環(huán)狀軌道交通廊道網(wǎng)絡效能與樞紐體系解析

張依婧 謝樂龍 汪濤 張毅 李朝陽

關鍵詞：軌道交通；軌道交通樞紐；城市空間結構；東京山手線

0 引言

發(fā)展軌道交通是解決大城市病、建設綠色城市與智能城市的有效途徑[1]。軌道交通環(huán)線由于形態(tài)的特殊性，對整體軌道網(wǎng)絡構架和城市空間結構具有重要影響[2]。一方面，軌道交通環(huán)線的周向聯(lián)系和銜接換乘功能可以很好地調節(jié)線網(wǎng)客流分布，使整體軌道網(wǎng)絡形成體系，提升軌道交通網(wǎng)絡的整體運輸效能和軌道交通分擔率；另一方面，環(huán)線與徑向線路交叉可以提高線網(wǎng)體系的聯(lián)通性，增大軌道交通出行的可達范圍，線路相交處的交通樞紐易發(fā)展形成城市副中心，引導城市資源集聚和城市功能布局調整[3-4]。2019年9月，中共中央下發(fā)《交通強國建設綱要》，針對軌道交通提出“推進多模式軌道交通融合發(fā)展”“提升城市軌道交通銜接換乘水平”“構筑多層次、一體化的綜合交通樞紐體系”[5]。因此，研究環(huán)狀軌道交通廊道對軌道交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡效能和樞紐體系的作用具有重要意義。

東京被譽為“軌道上的城市”，其高效、集約、經(jīng)濟、便捷的軌道交通系統(tǒng)是全球軌道交通系統(tǒng)的典范。山手環(huán)線作為東京都心的交通命脈，集結眾多不同制式線路，串聯(lián)眾多重要交通樞紐，日均客流量超過400萬人次[6]92，扮演著環(huán)狀軌道交通廊道和樞紐體系的重要角色，有力支撐了東京軌道交通系統(tǒng)的高效運轉，促成了東京都市圈集約型城市空間形態(tài)，加速了東京都市圈的現(xiàn)代化。當前我國不少城市正在進行軌道交通建設，借鑒東京軌道交通的發(fā)展經(jīng)驗顯得尤為重要。

1 東京都市圈及軌道交通系統(tǒng)概況

1.1 東京都市圈概況

東京由大至小可以劃分為4個圈層，依次為首都圈、東京都市圈、東京都和東京都區(qū)部（見圖1）。首都圈包含東京都市圈、櫪木縣、群馬縣、茨城縣和山梨縣，面積為36 889 km?，總人口為4 379萬人；東京都市圈包含東京都、埼玉縣、千葉縣和神奈川縣，面積為13 556 km?，總人口為3 609萬人；東京都包含東京都區(qū)部、多摩地域和島嶼部，面積為2 193 km?，總人口為1 378萬人；東京都區(qū)部包含23個特別區(qū)，面積為622 km?，總人口為926萬人[7]。

1.2 東京都市圈軌道交通系統(tǒng)概況

東京都市圈軌道交通系統(tǒng)呈“環(huán)+放射”狀，由新干線、JR（日本鐵道）線、私鐵、東京地下鐵、都營地鐵、中低運量軌道交通等系統(tǒng)組成（見圖2），可以為東京都市圈中不同范圍、不同距離的各類出行提供服務（見表1）。新干線具有高速、大容量、大站距等特點，以服務全國范圍內城市之間的長距離出行為主。JR線和私鐵呈放射狀，具有高速、大容量、小站距、快慢線組合運營等特點，以服務東京都市圈中心城區(qū)與衛(wèi)星城及衛(wèi)星城之間的通勤為主。東京地下鐵和都營地鐵密布于東京都的中心區(qū)域，采用小站距，以服務東京中心城區(qū)內部的短距離出行為主。中低運量軌道交通系統(tǒng)包含有軌電車、AGT（無人駕駛軌道交通）等，作為地鐵的補充分布于城市的各處。雖然JR線、私鐵、東京地下鐵和都營地鐵屬于不同運營公司，但是多年來東京都市圈廣泛開通直通運營線路，實現(xiàn)了不同系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。除早期建成的銀座線、丸之內線和大江戶線外，東京都市圈其余地鐵線路均與JR線或私鐵開通了跨線運營[8]。JR線和私鐵依托地鐵實現(xiàn)了城區(qū)內的直達服務，地鐵的服務半徑也依托JR線和私鐵擴展到更大范圍。

東京成為世界上典型的以軌道交通為主導的大都市有其特殊的歷史原因。東京采用“先建軌道后發(fā)展城市”的戰(zhàn)略，在機動化時代到來之前優(yōu)先發(fā)展軌道交通，使軌道交通發(fā)展擁有引領城市發(fā)展的有利天時。東京軌道交通線路密集、站點密度大、覆蓋面廣，居民采用軌道交通出行可達性極高。東京軌道交通系統(tǒng)具有多投資運營主體和清晰的層次結構，不同系統(tǒng)間互聯(lián)互通，并采用多樣化的運營組織方式，滿足旅客的差異化需求，出行便捷性極高。東京倡導“站城一體化”發(fā)展模式，站點周邊高強度開發(fā)，軌道交通與城市融合發(fā)展，為居民提供了極大的便利。東京軌道交通具有優(yōu)越的服務水平，如準點率高、發(fā)車間隔短、運營時間長等，吸引眾多居民選擇軌道交通出行。諸多因素造就了軌道交通在東京城市交通中根深蒂固的主體地位。

2 山手線環(huán)狀軌道交通廊道形成與功能剖析

2.1 山手線環(huán)狀廊道的形成與發(fā)展

（1）山手線基本概況

山手線是在東京都區(qū)部的中心地區(qū)運營的一條橢圓形環(huán)線，連結都區(qū)部眾多主要地區(qū)，全長34.5 km，內部圍合面積約63 km?，共設30座車站（見圖3）。山手線由東日本鐵路公司（JR東日本）運營，具有運能大、速度快、站距小、通勤化、發(fā)車頻率高等特點。列車采用E235系11節(jié)編組，設計車速達120 km/h，平均站距1.15 km；列車在運營方向上劃分為逆時針的內回和順時針的外回，全部各站停靠，全程時間約60 min；列車每日運營時間超過20 h，高峰時段發(fā)車間隔低至2 min。

（2）山手線成環(huán)運營以及環(huán)狀軌道交通廊道的形成

串聯(lián)成環(huán)階段（1872—1925年）：山手線并非規(guī)劃成型，而是由不同時期修建的東北本線、東海道本線、山手線等線路拼接形成環(huán)線（見圖4）。1872年開通的京濱鐵路（后來歸為東海道本線）上的新橋—品川段和1883年開通的東北本線上的上野—田端段成為后來山手線的一部分。1885年，連接東海道本線和東北本線的品川線（品川—赤羽）開通運營，該段線路是后來山手線的主要構成部分。1903年，豐島線（池袋—田端）開通運營，并與品川線合并，稱為山手線。1906年日本鐵道國有化后，山手線開始運營客運線路。1919年，山手線與橫貫東京的中央線在東京站相接，形成“の”字形的運行方式。1925年，山手線上的最后一段（上野—神田）完工，山手線成環(huán)運營，連接東北本線、常磐線、中央線、東海道本線等線路。

放射線加密階段（1925—1955年）：依托于環(huán)線形態(tài)的特殊性與地理位置的優(yōu)越性，山手線能夠與不同方向的線路有效銜接，實現(xiàn)客流在各交通走廊之間的換乘，吸引大量線路與之銜接。由于一般鐵路不被允許進入東京市中心，東橫線、小田原線、井之頭線等私鐵相繼接入圍繞市區(qū)的山手線，并將首末站設置于山手線環(huán)狀廊道上。1950年代起，東京地鐵快速發(fā)展，新宿線、丸之內線等地鐵線路相繼開通運營，并與山手線相交銜接。隨著外圍鐵路線和中心區(qū)地鐵線的加密，東京都市圈“環(huán)+放射”狀的軌道交通網(wǎng)絡骨架逐漸形成。

環(huán)狀廊道強化階段（1955年至今）：東京自1950年代起開始執(zhí)行“通勤五方面作戰(zhàn)”計劃，對東海道、中央、東北、常磐、總武5個方向的主干線路進行通勤化改造[9]。在此階段，山手線通過多復線化、開設并線運行線路等方式逐漸擴大運量，實現(xiàn)客貨分離和快慢分離。1956年，山手線的雙復線軌道增設完成，山手線與京濱東北線分離運行。1960年代至1990年代，東海道新干線、橫須賀線、埼京線等鐵路線相繼接入山手線，與山手線并線運行；東北新干線、上越新干線、北陸新干線等6條新干線以共軌方式相繼開通運營，環(huán)狀廊道進一步拓寬。21世紀初期，依托與多條線路相互連通的條件，山手線環(huán)狀廊道上開通了湘南新宿線、上野東京線等直通運營線路，進一步提升了廊道的運力和效率。

隨著環(huán)狀廊道的強化和東京軌道交通的發(fā)展，多達18條鐵路線實現(xiàn)了與山手線共用環(huán)狀廊道。除田端—駒込段和大崎—品川段為山手線自身復線外，其他區(qū)間均有不同數(shù)量的線路并行，其中多個區(qū)間軌道股數(shù)達到10條（見表2），區(qū)間日均客流量達到50萬人以上（見圖5）[6]103。經(jīng)過100年的發(fā)展，山手線由最初的單環(huán)貨運線路演變?yōu)槎鄰途€化的強大環(huán)狀客運廊道，憑借其極高的交通密度和互聯(lián)互通的軌道交通網(wǎng)絡，滿足了東京都市圈龐大的通勤交通需求和內外交通轉換需求。

2.2 山手線環(huán)狀廊道特征與功能剖析

（1）依托廊道非單線，提高網(wǎng)絡運營效率

從世界范圍來看，環(huán)線在成規(guī)模的城市軌道交通網(wǎng)絡中應用非常廣泛，例如莫斯科地鐵5號線，北京地鐵2號線、10號線，上海地鐵4號線等。對于山手線而言，在傳統(tǒng)的環(huán)狀線路的基礎上，通過復線化改造，進一步發(fā)展形成了功能強大的環(huán)狀軌道交通廊道，其案例在世界上是獨一無二的。多復線化的環(huán)狀軌道交通廊道相比單線運行的環(huán)線，發(fā)展模式更為成熟，極大提升了環(huán)線的運輸能力和疏解外圍放射線路向心客流的能力，提高了整個軌道交通系統(tǒng)的運營效率。

（2）銜接放射線路，滿足內外交通轉換需求

截至目前，在東京都市圈軌道交通網(wǎng)絡中，多達52條軌道交通線路與山手線實現(xiàn)銜接，包括7條新干線、13條JR線（不含新干線）、13條私鐵、10條東京地下鐵、4條都營地鐵和5條中低運量軌道交通?；趶姶蟮纳绞志€環(huán)狀廊道，東京都市圈形成了“環(huán)+放射”型的軌道交通網(wǎng)絡結構。山手環(huán)線以外的放射線以新干線、JR線和私鐵為主；以內的線路以東京地下鐵和都營地鐵為主。作為外部交通和內部交通的銜接通道，山手線環(huán)線發(fā)展成為鐵路和城市軌道交通的重要轉換節(jié)點，有效解決了內外部交通快速轉換的需求。新干線、JR線、私鐵、地鐵等不同層次的軌道交通通過環(huán)狀廊道一體銜接，形成了高效協(xié)同的都市圈軌道交通網(wǎng)絡，很好地調節(jié)了客流分布，提升了全網(wǎng)的時間可達性。

（3）發(fā)揮鐵路互聯(lián)互通優(yōu)勢，實現(xiàn)鐵路服務深入城區(qū)

與傳統(tǒng)以地鐵制式為主的城市軌道交通環(huán)線相比，依托鐵路通道形成的山手線環(huán)狀廊道，除了在均衡放射性軌道交通線路上的優(yōu)勢外，還具有鐵路互聯(lián)互通的優(yōu)勢。得益于山手線的建設起步早，該廊道深入東京區(qū)部核心區(qū)，擁有獨一無二的區(qū)位優(yōu)勢。在隨后新建的鐵路中，通過與山手線直通運營，有效實現(xiàn)了鐵路服務深入核心城區(qū)，緩解了換乘站點的壓力（見圖6）。例如，上野東京線就是利用東北本線、高崎線、常磐線、山手線和東海道本線的既有軌道開通的直通運營線路。

（4）設置多樣化運營組織方式，滿足差異化客流需求

山手線多復線化的環(huán)狀廊道為多交路組織和快慢車組合運行的開通創(chuàng)造了有利條件。根據(jù)客流需求，運營在山手線廊道上的JR線路一般設置有2種以上的交路，并利用快慢線組合運營模式實現(xiàn)長短途客運分離。列車可以分為普通、快速、通勤快速、急行、特急等多種組合。慢線站站?？?，服務短距離出行的群體，滿足便捷出行需求；快線跨站?？?，服務中長距離出行的群體，節(jié)約行程時間。例如中央線（快速）有東京—大月、東京—青梅、東京—高尾等10余種交路，列車有普通、快速、通勤快速、青梅特快、中央特快、通勤特快6種停站方式（見圖7）。多樣化的運營組織方式進一步提升了東京軌道交通網(wǎng)絡的整體運輸效率和服務水平，促進人口在更大空間范圍內流動和集聚。

3 山手線樞紐體系與城市空間一體化發(fā)展

3.1 依托山手線引導樞紐分散化布局

山手線全線30個站點中可換乘的站點數(shù)高達28個，連接東京都市圈幾乎所有的主要鐵路線和地鐵線，沿線諸多站點發(fā)展成為重要交通樞紐（見表3）。不同層次的軌道交通通過山手線上的站點互相換乘，實現(xiàn)外圍區(qū)域和中心城區(qū)的分級換乘、快速聯(lián)系。東京站、上野站、新宿站、澀谷站、池袋站5個大型交通樞紐銜接換乘的軌道交通線路數(shù)量分別多達19、15、11、9和8條。東京客流量排名前10名的車站中有7個位于山手線上，其中東京站、新宿站、澀谷站、池袋站4個車站的日均旅客發(fā)送量超過50萬人次，位列前5名，說明環(huán)狀廊道上的站點在整體軌道網(wǎng)絡中承擔著重要的客流轉換功能，構成了東京都市圈中強大的樞紐體系。

城市軌道交通網(wǎng)絡在建設項目選擇上，通常優(yōu)先考慮建設中心放射線路，以滿足強大的向心通勤客流出行需求，隨后再考慮環(huán)線或切線的建設，從而導致軌道交通樞紐往往集中在城市最核心的區(qū)域，例如上海、北京、巴黎等。與傳統(tǒng)國際大都市軌道交通建設時序不同，東京的軌道交通發(fā)展起源于山手線環(huán)狀軌道交通廊道，隨后再開展山手線內側的地鐵線路建設，因此，東京的主要軌道交通樞紐均依附于山手線環(huán)狀軌道交通廊道，避免了換乘樞紐過于集中。

3.2 圍繞“多樞紐”體系構建“多中心”城市空間格局

1950年代至今，東京都市圈的演變經(jīng)歷了從無序到有序、從單核到網(wǎng)絡的歷程。1960年代，日本經(jīng)濟高速發(fā)展，大量人口和產業(yè)向東京都聚集，城市無序擴張，城市病凸顯。東京政府提出設立近郊整備地帶和多功能衛(wèi)星城鎮(zhèn)的策略，推動產業(yè)外移、功能疏解。由于當時近郊和衛(wèi)星城鎮(zhèn)的交通和生活設施尚不健全，未能形成相對獨立的城市效應。1970年代，東京政府提出打造區(qū)域多中心城市的廣域城市復合體設想，以交通樞紐為基礎發(fā)展城市副心，并在更廣闊的范圍內建立更多衛(wèi)星城鎮(zhèn)。山手線環(huán)狀廊道上的重要交通樞紐由于匯聚線路數(shù)量眾多，具有顯著的交通和區(qū)位優(yōu)勢，成為發(fā)展城市副都心的最佳選址。1980年代，東京政府提出按圈層進行功能分工，構建外圍自立型都市圈的設想。通過不斷推進“站城一體化”開發(fā)，山手線上的新宿、澀谷、池袋、大崎、上野5個站點及外側的錦系町和臨海發(fā)展成為各具特色的城市副都心，東京都市圈形成“一核七心”的城市格局（見圖8）。東京都市圈經(jīng)過不斷探索，依托山手線交通樞紐形成多中心、多圈層的城市形態(tài)。各中心配套設施齊全，并且各具產業(yè)特色，保障了人們的生活和就業(yè)需求。這種城市形態(tài)有效分散了中心城區(qū)的職能，避免了城市“攤大餅”式蔓延，有利于中心城區(qū)功能升級和周邊地區(qū)發(fā)展，實現(xiàn)整個都市圈均衡、有序、可持續(xù)發(fā)展的目標。

3.3 通過交通樞紐帶動郊區(qū)衛(wèi)星城快速發(fā)展

1990年代，在功能“一極集中”、自然災害威脅、老齡化嚴重、“空心化”顯現(xiàn)等多元問題背景下，東京政府提出“分散型網(wǎng)絡結構”的均衡化空間布局模式。以山手線環(huán)狀廊道為起點的放射線上的樞紐站點建設推動沿線周邊土地和郊區(qū)衛(wèi)星快速發(fā)展，在東京都市圈內形成諸多具有特色的衛(wèi)星城，如多摩新城、筑波科學城、千葉新城等，進一步強化了“都心—副都心—衛(wèi)星城”的多中心、多圈層城市空間結構。

解決居民出行問題是影響衛(wèi)星城發(fā)展的關鍵，提供連接中心城區(qū)和衛(wèi)星城的軌道交通能滿足大規(guī)模、中長距離的出行要求，對吸引人口起到極大的促進作用[10]。東京“環(huán)+放射”狀的軌道交通網(wǎng)絡與多層級的軌道交通系統(tǒng)為不同區(qū)域之間的緊密聯(lián)系提供了有力保障，支撐了東京都市圈的持續(xù)繁榮發(fā)展。東京都心匯集新干線、JR線、私鐵、地鐵等多種軌道交通，可以便捷地到達東京都市圈的任何地方；副都心通過山手線環(huán)狀廊道互相連通，與東京中心城區(qū)通過地鐵緊密聯(lián)系；郊區(qū)衛(wèi)星城依靠大運量、高速、便捷的放射型鐵路線與中心城區(qū)實現(xiàn)快速連通。各節(jié)點通過軌道交通體系保持緊密聯(lián)系，實現(xiàn)了城市中心體系與城市軌道交通樞紐體系的聯(lián)動，帶動城市綜合效益提升。

4 對我國軌道交通發(fā)展的經(jīng)驗與啟示

4.1 突出環(huán)狀軌道交通廊道與樞紐體系對多模式軌道交通網(wǎng)絡的整合作用

對于人口高度密集的大城市，以鐵路環(huán)線為基礎的環(huán)狀軌道交通廊道與樞紐體系具有優(yōu)越的能力容量、銜接功效、可靠性以及綜合開發(fā)特性，其界面效率明顯高于一般的軌道交通線路[11]。山手線環(huán)狀廊道就是最好的印證。通過無縫換乘和互聯(lián)互通等方式，將不同層次的軌道交通線路與山手線環(huán)狀廊道銜接在一起，實現(xiàn)了多網(wǎng)融合，提升了網(wǎng)絡的整體運輸效率，保障了全網(wǎng)的時間可達性。

我國大城市的軌道交通模式與東京存在較大差異（見圖9）。東京軌道交通系統(tǒng)由多部分構成，采用鐵路作為通勤交通方式的重要組成部分，而我國鐵路主要用于城市間客運，城市內部軌道交通以地鐵和輕軌為主，市域鐵路處于起步階段，中心城區(qū)與郊區(qū)衛(wèi)星城之間的時間可達性不足[12]51-52。當前，我國城市的軌道交通環(huán)線往往僅由單一的地鐵線路構成，功能局限于本線上的旅客輸送和地鐵線路之間的換乘，很少考慮與其他層次軌道交通的銜接換乘，導致環(huán)狀軌道交通廊道的作用十分有限。不同層次的軌道交通線路換乘通常只在城市大型鐵路站點，而這些站點往往遠離市中心，未能配置在環(huán)狀廊道上，換乘城市軌道交通線路較少，導致城市對內交通和對外交通相對脫離、銜接不夠順暢。

隨著我國主要城市軌道交通建設由單一地鐵模式邁入多模式發(fā)展階段，需要在厘清城際鐵路、市域鐵路、地鐵、輕軌等不同制式軌道交通的功能定位和服務范圍的基礎上，進一步統(tǒng)籌好不同層次軌道交通通道布局與樞紐體系，充分把握環(huán)線軌道交通廊道在新一輪市域鐵路建設中的重要作用，通過建立大運量、互聯(lián)互通的環(huán)狀軌道交通廊道，形成一體銜接的軌道交通網(wǎng)絡，解決大城市的通勤交通和內外交通銜接需求。

同時，在運營組織方式上，可以借鑒東京的經(jīng)驗，根據(jù)客流特點設置多交路組織和快慢線組合運營模式，精準區(qū)分乘客需求，從而提升運輸效率。不同軌道交通之間應打破在行政和運營上的壁壘，在換乘量較大的站點開通直通運營線路，實現(xiàn)互聯(lián)互通和資源共享。

4.2 強化分散化樞紐體系對城市空間布局的優(yōu)化作用

環(huán)狀軌道交通廊道通道能級較高，站點匯聚線路眾多，易發(fā)展形成重要交通樞紐。交通樞紐憑借其優(yōu)越的可達性，將吸引大量人口和資源在站點周邊聚集，具有發(fā)展形成城市副中心的天然優(yōu)勢。通過“站城一體化”開發(fā)，樞紐周邊區(qū)域將逐步具有城市功能并發(fā)展成為城市副中心。城市副中心的形成又可以為軌道交通提供客流保障，形成相互促進的良性循環(huán)。東京都市圈在軌道交通建設和城市開發(fā)的相互促進下，依托山手線環(huán)狀軌道交通廊道形成分散化的樞紐體系，并進一步促進多中心城市格局的形成，優(yōu)化城市空間結構，支撐東京都市圈的可持續(xù)發(fā)展。

我國大城市軌道交通建設和城市功能開發(fā)相對脫離，樞紐大多數(shù)依托放射線路相交換乘形成，對環(huán)線上樞紐站點的功能配置與綜合開發(fā)等方面考慮較少。我國大城市應意識到環(huán)狀軌道交通廊道強大的界面效益，對環(huán)狀廊道上的樞紐站點進行重點建設，通過整合交通資源實現(xiàn)網(wǎng)絡效益最大化，形成能夠引領城市發(fā)展格局的環(huán)狀軌道交通樞紐體系。

此外，盡管環(huán)狀軌道交通廊道具有各種發(fā)展優(yōu)勢，但同時也應認識到環(huán)狀軌道交通廊道存在的缺陷，如占地面積大，易對城市造成分隔；開發(fā)建設需要較多政策支撐；廊道上的樞紐站點由于匯聚多條線路，換乘壓力較大等。不同城市需要結合城市自身特點和軌道交通發(fā)展階段，分析環(huán)狀軌道交通廊道發(fā)展的必要性與適應性，形成與之相適應的軌道交通建設模式。

5 結語

通過山手線環(huán)狀軌道交通廊道和樞紐體系的建設經(jīng)驗可以看出，以軌道交通環(huán)線為基礎建設環(huán)狀軌道交通廊道可以最大程度地實現(xiàn)線路之間的貫通，促進多網(wǎng)融合發(fā)展，提升軌道交通網(wǎng)絡的整體效率；環(huán)狀廊道上的軌道交通站點交通區(qū)位優(yōu)勢明顯，易發(fā)展成為城市副中心，引導城市向多中心體系發(fā)展，從而優(yōu)化城市空間結構。我國大城市正處于軌道交通和軌道交通樞紐建設的快速發(fā)展期，應充分意識和發(fā)揮環(huán)狀軌道交通廊道強大的功能和效益，優(yōu)化軌道交通運營組織方式，使軌道交通系統(tǒng)效率最大化；積極發(fā)展以綜合交通樞紐為基礎的城市副中心和郊區(qū)衛(wèi)星城，推進軌道交通與城市融合發(fā)展。