城市昼夜节律下电动汽车充电站基础设施与城市空间结构的非对称双向交互作用

《Sustainable Cities and Society》：Asymmetric bidirectional interaction of EVCS infrastructure and urban spatial structure within diurnal rhythms

　　

电动汽车充电站（EVCS）基础设施与城市空间结构的适配是可持续城市规划的核心基础，但传统设计将EVCS布局视为对城市结构的被动适应，限制了这一潜力的发挥。为量化二者的交互关系，研究人员采用交叉滞后面板模型（CLPM）分析了2020至2025年成都与重庆的对比数据集，并通过融合小时级人口热力数据与静态城市空间结构，构建了动态城市复合指数（UCI）。研究结果显示二者存在非对称关系：城市稳定的底层结构（尤其是路网）可预测EVCS的长期布局（β≈0.21–0.28）；而充电基础设施仅与特定城市功能结构（UFS）存在靶向关联，尤其与夜间居住功能呈现显著匹配特征（β≈0.11）。这些发现为反思被动响应范式提供了定量证据，提示需构建协调宏观结构基底与微观功能节律的整合框架。

该研究聚焦高密度城市背景下电动汽车充电站（EVCS）与城市系统的协同机制，针对当前规划中忽视基础设施对城市空间反向作用的局限展开探索。随着全球交通电动化转型加速，中国等高密度城市中公共充电网络已成为支撑电动出行生态的核心——由于集体住房占比高，私人充电桩安装受限，公共EVCS的布局合理性直接影响碳中和目标实现与城市空间重构。现有研究多将城市视为静态需求场，通过优化模型最大化服务覆盖或识别选址因子，却忽略了EVCS凭借用户停留特性催生商业集聚、重塑日常出行模式与土地利用的长期影响。同时，城市功能随昼夜节律呈现动态变化，但既有研究尚未系统揭示不同时段、不同功能区与EVCS的差异化交互机制，这为研究的开展提供了现实必要性。研究人员选取西部代表性城市成都（单中心结构）与重庆（多中心结构）作为对比案例，旨在解析EVCS网络与动态城市空间结构的长期双向机制，明确该机制如何随城市功能的昼夜节律变化，以及受宏观空间形态的中介效应。

研究采用的关键技术方法包括：构建多源时空地理数据集，整合兴趣点（POI）、路网与基于位置的服务（LBS）人口热力数据；开发动态城市复合指数（UCI），通过两阶段小波融合技术整合物理环境与人类活动强度；应用交叉滞后面板模型（CLPM）量化2020–2025年EVCS与动态城市结构的纵向双向关系；将宏观城市空间结构解构为商业、居住、交通等独立城市功能结构（UFS），开展微观层面的机制分析。

研究结果部分，首先在“交互机制验证”中发现EVCS与城市空间结构存在显著的非对称双向关系：宏观层面，城市道路网络对EVCS长期布局具有稳定持续的影响（β≈0.21–0.28）；微观层面，EVCS仅对特定城市功能产生靶向催化作用，其中与夜间居住功能的关联最为突出（β≈0.11）。其次在“方法学验证”中，对比了常规加权法（CWF）、熵权法（EWM）与提出的小波融合法（PWF），证实PWF在信息保留率与空间结构有效性上均优于传统方法，其构建的UCI能更准确反映城市动态结构特征。进一步在“功能结构异质性分析”中，揭示了交互强度的时段差异：日间工作区的EVCS布局受就业密度驱动更强，夜间居住区的充电需求则与人口密度呈更高相关性，而交通枢纽区的交互效应呈现全天候稳定性。最后在“空间形态调节效应”中，验证了城市宏观结构的中介作用：单中心成都的EVCS布局更依赖中心区辐射，而多中心重庆的充电网络则沿次级中心分散分布，体现了空间形态对双向机制的调节作用。

讨论部分指出，这种非对称关系的本质是城市物理结构的路径依赖性与基础设施的可塑性差异：路网等刚性要素限制了EVCS的选址空间，而充电网络作为柔性要素仅能在特定功能节点产生局部影响。研究突破了传统单向适应的规划范式，提示需将EVCS从配套设施升级为调控城市空间结构的战略工具，例如在新区规划中提前布局充电网络以引导居住功能集聚，或在老城区结合路网改造优化充电设施分布。结论部分强调，EVCS与城市空间结构的交互并非简单的供需匹配，而是受功能组成、昼夜节律与宏观形态共同调制的复杂过程。城市空间结构对EVCS的长期布局具有稳定预测作用，而充电网络则对特定城市功能产生靶向催化效应。这种非对称性要求在规划中兼顾宏观结构基底的刚性与微观功能节律的弹性，为高密度城市的可持续基础设施部署提供了新的理论视角与实践路径。该研究发表于《Sustainable Cities and Society》。