城市空間形態圖析及其在城市規劃中的應用

摘 要：城市空間形態是城市空間的深層結構和發展規律的顯相特征，城市形態的研究對輔助與充實規劃實踐有重要意義。改革開放以來我國已經進入了一個快速城市化過程，這一過程包括了一系列巨大的經濟與社會結構的重構。我國城市形態的變化迫切需要我們進行深入地分析認識，引導城市的可持續發展。本文遵循時間序列的脈絡，以濟南市為研究案例，對其城市發展的空間形態信息采用圖形分析解釋的方法，希望探尋一種適用于規劃實際案例的城市形態分析視角與研究方法。

關鍵詞：城市空間形態；圖形分析；城市規劃；濟南

中圖分類號：TU984 文獻標識碼：A 文章編號：1009—3060(2007)04—0040—05

西方現代城市規劃起源于建筑師與社會學家尋找理想的城市形態以醫治“城市病”的烏托邦和物質形象的思想。在過去的20多年中，西方城市發展的實踐要求規劃師更多的關注于“政策規劃”、“發展影響評估”、“發展管理”、“社會規劃”和“經濟發展”，規劃師的職責似乎完全脫離了物質環境。然而，物質環境在規劃學科中，無論過去與現在都依然占有重要的位置。正如美國學者F.Hodge(1998年)指出的那樣：“大量的規劃工作依然圍繞著兩個中心，一是計劃新建項目對現狀環境影響的評估，二是組成物質環境的不同功能和活動部分的空間協調。”城市形態研究的價值在于它在城市動態變化的過程中適當安排新的結構元素的能力，如“形態分析”已成為提高城市“發展管理”和“設計控制”等規劃實踐的重要工具。基于這一觀點，城市形態的方法對輔助與充實規劃實踐有重要意義。

改革開放以來，我國進入一個快速城市化過程，這一過程映射出一系列巨大的經濟與社會結構的重構。同世界其它國家相比，我國城市形態的變化，從動力機制到實體環境都顯示出不同的特點，其復雜性與多樣性對城市形態的理論研究具有特殊的價值。

我國學者段進(1999年)認為空間形態是城市空間的深層結構和發展規律的顯相特征。從這個顯相特征出發回顧了我國1990年以來城市形態研究進展，通過多年的探索形成了兩個重要思路：(1)從局部各種影響元素到復雜整體結果的分析方法；(2)強調事物演變過程研究的方法，探尋包括過去、現在和未來在內的完整序列關系。

在我們的日常規劃工作中，一座城市的空間形態往往抽象表示為空間幾何圖形，而圖形作為一科符號語言，具有簡潔直接的特征，用一系列的圖形來對事物的發展進行解釋時，將使我們從中挖掘出事物發展歷程中蘊含的豐富時空演變信息。故而本文的出發點就是希望遵循時間序列的脈絡，對城市發展的空間形態信息進行圖形分析解釋，在引入一種新的城市形態分析視角的同時，探尋一種適用于規劃實際案例的分析研究方法。

一、研究案例城市

濟南，山東省省會，經過解放后幾十年的建設，逐漸發展成為具有相當經濟實力的現代化大都市，其城市用地空間格局在歷史長河中也發生了巨大的轉變，這一過程反映了濟南市土地利用在其工業化與城市化所帶來的城市空間結構演變進程中所體現的動態規律和矛盾。本文對濟南城市空間形態演化研究是通過對公元313年至2002年期間共13個年份的濟南城區大致邊界輪廓來展開分析。

在此，作者循著濟南城市空間形態演化的歷史軌跡，借助計算機、GIS軟件及相關模型，采用定量與定性相結合的方法，對不同時空尺度下濟南城市空間形態信息進行挖掘，歸納其演化特征，并提出相關濟南空間發展的優化戰略。

二、研究指標選取

城市形態反映了城市在地理空間上的空間結構特征，包括平面形態和立體形態兩個方面，在文中指空間平面形態。為了將不同時段城市形態演變的特征從雜亂不一、形狀不同的城市擴展板塊中提取出來，繼而了解城市空間演化的復雜現象，本文選取了以下三個指標：

1．城市擴展方位指標——方向指數和方位比重

目前，描述城市擴展空間分異最常用的方法是比較分析城市擴展在不同空間方位上的差異。本文對此稍作改進，引用擴展方位指標(Growth Trend Probability Index)描述城市在不同空間方位的發展差異和預測城市在不同空間方位上發展的可能性。其中方向指數(Direction Index)反映了城市擴展的方向，即城市沿著某一方向擴展的慣性趨勢，計算公式為D_i＝(l_i-l_o)/l_o，式中D_i為方向指數，l_i為t時刻的方位軸長，l_o為O時刻的方位軸長；方位比重指數(Orientation Proportion Index)則反映了城市擴展在某一方位上發展的概率，即城市用地在某一方位區間內增長的可能性大小，計算公式為S_p＝(d₁S_t2-d₁S_t1)/(S_t2-S_t1)，式中S_p為方位比重，d₁S_t2為d₁方位區間內t₂時刻的面積，d₁S_t1為d₁方位區間內t₁時刻的面積，S_t1為t₁時刻的城市總面積，S_t2為t₂時刻的城市總面積。上述兩個指標能較直觀簡明地勾畫出城市擴展的空間形態變化總體趨勢。

2．城市緊湊度指標——形狀指數

城市緊湊度指標(Compaction Index)直觀反映出城市用地在二維平面上形態的緊湊性與發展的均衡程度，可以用來衡量城市建成區的空間形態經濟性。形狀指數越小，表明用地越不緊湊，城市建成區的空間經濟性越低。形狀指數計算公式為S＝A/L²，式中S為形狀指數，A為城市面積；L為城市最大跨距的長度。圓形區域是最緊湊的形狀，其S≈0.785。在這種情況下，如若城市中心(綜合功能)、商業中心等與圓心相吻合，則該中心的有效影響(服務)半徑為最大。

3．城市擴展速度指標——城市用地擴張系數

城市擴展是一個動態的過程，因此要有一個動態性指標。城市用地擴張系數是由城市人口增長速度和城市用地增長速度之間的比例得來的，一方面反映了城市在一定時期擴展速度的快慢，另一方面還可用來衡量城市用地規模合理與否，是一個較為理想的動態性指標。其計算公式如下：K＝△AR/△AR_p，上式中：K為城市用地擴張系數，△AR_s為建成區面積的年均增長速度(％)，△AR_p為非農業人口的年均增長速度(％)。據測算，在目前我國城市發展過程中當K—1.12時，城市用地規模擴展較為合理；當K＜1.12時，屬擴展不足；而當K＞1.12時，屬擴展過快。

三、濟南城市空間形態演化特征

在GIS軟件Mapinfo7.0下，對公元313年至公元2002年期間共13個年份的濟南城市平面形態輪廓的城市擴展方位指標、緊湊度指標所需的分析數據進行開發程序模塊自動測算提取，代入公式進行計算，城市用地擴張系數則由山東省建委《城市人口和建設用地統計表》中的濟南數據計算得到。在Excel下將不同時段上述指標的計算結果繪制統計圖經對照分析，發現宏觀層面濟南市城區土地利用空間格局演化呈現以下特征：

1．城市空間擴展呈空間異向性。東西方位延伸趨勢明顯

從中，可明顯看出隨著時間的推移濟南市城市擴展在東(E)－北(N)與西(W)－南(S)的空間方位區間內的數值明顯高于其它區域，而濟南市多年平均方向指數變化趨勢的波峰對應東偏北和西偏南，與目前濟南市空間拓展方向是相一致的。

從中可以看出，雖然不同時段在不同方位區間上城市面積增長的比重雖有不同，但相對集中的趨勢還是很突出的，仍以東(E)-東北(NE)和西(W)-西南(SW)區間為主。

采用上面兩個指標分析后，可看出濟南目前城市空間拓展與未來城市擴展慣性在東西方位延伸趨勢明顯。

2．城市用地緊湊度指數變小。空間不經濟性增強

從中，我們可明顯看出濟南市城市用地緊湊度指數在公元313年接近0.8，此時城市用地形態接近于圓形，各個方位的擴展是相對均衡的，但在民國初年發生很大變化，降到了0.3左右的水平，至2002年整個城市一直保持沿東西走向狹長拓展的態勢，用地緊湊度一直保持低水平，城市橫向距離不斷加大，從運輸成本和城市設施有效服務上講，這種空間形態將降低城市的規模效益。

3．城市發展空間受限。用地擴展由過快轉為不足

城市擴展速度是空間演化的重要表現形式，通過計算得出1949—1956年國民經濟恢復和“一五”計劃建設時期，用地擴張系數為1.61，1957—1985年處于城市建設和國民經濟調整時期，用地擴張系數為2.25，1986—1996年城市穩定發展期間用地擴張系數為1.21，均高于合理值1.12，屬擴展過快，1996年后城市建設加快，用地擴張系數轉為1.02，屬擴展不足。從圖4可看出，不同時期濟南城市用地擴張系數呈現明顯階段性，先升后降，近年來擴張趨勢變緩，說明由于特殊的地理環境條件，城市整體發展空間受限，擴展速度下降。

四、濟南城區用地空間格局戰略性優化調控對策

從空間戰略規劃內容和技術核心來看，空間的結構與形態以及影響其變化的經濟產業、社會人文、自然環境等因素是其研究的重點，可以說研究城市空間發展的規律性和合理性是戰略規劃的核心和前提。

針對濟南城市空間形態圖形分析中得出的目前濟南城市擴張在東西方位延伸趨勢明顯，城市形態緊湊度下降，繼續發展將可能導致城市發展空間不經濟性增加；而與此同時城市內部用地功能集聚明顯，又給城市發展帶來很大壓力等研究結論，筆者將其運用于濟南城市發展空間優化戰略之中，從以下兩個方面提出濟南城區用地格局的宏觀戰略性優化調控對策。

1．空間成長管理，實現“精明增長”

歐洲共同體認為“緊湊城市”是一個可持續發展的概念，目前首先應合理控制濟南城市用地蔓延發展趨勢，有目的、有側重的開拓城市新空間，在緩解城市內部壓力的同時，注重城市整體效益的提升。

(1)通過不同類型及不同區域內城市用地空間集聚、重組和運營，實現土地資源配置在容量、結構和秩序上的最大化和最優化，不斷提升濟南城市用地的經濟、社會與環境價值。

(2)充分利用“3S”技術構建濟南城市用地信息庫，開發先進的土地規劃、管理、決策復合信息系統，編制城市用地動態平衡表，對城市用地增長進行嚴格核算控制，實施城市布局緊湊化與用地精明增長。

遵循“精明增長”(Smart Growth)與可持續發展(Sustainable Development)理念，對濟南城市土地利用形態、總量、方向等方面進行優化調整，采用先進理念和技術經營管理土地，將有助于宏觀層面上土地利用空間格局效益的整體提升。

2．構建多核心、網絡化的開放型城市用地空間格局

目前濟南城區面臨著日益增大的用地開發壓力，道路交通擁擠、人口密度過大等問題，不僅使城區環境質量下降，同時也給古城區的保護造成很大困難，很大程度上受限于濟南圍繞單核心蔓延式擴展路徑。為此順應信息技術支撐下的網絡時代城市空間結構趨向分散的趨勢，構建多核心、網絡化的開放型城市用地空間格局，分散城市中心區功能和壓力的空間優化戰略勢在必行。

(1)優化濟南城區用地布局模式。結合上文演化研究分析得到的濟南城區用地圈層化地域分布特征與組團空間分散化趨勢，濟南城區改造和建設中應依據最佳區位理論、中心地理論與網絡空間理論等相關理論，首先對主要功能用地進行空間區位配置優化，在“適度混用”前提下實現用地組團多核化，功能集中化，效益規模化，突破單純依賴中心地區膨脹發展的被動局面。在確定各個功能集聚組團的大致分布后，然后新建、調整與完善其相互之間連接網絡，構建多核心、網絡化的城區用地布局模式，最終實現城市空間人流、物流、信息流的高效運轉。

(2)優化濟南城區整體發展形態。“改造舊城，開發新區”是目前濟南采取的城市建設基本策略，在原有四大組團基礎上，濟南依據其主要經濟聯系方向和交通干線選擇長清區、東部產業帶進行建設。目前來看，濟南市政府應根據城市分層理論確定新區的性質和功能，利用新區與主城在“距離—規模—性質”上存在的依賴關系，確定新區的合理規模與功能，真正緩解城市內部壓力，優化城市形態。同時加強東西向交通聯系，協調城區整體的交通組織，保證“一城四團”間的綠色開放空間，實現“新區開發、老城提升、兩翼展開、整體推進”，構建一個開放充滿活力的濟南城市空間。

本文基于對濟南城市空間形態演化的圖形解釋分析，提出一系列戰略性空間發展優化調控對策，真正建設一個和諧、可持續的“山水”生態型濟南，樹立現代化外向型新濟南的城市形象，同時希望為未來城市空間總體層面規劃的空間發展識別與優化探索一種方法與技術途徑。

(責任編輯：謝 閩)