國內外城市空間擴展的研究進展及其述評

張榮天，張小林

(南京師范大學地理科學學院，江蘇 南京 210046)

國內外城市空間擴展的研究進展及其述評

張榮天，張小林

(南京師范大學地理科學學院，江蘇 南京 210046)

根據國內外城市空間擴展研究內容變化和理論進展，從演變模式、驅動機制、模擬預測和優化調控四個方面對國內外城市空間擴展的研究內容體系進行歸納與總結。在此基礎上對國內外城市空間擴展研究趨勢進行述評。本文旨在通過大量的文獻資料分析，系統梳理國內外的研究進展和發展趨勢，對比國內外相關研究，以期能對國內城市空間擴展的研究發展提供理論借鑒和實踐指導。

城市化;城市空間擴展;研究進展;述評

1 國內外城市空間擴展的研究進展

1.1 城市空間擴展演變模式

國外對城市空間擴展演變模式研究可追溯到19世紀末城市地理學對城市空間形態結構的研究，較早進行研究的以E.W.Burgess、H.Hoyt、C.D.Harris為代表的芝加哥人類生態學派采用歷史形態學方法歸納出城市形態的同心圓模式、扇形模式與多核心模式三大經典模型。J.L.Berry通過大量的實證案例分析，歸納出城市空間擴展呈軸向增長、同心圓式增長、扇形增長以及多核心增長等多種方式，并認為“圓形城市 (Circular city)”是城市空間形態增長的最為理想模式;Leorey等從景觀生態學的視角出發，提出城市用地增長主要有三種類型:緊湊(compact)、邊緣 (edge)和廊道 (corridor);Ca-magni等指出城市空間擴展的五種基本類型:填充、外延、沿交通線擴展、蔓延、衛星城式，并根據不同的組合方式劃出10個小類。

國內最早對城市空間擴展進行系統研究與歸納總結的武進指出我國城市空間形態演變方式主要有四種模式:由內向外的同心圓式連續擴展、沿主要對外交通成放射狀擴展、跳躍式組團擴展和低密度蔓延擴展;段進認為城市空間擴展是城市內部各種功能演替的結果，主要有同心圓擴張、星狀擴張、帶狀生長與跳躍式生長四種演變的方式;有些學者對北京、上海、合肥、廣州、重慶等［1－3］(見表1)城市擴展空間模式演替規律進行實證研究;還有些學者從定量化的視角，采用凸殼原理［4］、夜間燈光數據［5］識別城市擴展空間演變模式。

表1 我國部分城市空間擴展模式

目前，國內外學者對于城市空間擴展演變模式的研究基本還處于定性化的探討階段，通過城市在時間序列的變化來研究城市用地在空間上呈現出擴展模式演替規律。采用凸殼原理與夜間燈光數據定量化的識別城市空間擴展模式，這是定量化的開始，但仍需要深化，更多的新技術、新方法應該應用于城市空間擴展模式的定量化識別。

1.2 城市空間擴展驅動機制

國外對于城市空間擴展驅動機制的研究，不同的研究學派作出了不同的解釋，主要從經濟、政治、土地、制度等方面闡述其驅動機制。Form W.H從政治學的視角出發，將影響城市空間擴展的動力分為市場驅動力與權利行為力;Muth從區域經濟的角度，指出地方農產品的需求彈性、城市工資水平、離城市中心的距離和技術水平共同決定了城市空間擴展的進程;Amott從土地開發成本收益均衡的角度，指出城市空間擴展的均衡點是土地價格、利率、預期的租金和地產價值共同決定的;Ding［6］從土地利用與管理制度視角，解釋城市空間擴展的內在驅動機制。

國內對城市空間擴展驅動機制眾說紛紜，劉盛和［7］則全面總結了國外學者在這方面的研究成果，認為城市空間擴展動力機制總體上可以分為5大類:動力因素、自然機制、市場機制、社會價值機制和政治權力機制。國內更多學者則選取單個城市進行實證研究，通過大量的實證研究可以發現，城市空間擴展驅動機制具有較多的相同之處，如自然條件、經濟發展、產業演替、交通等因子。此外，部分研究者針對特殊地形的城市(山地城市、港口城市)進行了研究;還有學者從城鎮群組空間的角度，分析了長三角［8］、珠三角［9］等城市群體空間擴展的動力機制;最近還有學者從物聯網發展［10］等新的視角，探討城市空間擴展的動力機制。

城市空間擴展是在特定的地理環境和一定的社會經濟發展階段中，人類活動與自然因素相互作用的綜合結果。城市空間擴展過程受到了不同時空尺度下的自然、人文、社會、經濟、文化等多種因素的綜合作用，是一個復雜的人地系統相互作用的動力學過程。在進行不同類型城市空間擴展的動力機制分析和探討時，往往需要因地制宜的綜合考慮其地理特征，采用某一種或者幾種的組合來有針對性地定性或者定量分析。

1.3 城市空間擴展模擬預測

國外學者從不同角度建立了多種數學模型和空間模型，用來模擬和預測城市空間擴展。Tobler在20世紀70年代首次正式采用CA模型來模擬美國五大湖區底特律城市用地空間擴展;80年代，CA模型在西方的地理學中的應用得到長足發展。Batty等人應用分形理論和元胞自動機模型對城市空間擴展進行了深入細致地研究;Clarke等利用城市發展的歷史數據，根據城市的交通、地形條件等設定適當的參數，建立SLEUTH模型，對舊金山和華盛頓都市區進行了成功模擬和長期預測;Waddell［11］結合了 CA和多主體模型 (MAM)，集成發展了城市仿真Urbansim預測模型;Deal［12］等運用城市生態學的方法，綜合集成生態學模型、CA模型和環境影響評價模型，提出了城市土地利用演化和評價的LEAM模型。

國內城市空間擴展模擬預測的研究與應用起步較晚，受國際研究的推動，20世紀90年代末城市地理學界才開始類似的研究。周成虎［13］等在Batty和Xie的CA模型的基礎之上，構建了面向對象的、隨機的、不同構的和兩個CA模型耦合的GeoCA—Urban模型;黎夏［14］等通過構建約束性單元自動演化CA模型，結合主成分分析和神經網絡等技術成功地對東莞市的城市用地空間擴展進行了模擬;國內許多學者應用SLEUTH模型，對中國各個大中型城市用地空間增長進行了成功地模擬與預測。此外，國內學者等也開始嘗試CA與MAM的集成一體化的研究。

總的來看，國外城市空間擴展的模擬預測研究取得了長足發展，提出很多城市模擬預測的新方法與新模型，為我國城市空間擴展模擬預測的理論與實證研究提供有益參考。這些基于CA模型的城市空間動態模型主要集中在兩個方面:一是對虛擬城市空間發展演變過程的模擬;二是對城市實際發展過程進行重建與城市未來可能的發展趨勢進行預測。雖然CA模型可以有效地模擬城市空間增長的趨勢，但目前CA與GIS的空間模型結合不夠以及和MAM的集成也不夠，仍需不斷深化。

1.4 城市空間擴展優化調控

1898年英國社會活動家霍華德 (Edbenezer Howard)提出了“田園城市” (Garden City)理論，核心思想為通過重塑城市空間形態，建立了城市內部各種各樣的動態平衡，通過限制面積、人口、居住密度等措施，對城市空間擴張進行控制。1925年法國人勒.柯布西埃 (Le Corbusier)提出了“光明城”的規劃，反對霍華德通過分散主義手法來解決“城市病”的主導思想，主張用全新的規劃和建筑方式來改造城市。二戰以后，隨著城市空間擴張的不斷加劇，生態環境問題越演越烈，抑制城市過快的蔓延成為研究城市最主要的焦點問題。在這種背景下應運而生了緊湊城市 (Compact City)、精明增長等可持續發展的理念。1989年，歐洲社區委員會 (CEC)首次公開提出“緊湊城市”的城市形態;1997年美國馬里蘭州州長PN.G Lendening首次提出了“精明增長”(Smart Growth)的概念，它強調環境、社會和經濟可持續的共同發展，是一種較為緊湊、集中、高效的發展模式，其中“城市增長邊界”(Urban Growth Boundaries)是精明增長實踐中最著名的措施，核心思想是通過劃定城市周邊的自然保護區和生態敏感區將其作為限制建設區，從而劃定城市可建設區。目前，國外城市精明增長組織網絡日益龐大，并且精明增長的核心內容日益豐富。

國內對于城市空間擴展優化調控的研究起步較晚，到21世紀初才開始借鑒“精明增長”的理論。陳雯［15］等介紹了精明增長概念的提出背景、主要內容及其基本實踐，系統闡述目前國內外廣泛研究的“城市蔓延”和與之相對的“精明增長”，提出我國城市空間具有“城市蔓延”趨勢，呼吁借鑒國外所采用的“精明增長”戰略，為制定更為科學合理的城市規劃進行理念更新;國內還有學者借鑒美國“精明增長”的理論，以特定區域城鎮為研究對象 (浙江省、蘭州市等)［16－17］，提出科學合理的城市空間發展模式，制定適合中國國情的精明增長策略 (見表2)。

整體來看，國外“精明增長”的理論與實踐已比較成熟，而我國對精明增長的相關研究歷史短，基本上處于對國外城市“精明增長”概念的學習、內涵的分析和策略技術的引介階段。目前，國內對精明增長的研究已經開始逐漸向城市空間合理擴展的城市規劃、設計與管理調控等方面展開，但對如何將精明增長與城市空間擴展系統地結合研究甚少，仍需深化。

2 國內外城市空間擴展研究述評

2.1 研究評價

縱觀國內外城市空間擴展的相關研究進展，對于城市空間擴展的理論與實踐研究大致經歷了由定性到定量、靜態到動態、由小尺度到大尺度、由結構分析到機制探索等過程。國外學者關于對城市空間擴展的研究不僅在技術方面，同時也在理論方面取得了較為積極的成果，為國內的城市空間擴展研究提供了大量可供參考的經驗，為我國的城市空間擴展動態研究有所借鑒。國內外關于城市空間擴展的研究呈現出以下幾個方面的特征:

表2 精明增長策略工具箱

(1)從研究尺度來看，國外關于城市空間擴展的研究呈現出從單一城市尺度向區域尺度乃至全球尺度的發展;對單一中心城市的空間格局演變規律的研究逐漸轉向區域更宏觀尺度的探討，如對城市群、城鎮密集區、都市帶、都市連綿區等宏觀尺度的探索，研究的空間尺度不再是某一單一中心城市，而是城鎮群體空間，這是近些年來國外城市空間擴展研究呈現的新特征;國內對城市空間擴展研究基本從20世紀80年代中期開始，研究的時間較短，并以大量的個案為主，局限于單一城市的空間擴展研究，缺乏“區域”的宏觀視角，系統歸納和總結的不多，不能十分有效地指導當前我國城市化進程加速的時代要求。

(2)從研究內容來看，國外研究重點經歷了單一城市內部空間擴展的結構變化與形成機制的研究到城市與區域互動關聯的空間擴展模式與機制研究，再到全球化跨國跨區域城市體系研究的轉變，國外城市空間擴展研究處于不斷轉型與重構之中，研究內容體系較為完整;國內對城市空間擴展的演變模式、動力機制、模擬預測及優化調控等方面作了全面地研究，取得了積極的成果，但目前國內對于城市擴展的動力機制與空間機理分析不盡全面，擴展模式識別偏向于定性化的描述，優化調控策略研究仍處在借鑒與討論之中，個案研究往往更多是針對某一角度而言，不具有普適性與系統性。

(3)從研究方法來看，國外城市空間擴展研究方法呈現出從定性描述研究轉向定量模型研究、從個案研究轉向區域城市實證研究、從單因素單學科分散研究轉向多學科綜合研究，國外的研究方法一直不斷在創新，研究視角十分全面;國內研究也呈現出從定性描述研究轉向定量模型研究、從單一學科分散研究轉向多學科的綜合研究，借鑒景觀生態學、系統動力學及社會科學等學科，多學科相互交融，拓寬了城市空間擴展研究的深度;但是目前國內城市空間擴展研究的視角仍不夠全面，缺乏宏觀、中觀、微觀系統化的綜合研究，基于各學科的交叉研究多停留在定性描述的層面上，需要進一步深化。

2.2 研究展望

基于中國快速城市化的時代大背景，關于城市空間擴展研究的理論與實踐也會進一步豐富，未來中國城市空間擴展研究主要有以下幾個方面的趨勢:

(1)研究尺度更側重于對城市群、城鎮密集區 (長三角、珠三角、環渤海、長株潭、皖江城市帶、中原城市群等)“區域”尺度城鎮群體空間格局演變規律的探討，揭示城市空間在大時空尺度上擴展的特征與群體之間相互作用的形式;同時更加關注對中西部經濟欠發達地區城市空間擴展深入研究，探討與總結欠發達地區城市空間擴展的擴展特征、演變模式及其內在機制，并且深化與發達地區城市空間擴展規律的對比研究，提出更適合欠發達地區城市空間發展模式，更好地指導中西部城市化的可持續發展;

(2)建立城市空間擴展宏觀 (政策、規劃、制度等)、中觀 (經濟、人口、社會、文化等)、微觀(地形、交通、區位等)的多尺度綜合驅動機制研究范式，探討城市空間擴展不同尺度的綜合驅動機制，并且揭示不同尺度機制內在的相互作用機理，深入地解釋城市空間擴展的內在驅動機制;

(3)借鑒其他學科的理論與方法，加強城市空間擴展與其他學科的交叉研究，拓寬城市空間擴展研究的視角，不斷完善國內城市空間擴展的研究內容體系。更多的新技術、新方法應用于城市空間擴展研究之中，如加強CA模型與GIS空間模型的耦合、CA模型與MAS模型的綜合集成的研究，不斷提高城市空間擴展模擬預測的精度;

(4)深入對國外“精明增長”理念與技術的研究與探討，提煉出更具普適性和系統性的城市空間擴展的優化調控策略。當前我國東中西部城市空間擴展仍處于不斷深化階段，基于區域之間發展的差異，制定相應的城市空間擴展的優化調控策略，引導城市空間向更加科學、合理的方向發展;

(5)隨著城市空間擴張的不斷加劇，對地區耕地資源的侵占力度也不斷加強，區域生態環境問題越演越烈，也將會危及到區域糧食安全。加強城市空間擴展與區域生態、糧食安全的關系研究，重點在于探討它們之間內在的耦合關系，以及制定相應的政策響應機制，這是未來研究城市空間擴展的重要落腳點，體現研究為政策服務的社會性。

以城市空間擴展研究為切入點，結合當前中國城市化的實際情況，對國內城市空間擴展的特征、動力機制、典型模式進行歸納與總結研究，不僅有助于構建一個系統的城市空間擴展的理論研究體系，豐富城市地理學的研究成果，也可以為政府制定城市空間規劃策略與政策提供科學的決策與依據。

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(責任編輯 劉傳忠)

Research Progress and Review of Urban Spatial Expansion

Zhang Rongtian，Zhang Xiaolin
(School of Geography Science，Nanjing Normal University，Nanjing 210046，China)

According to the change of urban spatial expansion research content and the progress of theory both at home and abroad，the paper summarizes the urban spatial expansion research content system as follow:evolution mode，driving mechanism，simulation forecast and optimizing adjustment.This article analyzes the system sort of foreign research and development trends for the domestic research in contrast with a view to the domestic research and development of urban expansion to provide theoretical and practical reference guide.

Urbanization;Urban spatial expansion;Research progress;Review

F293.2

A

國家自然科學基金項目“發達地區鄉村聚落空間格局轉型與重構研究——以蘇南為例”(41071114)

2011－12－20

張榮天 (1987－)，男，江蘇溧水人，碩士研究生;研究方向:城鄉規劃與區域發展。