研究笔记 | 网络视角下北京市地铁站与社区接驳便利度分析

前言

TOD模式作为一种整合城市交通资源、土地利用的模式被提出，被认为对于城市建设具有紧凑布局、有机协调发展和引导交通路网周边土地有序开发、建成后时间差换取收益的积极作用[1]。TOD的全称是 Transit-Oriented-Development ，是以公共交通站点为中心，以400-800米（约5-10分钟步行路程）为半径所建立的集办公、商业、文化、教育、居住为一体的城市综合体规划[2]。北京市政府高度重视发展TOD和地铁线网的建设。截止目前，已经建成包括两条环线在内的17条线路，现总长699.3公里并预计于2021年底达到1000公里左右。

图1：北京地铁线路图（https://map.bjsubway.com/）

然而目前已建成的地铁线网仍存在一些不足：地铁站点构成网络的连通性发育不足，受既有功能布局和控规限制较大[3]；各地铁站点TOD发展成效不均，金台夕照和国贸站的成效较低[4]；城市轨道在引导城市发展方面的潜力还未完全展现[5]。本文采用网络分析的方法来研究北京小区与地铁站之间在一定步行半径内（800m）的接驳便利度，接驳便利度将通过地铁和小区的路网可达性来反映。

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理论及背景介绍

本文选取由麻省理工大学团队开发的Rhino插件Urban network analysis（下文简称为UNA）作为分析工具。UNA插件用于空间网络的分析，包括沿空间网络的空间可达性、行人流量和设施客流量。提供可计算的参数公式及原理如下：（1）到达中心性（Reach）：在给定半径下，i(起点)能够到达多少个其它点。如果有权重的情况下，将所得数量乘以权重。

（2）引力中心性（Gravity）：假设点i的可到达性与周围目的地j的吸引力（重量）成正比，而与i和j之间的距离成反比。用权重代表重量，用距离的衰减函数作为引力：

简化版公式：

对其中的两个参数作如下解释：

β在软件中有三种取值，取不同的值会呈现不同的衰减效应。值越大衰减越快。

图2：β距离衰减函数，来自官方帮助文档

α的取值可以由用户自定义，和权重相乘可以放大或缩小权重的重要程度。

图3：α取值函数。来自官网教程（https://cityform.mit.edu/projects/una-rhino-toolbox）

（3）平直度中心性（straightness）：表示从起始点到重点的路径类似直线的程度。

简化版公式：平直度中心性=直线距离/网络距离

此外冗余指数(Redundancy Index):冗余指数计算每个O-D对的冗余段长度之和与最短路径段长度之和的比值。 可以对路网体系是否简单进行描述。

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数据来源与处理方式

数据主要包括了：北京市路网数据、北京市地铁站点数据、北京市居住区数据。获取方式如下。

图4：数据来源及网址

下载数据之后，根据地铁站点的范围，对其它两个数据进行裁剪，并且将三个图层均投影为UTM50分度带。处理后的数据如下：

图5：三种数据处理后叠加

此外住区居民和职业人群都是地铁的两大使用群体。并且考虑北京职住分离的特性，原本的实验设计中也纳入了办公区。但是叠合后发现这部分数据可以被居住区的点位所涵盖。因此在后续实验中只考虑使用居住区数据。

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步骤及可视化呈现

插件可以在官方网站（http://cityform.mit.edu/）进行下载和安装。

图6：UNA面板

按照上述编号分为五大分区：查看/编辑属性、导入/导出、网络数据集节点及边构建、参数运算、可视化。篇幅所限，仅使用了第四大块中“centrality indices（中心性指数）“的模块，计算半径为800m范围内的中心性指数。

数据生产过程如图。

图7：技术流程

共进行两次试验，第一次构建方式为以小区为起点、地铁站为终点。第二次构建方式为以地铁站为起点、小区为终点。因此分别得到了小区中心性指数、地铁中心性指数两套数据。对两套结果包含的参数作可视化展示：实验1：地铁站作为起点，小区作为终点

左侧为以小区面积进行加权的结果，右侧是不加权的结果。

图8：地铁站交通中心性——到达中心性（Reach）

图9：地铁站交通中心性——引力中心性（Gravity）

图10：地铁站交通中心性——平直中心性（Straightness）

实验2：小区作为起点，地铁站作为终点

图11：小区交通中心性——到达中心性（Reach）

图12：小区交通中心性——引力中心性（Gravity）

图13：小区交通中心性——平直度中心性（straightness）

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结果分析

1. 无论是否使用小区面积进行加权，所得结果高度相似。因此仅讨论不加权的结果：
到达交通性高的地铁站毫无疑问集中在中心城区，由于建成较早还承担着重要的交通中心功能；除中心城区的地铁站之外，离中心城区较远，位于八通线的几个地铁站：通州北苑-梨园一带中心性也很高，通州作为北京首都副中心，建设颇有成效。同时也会承载较多来京办公的通勤人员。内城区的棋盘网格状路网形态，提升了整体交通中心性导致这一区域交通中心性普遍高；并且内部相比之下有西强东弱的趋势。2. 角度如果切换到社区，可以发现并不是所有的社区都能被地铁所覆盖。甚至在800m范围内可以到达地铁站的社区也仅仅是少部分：800m范围内无地铁的小区甚至是有地铁小区的两倍。发展TOD尚未成功，仍然需要持续投入，期待最后生成可以覆盖到大部分小区，“出门见站”的交通线路网。

图14：800m通行范围内存在地铁和不存在地铁小区比值（左）各小区最邻近地铁站（右）中心性方面呈现出明显的由内环向外环逐渐降低的趋势，局部上来看有小组团的趋势。

后记

本篇使用UNA for Rhino的插件计算了北京市地铁站与各社区之间路面交通的接驳程度。对结果进行分析时由于不了解城市结构和区域特征对解读造成一定困难。仅仅解读了客观现象并未涉及太多机理，有待整理为更严谨的学术成果。并且本篇基于篇幅和运算量的考虑仅使用了计算可达性指数和寻找最近设施两个工具，读者可自行探索其它工具的用法。此插件还提供GIS版本，可以计算的中心性参数更多，GIS平台更容易进行后续分析。

【参考文献】

[1]杨兆林. 关于TOD模式下高效利用城市轨道交通公共服务设施的思考[EB/OL].(2018-09-16)[2021-06-03]. http://www.360doc.com/content/15/0417/09/90165_463816560.shtml

[2]搜建筑 | TOD开发模式——重要的发展方向，2021.02

[3]王志如,张满银.北京地铁网络时空演化特征评估及演化机制[J].经济地理,2021,41(04):48-56.

[4]何凡. 北京市轨道站域TOD发展成效评价方法[D].北京工业大学,2018.

[5]王兆辰. 基于TOD的北京轨道交通站点周边地区城市设计研究[D].清华大学,2010.

编辑 / 王超群

校对 / 张    舒