存量、增量之辯下的城鎮用地開發與模擬研究
——以成都市為例

周 垠,龍 瀛

(1.成都市規劃設計研究院,四川成都610041;2.清華大學建筑學院,北京100084)

存量、增量之辯下的城鎮用地開發與模擬研究
——以成都市為例

周 垠1,龍 瀛2*

(1.成都市規劃設計研究院,四川成都610041;2.清華大學建筑學院,北京100084)

存量規劃是通過城市更新的方法促進建成區功能優化調整的規劃,目前日益受到重視,但中國大多數城市近些年仍呈現快速擴張的趨勢。通過對歷史數據的分析和未來不同發展情景下城市形態的模擬,研究發現:1)1997 -2013年,成都存量開發比僅為19.8%,低于中國平均水平,且近年來有逐年下降的趨勢,增量開發明顯高于存量開發。2)過去30年間城鎮用地快速增加,道路對城鎮建設用地的擴張促進作用最強,沿河發展現象較為明顯,區縣行政中心和市行政中心對城鎮擴張發展均有正面影響,但區縣的影響更為明顯。3)基于BUDEM模型,建立了成都市第一個城市發展模型,分別預測了不同情景模式下成都市到2049年可能出現的城市形態,為成都市城市規劃決策提供參考。

存量規劃;增量規劃;土地再開發;城市形態;BUDEM;成都

0 引言

國家新型城鎮化規劃明確指出“實行最嚴格的耕地保護制度和集約節約用地制度,按照管住總量、嚴控增量、盤活存量的原則,創新土地管理制度,優化土地利用結構,提高土地利用效率,合理滿足城鎮化用地需求……”,這標志著城市用地開發方式開始進入一個新的時代[1]。2007年深圳總體規劃是第一個由增量轉變為存量主導的規劃,并于2012年首次實現了從計劃到實際供應的存量用地均超過新增用地的標志性轉變[2]。上海2040城市總體規劃明確提出的“嚴守用地底線,實現建設用地零增長甚至負增長”很可能引導其他城市總規效仿。

存量規劃是通過城市更新的方法促進建成區功能優化調整的規劃,目前日益受到重視。規劃對象由增量轉向存量之后,難點在于利益的再分配,依靠單純的空間分配難以解決實際問題,需要進行制度設計,規劃配套政策研究的重要性日益突出[3]。目前關于存量規劃的探索也多偏向于政策、制度方面的研究,少有對以往存量開發的時空規律探索。郭湘閩以北京前門大柵欄地區規劃作為案例,提出了實現舊城更新規劃與土地再開發機制相協調的變革構想[4]。洪國城等在分析梳理了存量規劃的核心基礎上,提出應從制度設計的角度出發,重新探索城市存量規劃與管理的新思路,促進城市經營模式由土地財政轉向稅收財政[5]。趙怡針對存量規劃面臨的問題和障礙,對寧波市大梁街片區的開發容量、空間優化、復合功能引導、生態景觀營造等方面提供了相關對策[6]。

然而,盡管從國家決策到學者研究層面都呼吁或關注存量規劃,但中國大多數城市近些年仍快速擴張,以增量規劃或增量開發為主[7]。模擬和預測未來城市形態可為增量規劃提供科學參考。中國很多大城市或城市群皆有相關模型預測不同情景模式下未來城市形態,比如,龍瀛等開發的北京城市發展模型(BUDEM)預測了在不同發展情景下到2020年和2049年北京的城市形態[8,9],劉小平、黎夏、羅平、陶嘉等對珠三角諸多城市也展開相關的模擬與預測[10-13]。作為“新一線城市”榜首的成都,卻沒有類似的城市發展模型能夠科學地預測其未來城市形態。探尋全國增量開發與存量開發的時間規律與空間格局以及成都在全國所處的水平,同時結合成都的現狀推測其未來主導開發模式并科學預測城市形態,可為成都市城市規劃決策提供參考。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區域

本文研究區域為成都市域,位于四川盆地西部,成都平原腹地,境內地勢平坦、河網縱橫、物產豐富、農業發達,自古就有“天府之國”的美譽。成都市是國家歷史文化名城,國家重要的高新技術產業基地、商貿物流中心和綜合交通樞紐,是西部地區重要的中心城市。2016年5月,經國務院同意,發改委和住建部聯合印發《成渝城市群發展規劃》指導文件,將成都定位為國家中心城市。全市面積約1.2萬km2,東西長192 km,南北寬166 km,平原面積占40.1%,丘陵面積占27.6%,山區面積占32.3%。成都市域分為3個圈層,共19個區縣,一圈層包含5個,二圈層包含6個,三圈層8個,如圖1。

圖1 成都市范圍Fig.1 The region of Chengdu City

1.2 研究方法

存量還是增量主導,因城市和發展階段而異。精準把握城市的發展規律,還需科學、定量的判斷。由大數據和開放數據構成的新數據環境,對城市的物理空間和社會空間進行了更為精細和深入的刻畫。通過精確的數據分析、建模與預測手段,以數據實證提高設計的科學性[14]。本研究也嘗試通過不同來源的數據,客觀分析城市用地開發規律,模擬并預測未來城市形態,方法體系如圖2。

圖2 方法體系Fig.2 Frame of methodology

1.3 數據來源

本文的數據主要分為兩類:1)遙感影像數據,來源于美國地質勘探局(United States Geological Survey,USGS)的Landsat TM影像,1980年、2000年、2010年三期。2)土地出讓數據,來源于中國土地市場網(http://www.landchina.com/DesktopDefault.aspx),1999-2013年成都市共有9 610條土地出讓記錄,2013年數據不完整,2007-2012年數據質量相對較好。記錄數據有3類:現有建設用地、新增建設用地、新增建設用地(來自存量庫)。

2 城鎮用地開發規律

增量規劃由于面對的利益關系相對簡單而以空間形態設計為重點,存量規劃的重點是處理復雜的既存利益格局調整問題,增量和存量規劃的側重點有著很大的差異,因此,在增量規劃逐漸轉入存量規劃的大背景下,研究城鎮用地開發規律,并預測未來城市的主導開發方式,是做好城市規劃的前提。

2.1 中國城鎮用地開發規律

本次研究存量開發(再開發)是指對現有建設用地開發,即不包括新增建設用地(來自存量庫),與國土定義不同[15]。2007年以后,中國土地出讓面積大幅增長,且2008-2011年逐年增加,2011年達到峰值,再開發比從2007年開始逐年下降(圖3)。

圖3 1999-2013年中國土地開發規律Fig.3 Lawof land development in China during 1999-2013

中國大多數地區再開發比小于50%,平均再開發比為24.0%,成都市域再開發比僅19.8%,與中國的平均水平有一定差距。現實世界中土地產權置換并不是一次完成的,增量規劃的修改大多數情況下面臨的是增量用地和存量用地的并存狀態[15]。從增量開發到存量開發是一個逐步過渡的過程,成都市目前以增量開發為主,進入到以存量規劃作為主導的時代,還需一個較為漫長的過程。2014年10月,天府新區獲批成為國家級新區,將新增大量城鎮建設用地,成都在未來較長一段時間,仍然以增量開發為主導。因此,需對成都未來可能出現的城市形態展開科學的模擬與預測,為規劃決策提供參考。

2.2 成都城鎮用地開發規律

1999-2013年成都市新增建設用地與現有建設用地點位分布如圖4,基于現有建設用地的存量開發集中在中心五城區(金牛區、青羊區、武侯區、錦江區和成華區)近市中心的區域,二、三圈層區縣以及中心五城區的外圍區域以增量開發為主導。由土地出讓中新增建設用地數據所反映的城市擴張規律與實際城市擴張過程一致,后文基于T M影像的城鎮用地擴張具備更清晰的刻畫。

由1999-2013年土地出讓數據可知,2008-2012年成都市域新增城鎮建設用地快速增加,城市飛速擴張。按面積計算,存量開發比僅為19.8%,且再開發比有逐年下降的趨勢,2010年、2011年、2012年再開發用地面積占比皆小于10%(圖5),2013年數據不全,但據推測仍以增量開發為主導。

圖4 成都市1999-2013年土地出讓點位分布Fig.4 Spatial distribution of land leasing point in Chengdu during 1999-2013

圖5 1999-2013年成都市土地開發規律Fig.5 Law of land development in Chengdu during 1999-2013

3 成都市城鎮用地擴張與模擬

3.1 成都城鎮用地擴張規律

由不同年份的遙感影像解譯結果可知,1980年、2000年、2010年成都市城鎮用地面積分別為223.2 km2、358.0 km2、711.2 km2,2010年城鎮用地面積為1980年城鎮用地的3.2倍;1980-2000年城鎮用地擴張年均速率為2.4%,2000-2010年城鎮用地擴張年均速率為7.1%,年均增速為1980-2000年均增速的3倍;在2000-2010年期間,一圈層區縣與二圈層區縣城鎮用地有連片發展趨勢,其中二圈層的郫縣、雙流縣與中心五城區已經連片發展(圖6)。

圖6 成都市1980年、2000年、2010年城鎮用地空間分布Fig.6 Spatial distribution of urban land in C hengdu in 1980,2000 and 2010

3.2 成都城鎮用地擴張模擬

現有城市發展模型多采用元胞自動機(CA)的方法。T obler首次正式基于CA模擬了美國五大湖區底特律的城市擴展[16];Batty等基于分形理論和CA對城市的形成和擴展進行了系列研究,取得了較大的進展[17-21];White等模擬了Cincinnati市的土地利用變化[22,23]。在國內,龍瀛等基于約束性CA的理論,開發了北京城市空間發展模型(BUDEM),針對北京市2020年和2049年展開了不同情景假設的城市形態模擬[8,9],同時該模型廣泛應用于京津冀城市群城市形態模擬[24]、“梁陳方案”的反現實模擬[25]和北京行政副中心評估[26]。因此,對成都未來城市形態的模擬,可選用BUDEM模型。

3.2.1 BUDEM模型邏輯 中國的城市增長特點既有自上而下的政府行為,又有自下而上的自發開發。自上而下的控制主要表現在,根據宏觀社會經濟條件,政府制定宏觀發展目標(存量及增量土地供應計劃、近期建設規劃、年度實施計劃),開發商持有指定的開發項目,由政府根據客觀的土地綜合評價(自然地形、規劃控制等),尋找適宜的開發地區(有競爭的過程,即基層行政單位或區域投標);自下而上的發展主要表現為基層土地使用權持有者自行開發行為(農地、城鎮中心附近、公路附近開發等),這種行為也受到制度性約束(城市規劃、生態保護政策等)和自然約束(坡度、災害等)的影響,基層開發行為反饋至政府,調整規劃或發展目標(影響社會經濟條件,形成完整的反饋)。本次模擬思路為:1)在宏觀上根據宏觀社會經濟條件確定每一階段的待開發土地的總量;2)在微觀上采用CA的方法考慮各種約束條件,模擬城市增長,基于模擬結果進行擬開發總量的空間分配,給出與開發總量相對應的土地空間分布。

3.2.2 城市擴張驅動因素 厘清城市用地擴展的空間規律與其驅動力之間的關系,是建立擴展模型和定量預測的基礎,也是城市用地擴展研究的核心。城市用地擴展的驅動因素概括為兩大類:1)外在驅動因素,主要包括政府行為驅動因素,如戶籍制度、計劃經濟體制向市場經濟機制的轉型、土地財政、開放二胎;經濟驅動因素,如國家或區域的宏觀經濟發展狀況、城市經濟總量的增長等;規劃理念驅動因素,如區域觀、體系觀、戰略觀、生態觀、人文觀及政策觀等理念的變革與更新;重大事件驅動因素,比如天府新區獲批為國家級新區。2)內部驅動因素,主要包括區位因素,如各級行政中心的吸引力、河流的吸引力及道路的吸引力等;鄰域驅動因素,如周邊建設用地的開發強度影響;制度驅動因素,如土地等級、禁止建設區及規劃建設用地等。

城市化過程的外在驅動因素非常復雜,難以用統一的模型進行定量研究,因此,本文主要從內在驅動因素著手,結合已獲得數據,選擇約束條件如下: 1)區位因素,主要包括城市中心的距離(l_city)、區縣中心的距離(l_county)、與河流的最短距離(l_ w ater)、與鐵路的最短距離(l_rail)、與道路的最短距離(l_road);2)鄰域因素,鄰域內的開發強度nei (即Moor鄰域內不包括自身的城市建設用地元胞數與鄰域元胞總數的商);3)其他因素,天府新區發展(tianf u)、地形約束因素(slope)、生態保護區域(數據暫缺)。

3.2.3 BUDEM模型數據 由于數據獲取的局限性,成都城市發展模型為BUDEM模型的精簡版。本次研究選擇的約束變量為:河流、坡度、道路(2002年、2014年)、鐵路(2002年)、天府新區范圍、城市中心、區縣中心,如圖7。

圖7 模型約束變量Fig.7 Constraint factors of the model

3.2.4 BUDEM模型轉換規則 BUDEM模型的理論基礎是元胞自動機(CA),而CA的核心是轉換規則的確定。通過Logistic回歸對歷史數據進行分析,可以獲得不同歷史階段的相應參數,進而對不同歷史階段的城市增長模式進行對比,并可作為模型模擬參數設定的依據,避免了主觀賦值的武斷性,是模型應用的重要基礎工作。模型用于模擬成都市時參數本地化尤為重要。轉換規則的制定需參考城市的歷史擴張規律及其驅動因素影響。本次研究選用1980年、2000年、2010年共3期的土地利用數據,用于表征不同年份城鎮建設用地空間分布情況(本次模擬分為兩類:城鎮建設用地、非城鎮建設用地),不同時段的城鎮擴展規律如圖8。

在各個歷史階段的回歸中,假設到市中心的距離、到各區縣行政中心的距離、到河流的距離不變,由于鐵路、公路網空間數據缺乏,兩個階段皆用2002年的數據,暫不考慮neighbor變量,Logistic回歸之后,利用MonoLoop方法識別具有最佳GOF的權重系數,作為neighbor的權重[27]。

由不同時段的影響因素對比可知:總體上,兩個時段城鎮用地擴張的驅動因素影響幾乎一致;道路對城鎮建設用地的擴張促進甚為明顯,而鐵路對城市擴張的促進甚微,甚至一定程度上阻礙了城市擴張;過去30年,沿河發展的現象較為明顯;區縣行政中心和全市行政中心對城鎮擴張發展皆有正面影響,但區縣的影響更為明顯;坡度影響未通過顯著性檢驗,已剔除,如表1。

圖8 不同時段的成都市城鎮用地擴張分布Fig.8 Expansion of Chengdu urban land in different periods

表1 不同時段影響因素對比Table 1 Influencing factors in different periods

城市擴張的過程可簡化為非城鎮建設用地向城鎮建設用地轉化的過程。建設用地元胞發展規則如下:

3.2.5 成都市2049年城市形態 1980-2010年成都市城鎮用地年均增速為16.27 km2/a,2010-2049年若按照此速度增長,設為中速模式,此速度的0.7倍為低速增長,1.3倍為高速增長,則對應低速、中速、高速模式,2049年成都市城鎮用地面積分別為1 155.37 km2、1 345.73 km2、1 536.09 km2。2010年11-12月,市政府整體南遷,臨近繞城高速,后續部分市直機關、事業單位也南遷至新行政中心附近。2014年10月,四川天府新區獲批成為國家級新區。因此,除了高速、中速、低速三種發展模式之外,還有三種發展情景:單中心順勢發展情景,即以成都市新行政中心為中心,各驅動因素的影響大小與2000-2010年間相同;雙中心順勢發展情景,即除了成都市現在的行政中心之外,原有行政中心(天府廣場)仍有較強的引力驅動作用;雙中心天府新區加強發展情景,即加大對天府新區的開發強度,在其覆蓋范圍內重點發展。模擬結果如圖9。

圖9 不同發展模式下2049年成都城市形態Fig.9 Urban forms of Chengdu in 2049 under different developing scenarios

若按照單中心順勢發展情景,到2049年將打破單中心和圈層發展模式而沿路發展。初步形成以成龍走廊(成都到龍泉驛)、成青走廊(成都到青白江)、成灌走廊(成都到都江堰)、成溫邛走廊(成都到溫江)、成新走廊(成都到新津)和南部走廊為主的“一心六走廊”的城鎮空間格局。2049年成都市雙中心順勢發展情景的城市形態和新中心順勢發展情景的城市形態近似。若按照天府新區加強發展情景, 2049年成都市南部天府新區覆蓋范圍內的區域飛速發展,特別是龍泉驛區和雙流縣,若無生態隔離,城鎮用地將向南逐漸擴張;成都-郫縣、成都-溫江、成都-新都之間也略有發展,且呈連片的城市形態。

4 結論與討論

本文首先基于成都市城市用地開發的歷史數據分析了成都市增量開發和存量開發的規律,并與中國存量開發情況對比,對成都未來城市用地展開了科學分析,并引入BUDEM模型,模擬了不同發展情景下成都市的未來城市形態。1980-2010年成都市城鎮用地快速擴張,2010年城鎮用地面積為1980年城鎮用地的3.2倍,2000-2010年城鎮用地擴張年均增速為1980-2000年年均增速的3倍,城鎮建設用地迅速增加。1997-2013年成都再開發比均值僅為19.8%,低于全國的平均水平,且有逐年下降的趨勢,2010年、2011年、2012年成都再開發用地占比皆小于10%。由上述分析可知,未來較長的時間內成都仍將以增量開發為主導。同時,成都市以山地丘陵為主,更應注重土地的集約使用,提高存量用地的使用效率。

本文基于北京城市空間發展模型(BUDEM)的模擬邏輯,建立了成都市第一個城市發展模型,并科學預測了在不同發展情景和發展速度下,成都到2049年可能出現的城市形態,研究表明,無論是單中心還是雙中心,若順勢發展,成都將形成“一心六走廊”的城鎮空間格局;若按照天府新區加強發展的情景,成都南部區域將迅速開發,應注重生態保護,以避免連片發展。

值得注意的是,城市空間形態的形成是受多重因素影響的,模擬結果反映的是不同發展情景下城市擴張的總體規律,而并非精確指出未來哪個地塊是城鎮用地或非城鎮用地。鑒于數據的缺乏,成都的城市發展模型是北京城市發展模型的精簡版。在模擬未來城市形態的過程中,未能考慮生態用地的控制以及城市規劃的引導,導致預測結果可能會產生偏差。

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Urban Development Analysis and Simulation to Address Inventory and Increment Planning:A Case Study of Chengdu

ZHOU Yin1,LONG Ying2
(1.ChengduI nstitute of Design and Planning,Chengdu610041; 2.School of A rchitecture,T singhua University,Beij ing 100084,China)

Inventory planning which optimizes the function of built-up area through urban renewals has been paid more and more attention.Although an appeal has been made for inventory planning from national decision-making to research level,most Chinese cities have expanded rapidly in recent years,and Chengdu is not an exception.This study analyzes the historical data and simulates urban forms under different developing scenarios.First,inventory development ratio in Chengdu is only accounting for 19.8%,which is below the national average during 1997 to 2013.The rate has been declining in the recent several years.Second,Chengdu has experienced a rapid growth of urban land and an increasing expansion rate in the past 30 years.Among which, roads have the most significant promoting effects on the expansion of construction land with an obvious development pattern along rivers.Meanwhile,administrative centers of counties and the city have positive impacts on urban expansion and development,while the impacts are more obvious in counties.Third,the study has built the first urban development model of Chengdu based on Beijing Urban Development M odel(BUDEM)and predicts possible urban forms of Chengdu in 2049 under different developing scenarios to provide references for planning and decision-making.

inventory planning;increment planning;land redevelopment;urban form;BUDEM;Chengdu

F301.24

A

1672-0504(2016)05-0045-07

10.3969/j.issn.1672-0504.2016.05.007

2016-07-15;

2016-08-30

周垠(1986-),男,碩士,工程師,研究方向為GIS在城市規劃中的應用。*通訊作者E-mail:ylong@tsinghua.edu.cn