數據增強設計下的北京行政副中心評估

周 垠 龍 瀛

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數據增強設計下的北京行政副中心評估

周 垠 龍 瀛

通州定位為北京市行政副中心①作者寫作截止時（2016年4月），通州多以“北京城市副中心”出現在新聞媒體上（但目前筆者還未見正式文件對通州重新定位），意味著通州可能將承擔更多的城市功能。。北京將通州打造成能獨立、宜居宜業的新城，以期降低中心城區人口密度，改變北京單中心蔓延的發展模式，優化空間布局，北京行政副中心能否按照預期生長，還需客觀分析與科學驗證。基于數據增強設計（DAD）的方法，將城市視為生命體，探求“城市生長基因”，對北京未來城市形態和城市活力展開定量分析與預測。首先，以成都市行政中心搬遷為研究案例，分析行政中心遷移之后，成都市南部新區土地城鎮化進程、城市活力變化，為北京行政副中心提供借鑒。基于北京城市發展模型（BUDEM），模擬2020年不同發展模式和增長速度的9種情景下的北京城市形態。研究表明：（1）隨著城市行政中心的遷移，土地城鎮化明顯，而充滿活力、宜居宜業的新城建設是一個更為漫長的過程；（2）若北京行政副中心持續快速發展，可能突破第一、二綠化隔離帶，與北京中心城區連片；（3）若北京行政副中心的影響與現有新城相同，北京依然呈單中心向外蔓延的發展趨勢，城市形態與順勢發展并無太多差異。

AbstractTongzhou has been regarded as the sub-center of Beijing for alleviating the population pressure and optimizing the spatial structure of the central city. Whether the planned Tongzhou sub-center can achieve this target deserves more scientific evaluation. This paper will borrow the development experience of Chengdu, which also proposed the sub-center strategy several years ago, for assessing the future of Beijing, using Data Augmented Design approaches. Both urban growth analysis, simulation and urban function, vibrancy evaluation of Chengdu and Beijing have been conducted. Our findings suggest that: (1) it may take a long time for developing a vibrant new city; (2) the first and second green belts of Beijing may be encroached with the connection of the central city and the planned sub-center areas; (3) Beijing will continue to experience urban sprawl surrounding the central city conditioned that the planned sub-center has the same impact on urban growth with that of existing new cities of Beijing.

數據增強設計 | 城市增長 | 城市形態 | 城市活力 | 行政副中心

KeywordsData Augmented Design | Urban growth | Urban form | Urban vitality | Sub-center

0　引言

2015年7月11日閉幕的中共北京市委十一屆七次全會表決通過了《中共北京市委北京市人民政府關于貫徹<京津冀協同發展規劃綱要>的意見》，明確指出，要聚焦通州，加快北京市行政副中心的規劃建設[1]。同年11月30日據新華網報道，北京行政副中心建設將帶動40萬人疏解至通州，將對疏解功能起到示范帶動作用。行政功能帶動人口疏解包含兩個方面：一是通過行政辦公功能疏解帶動其他相關功能向行政副中心疏解；二是帶動非首都功能向亦莊、順義、大興、昌平等其他新城轉移，最終共同實現降低中心城區人口密度[2]。相關部門還披露了更多內容：推動北京市屬行政事業單位整體或部分向市行政副中心搬遷，以期逐步帶動中心城人口向通州轉移，力爭2020年中心城區疏解15%人口，并遏制目前北京攤大餅式的發展模式，將通州打造成能獨立、宜居宜業的新城。

受多核心理論影響，多中心發展成為現代國際大都市空間格局演變的主導方向，建設“城市副中心”則成為大都市多中心發展的重要選擇[3]。北京市將通州定位為行政副中心，旨在城市發展空間的大幅度拓展，緩解中心城區的壓力，改變過去單純依靠大城市中心城區的點狀發展格局。北京市行政中心東移至通州，會給北京未來城市形態帶來哪些影響，以及通州能否在短時間內形成宜居宜業、功能獨立的新城，還需用科學的方法來評估與預測。

國外對城市副中心的研究開始于20世紀70年代，主要集中于城市商務副中心的形成機制及其與核心CBD的功能分工[4-5]。從目前國內外城市副中心建設實踐來看，也大都偏重于經濟上的定位[6]。我國對城市副中心的現有研究多集中于對國外案例的總結[7-8]，以及對北京、上海等特大城市的案例探索[3, 6, 9]，多偏于理論研究和文字論述，或現狀的統計分析，卻鮮有對城市副中心未來的預測。

數據是城市研究與規劃的重要基礎，是分析城市發展現狀、問題與特征的基本素材，更是解釋城市發展機制、科學規劃空間增長的重要依據[10]。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。但目前基于新數據的分析，多針對城市系統的現狀評價和問題識別，卻少有面向未來規劃和設計的研究與應用。因此，基于城市歷年數據的定量分析，并預測其未來，對增強規劃設計的科學性具有重要意義。

1　研究方法

本研究認為城市具有生命體征，城市生命體是在人類社會發展過程中一定區域內形成的、以非農業人口為主體的，人口、經濟、政治、文化高度聚集的，具有新陳代謝、自適應、應激性、生長發育和遺傳變異等典型生命特征的復雜巨系統[11]。生命遺傳和變異的核心因素是基因。基因的復制和相對穩定性保證了生命的遺傳，城市生命體在生長發育的過程中表現出顯著的遺傳和變異特征。對城市發展歷程的研究，探索城市發展的一般規律，可視為城市生長基因破解的過程。

龍瀛和沈堯提出了數據增強設計（Data Augmented Design，DAD）方法論，數據增強設計是以定量城市分析為驅動的規劃設計方法，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[12]。DAD的核心與城市生命體基因的遺傳特性類似：探索城市的發展基因，并根據基因的遺傳特性，通過建模預測未來城市生長，以數據實證提高設計的科學性。行政中心東遷至通州，可基于數據增強設計（DAD）的方法，通過“城市生長基因”，對未來北京城市形態與城市活力展開科學預測。

“城市生長基因”可從城市自身發展歷程探索，也可由其他城市的生長基因植入。北京未來城市形態的變化，可基于自身歷年城鎮用地數據，探索城市生長的驅動因素，并預測未來城市形態。北京行政中心遷移，勢必帶來中心周邊活力的改變，而這種變化，北京自身無可參考。市行政中心的搬遷，在中國并非罕見，被視作完善城市布局、優化產業結構、帶動新區發展的有效途徑。對于未來的預測，可將中國其他城市作為研究案例，分析行政中心遷移對城市用地擴張及新中心周邊活力的影響，破解其生長基因，并以此為基礎預測北京行政副中心周邊城鎮用地擴張速率和城市活力變化情況。

2　案例研究

通過案例城市的生長規律，探索其生長基因，并基于數據增強設計（DAD）的方法，將城市生長基因植入北京，預測北京未來城市活力變化。

2.1 案例選擇

據大公研究院的一項研究，1994年以來，內地已有34個城市搬遷過市府駐地，且超過7成的城市在近10年完成搬遷[13]。

本文將已搬遷過市府駐地的城市作為參照物，考察行政中心的搬遷對北京的影響。

案例城市的選取應滿足如下條件：

（1）行政中心的遷移距離不宜過短，搬遷距離短，極易連片發展，且對城市結構調整、空間布局優化影響甚微，因此上海（1.7 km）、南昌（2.8 km）、深圳（4.0 km）等城市皆不在考慮之列。

（2）遷移時間介于2005年—2010年間為宜，行政中心遷移的影響有時間周期：過短，其影響不明顯；過長，則與2020年的北京可比性降低，且早期中國城市規模較小，遷移距離較短。

綜合上述因素，成都作為首選。除滿足如上約束條件外，成都和北京還有一些相似之處：（1）地形相似，北京西面為燕山山脈，東南面為平原；成都西面為龍門山山脈，東南面大部分區域為平原。（2）區位相似，北京處于“京津冀城市群”，東南面為直轄市天津；成都處于“成渝城市群”，東南方向坐落著直轄市重慶。（3）遷移特征相似，北京往正東方向遷移29 km，新老行政中心的連線與北京東西發展軸線重合；成都往正南方向遷移9.5 km，新老行政中心的連線與成都南北發展軸線吻合。

2.2 案例分析

2.2.1 城鎮用地擴張

2008年3月，開始陸續有市級政府部門搬入原擬定的新行政中心（在原行政中心的基礎上往南遷移8.5 km）。同年5月，汶川地震爆發，隨后，成都官方宣布：新行政中心將處置變現，變現所得將用于地震受災群眾安置和災后重建。2010年11月至12月間，市政府整體南遷，在擬定的行政中心基礎上再南移1 km，臨近繞城高速（以下簡稱“四環”）。后續部分市直機關、事業單位，也南遷至新行政中心附近。

從歷年Google Earth影像可清晰看出，2008年，成都市南三環以外多為農田，而2015年，發展成連片的城市建設用地（圖1）。

2.2.2 城市活力變化

新型城鎮化提出以人為本的城鎮化[14]，充滿活力的城市是人性化城市的重要標準，涵蓋了安全性、可持續性和健康等至關重要的品質[15]。龍瀛等人通過地圖POI數據證明，POI密度和POI混合度能促進城市活力[16]。

對比分析2011年和2014年成都市地圖POI數據，從POI分布的時空演變規律中，可探查出城市活力的變化。

本研究選取和城市發展密切相關的12類POI數據：政府機構、銀行/ATM、商業大廈、零售店、賓館酒店、餐飲娛樂、醫院、學校科研院所、公司企業、住宅小區、停車場和綜合信息（即和市民生活密切相關卻不宜歸為以上各類的點位，如干洗店、照相館等），并將成都細分為1 km×1 km的網格，分析每個網格內各類POI在2011年—2014年間的數量變化規律（圖2）。

圖1　Google Earth影像

地圖POI數量變化圖譜（2011—2014）、搜房網二手房POI密度圖（圖3）和大眾點評網餐飲POI密度圖（圖4），都清晰顯示出，市政府搬遷之后，成都市總體向南發展明顯，相較于規劃的北部商貿中心、西部文化中心和東部創業中心，發展更加成熟。其中，政府機構、商業大廈和停車場POI數量向南增加顯著，而和生活密切相關的零售店、餐飲娛樂、醫院、學校科研、綜合信息POI增量集中在老城。配套設施的缺乏，對新區活力有一定影響。

同時，城市的活力還與城市肌理密切相關，經過長期自然發展而形成的城市，更易凝聚活力[17]，并且“小街區”規制有利于促進街道活力[16]。而新區以車行為主導，步行尺度欠佳，高容積率、大體塊的建筑會給行人一定的壓迫感。與老區更具親和力的沿街鋪面相比，在新區，商業綜合體占據顯要地位，不利于區域整體活力營造。直至2015年7月，新中心附近人氣依然不足，即便白天，這種活力區域也僅集中在成都市的發展軸線上，夜間與老城區差異更加顯著，從圖5百度熱力圖可清晰看到這一現象。

2.2.3 經驗總結

成都市新區開發和南部地區土地城鎮化進程的實際效益顯著。影響該進程的因素很多，但不可否認的是，政府行政中心的搬遷對新區開發的貢獻是明顯的。

該貢獻主要體現在政府作用下的行政性辦公機構及與之緊密關聯的部分市場化辦公功能的植入，住宅及相關配套服務設施的完善，該類功能可直接為新城開發注入動力，帶來新區空間增長。

其次，也應客觀認識到，該類功能的植入并不能使新區形成獨立而完整的城市功能體系。醫院、學校等配套設施的缺乏，可能是影響成都南部新區功能完善與活力提升的重要因素；由此，從政府而言，在促進行政中心搬遷、拉動新區發展的同時，也需足夠重視相應城市公共配套服務設施的建設。

最后，從以上分析可進一步得出，零售、餐飲、娛樂等功能的缺乏可能是導致成都南部新區活力不足的另一個重要因素，這類功能通常受市場力的影響，遵循商業發展的客觀規律，該類功能集聚依然需要一個相對漫長的時間過程。

成都市并未連片向南開發。從上述Google Earth影像和POI分析圖譜中，不難發現成都市繞城高速（簡稱四環）附近開發薄弱，南四環內部區域和外部區域呈現跳躍式發展。這源于《成都市環城生態區總體規劃》和《成都市環城生態區保護條例》。

成都市環城生態區，即沿中心城區繞城高速公路兩側各500 m范圍及周邊7大楔形地塊內的生態用地和建設用地所構成的控制區（圖6）。繞城高速路兩側200 m范圍內，主要用于生態建設，除必要的市政基礎設施用地以外，不得新增開發建設用地；繞城高速路兩側200 m 至500 m范圍內，可利用空間資源，布局市政基礎設施用地，允許布局適量現代服務業用地，不得新建住宅建筑。成都市采用“法”“規”合一的方式，對環城生態區進行必要的保護，使環城生態區成為控制市區建設向外無限蔓延的生態屏障。

3　城市擴張模擬

北京城市擴張受到多重因素影響，基于北京歷年城鎮用地數據，可分析過去北京城市形態生長的一般規律，即城市生長基因，根據基因的遺傳特性，預測未來北京的城市形態。

圖2　地圖POI數量變化分析

圖5　百度熱力圖（2015年7月）

3.1 城市擴張驅動力

厘清城市用地擴展的空間規律與其驅動力的關系，是建立城市擴展模型和城市形態定量預測的基礎，也是城市用地擴展研究的核心[18]。城市用地的擴張，既有自上而下的政府行為，又有自下而上的基層個體的自發開發。對此，已有大量相關的研究成果[19-22]。基于前人研究成果，龍瀛等人將城市用地擴展的驅動因素概括為兩大類——外在驅動和內在驅動[23]。

外在驅動因素主要包括：政府行為驅動，如戶籍制度、土地有償使用制度、計劃經濟向市場經濟轉型、放開二胎等；經濟驅動，如國家或區域的宏觀經濟發展狀況、城市經濟總量的增速等；規劃理念驅動，如區域觀、體系觀、戰略觀、生態觀、人文觀、政策觀等理念的變革與更新[24]；重大事件驅動，如北京市行政副中心遷移至通州、2008年北京奧運會對城市化進程的推動作用等。

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、經濟中心的吸引、水系的吸引、交通的吸引力等；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、規劃建設用地等。

圖6　成都市環城生態區總體規劃圖

3.2 約束性元胞自動機

3.2.1 約束性元胞自動機簡介

元胞自動機（Cellular Automata，CA）是一種時間、空間、狀態都離散，空間相互作用和時間因果關系皆局部的網格動力學模型，通過簡單的局部轉換規則模擬復雜的空間結構[25]。其原理適用于具有復雜時空特征的空間系統研究，因而廣泛應用于城市空間形態模擬[26]。

鑒于城市增長的復雜性（既有自然的約束，又有人類的擾動），需要在僅考慮鄰域（Neighborhood）影響的簡單CA（Simple CA，Pure CA）模型的基礎上，考慮其他影響城市增長的因素，稱為約束性元胞自動機（Constraint CA）。約束性元胞自動機用于城市形態的模擬應用較為成熟[27-33]。因此，本文基于約束性元胞自動機，采用北京城市發展模型（Beijing Urban Developing Model，BUDEM）對北京行政副中心遷移至通州后的未來北京城市形態展開模擬。

3.2.2 BUDEM模擬原理

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的研究，本文主要從內在驅動因素著手，選擇約束條件如下：

（2）鄰域約束變量：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）制度約束變量：土地等級g_agri、禁止建設區g_conf、規劃建設用地pln、農村建設用地s_rrl。

約束性CA模型中建設用地元胞發展規則如下：

3.2.3 驅動因子影響識別

本文基于2004—2010年北京城市形態的變化（圖7），采用logistic回歸的方法識別除鄰域影響之外各驅動因子的影響大小，鄰域影響因子的大小可由MonoLoop的方法識別[34]。

圖7　北京城鎮建設用地變化（2004—2010年）

2004年至2010年間，北京城市發展驅動因素影響大小如表1。

由表1可知，2004年到2010年間，行政中心的引力對城市擴張影響效果顯著，北京呈單中心發展模式。同時，新城、路網、規劃建設用地和河流也對城市增長起了較強的正向引導。重點鎮的發展略有成效，禁止建設區對城市開發有一定的控制作用，但影響甚微。

表1　驅動因素影響大小（2004—2010年）

4　城市形態與活力預測

4.1 城市形態情景模擬

鑒于城市空間發展的不確定性，往往很難對未來的城市形態進行準確的預測，因此情景分析在城市增長模型中的應用較為普遍，一般根據不同的政策參數設置，模擬相應的城市形態，分析不同政策對城市擴張的影響。

本文假設3類情景：強次中心情景（北京市行政副中心的影響與天安門為中心的影響系數相同）、弱次中心情景（北京市行政副中心的影響與新城影響系數相同）、順勢發展（無行政副中心）情景（作對比分析用，不考慮市行政中心的搬遷），其他因素的影響系數不變。而每類情景有3種發展模式：低速發展（北京市城鎮建設用地增加300 km2），中速發展（北京市城鎮建設用地增加600 km2），高速發展（北京市城鎮建設用地增加900 km2）。運用BUDEM，可模擬出不同情景假設和發展模式下北京2020年的城市形態（圖8）。

圖8　2020年北京城市形態情景分析

若采用“弱次中心情景”（行政副中心的影響與新城相同），北京依然呈單中心向外蔓延的趨勢發展，和“順勢發展情景”的城市形態幾乎一致；若采用“強次中心情景”（行政副中心的影響與天安門為中心的影響系數相同），潞城鎮處于北京腹地，無向東發展足夠空間，加之北京市中心區域的引力，在政策引導和市場驅動的雙重作用下，若無空間管制，可能和現有的北京市中心連片發展，導致北京市區和通州之間的第一道、第二道綠化隔離區（圖9）迅速消失，進一步惡化市區生態環境。

圖9　北京市綠色隔離帶示意圖

圖10　地圖POI總密度（2014年）

4.2 城市活力預測

地圖POI密度與區域活力呈正相關，因此，可通過POI的空間分布規律，推測北京現狀城市活力的空間分異格局。

將北京市劃分為等大小的格網，統計每個網格內北京市政府機構、銀行/ATM、商業大廈、零售店、賓館酒店、餐飲娛樂、醫院、學校科研院所、公司企業、住宅小區、停車場和綜合信息的POI總密度，不難發現，通州潞城鎮東小營附近城市活力較低，即便是通州縣城，依然和北京市四環內的平均水平差異懸殊（圖10）。

基于成都的案例研究，可推測市政府搬遷對新區城市活力的影響。北京市行政中心遷移，直接導致行政性辦公機構及與之緊密關聯的部分市場化辦公功能迅速植入，同時也將刺激住宅類地產開發，新區附近土地城鎮化效果顯著。然而，零售、餐飲、娛樂等功能卻受市場影響，遵循商業發展的客觀規律，需要相對漫長的發展歷程。

5　結論與討論

本文基于數據增強設計（DAD）的方法，嘗試探索城市生長基因，并對北京行政副中心遷移至通州對北京城市形態和城市活力的影響展開定量評價。

雖然成都行政中心的搬遷與北京行政副中心的遷移性質和背景不同，且北京是中國的首都，行政級別嵌套，導致北京和中國其他任何一個城市的空間遷徙模式都不會一樣，但成都的經驗可提供如下思考與借鑒：（1）行政中心遷移會一定程度上加快新中心附近區域土地城鎮化的速率，加之政策的引導，行政辦公機構及與之緊密關聯的部分市場化辦公功能的植入，住宅及相關配套服務設施的完善，可直接為新城開發注入動力，帶來新區空間增長；（2）醫院、學校等公服配套設施的建設應先于遷移步伐，建設功能完善的城市體系；（3）部分功能受市場的影響，比如餐飲、娛樂、零售的聚集，需要一個相對漫長的過程，因此，打造宜居、宜業、富有活力的行政副中心是一個相對漫長的過程；（4）新區的建設，宜采用“小街區”規制，便于提升街道的步行指數與街道活力，打造充滿活力的行政副中心；（5）環城綠化隔離帶可考慮使用“法規合一”的方式，加強保護力度。

通過BUDEM模型對不同情景的城市形態模擬，結果表明：若通州副中心的地位過于重要，政策過分傾斜，而綠化隔離帶保護力度不夠，容易破壞第一、二道綠化隔離帶，與北京現有市中心連片發展；若通州副中心的影響與現有新城的影響相同，仍然無法改變目前北京單中心向外蔓延的趨勢。

同時，本研究存在如下局限性：（1）北京市行政中心遷移至通州的決策，是在京津冀協同的大背景下制定的，然而本文的城市形態模擬與活力分析僅限于北京市域，后續可將研究范圍拓展至京津冀；（2）區位約束變量沒考慮經濟中心的影響，比如西單、國貿、中關村等經濟中心對城市形態拓展影響較大；（3）成都的案例研究可以清晰地論證行政中心遷移與成都南部新區土地城鎮化的相關性，以及行政中心遷移后，商業寫字樓、住宅等設施的快速開發，卻難以證明其必然因果關系。

（本文僅代表個人觀點，與所在單位無關。感謝王昀、殷冬明對本文提出的寶貴建議。）

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Assessment of Beijing Sub-center Based on Data Augment Design

1673-8985（2016）03-0001-08 中圖分類號TU981 文獻標識碼A

周 垠

成都市規劃設計研究院

工程師，碩士

龍 瀛（通訊作者）

清華大學建筑學院

副研究員，博士

清華大學恒隆房地產研究中心數據增強設計研究室主任