大西安都市區軌道交通線網規劃與優化思路分析

李巖輝

(1.中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043； 2.陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院),西安 710043)

1 研究背景

在大城市、特大城市以及城市群發展過程中，需要有大運量、中長距離、準時的軌道交通緩解日益增長的出行問題，進而形成客流走廊并對城市空間進行支撐、引導[1]。軌道交通的規劃、建設、運營改變了沿線土地特性和城市空間結構，將社會經濟活動吸引到交通走廊上，延展了城市空間，使城市空間布局發生變化。隨著軌道交通網絡化發展，逐漸形成以車站、換乘樞紐為核心，以線路、交通走廊為發展軸，以軌道線網、路網為覆蓋范圍的新城市空間形態[2-3]。目前我國城市化進程仍處于快速發展階段，城市空間、人口分布、產業布局日新月異，這也導致很多城市總體規劃數年修編一次，且很多大城市的人口規模、用地邊界在規劃年限之前就已突破規劃指標。而城市軌道交通的建設過程需要經過居民出行調查、線網規劃、建設規劃、可研、初步設計、施工圖設計、施工、聯調試運營、正式運營，整體周期均在5～10年，若考慮線網規劃修編、建設規劃修編等修改反復過程，其耗時更長。線網規劃通常有遠期、遠景兩個規劃年限，在此過程中，會出現軌道交通規劃年限超出城市總體規劃年限的情況。在該過程中，城市空間、人口分布、用地性質均會發生深刻的變化，而線網規劃又需要在這種不確定中與城市發展保持協調統一。為應對上述不確定性因素，需要在線網規劃階段審時度勢，做到線網與城市發展方向的協調。通過研究不同年份城市、線網的發展特征并把握其發展規律，并超前規劃、審慎修建，使線網與城市空間結構、人口及就業崗位分布、產業布局更加匹配，在線網能滿足城市空間拓展與交通需求的同時，又能做到規模經濟、布局合理[4]。以大西安城市軌道交通為例，介紹既有線網規劃的發展歷史與規律，提出未來軌道交通優化思路與方案。

2 大西安城市軌道交通線網規劃

2.1 歷次線網規劃與評述

進入21世紀以來，西安市經濟快速發展，先后進行了多次線網規劃。在該過程中，城市規模、社會經濟發展、人口總量、人口分布特征、出行結構均發生了深刻的變化，線網規劃也隨著城市發展變化逐漸調整優化，以下分別做簡要介紹。

(1)2005版線網規劃及部分路由調整

西安市于1994年開展西安市城市軌道交通建設的前期準備和基礎研究工作，在2005年初編制完成《西安市城市快速軌道交通線網規劃》[5]。線網由6條線路組成，總規模251.8 km，線網方案如圖1所示。

圖1 西安市城市快速軌道交通線網規劃(2005)

2005版線網規劃是在西安市第三次總體規劃(1995～2010)的基礎上完成，通過軌道交通支撐了中心城區特別是二環以內的交通需求，并對外圍空間的發展和新區的形成起到了促進作用。但彼時西安市第四次城市總體規劃已在編制過程中，其規劃年限為2008年～2020年，略晚于2005版線網規劃。隨著西安市社會經濟的發展、第四次總體規劃的批復、關中—天水經濟區發展規劃的批復、西咸新區的成立等外部條件的變化，西安市對2005版線網規劃進行了局部路由調整，作為后續工作的基礎，其方案如圖2所示[6]。

圖2 西安市城市軌道交通線網規劃(修編2005)

圖3 西安市城市軌道交通線網規劃(修編2014)

調整后的線網規劃方案緊密配合并有力支撐了第四次總體規劃的實施，該方案基本維持了2005版線網規劃方案的規模、結構、層次和功能，線網促進了主城區產業發展規劃的實現，并增強了主城區對外的輻射力。

(2)2014版線網規劃

為構筑西安國際化大都市，并支持西咸新區、高新區、航天基地、國際港務區、渭北工業區等組團的發展，在修編工作領導小組的組織下，形成《西安市城市軌道交通線網規劃(修編)》方案[7]，如圖3所示。

該方案由15條軌道交通線路組成，其主體網絡形態呈棋盤+環+放射結構，規劃線路總長度667 km，線網充分考慮了城市未來發展與土地開發利用，拓展城市對外的輻射范圍，同時確定1～6、8、9號線構成的“基本網”作為中心城區線網的骨干結構。

(3)2016版線網規劃

在2014版線網規劃完成后，陜西省住建廳于2016年5月編制了《關中城市群核心區總體規劃》，確定了以西安—咸陽—西咸新區為核心的都市區以及周邊組團共同構成的都市圈結構，原有的以西安中心城區為核心的區域進一步向外拓展，區域一體化程度進一步提高。在此背景下，在西安市規劃局、西安市地鐵辦、西咸新區規劃局、咸陽市發改委等部門的直接指導和參與下，編制了《關中城市群都市區城市軌道交通線網規劃(2016)》方案[8]，如圖4所示。

圖4 關中城市群都市區城市軌道交通線網規劃(2016)

線網方案由23條軌道交通線路組成，其主體網絡形態呈棋盤+環+放射結構，總長度986.0 km。線網由都市區骨干線(1～8號、11號線)、都市區區(市)域線(9號、10號、12～23號線)兩個功能層次構成。

2.2 各版規劃對比分析與區域發展量化分析

為能準確把握西安市城市發展與軌道交通線網規劃變化歷程并總結其歷史規律，進而分析未來發展趨勢，將歷次線網規劃及相關指標匯總見表1。

表1 歷次線網規劃各關鍵指標對照

上述結果表明，規劃用地面積、人口、中心城區出行量快速增長，而線網規劃也適應了城市發展與空間變化，由最初的中心城區范圍逐漸擴展至都市區范圍。體現為平均乘距指標隨著線網規模與城市空間范圍擴大而增長，換乘系數的提高也凸顯了軌道交通網絡化的效益。歷次線網規劃、城市規劃建設用地邊界經整理繪制，如圖5所示。

圖5 歷次城市規劃與線網規劃對比

從圖5可以觀察大西安范圍內的城市空間結構呈現出“集中—擴散”的趨勢，該變化過程可以用ROXY指數進行量化。ROXY指數是計算城市空間、城市群空間分布動態變化的指數，其計算公式如下[9]

(1)

表2 ROXY指數值與對應的含義

為衡量線網規劃不同階段的城市空間布局特征，選取第三輪城市總體規劃、現狀特征、第四輪城市總體規劃、都市區規劃4個時間節點進行分析，將研究區域按照規劃的功能板塊進行劃分，得出ROXY指數見表3。

表3 大西安地區ROXY指數

計算結果表明，研究區域的ROXY由正值變化為負值，即空間形態由集聚變為分散；ΔROXY一直為負值，表明城市空間結構由減速集聚變化為加速分散。上述結果基本符合大西安都市區由單中心結構，變化為以西安-咸陽-西咸新區為核心的、多組團發展的空間結構。根據ROXY指數趨勢推算，未來都市區空間仍將以分散發展為主，并逐漸趨于均衡，形成“核心區-新城/組團”的空間結構。軌道交通對都市區的格局變化起到決定性作用，提高各組團與中心城區可達性，實現并促進多中心城市結構發展、要素重新配置與優化。由于軌道交通TOD的帶動作用，沿線區域呈現“面上分散、點上集中”的城市物理形態，對于大西安地區來說，城市逐漸由中心城區向外圍拓展并形成多個新城、組團，而各個組團又圍繞軌道交通線路與站點形成高強度開發的區域，改變原有的“均質分布”土地開發模式進而形成片區中心。

2.3 存在問題分析

(1)線網與都市區空間關系

歷次線網規劃均與城市總體規劃保持了較高的耦合性，對比歷次線網規劃，差異較大的為2005、2014版，分別對應第三次、第四次城市總體規劃。2016版線網規劃的依據雖然為都市區規劃，但僅是西安、西咸新區、咸陽市等地區的總體規劃拼接而成，由圖5可以看出，2014、2016版線網對應的用地邊界差異不大，新增了興平市區、北塬新城，2016版線網也僅僅對2014版線網做了局部優化與加密，整體覆蓋范圍仍為西安—咸陽—西咸新區的都市區范圍。隨著城市版圖不斷擴大，大西安實施“北跨、南控、西進、東拓、中優”的新空間戰略，引導大西安差異化、高效化協調發展，在都市區范圍基礎上新增富閻片區、楊凌區、周至縣、三原縣等，因此，原有的線網規劃已無法滿足未來城市空間拓展的需求。

(2)多網融合問題

在城市空間范圍進行軌道交通研究屬于城市軌道交通范疇，但考慮大西安都市區范圍逐漸拓展為城市群范圍，則既有線網服務范圍與規模無法適應城市群范圍的出行需求。在關中城市群范圍內，規劃有關中城際鐵路網，“米字形”高鐵網絡也即將形成，基本構成由“地鐵-城際鐵路-國鐵-高鐵”組成的各級軌道交通系統。但各個軌道交通系統之間分屬不同的管理部門，尚未達到互聯互通、安檢互信、票務互信、資源共享等一體化和“一張網”要求。

(3)線網層次與多制式問題

大西安都市圈包括西安—咸陽為核心的片區，以及周邊組團、新城、縣鄉，其城市規模、人口、產業發展不盡相同，進而導致各個區域交通需求特征不同、區域之間交通走廊特征不同。不同的交通需求需要不同層次、不同制式的軌道交通予以支撐。根據不同運量等級、速度目標值、技術特征可將軌道交通劃分為多層次、多制式[10]，但歷次線網規劃對功能層次劃分較為模糊、單一，并未體現出需求、運能、速度目標值差異，使得外圍組團進入中心城區較為不便，部分區域至中心城區全程時間超過1 h，導致“快線不快”，都市區內空間可達性受到一定影響。

3 優化思路與方法

針對大西安線網變化規律與上述問題分析，提出以下優化思路，優化里程及各部分優化內容如圖6所示。

(1)以既有線網為基礎，支撐總體規劃并適當超前總體規劃

西安市歷次線網規劃對關中城市群、大西安都市區及各個組團的空間結構已經有了深入研究，可以作為下一步優化工作的基礎[11]。隨著西安市第五輪城市總體規劃工作的推進，在線網優化過程中，應以城市總體規劃的最新成果為主要依據，以促進用地集約發展、人口分布、資源重新配置、建設高效公交都市為目標，使軌道交通依托城市、服務城市[12-14]。

(2)城市空間分析

以大西安都市區為主要研究范圍，以整體都市區空間結構為基礎，考慮西安市、西咸新區、咸陽市及周邊各組團的銜接；對研究范圍內的人口及就業崗位分布、用地性質、開發強度、綜合交通體系、對外交通樞紐進行量化分析；并結合西安與咸陽歷史文化名城特征，處理建設項目與各類遺址保護區的關系，不僅做好文物的本體保護，更應做好文物的空間保護[15]。

第2步：以4組近似信號a3的2002-2011年間10年的信號數值作為BP神經網絡的訓練信號，以2012-2016年間5年的事故發生情況為預測目標信號，對2012-2016年間的交通事故發生的情況進行預測。

圖6 線網優化流程

(3)滿足都市區整體通勤需求

在大西安中心城區功能不斷完善的同時，城市功能逐漸向外疏解并產生新的出行需求[16]。因此，需要根據組團之間差異、不同走廊量級差異、不同運距構建不同層次的線網，特別是服務外圍地區與中心城區之間的通勤需求，通過控制速度目標值、全程運營時間、線路長度、站間距等指標以適應其長距離出行，拓展城市骨架[17]。

(4)多層次多制式與多網融合優化

西安市區、西咸新區、咸陽市與外圍組團之間，及各個組團內部的出行特征存在差異，該差異性提出了軌道交通制式多元發展的需求，從市情、域情出發，通過合理布局城市軌道(地鐵、輕軌、有軌電車等)、市域軌道(市域快軌、市郊鐵路等)、城際軌道、干線鐵路(高速鐵路、普速鐵路)等多層級線網體系，以滿足中心城區、核心區、城市群等各個圈層之間的出行需求[18-19]。

在大西安范圍內，已規劃有城際鐵路、城市軌道交通，同時市域快線、中低運量軌道交通正在研究中。目前存在部分走廊內城市軌道、城際鐵路共存的情況，主要有機場—新西安南—西安東、西安北—新西安南城際鐵路等。連接主要鐵路樞紐的城際鐵路主要起到接駁各樞紐的功能，因此僅連接各火車站，且發車間隔長、站間距大，與城市軌道交通服務水平有較大差異。機場—西安南—西安東為主要客流走廊，部分區段兩者可以共存[20]。同時，對部分軌道線路進行優化，使之在有限的空間內完成城際鐵路的功能，例如將7號線優化為北客站—南客站方向，作為穿過市中心的南北向快線，火車站—洪慶部分優化為向東放射的市域線；西安南—西安東與既有15號線重合，但道路條件受限，因此以15號線代替原有東西向城際鐵路。

4 優化結果

經充分考慮大西安都市區空間結構特征、重要客流集散點、對外交通樞紐、人口與就業崗位分布、產業分布，以既有線網規劃為基礎，梳理研究區域軌道交通功能層次，對部分骨干線路進行優化調整，對西咸新區、富閻板塊、咸陽—興平區域、渭北工業區、鄠邑區等外圍組團的線網進行加密。通過上述分析，形成“市域快線—骨干線網—中小運量線網”的多層次多制式城市軌道交通網絡體系，總規模1 797.5 km。其中，市域快線5條，規模285.5 km；骨干線20條，規模866 km；中小運量線路33條，規模646 km，優化方案如圖7所示[21]。

圖7 大西安都市區城市軌道交通線網優化方案

5 研究結論

(1)通過對西安市(大西安)歷次線網規劃進行總結、對比，分析了城市要素、線網規劃的變化特征。并通過ROXY指數進行分析，得出關鍵時間節點的城市空間變化指數與線網方案的關系。研究表明，大西安都市區空間結構由集中向分散發展，城市發展為軌道交通提供客流需求、產業支撐，反之軌道交通引導城市空間拓展、優化。

(2)通過對城市空間變化的定量分析可以看出，大西安都市區的發展趨勢呈現中心城區功能疏解并向外圍組團擴散的特征，城市空間特征由連片發展變為多核、多中心的形式，城市空間結構、出行需求特征的多樣化對軌道交通發展提出了更高的要求，線網規劃也應隨著城市變化而不斷優化、更新。

(3)分析城市發展、線網規劃過程中存在的問題，包括：線網規模與服務范圍無法滿足都市區、城市群的發展；多網融合程度較低；線網層次、軌道交通制式需多樣化以適應交通需求。

(4)根據城市發展趨勢、線網規劃特征，提出未來都市區、城市群范圍軌道交通優化方向與思路。以既有城市總體規劃、線網規劃為基礎，及時采納總體規劃最新成果，以多網融合、多層次多制式為主要目標，滿足中心城區、核心區、城市群等各個圈層之間的聯系。