差，交通基础设施建设较薄弱；东部地区可达性变化率较小，协调发展程度较高；中部地区等值线较东部地区密集，说明中心城市-西安市的辐射带动作用较大，但其周围地区与之相比仍然需要对交通等基础设施加强建设(图2).2008年-2018年，等值圈的面积逐渐向较小的可达性区间集中分布，同时较大的可达性区间逐渐消失.2008年加权平均旅行时间的等值圈的面积主要集中在18～22 h、15～18 h；2013年集中区间减少为15～18 h、12～15 h；2018年集中区间减少为9～12 h、12～15 h； 5～9 h的等值线面积从0增长到33 070.46 km2.整体来看，高铁的建设使得可达性向更加优化、协调的方向发展(表4).

表4 关中平原城市群外部加权平均旅行时间等值圈面积

3 关中平原城市群费用可达性

3.1 加权平均旅行费用

为综合分析关中平原城市群内部9个城市对外联系密切的城市的加权平均旅行费用可达性，本文选取与其旅行最为密切相关的其余8个关中平原城市群节点城市以及40个热门城市共48个城市为研究对象.整体来看，2008年—2018年的加权平均旅行费用呈大幅上升趋势，增加量呈以西安市为中心逐渐下降趋势，中心城市和次中心城市增加率均在220%以上.平凉市位于关中平原城市群西部地区，在2008年交通基础设施较落后，位置较偏，距离较远，加权平均旅行费用最高，达200.41元，随着高铁的建设，费用可达性值有一定幅度的提升，到2018年费用可达性值趋向与其它节点城市均衡.2018年，以西安市为中心，咸阳、渭南、宝鸡为周边地区的费用可达性值呈下降趋势，以西安为中心的“米”字型的高铁规划使得西安市的高铁较为集中，加权平均费用相对较高，为486.54元，增加量也最高，达362.11元(表5).

表5 加权平均旅行费用可达性

3.2 关中平原城市群单位时间费用

随着高速铁路建设，关中平原城市群单位时间费用大幅度增长，例如，经济和交通发展水平相对发达的西安市铁路最短旅行时间车次经历了特快旅客列车逐渐发展为动车和高铁的演化过程.西安-上海路线最短旅行时间的费用由2008年车次为T166的182元转变为2013年车次为D308的338元再转变为2018年车次为G362的669.5元.西安市单位小时费用增加量高达71.08元，增加率高达715.09%.2008年—2018年，单位小时费用、增加量、增加率均呈现逐渐趋向于以西安市为中心随距离增加而减小的态势.2008年普通铁路较多，高铁相对较少，关中平原城市群各节点城市单位小时费用相差较小.2013年、2018年高铁建设迅速发展，使中心城市和次中心城市的高铁网络较为密集，其它城市相对较稀疏，单位小时费用差别较大， 2018年西安市的单位时间费用高达81.02元，而平凉市为18.55元，相差4倍多(图3).

图3 关中平原城市群单位时间费用

3.3 关中平原城市群边际费用效益空间格局演变

边际费用效益以西安市为中心，咸阳市、渭南市、宝鸡市为次中心，向四周呈辐射状增加，中心地区低于外围地区，南部地区低于北部地区.西安市的边际费用效益最小，平凉市、运城市、临汾市等关中平原城市群的边远地区边际费用效益较大.这说明，高铁网络较发达的地区费用的上涨并不会使得时间同等程度的节约，性价比较低.高铁建设不断完善的地区，发展空间较大，提升费用会获得节约更多的时间，性价比较高.例如，西安市的边际费用效益保持在1.4 min/元上下浮动，高铁较为完善，性价比较低；运城市、临汾市的边际费用效益分别从 6.56、5.02 min/元大幅减少到3.94、3.03 min/元，性价比相对较高，但随着高铁的完善呈减少的趋势.平凉市2008年—2013年边际费用效益很大的原因在于其处于西部地区，铁路部门为鼓励当地交通发展，规划调整铁路运营路线及费用，使其33个路线在减少费用的同时节约了旅行时间，例如平凉市-衡阳市路线在减少79元费用的同时节约了778 min(图4).

图4 关中平原城市群边际费用效益(单位：min/元)

2008年—2013年，距离中心城市较远的外围地区，如平凉市、天水市、临汾市、运城市的边际费用效益为优的节点城市较多，均在24个以上；以西安市为中心距离其较近的关中城市，边际费用效益为良和一般的节点城市较多，其中西安市、渭南市、商洛市为良的节点城市较多，均在28个以上.2013年—2018年，关中城市均为边际费用效益为良的较多；其中西安市为优和良的分别为20个、24个，铁路规划路线以及费用的制定较为科学合理；平凉市较差的节点城市高达12个，是由于高铁网络的发展使其趋向于正常交通的时间费用的同时，相关部门对时间和费用设置不合理造成的，例如，去无锡市的费用增加了106元，同时时间也增加了314 min(图5) .

图5 关中平原城市群边际费用效益时空分布

2008年—2018年整体来看，关中平原城市群各节点城市边际费用效益分布个数最多的均为良，次多的为优.运城市、临汾市、平凉市等边缘城市相对关中平原城市群核心区域附近的城市，边际费用效益为优的较多，其中平凉市最多达17个；关中平原城市群核心区域附近的城市相对边缘地区，边际费用效益为良的较多，其中西安市和渭南市最多，均为45个；边际费用效益为一般和差的相对较少，但仍需要重视，科学调整规划路线，避免不合理的时间和费用造成的市民出行意愿下降以及铁路资源的浪费(表6).

表6 2008年-2018年边际费用效益时空分布 个

4 结论和讨论

随着高铁快速建设与普及，人们在注重高铁缩短出行时间带来便利的同时对出行费用及其性价比也较为重视.以加权平均旅行时间、加权平均旅行费用、单位时间费用、边际费用效益为指标，采用GIS空间分析法、等值圈法，对2008年、 2013年、2018年高铁建设背景下的关中平原城市群从时间和费用可达性两个角度来研究其对市民出行的影响，研究表明：1)随着高铁网络的不断完善，时间可达性大幅度提升，由于高铁网络密度不均衡、建设时间、各地区位条件以及相关部门高铁路线规划等差异，时间可达性呈现出以西安市及高铁线路为中心向周围逐渐减弱的“核心-边缘”趋势；等值线呈不规则圈层分布.西北部地区加权平均旅行时间等值线分布较中部地区密集，交通基础设施较差；等值圈面积趋向于集中分布在较小的可达性值区间，可达性改善的影响范围较大.加强对周边地区交通网络的建设可以缩短不同城市之间可达性差异，促进城市群协调快速发展.2)高铁在缩短旅行时间、提高舒适度的同时带来出行费用的提升，随着高铁的普及，高铁费用的提高使得加权平均旅行费用以及单位时间费用大幅度上升.加权平均旅行费用、单位时间费用及其增加率均呈现出以西安市为中心随高铁密集度的下降逐渐减少的趋势.3)边际费用效益呈现出以西安市为中心逐渐增大的态势，这表明高铁网络较为落后的外围地区边际费用效益较大，性价比较高，提升空间较大.边际费用效益由优的节点城市集中分布在外围地区、良和一般的分布于中心区域附近，逐渐转变为关中平原城市群各市均为良的节点城市数目最多的趋势.

高铁网络在不断完善建成的同时出现了交通规划建设的不足，一定程度上影响了关中平原城市群交通可达性的提升速度.各地市交通路线呈现出不规律分配的状况.不同时期开通车次以及路线不同、距离、各路段速度、出行时间段热度、列车等级和舒适度等的不同，出行选择所花费的时间和费用也不同；但同时也衍生出了人为的不合理的时间、费用的消费，如市民花费相同的价格却在乘车时间与舒适度上相差甚远、抬高价钱的同时时间反而增加、硬座与站票同价等.研究以期能为铁路部门在加强铁路建设的同时还应注重费用调整，使得出行质量尽可能等值于费用、推动出行性价比最大化并带动高铁效益最大化提供参考.