公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析

1、Vol. 27 No. 2Mar. 2007第27卷第2期2007年3月長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Journal of Changpan University( Natural Science Edition)文章編號：1671-8879( 2007) 020081- 04公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析姚志剛1武穎麗",周 偉1,3,王元慶收稿日期：200&03-10基金項(xiàng)目：霍英東基金優(yōu)選資助項(xiàng)目(94025);高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(2005071006)作者簡介：姚志剛(1974-)，男，陜西澄城人，博士研究生，E-mail： zhgyao 163. com。

2、 IACwKrnic journalKUOliSii 1AU riflnlSnc(1.長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安710064; 2.西安電子科技大學(xué) 理學(xué)院，陜西西安710071; 3.交通部科學(xué)研究院，北京100029)摘要：為探明運(yùn)輸樞紐的形成機(jī)理，用中心地理論解釋運(yùn)輸站場體系結(jié)構(gòu)，分析了運(yùn)輸站場發(fā)展 動力，并提出了運(yùn)輸站場發(fā)展模型。認(rèn)為在站場規(guī)模效應(yīng)和客貨流聚集效應(yīng)作用下，運(yùn)輸站場發(fā)展先以集中化為主，隨著站場邊際收益下降而分散化趨勢顯現(xiàn)，站場達(dá)到規(guī)模極限則會分化為多個(gè)站場而形成運(yùn)輸樞紐。結(jié)合汕頭市公路主樞紐發(fā)展過程分析，證實(shí)了運(yùn)輸站場結(jié)構(gòu)演化經(jīng)歷站場極 化、站場擴(kuò)散及運(yùn)輸樞紐階段，運(yùn)輸樞

3、紐的形成是規(guī)模效應(yīng)與客貨流聚集效應(yīng)作用的結(jié)果。關(guān)鍵詞：交通工程；運(yùn)輸樞紐；運(yùn)輸站場；空間結(jié)構(gòu)；形成機(jī)理中圖分類號：U492. 11文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ASpatial structure evolvement of highway transportation terminal121, 31YAO Zh- gang，WU Ying-li ，ZH OU Wei ，WANG Yuan-qing(1. School of H ighway，Changpan U niversit y，X pan 710064，Shaanxi，China;2. School of Science，Xidian U nivers

4、ity，Xipan 710071，Shaanxi， China;3. China Academy of T ransportatio n Sciences，Ministry of Communications， Beijing 100029， China)Abstract： For explo ri ng the evolveme nt process a nd fo rmati on mecha nism of tra nspo rtati on hub， this paper analyzed the configurations of transportation term inal s

5、ystem with Central Place Theory， presented a new model about transportation terminal development. It was pointed out that the station appeares under polarization forceduring earlier time， and the stationis expanded by diffusio n pow er as marginal return decreasing. When capacity of transportation s

6、tation approaches itps limit， severaI new stations appear around it sharing the excessivevolume，so the transportation hub is developed. As case study shows that transportation terminal has three forms in different stages： agglomeration level， diffusion level and hub level， the transportation hub is

7、developed from transportation terminal by the effect of agglomeration and economicsof scale. 5 figs， 11 refs.Key words： traffic engin eeri ng ; tran spor tati on hub; tran spo rtati on term in al; spatial structure; for matio n mechanismVol. 27 No. 2Mar. 2007Vol. 27 No. 2Mar. 20070引言樞紐(H ub)指能在/ O(

8、Orig ination)-D( Dest-nation) 0節(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)，使相互 作用地區(qū)間聯(lián)系更加方便、運(yùn)輸成本得以降低的節(jié)點(diǎn)。Cpkelly提出的樞紐選址(H ub Lo cation)二次規(guī)劃模型在通第2期姚志剛，等：公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析#圖2規(guī)模效應(yīng)作用場發(fā)展初期，其總收益TR 大于總成本T c，單位收益 隨聚集到運(yùn)輸站場的客貨 流Q加大而增加。當(dāng)運(yùn)輸 站場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，客貨流信、運(yùn)輸及管理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用1。此后，有大量文獻(xiàn)圍繞樞紐選址及樞紐網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題而展開，研究如何選擇樞紐位置使網(wǎng)絡(luò)/ OD 0節(jié)點(diǎn)間運(yùn)輸費(fèi)用（時(shí)間）最小2。Cpkelly以航空網(wǎng)絡(luò)為例,從地理

9、學(xué)角度分析了樞紐網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提出該領(lǐng)域中樞紐選 址、運(yùn)輸線路選擇、運(yùn)輸服務(wù)頻率、樞紐覆蓋腹地與 吸引范圍、等級體系結(jié)構(gòu)等研究內(nèi)容3。在中國，陳航給出了運(yùn)輸樞紐的新定義4；田建 平用樞紐網(wǎng)絡(luò)分析了廣州公路運(yùn)輸樞紐的布 局結(jié).,5構(gòu)；高志紅論述了公路貨運(yùn)樞紐的功能并研究其 投資體制問題6;文獻(xiàn)710對公路運(yùn)輸樞紐建設(shè) 投資與運(yùn)營管理相關(guān)技術(shù)方法進(jìn)行了研究，但還未見運(yùn)輸樞紐空間結(jié)構(gòu)與發(fā)展形態(tài)的研究文獻(xiàn)。本文 從理論上分析運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征與發(fā)展動力 ，結(jié)合2運(yùn)輸站場發(fā)展動力2. 1規(guī)模效應(yīng)運(yùn)輸站場發(fā)展過程中，規(guī)模效應(yīng)作用可用圖2 表示（R為經(jīng)濟(jì)收益，Q為站場發(fā)送量）。在運(yùn)輸站聚集使站 場內(nèi)部 交通組 織

10、 困難、外部交通擁擠及環(huán)境 污染加重時(shí)，則Tc快速增長。當(dāng)Tc的增長速度快 于T r時(shí)凈收益A r開始下降，如果運(yùn)輸站場的客貨化階段所表現(xiàn)的單站節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，圖中邊界表示城市后必然向外擴(kuò)散。第2期姚志剛，等：公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析#廣東省汕頭市公路主樞紐的發(fā)展，解釋運(yùn)輸站場的流持續(xù)增加，則會產(chǎn)生阻塞，使AR= 0?？臻g結(jié)構(gòu)形態(tài)演化機(jī)理，期望能對運(yùn)輸樞紐規(guī)劃實(shí)2. 2聚集效應(yīng)化階段所表現(xiàn)的單站節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，圖中邊界表示城市后必然向外擴(kuò)散。第2期姚志剛，等：公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析#踐提供理論支持。1運(yùn)輸站場等級結(jié)構(gòu)德國地理學(xué)家克里斯泰勒（Christaller）提出的中心地理論認(rèn)為，區(qū)域空間存

11、在等級結(jié)構(gòu)（H ierar-chical Structure）,等級越低的城鎮(zhèn) 數(shù)目越多，規(guī)模 越大的城市則數(shù)目越少。而交通區(qū)位論研究表明，公路等級越高條數(shù)越少，所承擔(dān)的運(yùn)量越大11。運(yùn)輸樞紐/是在一種或多種運(yùn)輸方式交通干線的交叉與銜接之處，為辦理客貨中轉(zhuǎn)、發(fā)送、到達(dá)所 建設(shè)的多種運(yùn)輸設(shè)施綜合體,它由多功能中心站和若干輔助（專業(yè)化）站點(diǎn)組成，并以短途交通線相連 接，04143。由于城鎮(zhèn)體系和運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的等級結(jié)構(gòu) 特性,則作為主要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)輸站場體系如圖1所示。由圖1可以看出，運(yùn)輸樞紐位于高層次運(yùn)輸 網(wǎng)絡(luò),主要實(shí)現(xiàn)大運(yùn)量與低成本的干線運(yùn)輸功能；運(yùn)運(yùn)輸站場的 聚集效應(yīng)有極化（集中化）和擴(kuò)散 （分散

12、化）兩種表現(xiàn)形式。由于運(yùn)輸需求呈環(huán)形分布 在站場周圍1139,客貨流受快捷、方便和低成本的作 用被吸引到站場，此時(shí)表現(xiàn)為運(yùn)輸站場的極化效應(yīng):當(dāng)運(yùn)輸站場的客貨流聚集過多，站場內(nèi)交通組織變 得復(fù)雜，容易引起外部交通堵塞并使運(yùn)輸成本提高 此時(shí)聚集力減弱，規(guī)模不經(jīng)濟(jì)效應(yīng)明顯，運(yùn)輸站場所 受的極化效應(yīng)轉(zhuǎn)化為擴(kuò)散效應(yīng)。極化與擴(kuò)散效應(yīng)在 運(yùn)輸站場發(fā)展過程的主 導(dǎo)地位由其邊際效益決 定。圖3顯示在兩種效 應(yīng)作用下運(yùn)輸 站場的發(fā) 展過程，Me為站場聚集的總收益。在I期,極化效應(yīng)的邊際收益ME1大于擴(kuò)散效應(yīng)的邊際收益ME2,極化效應(yīng)支配運(yùn)輸站場發(fā)化階段所表現(xiàn)的單站節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，圖中邊界表示城市后必然向外擴(kuò)散。第2期姚

13、志剛，等：公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析83* .打際遠(yuǎn)和詁場1工卩：1遠(yuǎn)和抿汛対外遠(yuǎn)輔相紐ME輔-區(qū)內(nèi)城門運(yùn)液対外狀問運(yùn)程f （N）,N為客貨處理量，則運(yùn)輸站場發(fā)展速度dNdt輸站場位于低層次運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，主要實(shí)現(xiàn)大范圍的支 線集散功能。由多層運(yùn)輸樞紐與站場節(jié)點(diǎn)構(gòu)成具有 等級結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。展;而n期相反,ME2> ME1,擴(kuò)散效應(yīng)起主導(dǎo)作用。2. 3運(yùn)輸站場發(fā)展模型運(yùn)輸站場發(fā)展為運(yùn)輸樞紐，需經(jīng)歷由站場規(guī)模增加的/量變0到站場數(shù)量增加的/質(zhì)變0過程。由于運(yùn)輸活動的/派生性0特征,運(yùn)輸站場發(fā)展除受規(guī)模 效應(yīng)和聚集效應(yīng)作用外，還受城市人口與工業(yè)布局調(diào)整等多種因素影響，站場規(guī)模呈現(xiàn)非線性增長。 設(shè)

14、運(yùn)輸站場規(guī)模 影響因素的聯(lián)合作用函數(shù)為Nf （N）。由于站場規(guī)模越大，發(fā)展所受的制約就越化階段所表現(xiàn)的單站節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，圖中邊界表示城市后必然向外擴(kuò)散。第2期姚志剛，等：公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析#化階段所表現(xiàn)的單站節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，圖中邊界表示城市后必然向外擴(kuò)散。第2期姚志剛，等：公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析#f (N) =圖1運(yùn)輸站場層等級結(jié)構(gòu)Cf'hitw Academic Journal llectronic大，即歲< °。假設(shè)f （N）為線性函數(shù)dN，All riilitq fervec.化階段所表現(xiàn)的單站節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，圖中邊界表示城市后必然向外擴(kuò)散。第2期姚志剛，等：公路

15、運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析#化階段所表現(xiàn)的單站節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，圖中邊界表示城市后必然向外擴(kuò)散。第2期姚志剛，等：公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析#化階段所表現(xiàn)的單站節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，圖中邊界表示城市后必然向外擴(kuò)散。第2期姚志剛，等：公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析85a- bN,其中參數(shù) a> 0, b> 0,設(shè) T(T= 0, 1, 時(shí)刻客貨處理量為 Nt,則Nt =,k)式中:C為積分常數(shù)aCCb+ e,取N o= i,易得C=(1)i_bi，常數(shù)。于是a(a- 1) t b(a- 1 + e a )Tlim Nt = a/ b式(3)表明，運(yùn)輸站場發(fā)展規(guī)模極限為圖4所示,當(dāng)運(yùn)輸站場發(fā)展規(guī)模NT(2)

16、(3) a/b。如F接近a/b時(shí),必然將超負(fù)荷的需求轉(zhuǎn)移到外圍新建運(yùn)輸站場，同一區(qū)域存在多個(gè)運(yùn)輸站場便具備形成運(yùn)輸樞紐的基礎(chǔ)條件。圖4運(yùn)輸站場規(guī)模增長特性3運(yùn)輸站場演化形態(tài)以汕頭市公路主樞紐的形成過程說明運(yùn)輸站場 結(jié)構(gòu)形態(tài)的演變過程，圖5表示了不同時(shí)期汕頭市 城市發(fā)展形態(tài)和公路運(yùn)輸站場演化的結(jié)構(gòu)。iff扌I埔石"輕紀(jì)二慌點(diǎn),p心沾r ' * -jr*_ih訕場擴(kuò)敵形態(tài)«|運(yùn)垢也遼也:念f'r：r_ 廣'、? =達(dá)詁汽牟畔遠(yuǎn)站制陽客逖總;簾I侖咲1T.裔運(yùn)站圖5汕頭市公路主樞紐形成過程3. 1 站場極化形態(tài)(1861年 1980年)圖5(a)顯示了汕頭

17、市公路客運(yùn)站場發(fā)展的極范圍。汕頭市的發(fā)展始于1861年，成為清政府對外開放的通商口岸，隨著城市形態(tài)顯現(xiàn)，該地區(qū)的運(yùn)輸 需求由無序狀態(tài)逐步發(fā)展到可以吸引客貨流的聚集。20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)作為汕頭市中心的小公 園地區(qū)出現(xiàn)很強(qiáng)的客流極化效應(yīng)，在杏花路建成的汕頭市汽車客運(yùn)總站以快捷、方便和低成本的優(yōu)勢 吸引著周邊客流向該地區(qū)聚集。3. 2 站場擴(kuò)散形態(tài)(1981年 2000年)汕頭市中心區(qū)迅速向東北和正南方擴(kuò)展，汕頭市汽車客運(yùn)總站以東的金砂路沿線逐漸成為行政、 商貿(mào)、居住混合功能的城市中心區(qū)?？紤]到交通擁擠、環(huán)境污染及土地緊張等因素的影響，在保留原有汕頭市汽車客運(yùn)總站的基礎(chǔ)上相繼建成了汕頭市礐石汽車

18、站和汕頭市汽車客運(yùn)中心站 由汕頭灣隔開的南北兩個(gè)區(qū)域構(gòu)成 的分散化趨勢表明擴(kuò)散效應(yīng)的增強(qiáng)(圖5( b),市區(qū))。公路客運(yùn)站,具體表現(xiàn)為以城區(qū)公路客運(yùn)站為中心在外圍形成若干與中心站配套的客運(yùn)站，實(shí)現(xiàn)中心客運(yùn)站超量負(fù)荷運(yùn)輸需求轉(zhuǎn) 移,根據(jù)旅客交通出行特征和客運(yùn)站覆蓋半徑布局，各客運(yùn)站分散布局在城市的不同方位。3. 3 運(yùn)輸樞紐形態(tài)(2000年 )進(jìn)入21世紀(jì)，汕頭市區(qū)面積擴(kuò)大到 1 000 km2。 城市空間擴(kuò)張有利于形成多個(gè)中心組團(tuán)，組團(tuán)間交通聯(lián)系密切但運(yùn)輸需求層次、類別不同(如居民區(qū)以客運(yùn)出行為主，而工業(yè)區(qū)以貨物流通為主),所以對 服務(wù)不同組團(tuán)的運(yùn)輸站場的需求也有差異。因此 ， 在汕頭市中心城

19、區(qū)形成以城際干線運(yùn)輸為主的6個(gè)公路客運(yùn)站，分別在澄海、潮陽、潮南3個(gè)副中心區(qū) 形成以區(qū) 域內(nèi)客 運(yùn)為 主的3個(gè)公路客 運(yùn)站 (圖5(c)。各公路客運(yùn)站具有明確的專業(yè)化分工，如岐山客運(yùn)站與客運(yùn)中心站分別服務(wù)于市中心北部與東 部區(qū)域；客運(yùn)總站與礐石客運(yùn)站服務(wù)于老城區(qū)。各公路客運(yùn)站借助城市道路和站間通信系統(tǒng)，初步形成分工明確、功能完善的汕頭市公路運(yùn)輸樞紐，公路運(yùn)輸樞紐內(nèi)站場間客貨流的分配有利于發(fā)揮各站場 的功能，從而使城市交通流更加合理。4結(jié)語(1) 運(yùn)輸站場具有多層等級體系特征,運(yùn)輸樞紐 位于較高層次運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)輸站場位于較低層次 運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中。(2) 受規(guī)模效應(yīng)、聚集效應(yīng)共同作用，運(yùn)輸站場 都有

20、其規(guī)模極限，運(yùn)輸站場的處理量達(dá)到極限規(guī)?；A段所表現(xiàn)的單站節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，圖中邊界表示城市后必然向外擴(kuò)散。第2期姚志剛，等：公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析#（3）汕頭市公路運(yùn)輸樞紐的形成過程表明 ，運(yùn)輸 站場具有/站場極化0、站場擴(kuò)散0、運(yùn)輸樞紐0發(fā)展 形態(tài),運(yùn)輸樞紐是運(yùn)輸站場的高級形式。參考文獻(xiàn)：Refere nces:1 Cpkelly M E. The hub netwo rk design problem: areview and synthesis J. Journal of T ransport Geogra phy, 1994,2( 1):31 40.2 John G K. Hub lo

21、cation in backbone/ tr ibutary ne- work design: a review J. Location Science, 1998, 6(1): 307 - 335.3 Deborah L B, CpK elly M E. A geographerps analysis of hub and spoke netw ork J . Journal of Regional Science, 1999, 39( 2): 275 - 295.4 陳航.中國交通地理M.北京：科學(xué)出版社,2000.5 田劍平.城市公路樞 紐網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重構(gòu)分析J.城市 規(guī)劃,2001,25(

22、4):40 42.TIA N Jian ping. The analysis on the restructuring of the urban highway hub system with Guangzhou ast he caseJ. City Planning Review, 2001,25(4):40 -42.6 高志紅.公路主樞紐貨 運(yùn)系統(tǒng) 投資體制研究D.西 安:長安大學(xué),2001.7 李德剛，霍婭敏，羅 霞.公路主樞紐總體布局 規(guī)劃后 評價(jià)研究J.中國公路學(xué)報(bào)，2005,18( 2):84 -89. post evaluation of highway main hub gen

23、eral planning J. China Journal of H ighw ay and T ransport, 2005, 18(2): 84 - 89.8 姚志剛，周 偉,王元慶，等.公路主樞紐客運(yùn)系統(tǒng)運(yùn) 營模式比較，長安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2006, 26(1): 71-74.YAC Zht gang, ZHOU Wei, WANG Yuan qing, et al. Comparison of operation models of inter city bus hub J. Journal of Changoan U niversity: Natural Sct enceEd

24、itio n, 2006, 26(1): 7174.9 周 偉,姚志剛，王元慶，等.基于節(jié)點(diǎn)重要度的公路 運(yùn)輸站場建設(shè)序 列研究J.長安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科 學(xué)版,2006, 26(2): 69- 72.ZHOU Wei, YAC Zht gang, WANG Yuan qing, et al. Optimizing items order of highway transport terminals based on analyzing impo rtance of nodes J. Journal of Changpan University: Natural ScienceEd-i tion

25、, 2006, 26( 2): 69- 72.10 徐雙應(yīng).公路貨運(yùn) 站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及運(yùn)作模式J.交通運(yùn) 輸工程學(xué)報(bào)，2004, 4( 3) :69 - 72.XU Shuangying. N etwork system and operation models of fr eight t ransportatio n stat ion J . Journal of Traffic and Transportation Engineer ing, 2004, 4 (3): 69- 72.管楚度.交通區(qū)位論M.北京：人民交通出版社， 2000.化階段所表現(xiàn)的單站節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，圖中邊界表示城市后必然向外擴(kuò)

26、散。第2期姚志剛，等：公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析#L I De gang, HU C Y a min, LUC Xia. Research on（上接第52頁）化階段所表現(xiàn)的單站節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，圖中邊界表示城市后必然向外擴(kuò)散。第2期姚志剛，等：公路運(yùn)輸站場空間結(jié)構(gòu)演化分析#6 徐文平,裴銘海,戴 捷，等.大跨簡支系桿拱橋非線性穩(wěn)定性J.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2005,5( 4) :53 - 57.XU Wen ping, PEI Ming hai, DA I Jie, et al. Nonlinear stability of simply supported tie arch bridge J. J

27、ournal of Traffic and Transport ation Engineering ,2005, 5(4) : 53-57.7 堯國皇，韓林海.鋼管混凝土軸壓與純彎荷載-變形 關(guān)系曲線實(shí)用計(jì)算方法研究J.中國公路學(xué)報(bào), 2004, 17(4), 50 - 54YA C Guo huang, HAN Lin- hai. Reseaich on applied calculatio n method of load versus defor mation relation curve of CFST subjected to axial compression and pure bending J . China Journal of H ighway and T ransport, 2004,17( 4): 50 - 54.8 JTG D62 2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋 涵設(shè)計(jì)規(guī)范S.9