基于已运营和新规划的中国高铁运网功能分析

董宾芳

基于已运营和新规划的中国高铁运网功能分析

董宾芳

（长江工程职业技术学院，湖北武汉430212）

利用运网连接率、高速铁路网络类型和通达指数等指标分析了我国高速铁路运网功能现状以及今后的发展趋势。结果显示，我国目前的高速铁路布局不平衡，中东部地区特别是华东地区主要城市的连接率高，且华东地区的运网类型相对成熟，整个西部地区主要城市的连接率低，其运网类型比较简单。规划铁路建成后，我国各大区域主要城市的运网连接率都有显著的提高，整个高铁网络类型更加成熟。无论是现在还是规划高铁建成以后，我国高速铁路网通达性的空间格局是呈同心圆状分布，由中心向外围通达性变差，规划铁路建成后高铁网的中心区域同现在相比向西部有所偏移。

高速铁路；已运营；新规划；运网功能

随着我国高速铁路的建设和发展，高速铁路网已初见规模。到2015年底，我国原铁路规划中的“四纵四横”高铁线路建设基本完成，运营里程达1.9万公里，高速铁路在各主要城市间和各大区域之间的联系中发挥越来越重要的作用。2016年7月国务院通过了修编的《中长期铁路网规划》（规划期为2016—2025年），规划方案指出：要在原规划“四纵四横”主骨架基础上，形成以“八纵八横”主通道为骨架、区域连接线衔接、城际铁路补充的高速铁路网。新规划的高铁网络建成后，其运网功能较目前将有极大的提高。

所谓运网功能是指运网中各点的连接程度和通达状况，它取决于运网中点和线的数目以及它们之间的连接程度[1]。在各种交通运输的网络功能研究中，通达性是研究的重点。目前对交通运输网络通达性的研究多集中在公路网络上[2-6]，也有对城区道路网络的通达性做过研究[7]。金凤君等对中国普通铁路网扩展及其空间通达性做过分析[8]。近年来我国高速铁路发展相对较快，高速铁路网的通达性日益受到关注和研究[9-10]，但这些研究都是基于当时和原有规划的高速铁路。由于最新的高速铁路规划刚出台不久，其运网功能有何变化尚无人研究，对比分析目前已经运营和最新规划的高速铁路运网功能的空间变化，对搞好我国高速铁路布局具有现实意义。

一、研究对象和方法

（一）研究对象

本文以以目前已经运营的高铁线路和2016年7月国务院批准公布的《中长期铁路网规划》（规划期为2016—2025年）中高速铁路网规划方案为依据，将高速铁路网作为研究对象，分析主要城市高速铁路连接程度和通达状况。本研究中的主要城市是指4个直辖城市、27个省会城市和5个计划单列市共计36个主要城市（香港、澳门、台湾暂不作研究），并将其作为高铁网的节点，主要城市之间的高铁线路则为高铁网络节点之间的线路（包括有动车运营的线路）。已运营的高速铁路网络是指到2016年7月主要城市间有高铁线路连接的网络，无论是直接连接还是间接连接均视为高铁网的一部分，构成一个统一的高铁网，部分高铁线路（如乌鲁木齐至兰州段）已经运营但并未与中东部的高铁网络连通，则不视为高铁网的一部分；规划期的高铁网络以2016年国家公布《中长期铁路网规划》中的高铁网络图为准，到2025年，视规划铁路全部建成。

（二）研究方法

交通运输网络的测度方法除运网密度外，还有其他较常用的度量指标，如连接率、环路指数和通达性等等。本研究采用以下方法：

1．运网连接率

运网连接率是测度运网中节点的连接程度的重要指标，具体是指交通网络中线路数与节点数的比值。其计算公式：

这里，β为高铁运网的连接率，E为高铁线路数，V为城市（节点）的数目。β等于1，表明为单一回路连接的网络；β小于1，即线路数小于点数，为不能构成回路连接的网络，运网连接差；β大于1则网络表现出较高的连接性。β值愈大则连接状态愈好。

2．节点的通达性

网络中节点的通达性，是指该点到网络其他各点最短径道所经过的线路数目的总和。其计算公式为：

这里，Ai定义为高铁运网中某城市i（节点）通达性值，通达性值愈小，则该城市的通达性愈好。本研究采用Map Info Professional 7.0软件，对2016年国家公布《中长期铁路网规划》中的高铁网络图进行配准，寻找节点之间最短径道。

3．通达指数

某城市通达指数是指该城市（节点）的通达性值与网络中城市（节点）通达性值的平均值之比，其大小可以说明该城市在高铁网络中通达性水平的相对高低。其计算公式为：

通达指数小于1表明该城市通达性水平好于网络中各城市的平均水平，系数越小，通达性水平越高。

4．变异系数

利用变异系数测度网络系统中主要城市通达性差异的大小，其计算公式为：

变异系数大则主要城市通达性差异大，反之亦然。

二、高速铁路网中各大区主要城市连接率和网络类型的变化

（一）各大区高铁网络连接率的差异和变化

运网连接率是衡量区域运网功能的重要指标之一。为认识我国各个地区高铁网络的发展水平，根据地理区划，将我国共分为七大地理区域：华东（沪、苏、鲁、浙、闽、皖、赣、台）、华北（京、津、晋、冀、蒙）、东北（黑、吉、辽）、华中（鄂、豫、湘）、华南（粤、桂、琼、港、澳）、西南（渝、川、贵、滇、藏）和西北（新、陕、宁、甘、青）。各大区内部的高铁网络连接率见表1。

可以看出，目前各个区域的连接率有较大的差异，其中华东地区内部高速铁路网络连接率最高，达到1.20，表明华东地区内部主要城市的连接状态较好，而其他各个大区内部网络连接率均小于1.00，说明其余各大区内部连接性都较差，其中西南地区的连接率最低。但全国高铁网络连接率为1.14，基本形成了简单闭合连接网络。2025年国家规划的高速铁路全部建成后，除东北地区网络连接率没有变化外，其余各大区内部的连接率大都有明显提高。其中：西南地区网络连接率提高幅度最大，为现在的5倍；连接率较高的区域有华东、华北和西北，其中华东地区最高达1.50，表明了该三大地区高铁网络呈现较高的连接状态；同时全国高速铁路网的连接状态也得到极大改善，路网连接率达到2.03，提高为现在的1.78倍。到那时全国高速铁路网的连接状态将进一步完善。

表1 中国各大区域高速铁路网连接率

（二）各大区高铁网络类型的变化

交通运输网的发展有一定的过程，不同的发展阶段形成不同的运网类型。一般认为运输网络的发展首先是从最简单的孤立径道运网类型开始的，随着连接节点的交通线路增多，进一步发展为树状径道网络类型和回路径道网络类型，最终形成成熟的格状径道网络类型。就目前我国高速铁路网络来看，不同的区域处于不同的发展阶段和水平，高速铁路的发展在空间上还不平衡。从图1、2可以看出：我国西部地区的高速铁路网络还是一种较简单的初级运输网络，西北地区的乌鲁木齐到兰州段的高速铁路虽已经开始运营，但未与整个高铁网连接，而西南地区的成都还是以孤立的径道与网络连接；东北、华北、华中和华南地区发展水平相对较高，为树状径道网络；发展水平最高的是华东地区，已经形成成熟的格状径道网络；从全国范围来看，格状径道网络的雏形基本形成，但目前整个运网的功能还不完善。到新规划的高速铁路网建成后，我国各大区域的运网类型几乎都发生了极大的变化，除东北地区仍然为树状径道网络外，华中和华南地区发展为回路径道网络，华北、西北和西南地区发展为格状径道网络，而华东地区格状径道网络则更加成熟，全国则已经形成了各大区域紧密连接的极为完善的高速铁路网。

图1 2016年我国各大区高速铁路网

图2 新规划后各大区高速铁路网

三、高速铁路网中主要城市通达性分析

（一）目前（2016年）主要城市的通达状况

从表2可以看出，郑州的通达性值为65，在所有的城市中最小，表明其通达性最好，这是由于郑州位于我国中部地区，其处于整个高速铁路网通的中心地带；而哈尔滨的通达性值最大，为152，其通达性最差，这与其位于我国东北区北部处于整个高速铁路网的边远地带有关。在这些城市中，通达指数不大于1的共有15个城市，占整个路网中城市总数的53.57%，说明有一半还多的城市通达性水平好于全国平均水平。网络中的28个城市通达性值的变异系数为0.206，表明整个网络中各城市之间通达性具有较大的差距。其中排序前15的城市通达性值的变异系数为0.122，通达性差异较小，而后13个城市的变异系数为0.125，表明通达性差的城市其通达性差异较大。另有8个城市还未能与高铁网连接或不通高铁。可见目前的高速铁路网还很不完善。

表2 2016年中国主要城市高速铁路通达性水平

（二）新规划的高速铁路（2025年）主要城市的通达状况

从表3中可以看出，到2025年新规划的高铁网络建成后，除拉萨外，我国其余主要城市与高速铁路网均已连通，整个路网的范围进一步扩大，覆盖范围更广，连接的城市更多。由于高速铁路网中的城市（节点）增多，多数城市的通达性值较目前都有所增大，其中：郑州的通达性值为78，在这些城市中依然最小，通达性最好；而哈尔滨的通达性值还是最大，为193，其通达性最差。网络中的35个城市通达性值的变异系数为0.219，各城市通达性存在较大的差异，且较目前有所增大；这些城市中通达系数不大于1的共有22个，表明大多数城市的通达性水平高于全国平均水平；从变异系数来看，通达指数大于1的后13个城市是前22个城市的1.46倍，表明通达性差的城市其通达性差异亦较大。

表3 2025年中国主要城市高速铁路通达性水平

四、全国高速铁路网络通达性的空间变化

从通达指数等值线图（图3、4）可以看出，目前我国高速铁路运网地区布局不平衡，36个城市中有8个城市未与高速铁路网连通（乌鲁木齐至西宁段通车但未与高铁网连通），占主要城市总数的22.22%，这些城市绝大多数分布在我国西部。但中东部地区高速铁路网的雏形已经形成，其通达性呈现出以郑州和合肥为中心的同心圆状分布的空间格局。同时，由中心向外通达指数不断降低，且等值线密度由稀疏变得密集，表明越往网络外围通达性差异越大且通达性水平也低，其中东北地区的这种特征最为突出，这跟其位于高铁网络东北部的边缘且以单一径道连接网络有关。由同心圆中部向南等值线稀疏且通达指数较小，说明该区域城市通达性差异不大且通达性较好，这跟该区域处于运网的中部且主要城市之间形成格状连接线路，网络较为成熟有关。

规划期高铁全部建成后，除拉萨外，其余主要城市全部连接，我国高速铁路网络进一步完善，广大的西部地区与中东部地区联系更加方便快捷，高速铁路网布局地区不平衡的现状彻底改变。从建成后的通达性空间格局来看，等值线以郑州为中心呈同心圆分布，通达指数由中心向外不断减小，整个高铁网的中心向西偏移，郑州将成为整个网络的“心脏”。网络中心区域等值线密度较现在网络的中心区域更加稀疏，且稀疏区域的面积较现在更大，说明规划高铁建成后中心区域主要城市的通达性差距缩小，这跟规划高铁建成后，主要城市点对之间直接连接增多，线路更密集有关。而东北地区主要城市通达性差的状况没有发生明显改变，同时该地区的通达性系数较现在有所增大，这跟整个高铁网络扩大，节点增多而其呈单一径道连接网络的现状未变有关。

图3 2016年全国高速铁路网络通达性的空间格局

图4 2025年全国高速铁路网络通达性的空间格局

五、主要城市高铁通达性水平差异

依据通达指数，将我国主要城市的通达性水平划分为五个等级，分别为：高（≤0.80）、较高（0.81～1.00）、较低（1.01～1.20）、低（≥1.20）和无连接（即不通高铁或通高铁但与高铁网无连接）。主要城市的通达性水平等级见表4。从表4中可以看出，规划铁路建成后，由于高铁网络向西扩展，几乎覆盖全国所有的主要城市，尽管网络连接的主要城市节点增多，由于节点之间直接连接的线路也比现在增加较多，通达性等级高和较高的城市比目前城市数量都有所增加，相应地分别增加了16.67%和66.67%，而通达性水平等级较低、低和无连接的城市数量之和较现在减少了33.33%，说明整个高铁网络的通达性水平等级明显提高。网络的西扩使西部地区的西安、重庆、成都、贵阳、银川、兰州等城市通达性等级均有所提高，也使处于东部地区的上海和青岛通达性等级有所降低。大连由于高铁沿海通道建设，通达性等级有所提高，而位于网络边缘只有单一线路与之连接的乌鲁木齐、海口、长春和哈尔滨通达性则始终是处于低的等级水平。

表4 我国主要城市高速铁路通达性水平等级

六、结论

本研究以目前已经运营的高速铁路网和最新规划的国家高速铁路网为对象，利用运网连接率分析了我国各大区域内部主要城市的连接状态和水平，并进一步分析了各大区的高速铁路网络类型现状和规划高铁建成后运网类型的变化，利用通达指数分析了我国主要城市的高速铁路通达性现状以及今后的发展趋势。研究结果显示：我国目前的高速铁路布局不平衡，中东部地区特别是华东地区的运网连接率高，整个西部地区的高铁网络连接率低。从运网发展类型来看，西部地区的运网类型简单，而华东地区的运网相对成熟；规划铁路建成后，我国各大区域的运网连接率都有显著的提高，运网类型也较现在有很大的变化，整个高铁网络类型更加成熟。通达指数显示：无论是现在还是规划高铁建成以后，我国高速铁路网通达性的空间格局是呈同心圆状分布，由中心向外围通达性变差。规划铁路建成后高铁网的中心区域同现在相比向西部有所偏移，表明我国西部的高速铁路建设有较好的发展，同时高铁网新增了较多的节点，郑州在各主要城市中通达性值始终是最低的，表明其通达性最好，而哈尔滨的通达性值始终是最高的，通达性最差。可以看出，位于高铁网络的地理位置对各城市的通达性有非常明显的影响，但不是唯一的因素，城市之间是否有线路直接连接对通达性也有很大的影响。规划铁路建成后，“八纵八横”的高铁主通道将更加快捷地连接我国各个大区，并贯通各个城市群，人员出行更加畅通。值得一提的是，在现有高铁规划中，拉萨是我国唯一不通高铁的城市，相信随着我国经济和铁路建设技术的进一步发展，高速铁路网将最终覆盖我国所有的省会和首府城市。

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[责任编辑，抚顺职院：陈辉]

An Analysis of China's High-speed Rail Transport Network Function in Operation and New Planned

DONG Bin-fang
(Changjiang Institute of Technology,Wuhan 430212,China)

∶This paper analyzes the present situation of high-speed rail transport network and the development trend in the future using the indexes of the network connection rate,high-speed rail network type and accessibility index.The results show that the layout of high-speed railway in our country is unbalanced,in major cities in the central and eastern regions,especially in eastern China the connection rate is high,and the transport network type is relatively mature,while the whole connection rate is low in the major cities of western region,and its transport network type is simpler.After the completion of the planned railway,the connection rate of the major cities in China has increased significantly,and the type of high-speed rail network is more mature.The spatial framework of the accessibility displays concentric circular distribution.From the center to the periphery,the accessibility is weak.After the completion of planned railway the central area w ill drift to the west compared w ith now.

∶high-speed rail;in operation;new planned;transport network function

F591.99

A

1009—7600（2017）05—0086—05

2017-02-14

董宾芳（1971—），男，河南驻马店人，副教授，硕士。