基于手機大數據的城市軌道交通規劃策略研究
——以石家莊市為例

陳 鋒

（中國地鐵工程咨詢有限責任公司，北京 100034）

交通需求分析和預測是城市軌道交通規劃的重要依據。《城市軌道交通線網規劃標準》規定“城市軌道交通線網方案應以交通需求分析為依據”，“交通需求分析應以城市綜合交通需求預測模型為基礎，分析城市交通系統運行狀況和城市軌道交通需求，為論證城市軌道交通建設必要性、確定線網規模、評價線網規劃方案、研究建設時序、控制城市軌道交通設施用地等提供定量依據”。

但是，交通需求預測模型是非常復雜的宏觀交通模型，其預測精度容易受城市規劃變更、軌道交通線網調整以及基礎數據質量等影響。安栓莊等[1]對北京、上海、廣州、深圳、南京、天津等城市的客流預測結果進行了評估，發現多數線路客流預測結果與實際客流存在較大偏差(見表1)。美國交通運輸部交通系統中心Pickrell[2]博士整理編輯了美國8個城市軌道交通項目相關數據，工作日日均客流量、公共交通總客流量、軌道交通開通后對公共交通總客流量的影響等三項預測結果的精度都難以讓人滿意(見表2)。

表1 國內軌道交通客流預測準確性分析Table 1 Analysis of accuracy of rail transit ridership prediction in China

表2 美國軌道交通客流預測準確性分析Table 2 Analysis of accuracy of rail transit ridership prediction in America

交通需求分析和客流預測結果是城市軌道交通規劃、設計、建設、運營等各個環節的重要依據，客流預測結果的較大偏差將會影響軌道交通運營的經濟效益和社會效益。近年來，隨著大數據相關政策的出臺以及云計算等技術的發展，手機大數據已經逐步被應用于城市規劃、商業選址等領域。與傳統調查方式相比，手機信令數據具備覆蓋范圍廣、樣本量大、時空連續等優勢，手機大數據的應用也為軌道交通規劃行業帶來了新技術和新視角[3]。

城市數據派主辦的《全國規劃行業大數據應用十大機構》的評選活動匯總了約230項規劃大數據項目，其中手機大數據已成為目前排名第一的大數據源(見圖1)。

圖1 規劃行業大數據類別和比例 Figure 1 Categories and proportions of big data in the planning industry

手機主動(電話、短信、位置移動等)或被動(基站為保持通信暢通而索引手機位置)與基站通信產生手機信令數據，根據信令數據和基站位置即可定位手機用戶的當前位置(見圖2)。海量手機用戶就形成了海量的時間連續、空間完整、關聯到人、真實無感的出行矩陣，通過晝夜的歷史出行規律，進而識別手機用戶的居住和就業地等信息。

圖2 手機定位原理 Figure 2 Principle of mobile phone positioning

雖然手機大數據主要應用于現狀分析，但是基于手機大數據的技術特點和優勢，可以從城市特征刻畫、現狀模型校核及發展趨勢研判等方面彌補需求預測模型的不足，與之優勢互補，提高軌道交通規劃的科學性和合理性。

以石家莊市為例，基于聯通智慧足跡DaaS平臺，挖掘和分析2019年10月的聯通手機大數據，從職住分布、職住平衡、出行需求、通勤圈等四個維度剖析城市特征，并與巴黎大區橫向對標分析，研判城市發展趨勢，借鑒巴黎大區軌道交通發展的經驗，從規劃策略層面為軌道交通規劃提供支撐。

1 城市特征刻畫及發展趨勢研判

1.1 職住分布

石家莊市下轄8個區、11個縣、代管3個縣級市，總面積1.45萬km2，截至2019年，常住人口1103.12萬人。

手機數據分析結果顯示，石家莊市職住呈現高度集聚分布，10 km圈層內人口和崗位占30 km(相當于都市區范圍)的70%和73%。從國內看，石家莊職住集聚度與天津接近，但遠高于成都(見表3、圖3)。

圖3 石家莊市職住分布 Figure 3 Population and job distribution in Shijiazhuang

表3 城市職住聚集度對比(各圈層職住占比)Table 3 Comparison of job-housing concentration degree (proportion of each circle)%

從國際上看，石家莊市職住圈層分布內密外疏，人口規模和圈層分布呈現出與巴黎大區(面積1.20萬km2，人口1141萬[4])相似的特點。區別在于，石家莊市5 km圈層內職住更為密集，而巴黎大區則是15～30 km圈層發展更為成熟，職住密度更高，如圖4所示。

圖4 人口和崗位密度圈層分布 Figure 4 Distribution of population and job density in each circle

巴黎大區的特征是就業、居住密度沿圈層遞減，職住相對均衡，通勤時間較短，多種交通方式并用。石曉冬等人[5]通過世界上五大都市圈職住圈層分布的對比，將巴黎大區定義為通過空間導向，也就是人口和崗位在空間上相對均衡分布來實現職住相對平衡的典型城市。

1.2 職住平衡

就業和居住的空間分離(也稱“職住分離”)會帶來偏高的交通需求和交通成本，在交通設施供給不充分和城市管理效率偏低的情況下，就會造成交通擁堵。

鄭思齊等人[6]提出的職住平衡指數包括兩個子指數，即“居住者平衡指數 JHBRH,i”和“就業者平衡指數 JHBRJ,i”，如公式(1)和公式(2)。

其中，J HBRH,i為區域i的居住者平衡指數，MATCHi為同時在該區域就業和居住的人數，Hi則表示在i區域居住的總人數；同理， JHBRJ,i為區域i的就業者 平衡指數，Ji為在i區域就業的總人數。

手機職住分析結果顯示，石家莊市區以外市縣(除靈壽、新樂外)職住平衡較好，約60%以上居民本地就業，如圖5所示。受中心城區大量就業崗位聚集的影響，都市區外圍四個組團(正定、藁城、鹿泉、欒城)的居住者平衡指數則處于中等水平。而中心城四區居住者平衡指數較低，意味著中心城內部具有大量的跨區出行，中心城一體化水平較高。

圖5 石家莊市居住者和就業者平衡指數 Figure 5 Residents and employees balance index of Shijiazhuang

藁城區和橋西區是外圍組團和中心城區的典型代表，二者形成鮮明對比。藁城43%居民選擇本地就業，32%居民選擇到中心城就業(裕華區15%、長安區11%，橋西區6%)，而橋西區則正相反，僅有35%居住本地就業，47%居民選擇中心城其他區就業(新華區14%，長安區18%，裕華區15%)，如圖6所示。

圖6 藁城區和橋西區居民工作地分布 Figure 6 Resident working distribution of Gaocheng and Qiaoxi districts

1.3 出行需求

手機大數據的出行分析顯示，石家莊市中心城4個區間交通聯系最為密切，特別是長安區和裕華區間交通出行量最大。其次，都市區外圍四個組團與中心城間出行量也較大，但各區縣交通出行分布存在較大差異，例如中心城各區與藁城間的出行量較大的依次為裕華區、長安區、橋西區及新華區，與藁城居民的工作地分布基本一致。

而從市域來看，受距離和交通條件等因素影響，都市區以外各市縣與中心城各區間的交通交換量相對較小，其中元氏縣、平山縣和辛集市依次排在前三位。

從中心城區(第一圈層)、都市區外圍四個組團(第二圈層)和市域其他市縣(第三圈層)三個圈層來看，第一圈層出行占到全市的39.3%，如果擴展第二圈層則占全市出行的61.1%。第三圈層與第一圈層間的出行占全市出行的14.1%，但與第二圈層間出行較少，其出行僅占全市的7.0%(見表4，圖7)。

圖7 石家莊市基于手機數據的出行分布 Figure 7 Trip distribution based on mobile phone data in Shijiazhuang

表4 石家莊市與巴黎大區三個圈層Table 4 Comparison of three circles between Shijiazhuang and Paris Region

2010年，巴黎大區居民出行調查分析報告顯示，人均日出行次數3.87次[4]，遠高于石家莊市(2.60次/人，2015年)，但出行分布與石家莊有相似之處。巴黎大區，57.5%的出行集中在核心區范圍內，擴大至中央集聚區范圍則集中了87.2%的出行，如圖8所示。與石家莊市的主要區別在于，巴黎大區的第二圈層發展更為成熟，區內出行占全市的21.7%，而石家莊市僅為8.1%。

圖8 巴黎大區出行分布[6] Figure 8 Trip distribution in Paris Region

1.4 通勤圈

相關數據分析結果顯示，部分大城市軌道交通通勤客流全日占比可達到60%，高峰時段更是高達80%，由此可見通勤出行的分析對軌道交通規劃至關重要。

關于“通勤交通圈”的定義，是與“通勤交通”定義相對應的，即與核心城市有“通勤交通”聯系的圈層。常用定義的有兩種，按照日本的界定，當通勤交通中超過5%是與核心城市間發生的，那么，這個地區就可以納入到核心城市的“通勤交通圈”范圍；第二種是中心城(或核心城市)通勤者在各圈層分布累計超過90%[7]。

這里基于第二種定義分析石家莊的通勤圈。手機數據大數據分析結果顯示，石家莊市的通勤圈半徑約為30 km，與都市區范圍大致吻合，涵蓋了中心城區(新華區、橋西區、裕華區及長安區)及第二圈層的四個組團(鹿泉區、欒城區、藁城區及正定縣)，如圖9所示。

圖9 石家莊市通勤出行圈 Figure 9 Commuting circle of Shijiazhuang

以上分析結果表明，石家莊城市目前整體上呈現強中心、大通勤半徑、職住聚集度高等特征。通勤圈半徑達到30 km，都市區內部各區縣出行聯系密切，同時職住在中心城區高度集聚，特別是10 km圈層內人口和崗位占比超過都市區的70%，而都市區以外各市縣職住平衡較好，本地就業比例較高，與中心城的交通交換量尚小。同時也說明都市區以外市縣與中心城的一體化程度有待提高，快捷的軌道交通系統是提高一體化程度的必然選擇。雖然在經濟發展水平和國際影響力上無法與巴黎相比，但是石家莊在城市人口規模、職住分布和出行分布上與巴黎大區具有一定的相似之處。

2 軌道交通規劃策略研究

基于石家莊總體規劃所確定的“雙核、雙軸、雙帶”的都市區空間結構和《遠景空間發展戰略》確定的“一城三區三組團”的多中心城市空間體系，經過宏觀交通模型的多方案比較，石家莊市形成了由6條線組成的“大放射，小方格”2010年版遠景線網方案[8]，如圖10所示。

圖10 石家莊市軌道交通線網及通勤圈 Figure 10 Urban rail transit network and commuter circle of Shijiazhuang

基于手機大數據對城市空間結構和職住特征的刻畫，對2010版軌道交通線網進行評價。石家莊軌道交通線網以中心城為服務重點，中心城(三環以內)軌道交通線路全長169.2 km，三環以內線網密度達到0.42 km/km2，同時向外延伸至都市區外圍區縣，線網整體布局與城市現狀通勤圈基本吻合。

但是，由于石家莊市目前通勤圈半徑已經達到30 km，而且未來隨著石家莊城市產業升級，市域一體化程度的強化，特別是第二圏層的逐步發展和成熟，多中心格局將逐步形成，石家莊市的通勤圈有進一步外擴的趨勢，那么2010版軌道交通線網對中心城與外圍組團，以及外圍組團間出行的支撐就會存在速度上的不足。

巴黎大區的軌道交通系統由地鐵、區域快線(RER)、市郊鐵路和有軌電車四個層次構成，其客運量占到全部公共交通客運量的70%[9]。巴黎大區的軌道交通系統秉承了“由內而外，先徑向后環向”的發展邏輯，各層次軌道交通在覆蓋范圍、服務對象上錯位發展、互為補充[10]。其中，地鐵主要服務于10 km圈層以內的核心區，且站點高度密集；而RER則主要服務于60 km半徑范圍，外圍地區設置支線，擴大線路覆蓋范圍，線路穿越中心城區，串聯六大火車站。RER在運營上開行大站快車，旅行速度可達50～70 km/h，采取共線運營模式，實現互聯互通，與地鐵多點換乘，緩解換乘壓力，建立市郊與中心城間的快速聯系，兼顧中心城區的長距離快速出行，與地鐵系統形成優勢互補，如圖11所示。

圖11 巴黎大區軌道交通系統 Figure 11 Urban rail transit network of Paris Region

雖然目前城市經濟發展水平和國際影響力與巴黎大區不可同日而語，但是作為京津冀世界級城市群的區域中心城市，石家莊市正面臨著巨大的發展機遇，未來在城市規模、空間結構、職住分布，乃至出行特征上與巴黎大區的相似性很可能進一步提高。

城市軌道交通系統的規劃和建設應與出行需求特征相匹配。巴黎大區通過空間導向，即人口和崗位在空間上相對均衡分布來實現職住相對平衡，并構建了包括RER在內的四個層次的軌道交通系統來滿足不同出行距離、不同可達性要求的出行需求，其RER是都市圈快速軌道交通系統的典范。鑒于城市現狀特征和未來發展趨勢的相似性，石家莊市應借鑒巴黎大區的經驗，明確軌道交通規劃策略。

1)為了應對城市通勤圈的擴大，在新的規劃背景下，應深入研究市域范圍的軌道交通布局，使軌道交通建設真正面向全域范圍來建設，增加軌道線網覆蓋范圍，實現“全域覆蓋”；

2)強化交通樞紐銜接，實現對重大交通樞紐的完全覆蓋，對機場、石家莊鐵路樞紐“兩主六輔”客運站以及各個方向的公路樞紐實現內外交通高效銜接；

3)豐富軌道交通系統的層次及制式，在目前普速地鐵制式的基礎上，增加市域快速軌道交通系統，服務中心城至組團、組團與組團間的快速出行，建立多層次的城市軌道交通體系，為石家莊市城市空間的拓展和一體化、可持續發展提供支撐。

3 結論和建議

以石家莊為例，利用手機大數據從職住分布、職住平衡、通勤圈、出行需求等四個維度刻畫石家莊城市特征，并與巴黎大區進行對標分析，研判城市發展趨勢，為軌道交通規劃策略提供了參考。同時，城市軌道交通屬于重大交通基礎設施，其遠期需求和客流預測至關重要。因此，在充分發揮手機大數據多層次、多維度、高精度量化分析優勢的同時，還應與交通需求預測模型優勢互補，揚長避短。