基于轨道交通的北京生态城市 建设研究

王 都，李雪飞，王文华，李 刚，徐 伟

（中国铁道科学研究院集团有限公司 国家铁道试验中心，北京 100015）

0 引言

随着我国经济社会的快速发展，城镇化已成为现代社会发展的大趋势，对城市发展和规划提出了更高的要求。因此，需要从城市建设和发展顶层考虑，统筹规划城市发展布局和模式，生态城市的概念应运而生。生态城市是城市发展的一种新模式，它以生态理念为基础[1]，目的是建设包括人、自然、城市互惠共生的有机整体，通过优化城市内部各系统间、城市与周边环境之间的关系，提升系统自身调节能力，城市运转良性循环，诞生循环经济，实现低投入、低能耗下的可持续发展，将城市打造为具有自然和谐、社会公平、经济高效特点的城市生态化模式，实现城市生态化建设。生态城市的典型特点是具备协调统一发展的城市环境生态系统、经济生态系统、社会生态系统、人居生态系统、交通生态系统[2]。其中，交通生态系统以绿色、生态、可持续发展为指导原则，为解决城市交通问题提供思路和对策。近年来，国内外众多学者围绕交通生态系统开展了研究和探索。纵观既有研究成果，主要研究方向为2类，一是围绕交通生态系统总体结构开展研究，提出包含公交系统、慢行系统、小汽车系统等内容的交通生态系统[3-7]；二是围绕交通生态系统中的部分系统开展深入研究，提出规划建议或具体实施方案[8-10]。 同时，既有研究成果多数围绕城市内部以公路为载体的公共交通系统开展研究。轨道交通作为绿色、环保、运量大的运输方式，可以为现代城市发展创造新的发展模式和运营理念。为此，以北京市为例，探讨基于轨道交通的生态城市建设方案，依托轨道交通优势开展城市运输配送，满足城市消费需求，缓解“大城市病”，促进北京市科技创新、文化交流、国际交往一体化发展。

1 北京市轨道交通支撑生态城市建设现状分析

目前，随着北京等超大城市人口的不断增加，为满足人们日益增长的消费需求，城市配送车辆也在不断增加，给城市带来了严重的交通拥堵和环境污染等“大城市病”。北京市原有物流基地在城市内部分布不合理和过度依赖道路运输是“大城市病”产生的重要原因，为此政府拟采取物流中心外迁的模式来缓解问题。通过仿真方法分析了物流中心外迁前后对北京市主要道路交通节点的影响，物流中心迁移前后城市配送对交通的影响如图1所示，图中圆圈越大表示交通压力越大，反之表示交通压力越小。

通过仿真结果可以看出，物流中心外迁实际效果有限，迁移后城市交通压力仍较大，主要集中于北京城市南部，没有从根本上解决物流配送带来的影响。为解决上述问题，北京市编制绿色物流体系规划，运用绿色轨道交通实现城市配送，从而减少城市配送车辆，缓解城市交通压力、降低环境污染，为发展绿色城市提供支持。

轨道交通满足生态城市发展对绿色、环保、无污染的要求，相比公路运输，轨道交通还具有运量大、准时高效、可全天候运行、安全性高、便于管理、信息公开透明度高等优点。随着北京城市轨道交通网络的不断完善，运输能力得到释放，为解决“大城市病”和建设生态城市带来了新机遇。

2 基于轨道交通的北京生态城市发展路径

2.1 发展思路

基于轨道交通的生态城市建设可以从规划、技术、制度、人文等层面进行考虑。在规划层面，优化轨道交通宏观规划和整体布局，构建以轨道交通为核心的生态交通系统，打造具备废物回收、垃圾消纳等循环功能的城市生态物流系统，建立新的循环经济生态，使轨道交通成为城市运输“大动脉”，助力北京市区形成“一核一主一副、两轴多点一区”的城市空间结构，改变原有单中心集聚发展模式，形成新的城市发展格局。在技术层面，大力发展轨道交通，充分发挥轨道交通绿色、环保等优势，在旅客运输的同时利用轨道交通开展城市货运，通过人工智能物联网等先进技术的应用，优化既有交通网络结构，提升运输效率。在制度层面，可通过政策导向作用，引导城市空间规划、交通规划和产业规划的合理分布，尤其是通过政策支持轨道交通同时发展客货运输，提高轨道交通利用率，减少地面交通压力和环境污染。在人文层面，依托国家“一带一路”倡议推进契机，利用轨道交通支撑超大城市消费，符合人们文化、消费和交流的需求，可提升人民交流和体验式消费水平，重塑人们的价值观、消费态度和消费理念。

构建基于轨道交通的生态城市，可大大缓解“大城市病”，符合“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，为北京市全国政治中心、文化中心、国际交往中心、科技创新中心的建设提供支撑。

2.2 发展路径

（1）发挥轨道交通经济大动脉作用。随着我国高速铁路和普速铁路网络的不断完善，铁路在我国经济发展中发挥着越来越重要的作用，但在城市内部配送方面，目前主要依赖公路交通方式，铁路尚未发挥城市配送功能，既有铁路货场资源和作业能力没有充分发挥。因此，从城市规划角度统筹布局轨道交通城市配送网络，建立以轨道交通为主干运输网，以公路交通为区域运输网的多层次城市配送网络，同时具备循环回收、可重复利用、垃圾消纳等功能，构建城市生态物流系统，发挥轨道交通城市经济大动脉作用。

（2）创新轨道交通城市配送新模式。在完善的轨道交通城市配送网络基础下，通过配套高效智能的仓储、配送、装卸搬运等适用于城市配送的技术装备，发挥城市内部既有铁路货场、动车所、编组站在城市配送中的货物集散作用，拓展地铁、轻轨的货物运输功能。通过设计新型货物集配模式，在轨道交通城市配送网络上开行环行班列，实现货物运输的“客运化”“公交化”，使居民消费品在城市内部流动起来，实现轨道交通基础上的“最后一公里”运输。

（3）提升网络智能化水平。基于轨道交通生态城市模式，通过发展人工智能物联网、网络智能化，实现物联网、智能化、区块链、VR （虚拟现实）、AR （增强现实）、数字孪生等技术的应用，可实现铁路网与互联网的“双网融合”，从而提高轨道交通物流效率，实现数字化、智慧化的生态城市；还可实现人的能力的延伸和生活方式的改变，促进回归商品经济本质，去纸质货币化，实现电子支付、无感支付，为实现“以物易物”的交换、万物互联和万物共享打下基础。同时，还可在满足城市人流和物流需求的基础上，保证人们正常的社交距离和活动，实现货物实时定位和全程追溯。

（4）助力实体经济转型发展。随着近年来网络电商的不断发展，我国商场、超市等城市实体经济受到较大冲击。为助力实体经济转型发展，一个重要方法就是发展体验式消费。通过人工智能、网络智能支撑下的轨道交通配送，将新鲜、优质的果蔬和消费品及时送到各大商超和商业网点，实现集约化配送，解决目前城市配送普遍存在的低频次、小批量、资源浪费问题，有利于缓解交通压力；同时，通过消费者与厂家的直接对话，消费者可亲身直接体验和消费，实现实体经济和企业的联动发展。

（5）打造精神、物质及文化交流新生态。依托国家“一带一路”倡议契机，通过中欧班列不断增长的竞争力，发展以轨道交通为核心的配送网络，将世界各地的商品运送到城市内部，提供给人们进行体验和消费，打造轨道交通支撑下的精神、物质、文化交流平台，形成绿色出行和人际交往新生态，使城市更加宜居、环保，更加有文化内涵，为构建生态城市提供支持。

3 基于轨道交通的北京生态城市实施策略

3.1 构建以轨道交通为核心的生态物流系统

2020年，北京物流专项规划中提出构建安全、高效、绿色、共享、智慧的物流体系，支撑建设“国际一流的和谐宜居之都”。为实现上述目标，迫切需要构建生态友好、节能环保、资源循环利用的以轨道交通为核心的生态物流系统，该系统借鉴生物机体的循环原理，具备类似血液系统中动脉、静脉的干线运输网络，类似毛细血管的支线和社区配送网络，同时具备类似淋巴系统的垃圾消纳和再生资源回收功能，从而保证生态物流系统的循环可重复性，实现物流的生态化。以轨道交通为核心的生态物流系统结构

如图2所示。

生态物流系统以轨道交通为“大动脉”，以人工智能物联网作为“大脑”和“神经网络”，构建多层级、多功能的运输网络。通过铁路、公路、航空主干运输网实现货物在城市间的运输，将货物运输至铁路枢纽站或物流中心；之后，通过智能化装备实现列车解编及货车装卸，运用轨道交通干线运输网将货物运输到城市配送中心，并在配送中心进行货物仓储、装卸、分拣、安检等作业；配送中心将分拣完毕的货物根据去向装入新能源汽车，然后通过城市内部道路支线运输网将货物运送至商场、超市和配送网点；商店和超市可直接面向消费者销售货物，或根据消费者网络订单，通过社区配送网络将订单货物直接配送至消费者。上述过程实现了生态物流系统中货物由产地到消费者流动的全过程。生态物流系统的垃圾消纳和再生资源回收功能是货物运输配送的反向过程，通过配备完善的消纳系统将消费后产生的废弃物及时进行处理，减少环境污染，通过回收系统将消费后纸箱、纸板等包装材料进行回收利用，实现逆向物流。

3.2 发展新型货物集配模式

目前，城市内部货物集散和配送的研究主要是以道路运输网为核心开展的，而考虑以轨道交通网为核心的研究较少[11]。新型货物集配模式是以轨道交通网为核心和主体，城市内部道路和社区配送网络等作为重要组成部分，该模式运行效率的高低将直接决定生态物流系统整体效率。新型货物集配模式是基于既有轨道交通网络构建的分层次运输配送网络，分为外层和内层。货物依托全国铁路运输网络、编组站、物流中心等基础设施，根据运输计划，通过铁路列车运输到各外层节点，在运用智能化设备进行装卸和分拣作业后，外层节点开行环行班列将货物运输到内层节点。通过轨道交通可以实现大宗城市消费品在城市内部的流动，实现货物运输的“客运化”和“公交化”，将消费品根据地区需要实现均衡分布，减少道路对流、迂回和重复运输，降低交通压力。

（1）构建新型货物集配网络。在北京市既有物流系统结构和产业分布的基础上，依托北京既有铁路路网线路条件，以平谷马坊和高碑店等2个配送中心作为外层集配节点，以黄村、大红门、百子湾、双桥、顺义、沙河、庙城、三家店、牛栏山、环行铁道等10个配送中心作为内层集配节点，提出北京市“2+10”绿色物流体系规划设想，形成新型货物集配网络。北京市“2+10”绿色物流体系规划设想如图3所示。“2+10”绿色物流体系规划设想基于北京市现有编组站情况，以丰台西站和双桥站作为编组站，以平谷马坊、高碑店、丰台西、双桥站作为主要发送站，开行枢纽环行班列，通过铁路运输将外省市到达的货物按照交路快速分拨给有需求的其他节点，同时，其他节点集货后，统一在丰台西、双桥、平谷马坊和高碑店站整合成列后发往外省市。环行班列从发送站出发后在沿途各节点进行装卸作业，列车不解编，直接进行货物装卸车，在一个节点作业完成后列车开向下一节点，全部节点作业完成后该环行班列回到出发的发送站，该运输组织模式的应用将大大提高铁路城市货运效率。

（2）探索地铁城市货运。由于北京市目前地铁线路均比较繁忙，建设时也未考虑货运功能，因此可选择在地铁与铁路配送中心相邻的地方，通过过轨运营的方式试点地铁列车城市货运功能，实现地铁货运列车的开行。采用地铁列车的全部车厢进行货运，地铁列车在铁路货场进行集货和装卸等作业，之后过轨运营到地铁线路上，按照地铁运输组织模式在沿途各站进行作业。由于在建的北京地铁3号线和12号线车辆段临近铁路环行铁道配送中心，地铁4号线黄村站临近铁路黄村配送中心，具备过轨运营条件，因此提出利用北京地铁3号线、12号线、4号线开行地铁货运列车的方案。地铁货运列车开行线路示意图如图4所示。

3.3 构建基于轨道交通的人工智能物联网

在轨道交通绿色、环保、节能等优势基础上，将轨道交通与信息化产业、物联网技术等相结合，促进轨道交通网和互联网“双网融合”的实现，构建基于轨道交通的人工智能物联网。通过该物联网的高效运行进行统一组织和调度，完成各业务间的有效衔接，实现运输组织调度、仓储配送的可视化、可控化和智能化，实现人的能力延伸和网络智能化，为建设生态城市和智慧城市发挥作用。

基于轨道交通的人工智能物联网运用云计算、大数据、5G、物联网、人工智能、神经网络、数字孪生、虚拟仿真等技术，建设统一高效的一体化平台，通过分层分区域的运算方式、实物与虚拟仿真同步交互运作，实现数据赋能、虚实交互，从而实现数字孪生和太极运作。

（1）数字孪生。人工智能物联网中的数字孪生对生态城市中的轨道交通等基础设施对象建立数字模型，通过实物、仿真和数据分析来实时感知、诊断、预测生态城市各实体对象的未来实时状态，并通过优化和指令安排来调控物理实体对象的各种行为，如轨道交通的运输组织调度、作业管理等，并通过相关数字模型间的相互学习来不断进化自身运营管理水平，不断优化和改进相关决策，提升生态城市数字化管理水平。

（2）太极运作。基于轨道交通的太极运作可以实现现实物理世界和数字孪生世界的相互影响和交互作用，通过物联网将物理世界和数字孪生世界连接起来，并通过虚实之间的交互运算，实现两个世界的信息传递和价值传递，实现万物互联、万物共享，发展区块链技术、数字化经济，实现以物易物的等价交换。太极运作通过物联网的信息传输功能实现主体之间的信息交互和相互影响，以智能化和集成化的管理方式对自动化设备、智能化系统进行控制，以软硬件相结合的方式实现智慧运输的自动感知识别、服务可追溯、管理智能化决策等功能。

3.4 打造体验式消费平台

为发挥铁路的经济“大动脉”功能，满足人们的体验式消费和文化交流等需求，助力北京生态城市建设，可依托铁路节点打造体验式消费平台。根据《中欧班列建设发展规划（2016—2020年）》，将环行铁道规划为“一带一路”上的枢纽节点、贸易口岸和科技支撑，因此可在环行铁道开展试点构建体验式消费平台，该平台分为跨境物质体验区和国际文化交流区。

（1）跨境物质体验区。通过中欧班列、跨境电商班列将“一带一路”沿线各国食品、商品等运送至跨境物质体验区，商家可拓展“前店后库”等形式的商务交易活动，开展跨境进口、跨境直购、保税网购、体验式电商等业务，实现“线上线下”一体化销售，还可开展“线下自提”保税零售业务，成为国际化、多元化的商务区。建设跨境进口中高端商品特色街，引进世界知名餐饮品牌，游客可进行餐饮、娱乐等活动，品尝沿线国家的新鲜食品，如同置身国外体验一样。

（2）国际文化交流区。顺应“互联网+”与文化产业融合发展的趋势，以大数据、巨幕等技术为支撑，打造国际文化交流区，主要包括文化交流、技术交流、铁路文化主题环3部分。①文化交流。运用虚拟现实技术、声光影等手段展示中国工业发展史、铁路发展历程、铁路试验研发过程，让人们体验科学技术下的现代文明。②技术交流。立足我国铁路科技发展、智能高速铁路技术创新等领域，开展国际铁路技术创新高端峰会、铁路国际货运技术交流、智能高铁技术发展论坛、铁路发展成果展示、国际商务洽谈等交流、展示活动。③铁路文化主题环。利用环行铁道内既有铁路用地，结合周边铁道博物馆、电影博物馆、第四使馆区等文化因素，形成铁路文化主题环，设置以各国特色城市命名的车站，开行铁路文化列车。

4 结束语

发展基于轨道交通的生态城市符合北京市全国政治中心、文化中心、国际交往中心和科技创新中心定位的发展要求，通过构建以轨道交通为核心的生态物流系统、新型货物集配模式、人工智能物联网和体验式消费平台等措施，可为缓解交通拥堵、环境污染等“大城市病”，实现轨道交通支撑下的生态城市提供借鉴。目前，基于轨道交通的生态城市建设尚处于起步阶段，基础设施网络、车站设施及技术装备、管理水平等方面还存在不足，还需政府在规划审批、政策引导、实施配套等方面提供不断支持，从而促进轨道交通体系不断发展完善，在生态城市建设中发挥更大作用。