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我们用星象图告诉你:地铁交通如何实现1→38城的发展(数据下载)

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2021-04-14

梁伟东   广州市城市规划协会,助理工程师

欧阳馨秋   中山大学地理科学与规划学院

王   浪   东南大学交通学院


版权说明:感谢作者授权发布,如有转载等事宜,请联系原作者。

本文经授权转载自城市化研究(urban-sysu),如需授权请联系原文平台




导  语



我国对于星象研究由来已久,在天人合一的哲学思想指导下,古人常将星象观测推演用于占卜各种事物,以窥凶吉。如果,将全国已建成的约4000个地铁站点比作夜空中的点点繁星,近200条地铁线路串联起星罗棋布的站点,会不会也像散布于银河中形态各异、璀璨夺目的星象呢?我们能否通过不同星象的组合,仿照古人的观星测象对城市的发展进行推演测算呢?从中我们可以发现什么有趣的结论或者仍待解决的问题呢?


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图1 中国古代星象图(来源:网络)




01

构建中国大陆地铁交通数据集



北斗七星是北半球非常重要的星象,古人会根据初昏时斗柄所指的方向来决定季节,迷途的旅人也可根据其确定方位。上海地铁1号线上海体育馆站-汉中路站段的形态与北斗七星非常相像,而最早开通的1号线在上海地铁线网中的地位与重要性,也与北斗七星异曲同工。


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图2 北斗七星与上海地铁1号线上海体育馆站-汉中路站段对比图



2020年的成都地铁线网与形似伞状的华盖星有几分神似。



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图3 华盖星与2020年成都地铁线路对比图



根据中国城市轨道交通协会发布的统计,截至2020年12月31日,全国城市轨道交通运营线路总长为7978.19公里,地铁线路约占79%,长度为6302.79公里。2020年新加入“地铁俱乐部”的城市为太原,加上北京、天津、上海、广州、长春、大连、武汉、重庆、深圳、南京、沈阳、成都、佛山、西安、苏州、昆明、杭州、哈尔滨、郑州、长沙、宁波、无锡、青岛、南昌、福州、东莞、南宁、合肥、石家庄、贵阳、厦门、乌鲁木齐、济南、兰州、常州、徐州、呼和浩特等已开通地铁线路的城市,“地铁俱乐部”共有38名成员。


地铁交通作为城市研究的热点问题,我们团队一直保持关注,并希望进一步扩大地铁交通方面研究的广度与深度。本次研究我们团队以古人所绘星象图为蓝本,对不同城市的地铁线路进行推演测算,以一个新视角观察城市地铁交通。


首先,我们需要对全国的地铁线网有一个全面的了解。目前,不少地铁爱好者和相关的研究都整理出部分城市的地铁线路资料,但大部分都缺少长时间序列数据的整理,同时数据格式主要以文字、图片为主,缺少空间参考信息。为此,团队成员搜集了各城市地铁线路图、各类相关的电子地图和历史地图,构建各城市地铁站点及线路的空间信息;结合各方公开信息对各线路的规划报建、动工建设以及开通运营的时间点进行整理,构建起具有较强时效性、准确性的中国大陆地铁交通数据集,其数据结构如下:


表1 中国大陆地铁交通数据集数据结构示例


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中国大陆地铁交通数据集下载地址:


https://github.com/GZUPA/subway-traffic-data-set

说明:本数据集包括截止2020年12月31日中国大陆已开通的地铁交通的城市:北京、天津、上海、广州、长春、大连、武汉、重庆、深圳、南京、沈阳、成都、佛山、西安、苏州、昆明、杭州、哈尔滨、郑州、长沙、宁波、无锡、青岛、南昌、福州、东莞、南宁、合肥、石家庄、贵阳、厦门、乌鲁木齐、济南、兰州、常州、徐州、呼和浩特、太原;站点数据和线路数据以shapefile形式提供;本数据集为开源数据集,由于条件所限难免存在错误遗漏之处,欢迎各位批评指正,可将意见或建议发至:liangweidong@upagz.cn;如有相关研究使用本数据集,请在研究成果中注明,谢谢!


02

图形学下的地铁星象图



我们团队将1990年—2020年开通的地铁站点与线路,以10年为区间,仿照中国古代星座图的形式,绘制已开通的地铁站点及线路星象图。图中以较大的星点代指已开通的站点,白线代指已开通的线路,较小的星点代指截止2020年已开通的站点,星象图中仅显示此时间段及之前已开通地铁的城市。


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图4 1990年已开通的地铁站点及线路星象图


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图5 2000年已开通的地铁站点及线路星象图



1990年只有京津两地开通地铁,到2000年上海和广州先后加入队列。



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图6 2010年已开通的地铁站点及线路星象图


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图7 2020年已开通的地铁站点及线路星象图



2010年开通地铁的城市增至13个,2020年则快速增至38个城市,开通地铁的城市越来越多,星象也越发的千汇万状、形态多样。


2.1  城市地铁的初形态


综合上述38个城市地铁线网的发展,不同城市地铁交通发展阶段差异较大,而且形态各异,但如果以图形学的角度出发,我们从长时间的动态发展中发现一些共性的特点:



  • 城市的首条线路的形态可以总结为南北走向的“1字形”、东西走向的“一字形”以及兼顾各方的“N字形”;


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  • 当地铁线路进行组网时,一般会遵循“十字形”或“丁字形”组网。


这与广州市在地铁线路规划上的探索与积累的经验存在一定的关系。广州市在1980年代结合香港及国际先进经验,以1960年代就已提出的“十字线网”为基础不断调整完善。而“十字线网”的设计经验也被多个城市吸收并运用到地铁建设中。


而地铁成网后,其主要形式为放射状或“环状+放射状”,后者一般出现于一线城市或地铁发展较高阶段中。


2.2  城市地铁形态度量


对2020年各城市的地铁线路站点统计其空间分布的椭圆扁率α(介于0-1之间),当扁率越接近于0,说明站点空间分布越接近于圆。以0.2作为划分区间,5个区间内的城市分别有6个、14个、8个、5个和5个。


处于0-0.2区间的城市包括无锡、长沙、北京、上海、广州和沈阳,其中北上广三市的地铁交通已发展多年,其线网架构与发展已较为成熟;其余三市地铁运营时间在7-10年左右,基本形成十字线网及放射线网。武汉、深圳、成都和重庆处于0.2-0.4区间内,由此我们不难发现,较为成熟的地铁线路站点空间分布接近于圆,整体形态规整,而重庆由于地形因素的影响,其扁率较大,整体形态类似于人体心脏。



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图8 典型城市地铁站点空间分布椭圆



城市整体形态也是影响地铁线路布局的重要因素,这在沿海城市尤为明显,如地铁开通接近20年的大连和开通6年的青岛,狭长的城市形态使其站点空间分布扁率较大。而新开通地铁的城市如济南、乌鲁木齐、青岛、东莞、常州、兰州和太原等,由于线路较少,其站点空间分布扁率一般大于0.7。



03

地铁与城市时空发展的联动



团队构建的数据集,其“用武之地”不仅可以画出各年份的星座图以及分析其形态特征,还可利用其空间和时间属性,对不同阶段城市建设进行横向与纵向比较,并结合多源数据进行多种研究。



当前我国正重点支持“两新一重”建设,城市轨道交通作为“新基建”七个主要产业领域之一,据统计,2020年内投资规模将为总投资的40%-50%左右,预计将达4000-5000亿元左右[2]。同时,城市轨道交通是现代大城市交通的发展方向,是解决“城市病”、建设绿色城市和智慧城市的有效途径。而地铁作为城市轨道交通最重要的组成部分,其诞生就与城市规划建设息息相关,在“新基建”的背景下,地铁交通的发展与城市建设的关系将更为紧密。


3.1  38城地铁星座图


为了更好地展示各市地铁交通与城市建成区的联动关系,团队成员使用GAIA数据集(1985-2018)[3]构建各市各年份的建成区范围,结合开通后的地铁站点、线路以及开通里程,分别列出里程在500km以上、200km-500km、100km-200km、50km-100km以及50km以下的城市的动态星座图,如下所示。



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图9  地铁里程500km以上的城市长时序联动星座图



目前我国地铁运营超过500km的城市是上北蓉广,其中“北上广”作为我国城市化发展的第一阵营,地铁开通运营时间较早,而成都在2010年才修建第一条地铁线路,但作为新一线城市后来居上,实现了近三年修建线路数量翻2倍,总里程增长到近三倍。通过这几座城市地铁的发展可以直观地看到我国大陆地铁交通发展的主要特点:


城市的首条地铁一般建于已成规模的城市中心地区,用于改善中心区交通状况,第二条地铁线在首条线路的垂直方向或一侧环绕建设,随后根据城市形态发展更多的地铁线路,构建地铁网络;


地铁中后期发展建设目的各异,如北京因其团块状城市布局,在开通2号线环线后继续开通13号线环线以缓解北2环至北5环的交通客流,而上海在打通主城区南北贯线后,开通2号线加强市中心与距离较远的浦东新区的联系;



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图10  地铁里程200km-500km的城市长时序联动星座图



地铁里程在200km-500km的城市包括深圳、武汉、杭州、重庆、西安和郑州。借鉴香港地铁运营模式的深铁集团是为数不多的地铁盈利企业,因此深圳地铁的建设速度一直处于较快状态;其余五座城市,都是近年来“抢人大战”中的焦点,为促进经济发展、吸引人才自然需要加大交通基础设施建设的力度。以西安市为例,不仅在市区修建地铁,改善了中心城区交通状况,拉大了城市骨架,而且修建三条跨市线路,增强了中心城市的区域辐射能力。同时,西安地铁虽然总里程并不多于杭州市,但其客运量则处于较高水平,而且地铁线网施工材料设备均由本地提供,相关行业新增就业岗位近两万个,大大提高了交通建设对当地经济的贡献率。


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图11  地铁里程100km-200km的城市长时序联动星座图


地铁里程在100km-200km的城市包括天津市、南京市、苏州市、长沙市、昆明市、宁波市、青岛市、沈阳市、合肥市和南宁市。地铁网络从侧面反映城市的空间发展形态,上述城市的地铁网均与城市建成区发展相契合,若存在河流水域,则其周边或垂直方向都会开通地铁线路。天津市是我国较早开通地铁的城市,城市副中心或卫星城逐渐成型后,其地铁线路的建设也相应跟进组成放射性网络,但是建设速度较慢,运营线路仅有6条,总里程不足180km,客运量也仅有3.39亿人次,这也是近年来天津的城市建成区发展较慢的侧面反映。与之形成对比的则是青岛市、合肥市和南宁市,这三者2015年之后才开通地铁,但是建设速度较快,城市空间发展势态较好。


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图12  地铁里程50km-100km的城市长时序联动星座图


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图13  地铁里程50km以下的城市长时序联动星座图


地铁里程在100km以下的城市多为中西部省会城市和东部地区的二线城市,这些地区地铁建设同样呈现出城市空间发展差异化的特点。长春、大连等东北地区重要城市在2005年前开通第一条线路后,地铁建设存在较长的空窗期,而在后续的发展中南方地区的南昌、无锡、厦门等城市则后来居上,结合建成区的范围我们可以从一个侧面了解到不同地区产业经济发展的此消彼长。


3.2  城际地铁趋势明显


在不断完善市内地铁线网的同时,城际轨道线路(地铁)的规划或开通的趋势日趋显现,如最早建成沟通广州和佛山的广佛线,以及今年2月2日试车的杭绍城际线,地铁越来越成为打破城市行政边界、连接城市空间组团的重要枢纽。团队选取北京与天津,上海、苏州、无锡、常州、南京,以及广州、深圳、佛山、东莞三个城市群,构建可直观展现城市间地铁交通联系的星座图。


(请将手机横过来看)

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图14 北京与天津城市群地铁交通联系


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图15 上海、苏州、无锡、常州、南京城市群地铁交通联系


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图16 广州、深圳、佛山、东莞城市群地铁交通联系


从星座动图中,我们不难看到在地铁联系空间紧密性上,广州、深圳、佛山、东莞城市群处于前头,上海、苏州、无锡、常州、南京城市群次之,而京津由于廊坊市的地域因素,联系性较低。


3.3  TOD模式功效尚未明显出现


从城市空间扩张与地铁线网延伸的相互关系中,按照公共交通导向模式(TOD)理论的预想,城市轨道交通(地铁)应发挥引领城市空间发展的作用,但是从38个城市的星象图中我们尚未能明显地发现这种趋势的存在。笔者认为导致这种情况的潜在原因可能有以下两个:


一是在地铁发展的初级阶段,其使命主要是为了缓解中心区内的交通拥堵问题,引导城市空间发展的功能退居其次;


二是目前地铁筹集资金的模式主要为地块出让,而当某条地铁线路沿线地块的出让资金不足以支持该线路建设时,可能会吸收其他地块的出让资金,导致该线路开通并发展的同时,其他出让地块也一同发展;


三是缺乏地铁建设和沿线土地联动开发机制,沿线土地整体开发和运营的程度较低,大部分线路亏损运营或依靠财政投入,也进一步加剧了地铁投资对土地出让的依赖;


在某种程度上而言,部分城市的地铁发展建设仍在持续着城市“摊大饼”现象。如何改变地块出让作为地铁筹集资金的主要模式,充分引入社会资本以及激发各种合理的土地价值捕获机制,是各个已步入或即将步入“地铁俱乐部”的城市需要考虑的重要问题。



04 结  语


我国大陆地区从1971年北京首条地铁线路运行到现在超过200条线路投入运营,开通地铁的城市从1座到38座,刚好走过了50个春秋,斗转星移间,我们能否预测未来10年、20年如夜空星象般的地铁站点如何发展?能否进一步探究星象中,地铁交通与城市发展的奥秘?能否从过去的经验中吸收养分,更为科学高效地指导下一步的地铁发展?


相信我们团队构建的数据集能做的不仅如此,团队接下来的工作将从微观和宏观两个方面开展,微观方面我们将聚焦于线路站点及其各个出入口与周边用地的联动、立体交通的衔接等方面,而宏观方面我们将努力构建全球地铁线路的数据集,并在用地筹备、融资建设、开通运营以及对城市发展的影响等多个方面开展研究。


一个团队的力量终是有限的,集思广益方能取得更大的进步,请有志于研究城市轨道交通的朋友们与我们团队联系,希望可以在思想碰撞与学术交流中迸发出新的观点,对城市轨道交通产生新的认识,以期指导新的实践。


在此感谢广州市城市规划协会副会长兼秘书长黄鼎曦博士的指导,同时感谢参与构建数据集的东南大学的戴一同学、哈尔滨工业大学的黄怡欣同学。


本数据集已存放于github上并将定期更新(https://github.com/GZUPA/subway-traffic-data-set.git),如有研究需要,请在参考文献中注明出处;


若大家发现有错漏之处,欢迎指正,电子邮箱:gzupa@upagz.cn。



北京地铁一期工程开始于1969年10月1日正式通车,但并未投入公共运营,1971年1月15日开始试运营,属于半运营状态。


参考文献

[1]中国城市轨道交通协会信息 第1期(总第28期) 2021.1.1

[2]https://new.qq.com/omn/20200618/20200618A00DMZ00.html

[3]Gong P , Li X , Wang J , et al. Annual maps of global artificial impervious area (GAIA) between 1985 and 2018[J]. Remote Sensing of Environment, 2019, 236.



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