复杂铁路网条件下城市可达性研究

司亚旺 林立峰

（中国铁路太原局集团有限公司调度所，山西 太原 030000）

随着城市化进程的加快，保障城市出行的铁路运输网络规划问题显得尤为重要，交通规划的任务就是引导城市交通向更加有序化的方向发展。在路网复杂情况下，基于可达性的城市公共交通规划方法，通过交通规划引导城市空间的有序、合理增长，防止城市无序低密度蔓延，同时提升城市交通机动化运行效率，塑造友好的慢行街区环境是实现城市紧凑发展理念的重要手段。面对我国城市土地资源和能源相对稀缺、人口密度大的国情，高可达性导向的交通模式是我国城市化的必然选择。

在现有关于可达性问题研究中，Pedro 等[1]通过采用旅行时间和目的地吸引力这两个因素对城市可达性进行动态分析研究。LanMu 等[2]利用Uber X 和Uber BLACK 数据公开探讨了美国亚特兰大市区的可达性空间差异。尤雨婷等[3]研究南京至沿江地区城市客运出行全过程的时间可达性分析和城镇功能空间分布分析，王迎[4]对区域路网可达性的评价理论和方法进行了研究，将运输需求、公路等级、节点层次、节点重要度引入可达性评价指标中，并采用新的指标来描述区域路网可达性的程度。

虽然针对城市可达性有大量成熟的研究，但鲜有针对铁路复杂网络对可达性影响的情况，因此本文基于列车时刻表数据，研究复杂铁路网下城市可达性，本文的研究对综合网络系统具有一定现实意义，寻求一种评价交通可达性模型反映目前公共交通状况则有现实的紧迫性和必要性，并且对我国大中型城市交通实现可持续发展具有导向意义。

1 可达性计算方法

1.1 不同城市间可达性的研究。可达性本质上是表示出行者克服空间或时间阻隔的难易程度。速度快、时间短则认为可达性好；在单位时间内所能接近发展机会的数量越多则该点可达性好；在表示相互作用的潜力时，某一点所受的相互作用力大，则该点的可达性好；到达同样的目的地出行费用低，则可达性好；可达性还有很多解释如个人出行效用，效用高则可达性高等[5]。可达性是评价交通路网和区位的常用指标，由于路网密度可以直接反映城市间的功能联系、交易流和联通度[6]。

为了研究我国复杂铁路网对城市可达性的研究，同时考虑疫情对铁路运输的影响，选择2018 年某日列车时刻表数据为研究对象，分别统计普通列车和高速列车运行时各中心城市(包含27 个省会城市和4 个直辖市，但不含港、澳、台北)到全国其他中心城市的最短时间、列车对数、最少站点数数据，将这三要素进行综合考虑并对普速铁路和高速铁路进行综合分析，在此基础上对比分析普铁网络和高铁网络对全国31 个中心城市交通可达性水平影响。根据高铁的定义，高速列车包括以D 开头的动车组、以G 开头的高速动车组和C 开头的城际列车，其他均归属为普通列车。各城市间列车运行以运行最短时间班次统计最短时间、最少站点数时间，列车对数根据运行时刻表直接统计（含非直达列车情况下中转班次，但不考虑中转滞留时间）。

本文采用平均最短时间、列车对数、最少站点数三个因素来解释可达性。对于全国中心城市或不同地区之间，平均最短时间越少、列车对数越多、最少站点数越少，则其可达性越好。

1.2 最短时间对中心城市及各地区可达性的评价研究。利用最短时间评价选定某一中心城市到其他城市的时间量度，其计算公式为：

式中：Ta为选定某一中心城市到其他城市所用最短时间的平均值，表示该城市在铁路网络中最短时间可达性水平；Tij为选定中心城市i 到中心城市j 所用最短时间；n 为铁路网中中心城市总数但不包括选定的中心城市。

1.3 列车对数对中心城市及各地区可达性的评价研究。利用列车对数测算全国31 个中心城市的交通可达性水平。其计算公式为：

上式中：Pa为选定某一中心城市到其他城市开行的列车对数平均值，表示该城市在铁路网络中列车对数可达性水平；Pij为选定中心城市i 到中心城市j 开行的列车对数；n为铁路网中城市总数但不包括选定的中心城市。

1.4 最少站点数对中心城市及各地区可达性的评价研究。利用最少站点数测算全国31 个中心城市的交通可达性水平。其计算公式为：

上式中：Sa为选定某一中心城市到其他城市最少站点数的平均值，表示该城市在铁路网络中最少站点数的可达性水平；Sij为选定中心城市i 到中心城市j 的最少站点数；n为铁路网中城市总数但不包括选定的中心城市。

1.5 中心城市及各地区可达性水平的综合评价研究。对于可达性的评价还可以将最短时间、列车对数、最少站点数等因素进行综合考虑，对中心城市及各地区可达性水平进行综合评价研究。可达性综合评价指数A 和最短时间Ta、列车对数Pa、最少站点数Sa 有函数关系：

本文采用离散度分析法来研究可达性综合评价指数。离散度分析法是测量一组数据分散程度的方法[7]。离散度Vσ是标准差σ 与平均值X 的比。则各中心城市的最短时间、列车对数、最少站点数的离散度分别为VσTa、VσPa、VσSa，则中心城市可达性综合评价指数：

对于可达性的综合评价指数A，其值越大，可达性越好，其值越小，可达性越差。

2 普速铁路对全国中心城市及各地区可达性水平的影响分析

计算普速铁路对全国中心城市及地区可达性水平影响值，由于篇幅限制，本文不再详细列举计算结果值，以热力图形式对结果进行呈现。

2.1 普铁最短时间对中心城市及各地区可达性水平分析。计算可的最短时间对中心城市可达性水平分析如图1所示。时间在10～15 h 内有石家庄、太原、郑州、合肥、银川。其中，石家庄地处华北平原北部，地理位置相对偏北，虽不占据空间区位优势，但在交通方面是连接东西、南北的重要交通枢纽，有“火车拉来的城市”之称；时间在15～20 h内则集中了全国大部分城市，有北京、天津、济南、南京、上海、杭州、福州、南昌、重庆、武汉、长沙、西宁、兰州、西安。其中，长沙和南昌处于中部地区，空间区位优势明显，而天津和西安分别偏居于我国东部和西部。西安在连接我国西部与中部中发挥着支撑作用，是西部地区重要的交通枢纽，它的交通区位优势在西部地区也尤为明显。时间在20～25 h内有呼和浩特、成都、贵阳、南宁、广州、黑龙江。时间在25～30 h 内有昆明、吉林、辽宁。时间超过30 h 的城市有乌鲁木齐、拉萨、海口。

图1 普铁最短时间对可达性水平分析

2.2 普速列车对数对中心城市及各地区可达性水平分析。普速列车对数对中心城市可达性水平分析如图2所示。0～2 对之内的城市有银川、拉萨、福州、海口。这四个城市的可达性最差。8～10 对之内的城市有沈阳、天津、西安、上海、长沙。10 对以上的城市有石家庄、北京、郑州、武汉，这四个城市的可达性最好。

图2 普速列车对数对可达性水平分析

2.3 普铁最少站点数对中心城市及各地区可达性水平分析。普铁最少站点数对中心城市可达性水平分析如图3所示。北京和石家庄的站点数较少，分别为6 站和7站，可达性较好。可达性最差的城市是乌鲁木齐、哈尔滨、长春、沈阳。这四个城市的站点数平均都超过17 站。

图3 普铁最少站点数对可达性水平分析

2.4 普铁对全国中心城市及各地区可达性水平的综合评价。普铁对中心城市可达性水平的综合评价如图4 所示。可达性最差的城市有拉萨和海口，这两个城市的可达性综合指数均小于8，其中，拉萨是6.0，海口是6.3。其次是太原、合肥、银川，这三个城市的可达性综合指数在8～9 之间。对于普铁来说，全国大部分中心城市的可达性综合指数都在9～13 之间。而13～14 之间的城市有天津、郑州、上海、广州，这4 个城市的可达性比较好。其中，可达性综合指数最高的是郑州，郑州是中国中部地区重要的中心城市、国家重要的综合交通枢纽、中原经济区核心城市。

图4 普铁对可达性水平综合评价

3 高速铁路对全国中心城市及各地区可达性水平的影响分析

3.1 高铁最短时间对中心城市及各地区可达性水平分析。高铁最短时间对中心城市可达性水平分析如图5 所示。乌鲁木齐、西宁这两个城市的最短时间在8～10 h 之间,由于地理位置和经济发展水平的影响，这两个城市的可达性很差，接近于10 h。哈尔滨、沈阳、长春、太原这几个城市的最短时间在7～8 h之间，说明它们的可达性相对较差。贵阳、南昌、长沙、福州、合肥、石家庄的最短时间在6～7 h这个范围内，这六个城市的可达性属于较好，因为最好的时间在5h 之间；由图知，可达性最好的城市有济南、成都、重庆、南宁，上海，所花费最短时间皆小于等于5 h。

图5 高铁最短时间对可达性水平分析

3.2 高速列车对数对中心城市及各地区可达性水平分析。高速列车对数对中心城市可达性水平分析如图6 所示。呼和浩特、乌鲁木齐、银川、拉萨、海口这五个城市的可达性最差，高速列车对数平均不到一对。实际上，呼和浩特、银川、拉萨、海口这四个城市并没有高铁，只有乌鲁木齐的列车对数平均为0.3对。可达性较好的城市有北京、上海，列车对数平均在20～25对之间。可达性最好的城市是南京，列车对数超过25 对。

图6 高速列车对数对可达性水平分析

3.3 高铁最少站点数对中心城市及各地区可达性水平分析。高铁最少站点数对中心城市可达性水平分析如图7 所示。南宁和上海这两个城市的最少站点数平均都是1 站，可达性最好。全国大部分城市的最少站点数平均都在2～6 站之间。乌鲁木齐和西宁这两个城市的最少站点数平均为9 站，可达性很差。呼和浩特、银川、拉萨、海口，这四个城市没有高铁，它们的最少站点数是10 站。

图7 高铁最少站点数对可达性水平分析

3.4 高铁对全国中心城市及各地区可达性水平的综合评价。高铁对中心城市可达性水平的综合评价如图8 所示。可达性最好的城市有南京、上海，这两个城市可达性的综合指数都超过24。其中，南京地处中国东部、长江下游、濒江近海，是长三角辐射带动中西部地区发展的国家重要门户城市，也是东部沿海经济带与长江经济带战略交汇的重要节点城市。可达性较好的城市有北京、武汉，这两个城市的可达性综合指数分别是22.1 和21.3。其中，武汉中国中部地区的中心城市，全国重要的工业基地，是中国内陆最大的水陆空交通枢纽、长江中游航运中心，其高铁网辐射大半个中国，是华中地区唯一可直航全球四大洲的城市。综合指数为0 的城市有呼和浩特、银川、拉萨、海口，这四个城市没有高铁。而乌鲁木齐的可达性综合指数是1，其可达性最差。

图8 高铁对中心城市可达性水平综合评价

4 普铁和高铁可达性水平评价对比

普铁和高铁对中心城市可达性综合评价对比，如图9所示。对于普铁来说，可达性最好的城市有天津、广州、郑州、上海。可达性最差的城市有拉萨、海口。对于高铁来说，可达性最好的城市有北京、南京、上海。可达性最差的城市是乌鲁木齐。由图可知，呼和浩特、银川、拉萨、海口这四个城市没有高铁，其综合指数为0。由折线图可知，普铁和高铁对中心城市可达性综合评价趋势基本一致。

图9 普铁和高铁对中心城市可达性综合评价对比

5 结论

本文对普铁和高铁的可达性水平评价进行了对比，分别通过最短时间、列车对数、最少站点数因素来说明普铁和高铁对中心城市和各地区可达性水平的影响，最后将最短时间、列车对数、最少站点数等因素进行综合考虑，采用离散度分析法对中心城市及各地区可达性水平进行综合评价研究。综合分析复杂铁路网对城市可达性的影响，发现对于普铁来说，郑州、天津、上海、广州的可达性较好，拉萨和海口的可达性较差；对于高铁来说，南京、上海的可达性较好，乌鲁木齐的可达性较差。