【文章导读】地铁对沿线空气质量的影响机制及规划策略——基于武汉市三条地铁线路的实证研究

我国超大、特大城市大力推进城市轨道交通建设，以期缓解交通拥堵、改善空气质量。然而，地铁能否实质上提升沿线空气质量还缺乏实证研究。本文采用双重差分法评估武汉市3条地铁线路对沿线空气质量的改善效果，分析各线路的作用差异及影响机制，从大气环境视角提出规划优化策略，以期为地铁网络规划编制、站点建成环境优化、城市空间布局提供一定参考。

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理论分析

本文认为地铁对空气质量的影响存在多条作用路径（图1）。一是地铁改变了居民交通出行需求，进而影响机动车尾气排放量；二是地铁开通后，沿线的土地使用、空间结构等建成环境要素会发生改变，不仅会产生相应的生活与工业空气污染物，还会对交通出行需求产生反馈机制。在交通出行需求方面，既有研究存在交通替代效应与交通创造效应两种相反理论。交通替代理论认为地铁将改变居民出行方式，在交通出行总量基本不变的前提下，地铁的准时性和效率性高于机动车，人们会倾向于选择地铁出行，机动车交通量减少，污染物排放量随之降低。相反，交通创造理论则认为交通需求总是超过交通供给，地铁将导致出行需求的提升，加剧城市交通压力与空气污染。在交通需求增长的情况下，地铁的舒适性较差、耗时较长，同小汽车相比不占优势，其交通分担效果有限。此外，地铁在开通后往往会引导住宅、商业等设施向站点集聚，沿线土地使用、空间形态等建成环境发生变化，进而影响空气质量。

▲ 图1 | 地铁对空气质量的影响作用机制

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数据与研究方法

2.1 模型设定

本文采用双重差分法评估不同地铁线路对沿线空气质量的影响效应，将实验样本分为受政策作用的“实验组”和未受政策作用的“对照组”，通过对比两组在政策实施前后的相关数据差值，评估实施效应。

Y_it = α₀ + α₁ × near_i  × open_t + α₂ × X_t + c_i + w_t + ε_it

在该模型中，Y_it表示监测点i 在t 时间空气质量数据的自然对数。系数α₀表示无任何影响条件下的空气质量均值，系数α₁表示地铁开通对其沿线空气质量的影响效应，系数α₂表示气候条件的回归系数。虚拟变量near_i表示监测点i 是否临近地铁，距离近为1，距离远为0。虚拟变量open_t表示地铁是否开通，开通后为1，开通前为0。c_i为监测点的个体虚拟变量，w_t为时间虚拟变量，X_t为天气变量，ε_it为随机误差项。

2.2 研究区域与数据

在2014年12月至2016年12月间，武汉市依次开通了4、3、6号线（图2），各线路开通时间间隔相同，具有对比研究意义，本文将其作为研究对象。根据各空气质量监测点与地铁线路的距离，将其分为实验组和对照组。本文所选数据均处于2014至2017年间，涵盖地铁开通前后一年。

▲ 图2 | 武汉市轨道交通与空气质量监测点分布(2022年)

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实证分析与结论

3.1 回归结果分析

为验证双重差分法的适用性，需针对实验组和对照组的同一污染物浓度检验共同趋势。以CO浓度为例（图3），尽管在地铁开通前各组之间CO浓度存在一定差异，如4号线实验组CO浓度总体低于对照组，6号线实验组CO浓度总体高于对照组，但其变化趋势大致保持一致。因此，本文使用双重差分法是符合“共同趋势”假设的前提条件。

▲ 图3 | CO浓度共同趋势（其中，灰色虚线表示相应地铁线路的开通时间）

根据基准回归分析结果（表1），地铁开通在一定程度上改善了沿线空气质量，但各条线路的影响效果存在明显差异。其中，6号线对空气质量的改善较为显著，对除NO₂之外的污染物均具有一定的缓减效应；3号线对空气质量的改善效果并不明显，PM10、CO、O₃浓度有所下降，但PM2.5、NO₂浓度有所增加；相反，4号线对空气质量产生了负向效应，AQI及PM2.5浓度在地铁开通后有所上升。

▲ 表1 | 总体样本双重差分回归结果

注：括号内为稳健标准误；*p<0.1，**p<0.05，***p<0.01。

3.2 影响机理解析

本文对地铁线路客流量、站点周边的设施及地理要素的变化量进行分析。地铁的客流量表现了沿线居民的出行需求，站点周边设施密度变化可反映地铁对沿线城市功能与用地的影响。随着地铁开通，客流量保持稳定增长，且3号线客流量增速最快，6号线客流量增速缓慢（图4）。在4号线开通后，沿线周边设施密度有明显增长，而3号线和6号线周边设施密度小于开通前（表2）。其中，4号线沿线的商业和生活服务设施密度显著增长，6号线沿线增加了公共服务设施、商务服务和工业企业，而商业和生活服务设施密度在3号线和6号线沿线有所降低。地铁客流量与站点周边设施与线路区位紧密相关，地铁3、4、6号线分别位于中密度、高密度和低密度城区。

▲ 图4 | 高峰小时最高断面客流量（单位：万人次/小时）

▲ 表2 | 地铁开通前后的周边设施及地理要素密度（单位：个/km²）

本文认为在交通替代效应与交通创造效应的综合作用下，地铁线路对空气质量的影响呈现出明显的空间异质性，沿线建成环境的配置与空间布局是关键的影响因素。在低密度城区（如6号线沿线），地铁的交通替代效应大于交通创造效应，有助于提升空气质量；在中密度城区（如3号线沿线），地铁的交通替代效应可能被交通创造效应抵消，对空气质量的改善效应并不明显；在高密度城区（如4号线沿线），地铁的交通创造效应超过交通替代效应，空气质量在地铁开通之后不升反降。

对于沿线低密度城区，地铁具有准时性、便捷性和低价优势，在原有交通总需求基本不变的情况下，能够增大交通供给实现对路面交通的替代，从而实现污染减排效果。此外，在沿线站点周边进行居住、商务、商业与工业的混合开发，有助于提高职住平衡水平，提升地铁可达性、服务效率，降低出行次数。对于沿线高密度城区，地铁开通对房地产市场影响显著，将抬升地价与楼价，引发居住与商服功能的再聚集，从而创造出新的通勤者与通勤需求。一方面，在交通需求增加情况下，拥挤的地铁会降低乘客出行的舒适性和便捷性，其性价比下降，对地面交通分担率的边际效用趋弱。另一方面，高昂的住房成本将超过机动车通勤成本，居民可能选择在离中心城区地铁站点较远的区域居住，并增加私人汽车使用量，导致交通创造效应大于交通替代效应。

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大气环境视角下的规划策略研究

减少尾气排放、改善空气质量是城市轨道交通的重要社会价值，本文发现其作用效果在不同线路间存在空间异质性，相关规划中应加强研究和论证，统筹考虑地铁线路、城市功能与土地利用的合理布局。我国超大城市、特大城市已达20余个，普遍存在中心城区开发强度大、人口密度高、环境品质低等问题。在高密度城区，轨道交通可能引发人口、房地产、商业商务和交通需求的再聚集效应，导致交通创造效益大于交通替代效应，削弱了空气质量改善效果。同时，地价房价的提升推动郊区职住空间的错配，增加了以高密度中心城区为目的地的交通需求，不仅加剧了高密度城区交通负担，也削弱了各新城组团之间的交通联系，难以发挥TOD的预设理想效果。因此，超大、特大城市的地铁线路规划应与城市土地利用及空间功能有机结合，合理引导中心城区降低开发强度和人口密度，优化地铁站点周边居住、商服等功能的空间混合配置，多举措有序促进各公交枢纽地区的职住平衡，不应一味追求经济效益优先的沿线高密度开发。

本文撰稿：袁满  严明瑞  单卓然

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原文介绍

《地铁对沿线空气质量的影响机制及规划策略——基于武汉市三条地铁线路的实证研究》一文已在知网首发。

【doi】10.11819/cpr20231620a

袁   满，华中科技大学建筑与城市规划学院、湖北省城镇化工程技术研究中心、自然资源部城市仿真重点实验室，副教授，[e-mail]。

严明瑞，江苏省规划设计集团城规院二所助理城市规划师，[e-mail]。

单卓然，华中科技大学建筑与城市规划学院、湖北省城镇化工程技术研究中心、自然资源部城市仿真重点实验室，副研究员，副系主任，本文通信作者，[e-mail]。

【基金项目】教育部人文社会科学研究项目“时空行为视角下老旧社区地理环境对公众健康的影响机制及社区更新策略研究”(22YJCZH227)；国家自然科学基金面上项目“都市圈临界合作区的功能地域识别、发展潜力评估及空间协同模式研究——以武汉都市圈为例”(52278062)；武汉市知识创新专项项目“武汉‘市区级商业中心’的吸客力特征、影响因素及功能提升路径研究”(20221569)资助成果。

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https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=A67obWUfw0mgIZJ2uLl6U47spG2xi_ARNXla_3mEPBbruDKeiBePYOxvvxsUH0kgEZfAiUtKdvd_tb-JdVvOdMNfPLh1GZCMmsl9bpCkjuRMN60eJ74TiKpyyxWux5DHIAft32TpOGw=&uniplatform=NZKPT&language=CHS

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