基于改進節點-場所模型的城市軌道交通TOD評估

張志健，高順祥，陳 越，肖中圣，鄧 進,2，許 奇

(1.北京交通大學 綜合交通運輸大數據應用技術交通運輸行業重點實驗室，北京 100044；2.北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037；3.北京交通大學中國綜合交通研究中心，北京 100044)

0 引言

為解決快速城鎮化帶來的諸多大城市病，提升軌道交通財務可持續性，以公共交通為導向的開發模式（Transit-Oriented Development,TOD）已成為促進城市與軌道交通可持續發展的重要方式。軌道交通站點周邊良好的服務狀況是實現緊湊型城市建設的重要保證，因此開展TOD 發展的測度研究具有重要的實踐意義。

TOD 理念中，軌道交通站點具有運輸乘客的交通功能與帶動周邊發展更新的城市功能雙重屬性[1-3]。既有研究基于TOD 的3D 準則，即高密度開發（Density）、用地功能混合（Diversity）和良好的城市設計（Design），對不同站點進行量化評估[4]，但僅依靠該方法無法充分體現站點周邊的發展潛力以及交通與土地利用的協調程度。Bertolini[5]提出的節點-場所（Node-Place,NP）模型通過量化評估站點地區的節點價值和場所價值以綜合評價兩者的發展水平和協調程度。在此基礎上，部分學者將可步行性和行人舒適度等設計特征納入NP模型，但仍是以對指標的補充和細化為主[6-10]。盡管NP 模型對節點與場所價值的刻畫愈發詳盡，但仍忽略了二者與客流之間的復雜互動機制[11]。軌道交通站點通過提升所在地區的交通容量和可達性，吸引商業、辦公等競租能力強的活動在其周邊集聚，促使土地的用地性質和開發強度發生改變，而站域功能的強化又為軌道交通的發展提供了充足的客流支撐。然而，既有關于客流的研究或將其作為節點價值和場所價值的一部分[11-12]，或僅評價兩兩之間的協調程度，未能充分反映客流、交通與土地利用三者間的相互作用[13-15]。

鑒于現有評價體系對TOD 發展的評價不夠全面細致，本文在經典的NP 模型基礎上，新增客流作為第3 個評價維度，提出改進的場所-節點-客流（Node-Place-Ridership,NPR）模型，分別針對工作日與休息日不同的客流特點從場所、節點、客流3 個維度對站點的發展水平和維度間協調程度進行量化評估，并依據車站聚類結果，研究不同類型站點的發展策略，以促進軌道交通與城市的高質量融合發展。

1 節點-場所-客流模型的原理與構建

1.1 改進的節點-場所模型

NP模型基于站域交通與土地利用應協同發展的理論[5]，其結果能評價軌道站點周邊區域的發展短板，并能為引導站域交通與土地利用向協同狀態轉變的規劃提供指導。具體而言，NP模型通過定量測度站點地區節點價值和場所價值，將站域劃分為5 種類型以綜合評價兩者的發展水平和協調程度，如圖1（a）所示。

圖1（a）中由對角線向兩側延展出的紡錘形區域表示節點與場所價值的協調狀態，該區域又由上至下被分為“壓力”、均衡”“依賴”3部分。“壓力”表示站點節點與場所價值均處于最高水平，站點周邊開發趨近飽和狀態；“均衡”表示站點節點與場所價值適中，各種指標協調較好；“依賴”類站點交通與城市活動較少，開發潛力較大。另外，在上述區域外為不協調區域，右下角為“不均衡節點”，表示站點周邊城市開發遲滯于交通基礎設施建設；左上角為“不均衡場所”，此類站點周邊城市開發強于交通節點功能，需要加強交通基礎設施建設。

在NP 模型的基礎上，本文將客流要素加入至第3軸，使NP模型改進為NPR模型，其空間中各區域的分類如圖1（b）所示。NPR 模型根據3維指標的差異將站點分為“壓力&高客流”“依賴&低客流”“平衡”“不均衡節點”“不均衡場所”5 類，其中平衡類與不均衡類又可依據客流量的不同進一步細分，從而實現對站點更精細、全面的分類評價。

圖1 模型原理

1.2 指標說明

NPR 模型從節點價值、場所價值、客流價值3 方面對站點周邊區域進行評價，本文采用的評價指標體系及說明如表1 所示。節點價值評價交通服務水平，包括站點及區域兩個角度，共計9項指標。其中，站點角度包含站點在軌道交通線網中的區位、所在線路的服務水平以及交通運行情況；區域角度考慮站點周邊的交通供給水平以評價乘客到達與離開站點的便捷程度。

表1 NPR模型的指標說明

上述基礎指標中，介數中心性是網絡中心性的一種，既有研究用其反映站點在線網拓撲中的重要程度[11,16]，具體計算方法如式（1）[17]所示。軌道交通連接度與城市功能連接度分別是車站到所有車站以及車站到中心車站的軌道交通平均出行時間，包括候車、在車、換乘時間，反映站點利用軌道交通出行的便捷程度，通過電子地圖獲取的路徑規劃數據計算。

式（1）中：Bi為站點i的介數中心性；σst為站點s到站點t的最短路徑數；σst(i)為站點s與站點t間經過站點i的最短路徑數；V為全部站點集合。

場所價值評價周邊建成環境，從高效聚集、用地開發、多元混合、街區設計和潛在價值等5方面提出22項指標度量站點周邊的開發水平，如表1 所示。其中，混合度指標以信息熵反映站域開發的多樣性，按式（2）[18]計算。天空開闊度表示站點周圍步行者能看到的天空范圍，反映街區設計中慢行交通的出行環境友好程度，其計算如式（3）與式（4）[19]所示。

式（2）中：Ei為站點i的用地功能混合熵；poiim為站點i周邊m類POI 的數量；M為POI 全部類型的數量，本文M取8。

式（3）～式（4）中：SVFi為i站點步行吸引范圍內的天空開闊度；α為方位角步長；Ωdirection為每個方位對該點的遮蔽度；γ為每個方位上建筑物形成的最大建筑高度角，用于計算遮蔽度。

1.3 綜合評價

NPR 模型指標體系涉及多層次、多類型指標的聚合，不同指標權重的選取尤為關鍵。既有研究確定權重的方法包括變異系數法、信息熵值法、德爾菲法、專家打分法等主、客觀賦權法，但均無法反映數據的空間特征。

因此，本文首先對各項基礎指標進行歸一化處理，并采用可反映數據在空間上集聚特征的全局莫蘭指數作為基礎指標的權重，計算模型如式（5）[20]所示。

在莫蘭指數的基礎上，計算并集計各分項中所有基礎指標的加權和，以進一步歸一化得到各站點的節點與場所價值。然后結合客流指標，利用K-means 方法對各站點進行聚類分析得到相應結果。

2 研究區域與數據

廈門市為東南沿海重要的港口及中心城市，其城區被海域劃分為本島（島內）與內陸（島外區域，包括海滄區、集美區、同安區、翔安區等不在廈門本島上的區域）兩部分，本島為廈門市核心區域，內陸則分別向北、西、東3 個方向延伸發展。廈門市軌道交通于2017 年12 月31 日開通運營，至今已開通3 條線路，里程達98.4km，設站65 座；已有的3 條線路分別自本島向北、西、東連接本市內陸部分，如圖2 所示。

圖2 研究范圍

在針對軌道交通站點周邊建成環境的研究中，一般以步行吸引范圍（Pedestrian Catchment Area,PCA）作為軌道交通站點的服務覆蓋范圍，既有研究多采用圓形緩沖區表示站點的PCA。以10min 作為步行時間閾值、1.3m/s 為平均步行速度，本文選用800m緩沖區作為地鐵站點的PCA。

本文運用多源融合數據，數據集主要包含：廈門軌道交通站點數據與線路數據、聯合國人口數據、基于工作地及居住地統計的城市人口數據、基于工作日及休息日統計的城市人口熱力數、站點周邊興趣點（POI）與興趣面（AOI）數據、建筑數據、路網數據、高程數據、小區數據、公交站點以及路徑規劃數據、車站進站量數據等。上述多源數據主要來自電子地圖運營商、公開數據等數據源，具體描述如表2所示。

表2 多源數據使用概況

3 結果分析

3.1 指標分析

利用全局莫蘭指數的空間集聚特征衡量各站點多層次、多類型指標的權重，結果如表3所示。

以表3 中莫蘭指數作為權重，匯集各項指標后可得廈門市各站點的節點價值分布如圖3（a）所示。廈門島內中心區域站點的節點價值最高，外部站點的節點價值則隨距市中心的距離增加而衰減，說明廈門島為廈門市軌道交通線網的核心區域。換乘站點的節點價值在同區位站點中表現出了較高的水平，這得益于其較高的介數中心性與交通供給水平。同時，2 號線在線網中的重要性和連通性也大于其他線路，因此2 號線各車站的節點價值明顯高于其他線路。

表3 NPR模型各指標的莫蘭指數

場所價值的分布呈現出向島內中心聚集的特點，島外僅集美區與海滄區部分站點場所價值較高，如圖3（b）所示。這是由于場所價值的各項指標如高效聚集、用地開發等均高度依賴于站點周邊的開發水平，因此在已開發完善區域的站點的場所價值較高。上述分布表明廈門島內的開發成熟度顯著優于其他區域，且廈門發展趨勢是由島內向外逐漸延伸。

圖3 廈門軌道交通站點節點與場所價值空間分布

相較于場所和節點指標，廈門市軌道交通的客流分布特征存在更明顯的中心性，且工作日與休息日相差較小，僅部分站點存在明顯不同，如圖4 所示。客流量大的站點聚集于3 條線交叉圍成的近圓形區域內，該區域包含大量居住與商業用地，為廈門市核心地段。在該區域外1、2號線島內段客流也較多，但在島外僅園博苑、海滄行政中心等站客流較大。

圖4 廈門軌道交通站點日均客流空間分布

另外，工作日與休息日的差距體現在部分休閑購物與就業集中站點，如塘邊站位于島內中部，以休閑娛樂為主，其休息日進站量高于工作日；而軟件園二期、何厝等站靠近軟件園等就業聚集區，工作日進站量顯著高于休息日。

3.2 模型對比

根據NP 及NPR（工作日）、NPR（休息日）指標，利用K-means 聚類算法分別將廈門市軌道交通站點分為6類，具體結果如下。

（1）NP模型結果

NP 模型的聚類結果及空間分布如圖5 所示，差異體現在不同區位及線路的站點間。平衡類站點主要分布在2 號線廈門島中心兩側，連通度好且開發時間早，具有中高的節點與場所價值；依賴類站點的節點、場所價值均偏低，出現在1 號線沿海布設的島外段，覆蓋范圍有限；壓力類站點同時擁有高節點與場所價值，主要位于市中心商業與就業區域。

圖5 NP模型聚類結果

此外另有3 類不均衡站點：不均衡節點站點位于2、3號線末端，導致其場所價值偏低；不均衡場所類可據其節點價值大小分為兩類，高節點站點位于3號線島內段，客流和開發強度均較弱；低節點站點主要位于島內線路服務水平不能滿足場所需求的成熟建成區。

（2）NPR模型結果

NPR 模型在NP 模型的基礎上引入客流指標，導致部分節點、場所價值相近的站點在客流指標加入后分類發生變化，其中根據工作日與休息日客流量的不同，變化也有所不同（見圖6和圖7）。分類的變化主要出現在島內區域，具體如下。

圖6 NPR模型（工作日）聚類結果

圖7 NPR模型（休息日）聚類結果

①島內中南部的體育中心、育秀東路及湖濱東路站由NP 模型中的壓力類轉化為NPR 模型（工作日）中的平衡&中高客流類。湖濱東路站在NPR 模型（休息日）中再次轉為壓力&高客流類站點。這一變化說明盡管節點與場所價值均較高，但較低的客流量會壓縮兩者的影響，改變站點的聚類結果。

②島內中部的烏石浦站由NP 與NPR 模型（工作日）的不均衡場所轉為壓力&高客流分類，該站周邊的購物設施在休息日帶來的巨大客流改變了該站的分類。

③NP模型中的不均衡場所（高節點）類站點轉化為平衡&中低客流類站點，這類站點的穩定客流彌補了其場所價值的不足。而在島外區域，位于3 號線末端的后村與蔡厝站也發生了相應的變化，兩站在NP 模型中分別為不均衡節點與依賴類，而在NPR（工作日）中均變為不均衡節點&低客流類，在NPR（休息日）中又由于休息日的低客流轉換為依賴&低客流類站點。

此外，仍有3 類的大部分站點的定義沒有改變，分別為依賴類、不均衡節點與壓力類，它們分別對應低客流與高客流。這些站點的節點價值與場所價值為所有站點中的極值水平，故其分類受客流影響較小。

3.3 討論

結合NPR 模型的不同分類，提出針對各類站點的差異化TOD開發策略。

（1）依賴&低客流類。這些站點位于城市郊區，開發程度低，交通基礎設施不完善，應在提升交通接駁能力的同時依托軌道交通站點建設具有區域特色的開發體系以吸引由中心城區出發的反向客流。以地鐵廈門北站為例，該站位于線網末端且周邊開發不完善，考慮到其交通樞紐的定位，未來應著重提升站點公共交通通達度以連接城市更多區域，在提升客流吸引能力的基礎上，進一步進行站域經濟開發。

（2）平衡&中高客流類。該類站點各項指標較為平衡，位于城市中心區，周邊以居住及混合用地為主，應在現狀基礎上限制站域開發強度，著力進行城市更新發展。以建業路站為例，該站周圍建成環境成熟，毗鄰數座商務建筑，外圍則多為住宅，該站應做好周邊用地設施的動態更新，維持現有開發水平，以避免過度吸引客流造成擁擠。

（3）平衡&中低客流類。該類站點與平衡&中高客流類站點類似，主要位于城市中心區，但周邊以低密度居住用地為主，故客流水平較低。應在現狀基礎上控制站域開發速度，實行有限開發。以湖濱中路站為例，該站毗鄰白鷺洲公園與狐尾山公園，周邊以居住用地為主，該站應結合周邊綠地與廣場用地較多的優勢進行針對開發，提升站域經濟活力及土地價值。

（4）壓力&高客流類：此類站點位于城市核心區，各項指標趨于飽和，應避免過度開發，并結合城市更新項目向周邊疏解客流壓力。以呂厝站為例，該站是市中心的換乘站點且站域以商業商務用地為主，客流壓力大。故建議該站一方面加強與周邊商業設施的聯系，實現站城有機結合，緩解客流壓力；另一方面控制站域新項目的開發數量，向外疏解商業設施，同時在規劃新線時避免在此重復交叉以減輕換乘壓力。

（5）不均衡場所&高客流類。這些站點位于城市中心區，其節點價值不能滿足周邊用地及客流需求，應加大交通基礎設施建設力度。以鎮海路站為例，該站位于廈門老城區，周邊用地情況復雜且商業商務設施密集，未來應考慮增加公交線路、優化線路發車頻率甚至規劃新線路等措施以提升該站的節點價值并向周圍疏散客流壓力。

（6）不均衡節點&低客流類。該類站點主要位于城市郊區新建線路上，站域用地開發處于起步階段，尚未形成成熟的客流體系，建議結合用地規劃合理設置站點開發目標，適當建設位于郊區的多樣功能節點。以鼓鑼站為例，該站位于翔安區南部，靠近規劃中的城市副中心，建議進一步完善周邊居住用地配套服務以聚集人口并與臨近站點聯動，加快商務設施建設速度，進行高混合度開發，打造區域中心以提升站域場所價值。

4 結語

本文以廈門市為例，在傳統NP 模型的基礎上提升維度引入客流指標，建立節點、場所、客流三者融合的TOD 評價體系。案例計算結果表明，NPR 模型可以修正場所或節點價值單一指標在結果分類中權重過大的問題，實現對車站更精細、更全面的分類評價。NP模型從節點與場所兩個維度將廈門市全部65 座軌道交通車站分為6類，而NPR 模型進一步結合客流指標將類別調整為壓力&高客流、平衡&中高客流、平衡&中低客流、不均衡場所&高客流、不均衡節點&低客流、依賴&低客流6 類，對站點類別結合客流進行了更精確的劃分。NPR 模型中不同類別站點分布不僅具有顯著的空間集聚特點，也與城市建設進度緊密相關，這一結果直觀反映了站域范圍的交通、土地利用與客流特點，有助于進一步有針對性地指導規劃建設。在此基礎上，NPR 模型為土地開發、交通基礎設施建設與乘客出行構建聯系，定量刻畫三者之間的協同程度，可為決策者提供認識站域開發情況的融合視角，有助于更全面地引導區域空間規劃與交通組織。受數據限制，本文僅以廈門為研究案例，而NPR 模型具有普適性，未來可探究不同線路乃至不同城市間的站點開發特點，為促進軌道交通與城市融合發展的高質量發展目標的實現提供理論支撐。