基于城市通勤圈的北京市郊铁路发展建议及对策

刘常平，刘 铮，徐学明，梁晓红,5

(1.北京交通发展研究院，北京 100073；2.北京交通工程学会，北京 100070；3.北京工业大学城市交通学院，北京 100124；4.中交公路规划设计院有限公司，北京 100088；5.北京交通大学交通运输学院，北京 100044)

0 引言

人口规模和产业结构特点是通勤圈[1]或大都市圈形成、发展及演变的内在动因.国际典型大都市圈[2-4]迅速发展时期，人口规模持续增长，就业集聚增长，推动了城市由单中心向多中心格局的演变；由此推动中心城市与外围区域的一体化发展趋势，形成大都市圈的空间格局.东京、伦敦、巴黎等国际大城市在大都市圈扩展过程中，都经历了城市空间结构调整，在由“单中心、聚集状”转向“多中心、组团式”的不同阶段，选取了不同的轨道交通出行方式，中心城区(15～20 km以内)与郊区(40～100 km以内)都建立了与周边新城、卫星城联系的大容量、高速化、一站式、低票价的市郊铁路[5]，市郊铁路里程占轨道交通总里程的比例达到80%～90%.市郊铁路与中心城区交通衔接均采用“环+放射线”或“环+穿城线”的轨道交通网络格局，采用本线直达(市郊铁路列车直达市中心)、跨线直通(市郊铁路列车经由城市轨道线路进入市中心)、枢纽中转(通过城区周边车站枢纽换乘到达市中心)3种模式实现郊区与中心城区的衔接.

图1 伦敦和东京都市圈市郊铁路网示意图

随着大数据在城市交通中的不断应用推广，利用手机信令数据研究城市职住分布关系及城市空间布局已有大量研究成果[6-13].在借鉴国内外手机信令数据分析算法的基础上，通过分析京津冀区域手机信令数据获取环北京区域职住分布关系，识别北京城市通勤圈并分析其基本特征，研究轨道交通网络与城市通勤圈的匹配关系.

2008年至今，北京市陆续开通了S2线、副中心线、怀柔密云线共3条市郊铁路，线路运营总里程182 km，均为利用既有铁路资源改造的线路，取得了一定效果，但也存在着诸多共性问题，如：规划统领不够：未能突破城市、铁路2张皮的传统模式，难以实现铁路资源与城市交通两网合一.动力机制不完善：城市和铁路两者在合作、管理、补贴等方面尚未形成一套完善的体制机制，难以调动铁路管理部门开行市郊铁路的积极性.运营服务水平不高：市郊铁路建设、运营标准缺失，受铁路运营能力限制，开行频次低、供求错位，接驳换乘不便捷.

对比国内外都市圈市郊铁路发展情况和北京市郊铁路运营现状，本文以新开通的怀柔密云线为例，针对其运营现状和存在问题，通过大数据分析、问卷调查、交通模型分析等研究方法，剖析原因、提出运营提升方案.同时，针对市郊铁路发展中的共性问题，提出发展建议，为轨道交通线网优化及其与城市的协调发展提供支撑.

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

将通勤人口确定为20～60岁人群，人群比例参照当年北京市民政局人口年龄构成统计数据.通勤流为就业者从家出发至单位的OD空间关系，通勤时间数据为就业者实际上班时间(早高峰07:00—09:00)，公交出行者通勤时间包含等候和换乘时间.

利用京津冀区域空间GIS数据和连续一个月无线信令数据分析京津冀跨区域通勤出行特征，并识别出北京城市通勤圈.

针对怀柔密云线开展2类问卷调查：一类是怀柔密云线乘客出行特征调查，主要通过随车调查，收集乘客基本特征、出行起讫点、目的、接驳方式、频率等信息；一类是怀柔密云线站点周边居民出行意愿调查，主要面向中科院大学和怀柔科学城等区域居民开展.基于调查数据，对乘客基本特征、出行目的、乘坐频次、站点周边居民职住情况等进行深入分析.

1.2 指标选取

历次城市交通综合调查的目标和重点是诊断城市交通系统的供需关系和发展趋势.基于此，研究选用都市圈“基于统一劳动市场”中对于通勤圈的划定理论方法，考察在城市交通网络设施条件下，通过都市圈通勤强度的测度和阈值的选取，确定和分析城市通勤交通可达的空间范围.因此，本次对北京城市通勤圈识别的指标主要为中央核、通勤率.

1)中央核的确定

通过对比国际城市都市圈判定中央核的特征，总结出中央核的判定普遍满足2个原则，即：

①在总量规模上，要包含至少50%以上的居住人口和就业岗位；

②社会经济发展的核心聚集建成区，具有较高的居住人口密度或就业岗位密度.

根据北京市统计局2015年16个区的常住人口和就业岗位的统计数据，北京中心城区(城六区)常住人口1 282.8万人，占比59.1%，就业人数为852.0万人，占比71.8%，符合定义为通勤圈中央核的原则.

2)通勤率的确定

“通勤率”指的是本区域内到中央核通勤量占本区域内通勤总量的比重，体现了中央核对本区域的吸引强度，反映了职住关系的质量.本文、通勤率的计算如式(1)：

Rinc_trip=EMPinc_trip/EMPtot_trip

(1)

式中，Rinc_trip为通勤率；EMPinc_trip为本区域内到中央核通勤量；EMPtot_trip为本区域通勤总量.

通勤率的确定需要解决以下几个方面的关键技术：

①外围区域到中央核通勤出行的识别；

②外围区域通勤率的测算；

③测算和选取适合北京城市通勤圈的通勤率阈值.

2 北京城市通勤圈的范围

2.1 无线信令数据处理和通勤指标测算

本文采用覆盖整个京津冀行政区域的无线信令数据，并将北京市16个区细化为2 006个交通小区，将天津市、河北省细化为520个交通小区.用户量1 200万左右，人均数据量150条/日，用户出行链完整，对长距离出行识别能力强.

首先，需要进行数据预处理，以剔除噪音数据.其次，对有效通勤数据进行提取，筛选出总样本量的60%为有效样本量.最后，由于大数据样本与2014年北京城市交通综合调查数据的空间分布形态趋同，能较好代表区域整体特征，因此，将筛选后的有效用户按照统计局人口数据进行扩样处理.

通勤指标选取和测算的关键阈值如下：

1)居住地识别：常住人口夜间(22:00—05:00)出现天数最多、驻留时间最长的区域；

2)工作地识别：通勤人口工作时段(10:00—15:00)出现天数最多、驻留时间最长的区域；

3)通勤人口：选取工作日出行天数、日均出行次数，早高峰出行天数，晚高峰出行天数等典型通勤特征指标，通过聚类提取通勤人口.

2.2 北京城市通勤圈的识别

将中心城区(城六区)设为中央核，通过无线信令通勤数据计算获得至中心城区内通勤的OD分布，获得5%、10%、20%、30%不同通勤率阈值下，通勤OD的总量规模和区域分布.以中心城区为中央核的情况下，北京城市通勤空间范围形成了明显的圈层化发展趋势，通勤空间范围呈现出逐渐向外扩展的圈层形态，从空间特征的聚集强度上主要存在30 km和50 km两个半径圈层：

通勤率阈值为30%时，通勤的时空范围为30 km半径，通勤人群主要集中在六环区域附近.六环内居住且在六环内上班的人群占比75.1%，反映了六环内人口和就业的集聚强度；通勤率阈值为20%、10%和5%时，通勤圈半径逐渐延伸至50 km，向北部、东部和南部扩展.

2.3 北京城市通勤圈的范围和特征

以中心城区作为中央核，通勤率阈值选取10%时，北京城市通勤圈的范围为南北短轴30 km半径，东西长轴50 km半径的区域，区域面积约3 300 km2.研究发现北京城市通勤圈呈现以下特征：

1)北京城市通勤圈半径30 km范围发展成熟，正处于30～50 km拓展的发展阶段.30 km半径通勤圈覆盖3/4以上人口和就业，是通勤圈发展最成熟的区域，也是城市交通网络密集支撑的空间范围.

2)30～50 km半径通勤圈层中，北部和东部的向心通勤吸引强度显著.北部向心通勤约100万人，东部向心通勤约50万人，通勤压力较大，但其通勤距离长、效率有待提高，应成为下一步通勤交通改善的重点区域.

图2 北京通勤圈30～50 km半径吸引通勤量分布示意图

3)轨道交通网络的发展将北京城市通勤圈通勤半径扩展至30 km，但仍缺乏对30 km以外通勤圈层长距离通勤需求的支撑.

图3 北京通勤圈范围内的轨道交通线网示意图

3 北京市郊铁路发展历程及现状问题

3.1 北京市郊铁路发展历程

目前，中心城区与外围新城的交通主要靠地铁和高速公路解决，交通量的持续增长造成高速公路拥堵、地铁站点限流，市民通勤时间长、出行体验较差.而经过十多年的发展历程，北京共开通3条市郊铁路线(见图4)，完善了中心城与城市副中心、远郊城区之间的轨道交通联系，也满足了中心城迅速到达外围新城地区的出行需求.

图4 北京市郊铁路现状示意图

3.2 线路规划定位

市郊铁路怀柔密云线位于北京市区北部，规划线路全长136 km，利用北京市域内既有铁路资源，由昌平区的黄土店站始发，终到密云区的古北口站，全线设站7座，均为既有铁路车站(见图5).其功能定位一是建立怀柔科学城、昌平新城与中心城区西北部地区间快速通勤交通联系；二是为怀柔、密云沿线旅游服务提供交通支撑.线路客流日常以服务通勤客流为主，周末、节假日则以服务旅游客流为主.

图5 怀柔密云线走向与站点设置示意图

3.3 线路开行及客流情况

2017年底，怀柔密云线开通时仅运营黄土店—怀柔北区段，停靠3站，每日开行2对，全天4车次.出城方向运行时长82 min，进城方向运行时长为97～111 min.

2018年前3季度，怀柔密云线累计开行列车1 092列，发送旅客15 222人次，日均56人次.从客流分布来看，周末客流明显高于工作日.出行目的中，旅游与探亲分别占到17%和12%，远高于上下班的6%，旅游功能强于通勤功能.总体上，怀柔密云线目前运营客流较低，需深入分析原因并提出改善方案.

3.4 线路客流偏低的原因分析

3.4.1 开行方案与周边客流需求及建设时序不匹配

本线利用既有铁路资源开行，受铁路运行影响较大，每日仅开行2对列车，发车时点同中科院大学师生以及怀柔科学城工作人员通勤时间不匹配，也无法支撑昌平区早高峰通勤客流进城需求；线路主要服务的怀柔科学城尚处于建设初期，进驻单位较少，通勤需求量小.

3.4.2 线路两端与主要通勤方向及走廊不匹配

线路起点黄土店站位于中心城区边缘，进入中心城区需换乘地铁13号线至西直门，耗时约为30 min，出行总时间增加.运营时仅开通3座车站，均位于通勤圈外围且交通衔接条件较差，不利于吸引通勤客流.

3.4.3 线路难以与小汽车和通勤班车形成竞争优势

线路规划全程135 min，黄土店—怀柔北区间需60 min以上.开通时未完成改造，实际较原方案时长增加，速度低、时耗长影响了乘客的出行选择.中国科学院大学和怀柔科学城大部分企业开行通勤班车，市郊铁路难以与小汽车及班车形成竞争.以中关村科学城至怀柔科学城全程出行时间为例，乘坐市郊铁路花费时间仅略少于地面公交方式；与大学城班车、小汽车相比没有竞争优势(见表1).

表1 中关村地区至怀柔城区各种出行方式所用时耗对比表

4 线路运营提升对策研究

目前怀柔密云线是怀柔科学城与中心城区之间唯一的轨道交通线路，在怀柔科学城空间扩展、建设提速、向心通勤需求增强的背景下，提出以下建议.

4.1 提升列车运行速度，优化开行方案

加快推进线路提升改造，实现全线贯通，增加开行班次，通过优化开行时刻、灵活编组等方式，进一步匹配客流需求，提升线路服务水平.将黄土店—怀柔北运行时间缩短至64 min，基本实现中心城区至怀柔科学城60 min到达的目标.

4.2 利用京张城际通道，将怀柔密云线引入北京北站

京张城际于2019年底通车，按照发车间隔4 min的设计指标，尚有富余运力.怀柔密云线与京张城际可在昌平站互联互通，可利用京张城际通道，在清河站、北京北站开办市郊列车作业(见图7).

图6 怀柔密云线引入北京北站示意图

昌平区目前只有1条进城地铁线路，拥挤较为严重.怀柔密云线引入北京北站后，将成为昌平新城第2条进城轨道线路，其站点少，可实现50 min抵达北京北站，相比昌平线有速度优势，将有效缓解地铁高峰通勤压力，还可实现与地铁M2、M4、M13的换乘，形成“多线多点”的衔接条件.

4.3 推进铁路支线建设，建立两城直连的轨道交通线路

范各庄站和怀柔北站均位于怀柔科学城外围区域，目前采用公交方式接驳距离约5 km，时间约15 min.可优先推进建设直达科学城核心区的铁路支线，建成后将真正实现中心城区至怀柔科学城60 min到达的目标.

4.4 优化车站接驳条件，多举措提升线路吸引力

重点优化市郊站点交通衔接条件，增加接驳公交线路；加强与地铁融合，增强线路客流吸引力；增加周边景区接驳公交，吸引旅游客流；协调地面公交与市郊铁路的功能层次.

5 结论

本文通过识别北京城市通勤圈，以市郊铁路怀柔密云线为例分析其现状运营存在的问题，并研究其线路优化改善对策，主要得出如下结论：

1)实现以市郊铁路发展引导城市空间格局和通勤圈的扩展.北京城市通勤圈已覆盖至半径30 km，针对非首都功能疏解和外围城区、周边城市的发展，需要在30—50—70 km的圈层上尽快发展大运量、公交化的市郊铁路网来支撑和引领城市空间格局的扩展与优化，积极构建0.5 h通勤圈和1 h都市圈.尤其应关注北部和东部区域轨道交通线网的完善，解决其现有通勤瓶颈问题.

2)推进市郊铁路和地铁融合发展.市郊铁路建设涉及铁路和城市2个方面、涉及铁路和地铁2种制式，建议将两者同步规划，通过线路产权的合理配置，明确双方的权利和责任，提高“两网”主体融合发展的积极性；研究“两网”互联互通的技术标准和规范，扫清跨线直通模式技术障碍，实现一票到底.

3)构建放射状轨道交通线网.实现市郊铁路直达中心城区内部，与地铁实现共廊直通、多枢纽换乘，构建放射状轨道交通线网，减少单点客流压力，避免人为制造换乘压力，以减少通勤时间、提高线路对通勤客流的吸引力.

4)实现市郊铁路规划布局与城市总体布局相协调.发展市郊铁路客运必须符合城市总体规划的要求，而不能破坏城市整体空间结构和格局.要与城市各种交通方式相匹配，尤其是应充分考虑乘客通勤出行对时间省和换乘少的需求，要紧密结合其沿线土地开发利用、人口及产业布局、公共配套设施以及相关交通基础设施进行统筹规划.