基于“形”和“流”的城市多中心体系实证研究 ——以沈阳市中心城区为例

张晓云,谭兴业,殷健,李越轩

(沈阳市规划设计研究院,沈阳 110004) 期刊名称:城市规划2016年增刊1 中图分类号 TU984



ZHANG Xiaoyun, TAN Xingye, YIN Jian,Li Yuexuan

(Shenyang Urban Planning and Design Institute,Shenyang 110004)


摘  要:本文以沈阳市中心城区为例,提出了一种基于“形”和“流”的城市空间结构研究模型,从静、动态两个角度揭示城市的空间发展特征。首先,从城市物质空间组成要素出发,构建以“人地房、设施条件、人居环境”为主体的空间评价体系,分析城市“形”的空间特征;利用人口、用地和建筑数据,结合交通出行调查,推算城市内各区域的空间出行分布,对城市“流”特征进行分析。综合二者研究结果,根据空间发展的均质、异质性特征,对沈阳市中心城区的空间格局进行重构。***后,以片区为单元,采用局部空间自相关的方法,对城市“形”和“流”的综合评价结果进行空间聚类,实现城市多中心体系的识别与发展阶段的判断。该模型从“空间定量化”的角度,客观有效地论证了沈阳市中心城区多中心体系结构,揭示城市中心的发育特征,为城市发展的******引导提供了重要参考。


关键词:城市物质空间;交通流;城市空间结构;城市多中心体系;沈阳中心城区


Abstract: This paper presents a research model of urban spatial structure d on forms and flows, and reveals the characteristics of urban spatial development from two perspectives of static and dynamic states. Shenyang central area is used as a case study for illustrating the application of this model. Firstly, d on basic elements of urban physical space, the spatial evaluation system of “population, land, real estate, facilities, environment” is constructed for analyzing the characteristics of urban form. Then, by using population, land and building data with traffic travel survey, the spatial travel distribution of each area in city is calculated and the characteristics of urban flows are analyzed. Combining results of form and flow evaluation, the spatial pattern of central area in Shenyang is reconstructed according to homogeneity and heterogenicity of spatial development. Lastly, regions as basic units, the combined result of urban form and flow evaluation is spatial clustered by using local spatial autocorrelation method for realizing the recognition of urban polycentre system and the judgement of development states. Areas of high values with the similar conditions are clustered, and the hot spots of urban development are revealed. This model ively and effectively demonstrates polycentre structure of central area in Shenyang, and reveals the development characteristics of urban centers, which provides an important reference for the precise guidance of urban development.


Keywords: urban physical space; traffic flow; urban spatial structure; urban polycentre system; Shenyang central area


1. 引言


  城市空间结构的多中心化是城市发展到一定阶段的必然选择。在一些经济发达地区,如伦敦、巴黎和东京,地理空间的多中心化已成为一种普遍现象[1]。多中心结构符合城市发展的内在规律和经济学的基本原理,城市多中心体系的形成是随着城市发展,城市人口和用地规模的扩大以及承担职能的多元化而带来的城市空间结构的变化[2];以经济学的视角来解释,基于集聚经济原理,城市单中心结构是城市发展一定阶段所呈现的主要空间形态特征。然而,由于单中心集聚造成的过度拥挤、资源紧张、环境污染等城市问题导致社会管理成本的增加和城市运行效率的下降,产生了集聚不经济,从而促使一部分人口和产业活动开始由集中走向分散[3 ~ 4]。


  根据研究尺度的不同,城市多中心体系研究可分为城市内部的多中心体系研究和城市群或都市区的多中心体系研究两种形式,本文研究侧重于前者。城市内部多中心体系的现有研究方向主要包括空间结构的绩效研究、多中心特征及形成机制研究、案例及发展模式研究、多中心结构识别及实证研究等。在实证研究方面多以城市人口分布状况作为城市多中心识别的主要判据,如孙斌栋等[5]采用居住和就业人口密度,对上海多中心结构的进程进行了实证分析;钮心毅等[6]利用手机信令数据,从手机用户密度空间分布的角度识别城市公共中心结构;蒋丽等[7]利用2000-2010年外来人口空间分布数据,对广州多中心空间结构演变进行研究。此外,魏冶等[8]利用人口密度、就业—居住联系、企业组织联系,从流空间的角度对沈阳市的多中心城市结构进行实证研究。然而,由于其采用引力模型、参量替代等方法以空间联系间接代替“流”数据,并未真正实现基于“流”的城市空间结构研究。


  英国著名的理论地理学家Michael Batty曾指出“想要认识城市空间,必须先认识流”[9]。同济大学吴志强教授于“2015城市发展与规划大会”提出以“流”定“形”的城乡规划新理念,挖掘城市表层形态下隐含的流动要素,认识城市发展的深层次规律,制定和总结出城市发展模型和方法以指导城乡规划发展走向理性与科学的新范式。因此,本文改变了传统单纯利用人口分布特征的研究方法,提出一种从多角度探究城市空间结构的开放式模型。由于受“流”数据的限制,本文未能完全实现“以流定形”,而是另辟蹊径地提出一种将“流”和“形”相结合的研究思路,基于GIS空间分析技术,从“动”、“静”两个角度对沈阳市的空间发展状况进行评估。随着数据种类和采集方式的不断丰富,结合GIS及各类大数据分析技术,本模型将做到以“流”定“形”,“流”“形”兼顾。


2. 研究方法

2.1 方法概述与技术路线


  城市中心不仅是城市功能高度集聚的地域,而且具有较为密切的对外关联性和服务职能[5,10]。因此,基于城市中心的两大基本特征,本文提出的城市空间结构研究模型以社区作为基本尺度,从城市的“形”和“流”两方面解读城市空间结构特征,反映城市的空间发育状况。本模型中,“形”代表城市静态物质空间,由人口、用地、建筑、公共服务设施、基础设施等基本要素构成,反映城市核心功能的空间发育程度;“流”表示流空间,包括城市内部的信息流、交通流、物流、人流、知识流等[8],是城市的一种动态测度,反映空间对外联系的紧密程度。社区是城市发展承上启下的重要环节,既是人类城市生活的重要载体,又是构成城市机体的有机细胞。作为城市的基本行政单元,相较于其他地域概念,社区更具有同质性。因此,以社区作为基本研究尺度,可以避免由于研究尺度过大而造成分析结果的失真,准确地揭示城市发展的空间特征。


  在城市“形”的研究方面,本文通过构建以社区为单元的综合评价体系,利用GIS技术对城市空间要素的分布特征进行分析,量化城市空间功能的发育状态;在城市“流”的研究方面,交通是城市内部流动性***直观的体现,因此本文利用人口、用地和建筑数据,结合交通出行调查,采用EM4软件对交通小区产生和吸引的交通量(PA)进行推算,***后将交通小区的PA数据利用空间叠加的方式分配到社区单元,以社区单位面积的PA量确定社区在“流”评价中的得分情况。***后,以各50%的权重综合二者的分析结果,采用局部空间自相关方法,将发展情况相似的地区进行空间聚类,揭示城市发展的热点地区,从而实现城市多中心体系的识别与发展状况的分析,研究方法的技术路线如图1所示。

图1基于“形”和“流”的城市空间结构研究技术路线

Fig.1 Technical route of urban spatial structure study d on forms and flows


2.2 城市“形”的研究


  为尽可能全面******地反映城市物质空间的发展特征。本文将城市物质空间发育程度的影响因素主要划分为三类:第一类是组成城市物质空间的基本要素,即人、土地和建筑。其中,土地、建筑是影响物质空间发育程度的直接因素,人的特征可以间接反映物质空间发育的好坏,属于间接因素;第二类是影响城市功能及运转效能的基本要素,即基础设施以及公共服务设施,重点考虑与人民生活息息相关的教育、医疗、地铁等9方面内容,其余内容由于空间数据的缺失尚无法纳入评价体系中;第三类是城市的生态环境,本文根据受空间数据的限制,以空间绿化水平作为该方面评价的核心指标。***后,综合以上三类影响因素,本文构建以“人地房、设施条件、生态环境”为主体的三级评价体系,累计各项评价指标得分,评估城市空间的发育程度。


  在评价指标的选取上,本模型以“定位和定量”为标准,确保每一个选取的指标均对应可量化的空间数据,改变了传统社区评价多采用定性指标,从而影响评价的客观性和可操作性,且缺乏地理空间层面的直观考量,难以直观准确地反映城市发展和建设方面核心问题的不足,提升了本模型对于揭示城市空间结构方面的应用价值。


  城市“形”评价采用百分制的形式,各层次评价项的分值权重均需采用专家评判法进行确定,评价项包括3大类、6中类、27小类,评价项及相应分值如表1所示。




表1城市“形”评价的指标及评分标准

Tab.1 Evaluation indexes and grading standard of urban forms


  社区是一个地域概念,因此在评价时需考虑社区内部可能存在的非均质性,******程度确保评价结果的客观、准确。因此,本文针对空间数据的特点及现实意义共设计了2种加权计算方法,分别为信息类加权法、服务类加权法。


  信息类加权法是以社区的原始信息为基础,以该信息的某种属性作为其在社区内所占的比重,以加权平均的方式计算社区得分。以建筑年代项评价为例,计算社区的平均建筑年代应综合考虑每栋建筑的年代和建筑面积,以建筑年代作为评价因子,以建筑面积作为权重,通过加权平均合理准确地计算社区得分。


  服务类加权法以设施的服务范围为基础,计算各设施服务覆盖社区的面积,以加权平均的方式计算社区得分。以地铁项评价为例,受距离衰减作用的影响,地铁站点的服务范围对同一社区内部的不同区域之间的影响存在差异性。因此,在评价社区接受地铁服务能力时,应综合考虑各邻近地铁站点到社区内部不同区域的距离远近及影响范围,以距离作为评价因子,以影响范围作为权重,利用加权评价的方式客观计算社区得分。


  此外,部分评价项根据实际情况,并非完全以社区作为基本评价单元。如评价社区的中小学教育情况时,以学区作为评价的基本单元更贴合实际,根据重点中小学的网络评比情况,确定重点学区和一般学区,以学区的教育资源情况对社区的中小学教育情况进行评价。


2.3 城市“流”的研究


  本文引入了“流”这一评价测度旨在以揭示静态空间的对外联系紧密程度,反映城市空间的动态特征。因此,本文中“流”评价重在“量”的研究,而非“方向”的研究。有关“流”方向的研究将作为本模型未来进行城市空间发展预测使用,目前还不属于本文的研究重点。因此,在对于城市“流”的评价方面本文将采用PA数据,而非OD数据。


  PA代表出行的产生和吸引点,是根据与出行端点相关的用地性质进行定义。出行产生点(P)表示与居住用地相关的出行端点,出行吸引点(A)表示与非居住用地相关的出行端点。因此,基于人口、用地和建筑数据,利用交通出行调查建立人口、用地、建筑三者与出行关系,对小区的出行量进行预测。每个小区的出行量可以用与该小区相关的出行端点(PA)数量表示。为了消除各社区受面积影响产生出行量的差异,本文以流密度作为“流”评价的***终指标,通过建立流密度范围与分值范围之间的线性回归关系,从而确定流密度对应的具体分值。


3. 沈阳市多中心体系分析

3.1研究范围


  本文所选取的研究范围为沈阳市中心城区,总面积约为1215平方公里,是沈阳市域经济发展、社会服务以及行政管理的核心区域。2014年末,中心城区内常住人口约为570万,占全市人口约69%。

从中心体系的整体结构入手,可将城市中心体系的空间结构分为三种类型:“一主多副”结构、“两主多副”结构以及“多主中心”结构[2]。为避免城市无序蔓延,《沈阳市城市总体规划(2011-2020年)》明确提出分散组团的发展模式,构建“一主、四副、多中心”的城市空间结构,如图2、图3所示。

图2沈阳市中心城区空间结构规划图

Fig.2 The design of urban spatial structure planning in Shenyang central area

图3沈阳市中心城区公共中心规划图

Fig.3 The design of urban public center planning in Shenyang central area


  “一主”即主城,其范围包括三环内用地及浑南新城,是城市高端服务职能的集中体现区域;“四副”即4个副城,具体为铁西产业新城、蒲河新城、永安新城和浑河新城,是城市核心生产职能发展的主要区域;“多中心”指多层次、网络化的城市公共中心体系。其中,沈阳市公共中心体系共分为四个层级,包括2个市级中心、9个市级次中心、8个地区中心和21个片区中心。


3.2 研究数据


  基于“形”和“流”的城市空间评价共采用人口、土地、建筑、交通、网络等5大类空间数据。通过数据处理与整合,建立整个评价体系在城市地理空间的具体落实。数据来源主要分为规划数据、测绘数据、民政数据、网络数据等4种类型。其中,基于网络拾取技术获取的互联网数据成为空间评价数据的重要组成部分,本文借此发挥大数据时代信息资源的深度整合能力,推动了“互联网+”在城市规划应用方面的实践探索。


  规划数据为现状和规划信息,包括各类用地、中小学学区、地铁线网及站点、城轨线网及站点、商业中心布局、历史文化街区、历史风貌区、文化遗产、文保单位、历史建筑、市区级体育设施布局等11项数据,来源于城市总体规划、中小学布局规划、地铁线网规划、城轨交通规划、历史文化名城保护规划、体育设施专项规划等6项规划。测绘数据主要为市区范围内各类建筑的测绘基底面积、层数及地理位置信息等,由沈阳市勘察测绘研究院提供。民政数据主要为市民政局提供的托幼信息、六普人口数据等。网络数据是利用网络拾取技术,由搜房网和大众点评网采集获得,主要包括新建楼盘、二手房、各类医疗机构、电影院、剧院、大型超市、展览馆、图书馆、体育场馆、基层社会组织等,采集内容包括地理位置、住宅建设年代、出售价格等。


3.3 沈阳市空间发展评价


  本文按照构建的城市“形”与“流”的空间结构研究模型,利用沈阳市中心城区的地理空间数据,对城市的空间功能成熟度和对外联系紧密度进行了评价,采用ArcGIS的Geometrical Interval方法进行了5级划分,结果如图4所示。

 

图4沈阳市中心城区“形”和“流”的分项评价结果

Fig.4 Sub evaluation results of forms and flows in Shenyang central area


  左图为城市“形”的评价结果,颜色深浅程度代表空间成熟度的高低。评价结果表明沈阳市中心城区的物质空间总体呈现由中心向外围辐射扩散的类似卫星城式发展态势,三环内总体呈现圈层式的发展形态。其中,二环内的物质空间成熟度较高,基本呈现均质化特征,成熟度******的区域由金廊地区、太原街地区、中街-小东路地区等3个市级中心为主体构成,形成十字形结构。二、三环线间虽然存在长白岛、奥体中心,黄海路,三台子等空间高成熟度的地区,但区域整体空间发育程度一般,相较二环内地区存在一定差距。外围新城空间成熟度较低并呈现明显斑驳状异质化的发展态势,除西南部苏家屯(浑河新城)旧城区和北部道义大学城地区空间成熟度较高外,区域内仍然以空间成熟度较差的地区为主,发育程度较好的地区也仅与二、三环线间地区整体的空间成熟度水平接近。


  右图为城市“流”的评价结果,相较于城市“形”的评价结果,二环内“流”的评价结果并未呈现出明显的圈层同质化特征,而是更体现出圈层内微观区域对外联系程度的差异性。评价结果表明空间总体依然呈现圈层扩散式的流密度变化形态,中心城区内流密度较高的区域依然集中于二环内,并呈现由中心区域向西南部地区延伸的趋势。二环内的空间异质性明显,东部、北部的部分地区空间流密度较低,流密度较高的区域主要集中于一环内,依然由金廊地区、太原街地区、中街-小东路地区等3个市级中心为主体构成。二三环间南部长白岛、奥体中心区域以及西部黄海路地区流密度较高,东部地区的流密度较低,总体呈现同质化状态。

图5沈阳市中心城区“形”和“流”的综合评价结果

Fig.5 Comprehensive evaluation result of forms and flows in Shenyang central area

图6沈阳市中心城区空间格局重构方案

Fig.6 Reconstruction scheme of spatial pattern in Shenyang central area


  ***后,以城市“形”和“流”两方面各50%的权重综合二者的评价结果,形成沈阳市空间综合发展状况的评价结果,如图5所示。结果表明二环内、二三环间基本形成均质化空间发育状态。外围副城形成斑驳状的空间发育形态,总体上呈现出空间异质性。按照空间发展的均质化程度与空间的建设情况,同时考虑河流水系和行政区划的界限分隔,本文提出了沈阳市中心城区的空间重构方案,形成了“4+4”的城市空间格局,即4个主城片区与4个副城片区结构。主城以二三环线和浑河为界,形成浑北二环内、浑北二环外、浑南主城、浑南新城等4个片区;副城发育情况的空间特征性不强,因此主要以行政区划为界,形成由铁西、蒲河、浑河、永安等外围副城组成的4个片区,如图6所示。

图7沈阳市中心城区片区发育程度评价结果

Fig.7 Evaluation result of regional development in Shenyang central area


  以沈阳市中心城区的8个片区为基本单元,利用城市空间综合发展状况评价的结果,计算片区整体的得分情况,如图7所示。结果表明中心城区8个片区发育程度存在显著差异,片区发育成熟度的空间形态特征依然呈现出“二环—三环—外围副城”的圈层式扩散结构。片区的空间发育程度总体可分为三个阶段,二环内地区的空间发育程度较为成熟,二三环之间的地区基本处于由起步向成熟过渡的发展阶段,而外围新城正处于发展的起步阶段。


3.4 沈阳市多中心体系分析


  城市中心应具有区域优越性特征,即对于特定的地理范围,其空间发育程度应优于其他地区。根据片区空间重构的结果,沈阳市的多中心体系应由各片区空间发育程度较高的区域构成。因此,本文以空间重构的8个片区作为基本单元,采用局部空间自相关方法,将发展情况相似的地区进行空间聚类,揭示城市发展的热点地区,从而实现城市多中心体系的识别与发展状况分析。以局部空间自相关的G统计量(Getis-Ord Gi*)作为聚类程度的判别标准,综合8个片区聚类的结果,如图8所示。由于各片区发育情况存在差异,为了更******地识别高值聚类地区,本文未采用同一标准对聚类结果进行划分,而是对每个片区利用ArcGIS的Equal Interval方法将聚类结果划分为9个等级,且每个片区高值聚类区对应的显著性水平均小于5%。

图8基于片区“形”和“流”综合评价的空间聚类结果

Fig.8 Spatial clustering result of comprehensive evaluation d on regional forms and flows


  空间聚类分析结果表明沈阳市多中心体系的空间形态已基本形成,呈现由中心向西、北、南三个方向辐射的形态特征。中心城区的东部区域发育程度较差,未形成明显的片区中心。以片区为单位,参照《沈阳市城市总体规划(2011-2020年)》,目前已形成太原街、中街、北站、兴华街、长白岛、三台子、黄海路、苏家屯、道义、张士、沈阳南站、永安等12个城市中心。奥体中心虽未被纳入沈阳市总体规划的多中心体系,但分析结果表明其发展程度可以成为浑南主城的片区中心。以各片区中心外1km范围作为中心发育程度评价的空间参考,对该范围内所涉及社区的空间综合发展评价结果进行提取,以社区得分作为评价因子,以该范围内包含的社区面积作为权重,通过加权平均的方式计算片区中心的发育程度得分,结果如图9所示。

图9沈阳市中心城区城市中心发育程度评价结果

Fig.9 Evaluation result of urban center development in Shenyang central area


  从发育状况上看,片区中心发育程度同样呈现明显的圈层式渐次递减特征。由于城市跨河发展的引导以及金廊沿线的发展带动作用,二三环间南北方向片区中心长白岛、三台子的发育程度较好,西部黄海路地区发育程度一般。外围新城中心与二环内发展成熟的城市中心依然存在明显差距。


4. 结论


  本文通过构建城市空间结构评估模型,对沈阳市中心城区的空间发育程度及多中心体系结构进行了剖析,结果表明中心城区的空间发育程度以及片区中心的发育程度均呈现“二环—三环—外围副城”圈层向外的渐次递减特征,8个片区发育程度总体可分为三个发展阶段,二环内地区处于发育成熟阶段,二三环间的区域处于发展阶段,而外围新城正处于起步阶段。《沈阳市城市总体规划(2011-2020年)》确定的城市多中心体系的空间结构已形成雏形,呈现由中心向西、北、南三个方向辐射的形态特征,外围新城中心与二环内城市中心依然存在明显差距,仍需加强城市功能的补给以有效地支撑外来人口的吸引、二环内人口的疏解以及产业的发展。


  城市空间结构评估模型在城市空间结构的认知方法上实现了3个创新,一是实现由“中医号脉”式向“西医指标”式的方法转变,通过构建全面的评价体系,改变了传统单纯凭借经验判断的城市空间结构认知,利用城市要素的地理空间数据,结合GIS的空间分析功能,做到城市发展的“空间定量化”认知,辅助规划决策,提升城市规划的科学性。二是改变了传统单纯基于城市形态的分析思维,实现由静态到动静结合的城市认知方式的转变,逐步探索“以流定形”在规划领域应用的方法路径。三是根据城市空间发展的特征,本方法客观地实现了城市空间结构的再划分,为分区发展政策的制定提供了重要参考,有望实现对城市发展的******引导。


  本模型具有开放式数据架构,随着数据类型的不断补充以及分析模块的增加,将充分发挥该模型******揭示城市空间发展问题的优势,真正实现以“流”定“形”,从而探索“智慧沈阳”下“智慧规划”的发展路径。


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