火车站周边商业服务功能与其街道空间耦合关系分析

孔俊婷 陈天钰 孔雪阳

摘 要： 以天津站为研究对象，基于协同论原理构建天津站周边商业服务功能与街道空间两个子系统的耦合度模型，使用熵值法与空间句法对其相关联的系统进行评价，探究天津站周边商业服务功能与其街道空间的耦合关系。并基于POI数据，在GIS平台下采用核函数模拟分析商业服务功能在火车站周边区域空间分布强弱程度的密度图，研究其空间结构特征，提出其功能规划布局的优化建议，旨在对其他火车站点周边功能布局与建设开发提供指导与借鉴。

关键词：火车站;商业服务功能;街道空间;耦合关系;结构特征

中图分类号：TU984   文献标志码：A   文章编号：1674-7356（2019）-04-0089-06

火车站在承载城市交通枢纽功能的同时，为该地区商业服务功能水平的提高创造了条件，刺激了周边商业经济的发展和升级改造。天津站是天津市铁路枢纽的重要组成部分，随着其周边区域商業服务功能的迅猛发展，其商业空间格局也在不断发生变化。如今，城市发展正强调由“增量”向“存量”转变，因此，在其发展背景下，从强调城市功能优化的角度，客观分析城市火车站周边街道空间特征，探讨其与商业服务性设施的耦合性，对于合理布局火车站周边商业空间，更好地发挥其商业服务功能有重要的意义。

从以往的研究来看，对火车站与城市发展关系的研究中主要分为三个层面，包括：宏观层面偏重于站点对区域经济影响的效应分析[1-2];中观层面聚焦在火车站对城市发展影响的研究[3];微观层面主要集中在对周边地区的影响[4-5]。在微观层面的研究中，很少有从火车站对周边地区商业服务功能发展的影响角度进行探讨。本次研究拟基于耦合模型，使用熵值法以及空间句法对天津站周边商业服务功能与其街道空间进行综合评价，并对两者之间的耦合关系进行分析，是对火车站周边商业服务功能与其街道空间之间关系研究的一种创新性探索。

一、研究区域与方法

（一）研究区域

由于火车站站点客运量较大，其周边区域通常以圈层式功能布局与开发。有关学者根据交通设施周边地区发展的理论模型，将火车站站点周边区域为三个圈层：核心区（2 km）、影响区（4 km）、外围影响区（8 km）[6]。结合天津站周边商业服务功能发展的实际情况，本研究以2 km距离半径的核心区圈层范围作为研究区域（见图1）。天津站作为天津市主要的火车站之一，周边具有相对完善的城市交通体系，对缓解天津站地区交通拥挤的局面、承接对内外交通运输方面具有重要的作用，选取天津站具有较高的研究价值和实践应用意义。

（二）数据来源

主要以POI数据以及OSM路网数据为研究基础。POI数据来源于国内电子地图数据库，其中包含具体的商家名称、经纬度、地址等相关信息，通过对区域内的商业服务设施POI数据进行清洗、去重、坐标纠偏等处理，最终得到可以进行实验分析的有效数据。OSM路网数据为天津站周边地区的矢量路网数据，利用QGIS软件对OSM数据①进行截取。

（三）研究方法

1. 核函数分析法

核函数分析法是在一定的闽值半径内估计样本点的空间集聚程度的空间分析方法，能够探索研究区域内商业服务设施的空间聚集程度。表达式为：

2. 空间轴线分析法

空间句法是由比尔·希列尔提出，能够对研究空间结构进行量化研究的理论与方法。

1）集成度（Intergration）表示一个要素单元与网络中所有其他单元的离散或聚合程度，道路的整合度越高，其可达性也越高，其计算公式为：

式中n为空间系统内纵轴线数或节点数;MD为平均深度。

2）空间智能度反映了由局部空间的连接性感知整体空间的能力[7]，智能度越高，该空间可达性与渗透性越好，越容易从局部推断出整个火车站周边的空间布局，局部空间结构和整体结构之间的融合状态就越高。其计算公式为：

3. 耦合度模型构建

1）子系统综合发展水平评价

以火车站周边商业服务系统与其街道空间系统作为耦合系统，引入耦合度与耦合协调度两个评价指标。耦合度反映火车站周边商业服务功能与其街道空间在耦合的空间上相互作用的强弱，显示两系统共同发展的关联程度;根据协同论原理[8]，耦合协调度可以用来分析两系统交互耦合的协调程度。设定t1、t2分别为商业服务系统与其街道空间系统的贡献值，0≤t1≤1、0≤t2≤1，采用熵值法和空间句法对t1、t2系统的进行综合评价。

2）耦合度

借鉴物理学中的容量耦合模型，建立火车站周边商业服务功能与其街道空间的耦合度模型，其表达式为：

式中：t1为天津站周边商业服务功能发展水平数值;t2为天津站周边街道空间综合评价数值，C值大小表示天津站周边商业服务功能与其街道空间的相互关联程度，O≤C≤1。当C = 0时，耦合度极小，系统将向无序发展;当0 < C≤0.3时，系统间的耦合关系处于较低水平阶段;当0.3 < C≤0.5时，系统处于颉颃耦合阶段;当0.5 < C≤0.8时，系统处于良好耦合阶段;当0.8 < C < 1时，系统处于高水平的耦合阶段，当C = 1时，耦合度最大，系统间达到良性共振耦合。

3）耦合协调度

耦合度虽然可以显示火车站周边商业服务功能系统与其街道空间系统之间共同发展的关联程度，但是不能表现两个系统是在何种发展水平下达到协调的，不同发展水平下所表达的协调意义是不同的[9]。耦合协调度可以更精准地反映出两个系统间协同发展的水平及状态，将上述模型进行扩展，得到耦合协调度模型：

式中：D为火车站周边商业服务功能与其街道空间的耦合协调度，C为两个系统的耦合关联度;T为两个系统分别的综合协调指数，反映两个系统的整体效益和水平对协调度的贡献;α、β为待定参数，研究时把商业服务功能与街道空间看作具有同等的重要性，两个取值均为0.5。

二、结果与分析

（一）商業服务功能空间分布及评价

1. 商业服务功能空间分布

基于天津站周边商业服务设施POI数量，通过GIS进行核函数分析，选取的输出栅格数据集像元大小为30 m，搜索半径为280 m，经过反复试验，选取的这两种实验参数能够客观的反映商业服务功能在空间分布上的基本特征。

图2可以看到2018年天津站周边范围内街道餐饮、购物设施相比住宿设施的空间聚集程度更高，主要分布在西部的意式风情街、古文化街，南部的滨江道商业街等，这些设施在空间上以片状集群分布，在空间上形成多核心发展的空间结构，对城市人流产生一定的集聚作用。住宿设施在空间集聚程度上一般，表现为分布零碎的弱集聚空间特征，可以满足旅游及出差人员的住宿需求，同时满足灵活经营的需求。

2. 商业服务功能评价

根据《城市用地分类与规划建设用地标准》（GB50137—2011）中对商业服务设施用地的定义，将商业服务设施划分为购物、餐饮、以及住宿三项指标②。利用软件matlab，基于各类设施POI数量，使用熵值法对火车站周边商业服务功能进行评价，对各指标权重计算前，先将其进行标准化处理，可直接得到2012—2018年天津站周边商业服务设施的权重及发展水平（见表1）。

（二）街道空间评价

1. 空间可达性分析

可以将集成度理解为区域内整个空间结构和道路的关系。通过对Google Earth历年街道数据的查看，2012—2018年天津站周边街道路网未发生改变。以2018年天津站周边街道为例，选择车行道为主元素来绘制整个地区的道路CAD轴线图，Node Count检验无误后，基于GIS插件Axwoman6.3，通过HH算法可直接对天津站周边地区的集成度进行计算。通过轴线的颜色深浅来区分可达性的高低状况，线条越粗越深，表示其可达性越高。由图2可知，天津站西部与南部的新开路、华兴道、芥园道、南马路以及东马路和古文化街等街道空间集成度较高，距离天津站站点较近，具有较强的可达性。

2. 空间可理解度分析

将绘制好的天津站周边的道路CAD轴线图导入软件Depthmap，可直接可得到天津站周边街道空间范围内智能度散点图（见图4）。其中，R2表示智能度，数值的大小表示局部空间结构和整体空间结构的紧密性状况，数值越大表示相互之间的连接度越高，可以使用局部空间结构来对整体进行预测，得到的数值也比较精确，在不借助外部信息的状况下，能够顺利地掌握其他空间的结构特点。R2值处于0-0.5之间，该系统的智能性较低;R2的数值处于0.5-0.7之间，认为智能性较好;R2数值处于0.7-1.0之间，认为智能性非常强。从图3中的信息能够发现，天津站周边空间智能度线性回归模型为：y = 2.238 45x - 0.722 376，R2为0.585 688，智能性较好。但由于运河的隔绝作用，天津站周边局部空间与整体空间的关联度减弱，游客不能够对自己所处的位置有着较为明确的认知，容易出现迷路的问题。

（三）耦合关系分析与讨论

将上述对商业服务功能与街道空间的综合评价数值代入构建的耦合度模型，基于软件matlab，可直接得出耦合关联度与协调度（见图5）。天津站周边交通可达性较高的区域分布在南部、西部及东北部，为人流容易集中的地区。结合周边街道商业服务功能的空间分布来看，随着天津站周边商业服务功能的不断完善，呈现出乱而有序的布局，其主要集中在西部意式风情街以及南部的滨江道商业街等地，以可达性较高的街道为主，说明商业服务功能更多集中在交通可达性高的区域，交通可达性对商业服务设施位置的选择有着重要的影响。结合相关文献对耦合协调度的评判标准[10-13]，对天津站周边商业服务功能与其街道空间的耦合关系类型进行了界定（表2）。目前，两者的耦合关系呈逐年上升的态势，从过度发展类向协调发展类过度，目前处在中级协调发展阶段。

（四）优化建议

目前，天津站周边商业服务功能与其街道空间的耦合关系正处在中级协调发展阶段，仍具有一定的发展空间，文章从以下三个方面提出优化建议：

第一，从天津站周边商业服务功能空间分布来看，具有向外扩散“多元聚集”的特征，但一些区域的商业服务功能布局较为混乱。可以从均衡业态的角度实现对天津站周边市场的整合优化，明确空间特点，科学合理地确定周边商业服务设施档次以及规格。在天津站周边商业服务综合系统的开发方面，应该发挥出天津站客流集散中心的作用，优化其周边商业环境，使天津站成为具有向心力的城市发展核心。

第二，在天津站周边街道空间可达性分析中，发现意式风情街、滨江道商业街、古文化街等区域的空间集成度较高，在其商业服务功能发展的过程中逐渐演变成商业服务街区，天津站周边街道空间可达性高低与商业服务功能强弱较为一致。在进行功能优化时，可以进一步加强天津站周边空间可达性高的轴线的活力，完善旅游景点，提升出行人员的商业服务体验。

第三，尽管天津站周边街道空间的智能度为0.585 688，但还有较大的提升空间，出行人员在天津站周边容易出现迷路的问题，主要原因是其周边街道走向多种多样，四通八达，这种布局状态提升了空间复杂度。并且由于运河的隔绝作用，天津站周边总体人流和局部人流的联系降低，阻碍运河两岸的交通。可以进一步优化与交通流量相配套的街道空间尺寸，针对其周边部分空间节点实施重点建设，保证可视度以及可达性。并在符合城市经济、文化、社会的发展需求的基础上，加强天津站周边商业服务设施的规划建设，满足本地居民和外来旅客的出行需求。

三、结语

我国城市建设逐步进入由“量”到“质”转型发展的历史阶段，强调进一步优化城市布局、完善城市功能。火车站在城市发展过程中具有重要作用，其周边地区商业服务功能的改善能够促进周边经济圈快速发展，因此，完善火车站周边商业服务功能具有重要的现实意义。文章研究表明，火车站周边商业服务功能更多集中在街道空间可达性较高的区域，两者之间的耦合关联度与协调度呈逐年上升的趋势。因此在城市火车站周边商业服务设施功能优化及专项规划中，应该在以人为本的原则上，从注重其周边地区开发状况的角度来进行综合规划，提高街道空间的可达性，增加交通空间的活力，使出行人员能够更便捷享受到火车站周边优质的商业服务。同时还应该建立多层次、立体化的商业环境，优化街道空间尺寸，推动火车站周边商业服务功能的发展，打造商业繁荣、业态丰富的现代商业服务业核心区，进而更好地发挥出火车站商业对区域经济的拉动作用，为城市经济的发展带来全新活力。

注释：

①  OSM数据可用于LBS以及ITS方面的应用，基于开源地图信息而产生的地理数据。

②  购物设施主要为：便利店、超市、综合市场等;餐饮设施主要为：茶饼店、咖啡厅、冷饮店、酒吧等;住宿设施主要为：酒店、招待所、青年旅舍等。

[参考文献]

[1]  张楠楠，徐逸伦. 高速铁路对沿线区域发展的影响研究[J]. 地域研究与开发，2005，24（3）：32-36.

[2]  李阿萌，肖翔. 高速铁路对长三角地区城市经济联系格局的影响[J].现代城市研究，2013，29（9）：110-116.

[3]  孙婷. 高速铁路对城市发展影响[J]. 现代城市研究，2008，23（7）：82-87.

[4]  李凌岚，张国华，曹云丽. 轨道交通站点周边用地规划调整的技术方法：以苏州市为例[J]. 城市交通，2007，5（1）：30-36.

[5]  李江苏，梁燕，王晓蕊. 基于POI数据的郑东新区服务业空间聚类研究[J]. 地理研究，2018，37（1）： 145-157.

[6]  王兰，王灿，陈晨，等. 高铁站点周边地区的发展与规划： 基于京沪高铁的实证分析[J]. 城市规划学刊，2014（4）： 31-37.

[7]  雒占福，徐静，巩萧，等. 基于空间句法的兰州市城市道路网络特征分析[J]. 西北师范大学学报（自然科学版），2018，54（3）： 105-111，118.

[8]  司嵬，王冲. 基于容量耦合模型的四川省农旅产业耦合升级研究[J].广东农业科学，2018，45（7）：165-172.

[9]  李苒，曹明明，胡勝，等. 基于耦合模型的生态环境与经济协调发展研究：以榆林市为例[J]. 西北大学学报（自然科学版），2014，44（2）：285-291.

[10]  刘娜，石培基，李博. 甘肃省人口经济空间分异与关联研究[J]. 干旱区地理，2014，37（1）：179-187.

[11]  钟业喜，陆玉麒. 鄱阳湖生态经济区人口与经济空间耦合研究[J]. 经济地理，2011，31（2）： 195-200.

[12]  张琰飞，朱海英. 西南地区文化演艺与旅游流耦合协调度实证研究[J]. 经济地理，2014，34（7）： 182-187.

[13]  陈新哲，熊黑钢. 新疆交通与旅游协调发展的定量评价及时序分析[J]. 地域研究与开发，2009，28（6）：118-121.