轨道交通四网融合与都市圈协同发展问题研究

倪艺文 杨茜婷 唐 锐 王 超

（北京交通大学经济管理学院，北京 100044）

引言

从1995年至2020年，都市圈在中国经济中的地位不断提高，集聚能力急速加强，经济总量迅速扩大，中心城市的经济势能不断强化。“十四五”时期我国轨道交通将进入新的发展阶段，都市圈等城镇化主要发展载体对轨道交通的差异化发展提出了新的要求[1]。当前我国的干线、城际、市域（郊）铁路和城市轨道交通呈现多网快速发展及融合的趋势。之前学者的研究主要是单独针对都市圈发展或者轨道交通四网融合，很少将二者结合研究并应用一定的经济学知识进行分析。因此本文将从两者的相互影响以及协同发展中的一般性和特殊性现状进行探究。

1 相关概念

1.1 都市圈

都市圈是城市群内部以超大城市、特大城市或辐射带动功能强的大城市为中心、以1h通勤圈为基本范围的城镇化空间形态。都市圈的合理半径以100～150km为宜，最远不超过200km。例如北京首都圈地势平坦，且北京作为首都居于核心地位，呈现出以北京为中心的圈层结构。

表1 轨道交通四网分类表

1.2 轨道交通四网

由都市圈概念可见，实现中心城市和周边地区的1h内通勤，显然即使汽车按最高时速运行也很难达到该通勤需求，这就需要速度更快的轨道交通来完成。

我国轨道交通从功能层次上分为4类（表1），其服务功能和圈层不同，主要特征如下：干线铁路（普铁和高铁）服务全国各大城市群的快速联系，兼顾部分重点城镇联系；城际铁路服务城市群内部各城市、重点城镇间的快速联系，兼顾部分外围组团联系；市域（郊）铁路：服务中心城区边缘与市域范围各中小城镇（城市副中心或组团）的出行，运行速度高于城市轨道交通；城市轨道交通（含地铁、轻轨、有轨电车等）服务都市区内部重点版块、枢纽之间的联系，支撑城市主要客流走廊，服务范围以城市市区内部中长距离为主，可适当外延[2]。

2 轨道交通四网分布与都市圈

2.1 轨道交通四网与都市圈空间形态的关系

21世纪以来，我国的城镇化发展迅速。随着城市经济的高速增长，城市人口数量不断增加，给城市发展带来动力的同时也带来了压力。现有的城市空间无法满足日益增长的人口，于是城市不断扩张，渐渐形成都市圈，使城市空间形态逐渐向外拓展，部分职能得到疏散。轨道交通在连接都市圈内部城市时，多条轨道线路往往汇聚于核心城市。因此整体中心城市较为密集的都市圈更容易构成网状的轨道交通线路，呈多中心辐射；地势复杂的地区轨道交通与城市顺延地形走向，线路容易不规则分布，相互之间联系较少。

2.2 不同轨道交通方式与不同圈层的关系

都市圈各圈层的轨道交通主要为：第1圈层即城市最中心区域（一般在15km以内），是属于整个都市圈最发达繁荣的区域，人口分布极其密集，客流量巨大，以城市轨道交通为主；第2圈层即核心城市区域（15-30km），该区域整体规模较大、经济发达，城市功能较完善，人口密度适中，但由于直径距离较长，为加强城市边缘的郊区和城市中心的联系，所以以城市快轨与市郊铁路为主；第3圈层（30-50km）区域紧邻核心城市区域，同时也是与其他城市接轨的区域，因此一体化发展的程度较高，主要以市域（郊）铁路和城际铁路为主[3]，50km以外的圈层则主要依靠城际铁路和干线高铁。

3 都市圈发展过程中居民轨道交通出行需求供给分析

在都市圈的快速发展过程中，轨道交通因其运量大、速度快、时间短、可以有效避开通勤高峰期公路堵车的特点，成为交通建设的重要一环。但地铁、城际铁路、高铁等轨道交通十分依赖基础设施建设，从建设到运营的每一环节均需要投入大量成本。因此借用供需曲线来进行轨道交通出行需求与供给的分析。如图1所示，供需曲线由需求曲线（D）和供给曲线（S）组合而成，横轴表示出行需求Q，纵轴表示出行费用P。横轴表示都市圈跨区域通勤需求；纵轴表示轨道交通用于服务不同圈层运输形式的票价。供需曲线的交点E为均衡点，即供给满足需求。

图1 居民轨道交通出行供需曲线

表2 北京都市圈人口变化表

以北京为例，轨道交通运输承担着北京市日常一半以上的运量，对于缓解通勤压力和解决都市圈人口问题发挥着举足轻重的作用。近些年，随着非首都功能疏解政策的逐步推进，北京都市圈的人口出现了一定的变化，详见表2。

北京总就业人数以及常住人口数量见表3，表中反映了2015-2019年北京就业人数变化情况。

综合上述数据可以看出，北京市总就业人数不断增加，中心城区人口数量在2015年前后5年内大幅度减少，非中心城区人口数量显著增加。与此同时轨道交通客运量也在大幅度增加，印证了都市圈发展使中心城市人口外溢、轨道交通出行需求增加的特点。对应图1中的需求曲线由D1增加到D2，在轨道交通供给不变的情况下，均衡点由E1上升到E2。根据供需理论，此时应调整整体票价，由P1上升到P2，以达到均衡。但为缓解都市圈人口压力、促进都市圈产业发展，满足通勤者特别是生活工作区间跨度大的通勤者长期的生活工作需求，轨道交通的票价具有惠民的特殊性，其价格由国家和政府统一制定，不随市场需求自行调整。与此同时，轨道交通的建设极度依赖基础设施，需要大量的人力、财力以及时间投入，短时间内无法增加轨道交通供给，即供给曲线S短时间内不会向右移动。由于跨区域出行的必要性以及轨道交通的便利性，绝大部分民众并不会因为单位票价的变动而大幅改变对轨道交通出行的需求。所以在当前票价下，供给S不变，需求D增加，郊区及都市圈范围内出现居民轨道交通出行供不应求的情况。

因此在当前难以通过增加轨道交通供给的情况下，如何有效利用已有的四网，使其与都市圈发展协同，最大限度发挥其运行效率以满足居民轨道交通出行需求，亟待研究。

表3 2015-2019年北京总就业人数变化表

4 出行时间-费用的等距离曲线分析

图2 出行时间-费用的等距离曲线

借用经济学厂商理论中等产量线的分析方法（朱善利，1994；梁小民，1996；干春晖，1998），参考荣朝和[4]（2011）论文构造“等距离曲线”（图2），用以分析四网融合与都市圈发展过程中，居民出行时间与费用的替代问题。图2中的横坐标代表出行所花费时间，纵坐标代表在轨道交通上所支出的费用，出行预算线的斜率就是出行时间-费用的边际替代率。

图2（a）中的L1是一条等距离曲线，代表在其他条件不变的情况下，可供选择的交通工具在该距离上所需支付费用与花费时间的所有组合构成的轨迹，曲线上的点a代表较高的费用Ca和较短的出行时间ta，b点代表较低的费用Cb和较长的出行时间，类似对应各中心城市之间出行选择普通铁路或高速铁路。

图2（b）中的直线Ka和Kb分别代表不同出行者所对应的出行时间与费用的预算线。Ka与Kb斜率的大小取决于出行者对时间价值的评价，若出行者更看重时间价值，愿意花费较多的费用以节约时间，则预算线斜率较大，相反，如果出行者更倾向于节约费用，则预算线斜率较小。预算线与等距离线相切的点，即图2（b）中Ka、Kb分别与L1相切的a点和b点，代表的是拥有不同时间和费用约束的出行者在该出行距离上所做的选择。

图2（c）中L1、L2、L3和L4分别代表在其他因素相同的情况下不同距离的等距离曲线，形成在特定条件下互补相交的一组等距离曲线簇，越靠右的曲线代表越远的出行距离。随着都市圈的不断发展与扩张，一些居民的通勤或出行距离也在相应地不断增长。通勤距离的增加也意味着高铁、城际、市域铁路以及城市轨道交通的换乘，此时衔接时间成为影响总出行时长的重要因素之一。结合图2（c），若不考虑衔接问题，都市圈发展对出行的影响体现在个人的通勤距离增加，假设等距离曲线由L1移动到L2。在各铁路以及城市轨道交通速度不变的情况下，若衔接时间较长，则等距离曲线会右移至L4，所耗费用不变，总出行时间变长。若推进轨道交通四网融合，加强运管、功能、枢纽和站城等方面的融合，缩短衔接时间，则等距离曲线可由L4向左移动到L3。

每一条等距离曲线会与其对应的不同时间费用预算曲线形成相应的切点，如图2（d）中的a1、a2、a3……和b1、b2、b3……，将其分别连接，形成图中A、B两条不同的“出行习惯曲线”（类比于等产量线分析中的生产扩张曲线）。其中A曲线代表在不同距离上都选择花费较高费用以节约时间的出行习惯；B曲线代表不同距离上都选择费用低且耗时长的出行方式，一般对应时间约束较小或者收入水平较低的出行者。如果有关部门通过合理的计划或管理优化，在四网融合的背景下推进“一票到底”、实行票务优惠等政策，节约出行者的费用支出，就体现在等距离曲线向左移动。结合上文图2（c）对衔接时间的分析，若能实现轨道交通四网融合与都市圈协同发展，随着衔接的不断优化以及优惠政策的推行，可以使等距离曲线较大幅度向左移动，为跨区域出行的居民带来更多的便利和福利。

图3 用运行图表示的时间距离示意图

5 运行图分析运行与衔接时间

荣朝和[4]（2011）用图3所示的运行图分析时间距离，指出衔接时间不但现实存在，而且由于衔接效率的改进往往跟不上运行速度的提高，衔接时间在时间距离中所占的比重会明显上升，甚至可能超过运行时间。图3中横轴表示时间，纵轴表示空间位置距离，运行曲线包括两个部分：衔接时间和运行时间。从a地到b地，方式二相较于方式一，虽然将运行时间由4单位缩短为2单位，但两端的衔接时间仍然不变。可见单纯运行时间的缩短并不能成比例地缩短整个两地之间的时间距离。如果运行速度进一步缩短而衔接时间始终保持不变，则总的衔接时间就会超过运行时间。

与此相类似，在都市圈与轨道交通四网融合的发展过程中，随着通勤距离的增加，市郊铁路不断发展。由于市郊铁路的服务范围为城市郊区或者卫星城，服务范围大，同时运行速度也高于城市轨道交通，为跨区域出行提供了便利，缩短了出行时间（可类比于图3中方式一的运行时间转变为方式二的运行时间），但市郊铁路在衔接上的问题却尤为突出。由上文分析可知，由于都市圈的发展，跨区域通勤使郊区至中心城区有着非常大的客运需求。而现今市郊铁路存在的普遍问题就是其运营与城市发展的“时空格局”[5]失配，如发车间隔大、车次太少，同时接驳不便，换乘效率低。以副中心线为例，根据官方公布的通州副中心线运营时刻表，北京西站至副中心线方向，早高峰时段仅有S101、S103及S105三趟列车，发车间隔分别为15min、20min；副中心往房山方向晚高峰时段仅有S104、S106及S108三趟列车，发车间隔分别为31min、26min（表4）。

表4 通州副中心线运营时刻表

与此同时，北京市郊铁路与其他交通方式接驳不便，集中体现在安检次数多、时间长，并且现有市郊铁路站场周围缺乏地铁、常规公交等交通方式衔接，或有接驳但空间组织设计不合理，致交通组织混乱，额外延长换乘衔接时间。

以通州副中心线北京东站为例，早高峰期间乔庄东至良乡方向，根据官方公布的运营时刻表乘坐S102“乔庄东—北京东”仅需24min，“通州—北京东”仅需15min。但由于周边缺乏合理的接驳衔接（公交线路少），由该站出站前往周边1km的就业地点，不管是乘坐公交还是步行，所需时间均接近或超过20min[6]。

6 总结

都市圈与轨道交通四网两者的发展相互影响，密不可分，由上文可以看出，都市圈的发展使跨区域出行需求猛增，推动轨道交通四网融合，虽然近年来取得了相当丰硕的成果，但仍然存在供需不平衡、衔接时间长等一系列共性问题。因此需要将两者结合共同研究，探索协同发展，解决现有问题，以便更好提升社会总体绩效。

随着轨道交通四网融合发展，轨道与公路等多种通勤方式结合，未来若实现地面线路和地下线路无缝换乘并且可以进一步实现“一票到底”，人们出行将更加方便，无论是时间成本还是经济成本都会大大降低，带给每天需花费大量时间通勤的通勤者“经济实惠”的福利。但是实现此种设想的前期投入将非常巨大，无论是人力物力财力，还是将原有道路轨道修整，又或是重新编排车次和路线以做到无缝衔接，都将投入不菲。但是考虑到数以万计甚至更多通勤者的需求，考虑到都市圈协同发展，这将是“功在千秋，利在万代”。