緊湊城市視角下的建成區時空演變特征及其影響因素分析*
——以上海為例

周新剛 傅韻同 郎 嵬 李默涵 ZHOU Xingang, FU Yuntong, LANG Wei, LI Mohan

0 引言

緊湊城市主張以緊湊的城市形態來有效控制城市蔓延，保護郊區開敞空間，提高土地使用效率以減少能源消耗[1]。緊湊城市作為城市規劃的重要策略，對于控制城市用地擴張、提升城市土地利用效率具有重大意義[2]。我國快速城鎮化發展過程中，存在土地效率低下的問題，同時土地無序擴張造成的空氣污染、交通擁堵、環境惡化等問題給城市可持續發展帶來挑戰。高質量的城鎮化發展需要推進緊湊城市建設、提升土地利用效率。

2019年《中共中央 國務院關于建立國土空間規劃體系并監督實施的若干意見》明確提出“堅持生態優先、綠色發展”，“堅持節約優先、保護優先、自然恢復為主的方針”，引領城鎮化高質量發展、緊湊集約用地，實現土地使用高水平治理。《關于在國土空間規劃中統籌劃定落實三條控制線的指導意見》指出按照“集約適度、綠色發展”要求劃定城鎮開發邊界，防止城鎮無序蔓延。

現有國土空間規劃中還需要進一步探索緊湊集約的指標，增進其對國土空間規劃的指引作用。本文通過梳理上海市1995—2015年建成區的時空演變規律，建立緊湊度指標并對城鎮化擴展過程進行量化分析，揭示土地利用的時空演變規律。針對我國國土空間規劃實踐提出策略建議，著力促進緊湊城市規劃與政策的實施，有效提高土地利用效率。

1 緊湊城市與國土空間規劃

早期緊湊城市理論是針對西方城市郊區蔓延問題所提出的回應[3]，其研究范圍主要集中在西方國家和地區，較少涉及對發展中國家的研究[4]。城市用地規模快速增長對生態系統的破壞，導致占用農田現象嚴重[5-6]。仇保興[7]提出我國城市可持續發展的兩個核心理念：緊湊度和多樣性，并分析了影響我國城市緊湊度的主要因素，給出了提高城市緊湊度和多樣性的政策建議。一些國內學者在深刻研究緊湊城市理論起源和發展的同時，批判地接受了該理論中適合我國國情和發展現狀的方面。方創琳和祁巍峰[8]對緊湊城市的理念和測度進行了綜述和思考。韓筍生和秦波[9]在介紹緊湊城市理念的定義、理論和演變的基礎上，結合我國城市發展的實際問題探討了其對我國城市規劃的借鑒意義。郎嵬等[10]以香港為例，利用凱文·林奇的城市形態理論考察城市形態與城市密度之間的互動關系，指出緊湊城市規劃是我國新常態下城市化的必然規律。

國內外研究采用不同方法，對城市空間緊湊度進行測度和評價分析[11]。現有研究對于緊湊度的測度多是基于某一建成區而非完整的規劃空間[12-13]，且多從城市緊湊度某一指標或多個指標進行衡量，還未形成一個公認的指標體系，既沒有考慮建成區各個區塊之間的空間距離，又無法反映城市結構中的分散程度。因此，針對緊湊城市的規劃研究亟需探討不同年份的城市發展及緊湊度演變情況，分析城市緊湊度變化的影響機制。

上海市城市蔓延問題不斷加劇，人口向中心城聚集，新城發展滯緩，這為上海市空間結構優化帶來了重要挑戰[14]。《上海市城市總體規劃（2017—2035）》（以下簡稱“上海2035”）提出，上海將堅持集約使用土地，嚴格控制新增建設用地，加大存量用地挖潛力度，提高土地利用效率，構建緊湊的市域空間格局，完成從外延擴張到底線約束、內涵發展的模式轉變。城市緊湊度是衡量土地集約使用的重要標準，也是緊湊城市發展的重要標準。但囿于數據的缺乏和技術的局限性等原因，以往對上海市緊湊度的研究多為對某一時間點的研究，且研究的數據多來自統計數據。新時期，伴隨著國土空間規劃成為我國城市土地集約使用的有效治理手段，在國土空間規劃改革和實施背景下探討緊湊城市規劃具有十分重要的意義。因此，本文從緊湊城市的視角，對上海市土地利用的時空演變情況進行研究，并對其影響機制進行剖析，提出針對國土空間規劃的政策建議。

2 研究方法與思路

2.1 研究區域概況

上海市下轄16個市轄區。本文研究區域為不含崇明區的上海市轄區。“上海2035”中主城區包括外環線以內中心城，以及規劃的虹橋、川沙、寶山、閔行4個主城片區，范圍面積約1 161 km2（見圖1）。

2.2 數據來源及處理

本文采用歐洲太空總署MERIS和SPOT衛星遙感影像的土地覆蓋產品。以5年為間隔選取1995年、2000年、2005年、2010年和2015年5個年份的建成區數據進行分析（見圖2）。

2.3 基于重力模型的緊湊度指標

既有的多數緊湊度指標主要是從城市分布的空間幾何性質進行測度，而對城市內部結構的聯系欠缺考量。本文采用基于重力模型的緊湊度測量方法[15]，其主要優點在于考慮了建成區各片區內部的填充程度和各片區之間的空間距離，從而充分反映建成區的擴展程度。基于建成區網格數據的緊湊度計算公式如下：

對于任意兩個網格i和j，其中包含建成區部分的面積分別為Zi和Zj。d(i,j)代表網格i和j中心間的歐氏距離；c=0.0001 km2，為比例系數，使得A(i,j)無量綱。所得重力值矩陣的平均值即為緊湊度：

T是對建成區群落間空間相互作用的平均度量。建成區分布越密集，城市結構越緊湊，T值越大。

3 上海市土地利用緊湊度變化和影響因素分析

3.1 1995—2015年土地利用緊湊度變化情況

從1995年到2015年，上海市建成區面積持續增長（見表1）。城市用地的擴展強度是指研究區域在研究的時期內擴展的用地面積占總用地面積的百分比，反映城市擴展的速度[16]。擴展強度可按照一定標準劃分，當擴展強度大于7%時為高速擴展，在5%—7%范圍內為中速擴展，在0%—5%范圍內為低速擴展。從建成區擴展強度角度看，各個階段具有明顯差異。2005年以前建成區面積增長相對緩慢，2000—2005年擴展強度僅為0.95%，為低速擴展類型。2005年后，建成區面積迅速增長，其中2005—2010年擴展強度最高，達到8.05%，為高速擴展類型。2010—2015年，擴展強度仍保持較高的水平，但與上一階段相比有所下降，擴展強度為5.98%，呈現中速擴展。總體而言，建設用地擴展規劃偏大，導致生態保護壓力增大，綠地占建設用地的比例遠低于國際同類型城市水平，需要制定更加緊湊的發展策略。

利用緊湊度指標，對上海市1995—2015年5個時間點建成區的緊湊度進行計算，主城區和郊區的緊湊度變化和速率變化情況如圖3-圖4所示。主城區和郊區的緊湊度變化趨勢基本一致，在1995—2015年前3個5年期間保持下降，最后一個5年反彈上升（見圖3）。在1995—2010年15年間，緊湊度變化的速度均為負值，速率先減小后增大。2010—2015年期間，主城區和郊區緊湊度上升，緊湊度變化速度為正值，速率較小。對照上海市1995—2015年建成區擴展強度（見表1）與緊湊度的變化情況（見圖4）可以發現，建成區快速擴展不一定導致緊湊度下降，有必要對影響緊湊度變化的因素進行分析，以制定緊湊城市的規劃策略。

圖1 研究區域Fig.1 Study area

3.2 緊湊度變化的主要影響因素

3.2.1 人口變化

城市擴展的首要驅動力來源于城市化進程的加速，人口持續集聚于城市，以及快速增長的土地需求[17]。1995—2015年上海市常住人口持續增長，增長率自1995年以來一直呈現上升趨勢，但在2010—2015年突然降低（見圖5）。與此同時，隨著外來人口大量流入上海，上海中心城區和近郊區人口持續擴容，呈現出中心高密度，向外圈層式遞減的單中心模式[18]。中心城較為快速的人口城鎮化推進模式和郊區的分散化發展帶來了快速增長的土地需求，是1995—2010年緊湊度下降的原因之一。

3.2.2 產業結構調整

城市產業結構直接決定了城市的經濟功能，對城市空間結構產生影響，進而引起城市用地的擴展。工業化首先是城市化發展的主要動力因素，隨著產業結構的調整，傳統產業向郊區擴展，成為郊區城市化的新動力[19]。上海市自1990年代中期開始推動“退二進三”產業結構調整，第二產業占GDP總量的比重從1995年的56.8%降至2015年的32.2%，第三產業占比則從40.8%升至67.4%（見圖6）。上海于2000年后提出加快促進郊區制造業和中心城服務業的發展，制造業集聚區郊區化布局現象明顯，而生產性、商業服務業集聚區主要集中在中心城區。產業布局調整形成了中心城服務業集聚，外圍制造業分散的二元城市空間結構造成大量外來新增就業人口向市郊城鄉結合部流動，中心城區居住人口逐步向郊區轉移的再分布趨勢促進城市擴張進程。

圖2 上海市建成區識別提取結果Fig. 2 Shanghai built-up area extraction results

圖3 1995—2015年緊湊度Fig. 3 Compactness from 1995 to 2015

圖4 1995—2015年緊湊度變化率Fig. 4 Compactness change rate from 1995 to 2015

3.2.3 交通因素

城市交通系統的發展對城市規模和土地利用產生重要影響，空間可達性的改變影響了城市空間結構的變化[20]。城市主要道路的規劃布局影響城市空間擴展的規模與方向。在城市擴展的不同階段，交通對城市用地擴展變化的影響有所不同。一方面，交通的發展為沿線兩側及周圍土地利用擴展提供了機遇。另一方面，隨著公共交通的發展完善，促使人們為了經濟、舒適的居住條件及優美的環境向城市外圍遷移，同時也帶動了職能部門及服務行業外遷，從而導致城市建成區用地的擴展[21]，使土地利用的緊湊度降低。圖7展示了1995—2005年和2005—2015年上海市地鐵線建設和建成區的擴展。地鐵建設使軌道交通線路兩側的用地逐漸被開發出來，地鐵線對建成區擴展具有一定的引導作用。地鐵線的開通帶來可達性的提高吸引部分居民從中心區搬遷到房價更低、居住條件更好的城市外圍地區，從而使建成區擴展。

4 1995—2015年不同時間段緊湊度變化的原因分析

用城市用地的擴展模式來描述城市擴展的空間形態及規律，不同的擴展模式對城市用地產生不同影響。已有的研究普遍將擴展模式分為飛地型、邊緣型和填充型3類[22]。本文通過公共邊測度方法確定新增建設用地所屬的擴展模式。首先確定新增建成區與現狀建成區的公共邊，然后計算公共邊占新增建成區周長的比例，用R來表示。

lc代表新增建成區與現狀建成區公共邊長度，l代表新增建成區周長。如果R介于0.5—1.0之間，新增區域為填充式增長；如果R介于0—0.5之間，新增區域為邊緣式增長；如果R=0，新增區域為飛地式增長。

圖8為計算得到的不同時間段內城市擴展模式的空間分布。圖9為3種城市擴展類型在不同時間段內所占的面積比例。可知，1995—2000年，填充式城市擴展較少。飛地式擴展所占比例較高且多分布在郊區，但邊緣式擴展為主要擴展方式，多集中在主城區邊緣；2000—2005年，飛地式擴展減少，取而代之的是填充式擴展；2005—2010年，飛地式擴展仍延續其減少趨勢，主要分布于郊區，填充式擴展有所減少，主要集中在主城區內；2010—2015年，填充式擴展占比與上一階段基本一致，但在空間分布上，由主城區內轉移至主城區邊緣，飛地式擴展持續減少，被邊緣式擴展取代。

表1 上海市建成區面積變化情況Tab.1 Changes in the area of built-up areas in Shanghai

針對軌道交通對建成區增長的引導效果進行研究，采用軸線引導系數這一指標比較各個時期軌道交通對建成區增長的影響，判斷軸線引導系數，即空間結構的改變是否與交通軸線等有較大的關系。軸線引導系數表達式為：

式中S1表示沿交通線兩側一定半徑范圍作為緩沖區域（由于上海市面積大，采用1 km作為緩沖區半徑），在緩沖區域內新增的建成區用地面積；S2表示總的新增建成區用地面積。L值越大，表示新增建成區面積受交通線的軸線引導作用越強烈。

1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年和2010—2015年分別有3%、1%、13%和2%的新增建成區位于地鐵1 km緩沖區域范圍內（見表2）。2005—2010年階段軸向引導系數明顯高于其他時間段，說明在這5年間地鐵的建設和開通對城市建成區發展的引導作用相比其他時間段更強。

圖5 1995—2015年上海市常住人口變化情況Fig. 5 Changes of permanent population in Shanghai from 1995 to 2015

圖6 1995—2015年上海市產業結構調整Fig. 6 Industrial structure adjustment in Shanghai from 1995 to 2015

圖10a展示了1995—2000年土地利用演變情況。1995—2000年上海市緊湊度呈下降趨勢，且下降速率為4個階段中最高（見圖3）。1980年代上海市土地政策松綁，中央放權于地方，各區自行招商引資。接著1990年國家提出浦東開發開放戰略，城市開發在空間區位上迎來新選擇，土地開發擴展速度加快，城市緊湊度也隨之下降。同時，1990年代至2000年初，鄉鎮工業發展迅速，城市邊緣區形成了大量的工業園區、高新技術開發區。自1990年代中期，上海開始推動“退二進三”的布局調整，第二產業向郊區遷移，并在郊區建設金橋出口加工區、臨港裝備制造業基地等工業園。工業用地分布零散、集中度不高。外遷的工業需要在郊區尋找新的發展用地，從而導致建成區擴展，產業結構調整帶來的產業空間集聚情況的變化也是造成緊湊度下降的因素之一。

圖10b展示了2000—2005年土地利用演變情況。2000—2005年上海市建成區緊湊度保持下降，下降速率與上一階段相比有所降低（見圖3）。2001年中國加入WTO，上海成為國家最重要的門戶城市之一，上海進入快速發展時期，總體建成區緊湊度下降。1999版上海總體規劃提出在上海市域內建設新城，確定了疏解中心城壓力、促進新城發展的空間規劃思路。雖然城市用地規模繼續擴展，但新增建成區更多地出現在新城周邊。城市用地擴展由分散化向點狀集中轉變的趨勢（圖10b），是這一階段緊湊度下降速率降低的原因之一。

圖10c展示了2005—2010年土地利用演變情況。2005—2010年上海市建成區緊湊度下降，與上一階段相比，下降速率增加（見圖3）。在外來人口大量流入上海、常住人口快速增長的同時，為緩解上海市交通擁堵狀況，保證中國2010年上海世博會的順利舉辦，軌道交通達到發展最高峰，基本形成了網絡加放射線狀的形態[21]。根據表2，2005—2010年軸線引導系數最高，即軌道交通對城市建成區發展的引導作用最強。軌道交通的快速發展使城市的可達范圍擴大，沿軌道交通線路線型擴展的城市用地在這一階段的城市建成區變化中占較大比重，是緊湊度下降速度加快的重要原因。

圖7 上海市1995—2015年地鐵線與建成區擴展Fig. 7 Metro system and built-up area expansion in Shanghai from 1995 to 2015

圖8 不同時間段內城市擴展類型的空間分布圖Fig. 8 Spatial distribution of urban expansion types in different periods

圖10d展示了2010—2015年土地利用演變情況。2010—2015年，主城區及郊區緊湊度有所上升（見圖3）。在2008年的金融危機之后，用于土地開發的投資有所減少，開發速度下降，土地開發在空間上隨之緊湊。同年，上海實施“規土合一”機構改革，實現城鄉規劃、土地使用規劃“同一張圖”管理。“規土合一”工作梳理了工業區塊布局，持續推進存量工業用地轉型，引導工業集中集聚發展。根據上海工業園區轉型升級“十三五”規劃，將產業發展和土地利用規劃統籌，進行集約化發展。第二產業分散化的態勢開始轉變，土地開發因此受到一定的限制，規劃建設范圍集中，造成主城區及郊區的緊湊度上升。此外，2010—2015年上海市常住人口增長率與上一階段相比迅速下降（見圖5），人口增長速率下降，帶來對土地需求的增長速度隨之下降。這也是使緊湊度上升的原因之一。

圖9 3種城市擴展類型在不同時間段內所占的面積比例Fig. 9 The proportion of three urban expansion types in different periods

表2 各時間段的軸向引導系數Tab. 2 Axial guidance coefficient of each period

圖10 上海市土地利用演變圖（1995—2015年）Fig. 10 Land use evolution in Shanghai from 1995 to 2015

5 國土空間規劃背景下的緊湊城市發展與規劃策略

5.1 建立指標對城鎮化擴展過程進行評價與控制

我國實施緊湊城市空間發展戰略，需要在國土空間規劃改革中找到落腳點，促進我國城市化可持續發展。其中，國土空間規劃應對緊湊城市發展的關鍵是構建國土空間規劃管控體系，包括指標體系和邊界底線。

各類空間規劃普遍通過建立指標對規劃實施情況進行監測評估與管控。新一輪國土空間規劃編制開始后，對于國土空間規劃指標體系的研究逐步開展。本文對緊湊度指標進行研究與應用，并通過對緊湊度指標進行控制，旨在促進城市緊湊發展以提高土地利用效率，節約城市用地資源。

5.2 國土空間規劃中總量鎖定、存量優化、緊湊發展

“三區三線”的劃定是國土空間總體規劃編制的核心內容，將“三區三線”作為規劃土地使用不可逾越的紅線，要求“統籌劃定落實生態保護紅線、永久基本農田、城鎮開發邊界三條控制線”。以“雙評價”為基礎，確定城鎮空間、農業空間和生態空間的范圍。作為國土空間治理的一項重要手段，城鎮開發邊界的劃定可以有效防止城市蔓延，通過強化底線約束為可持續發展預留空間。城市擴展的階段特征研究可以輔助用地增長邊界的劃定及劃定后的管理工作，嚴格控制建設用地規模。

城鎮開發邊界是國土空間規劃中最重要的底線，也是與緊湊城市發展最為緊密關聯的控制線。上海市國土空間增長邊界的劃定以城市建成區為發展主導，限制開發邊界外的土地使用。通過稅收與獎勵政策，逐漸將邊界外低效用地合理置換，用于開發邊界內的建設發展增量，在國土空間規劃期內實現高密度緊湊發展。

5.3 國土空間規劃土地利用分區管控， 提高城鎮化質量

在國土空間規劃背景下，提高土地利用效率，對人口、產業、交通等城市要素進行合理有序的空間組織，實現緊湊城市的發展目標。城鄉建設用地空間發展戰略應充分體現分散化集中的布局思路。以主體功能區規劃明確市域內各類功能區域，有效疏解中心城區，集中建設外圍新城，合理布局各類產業園區，統籌優化市域用地布局結構。

國土空間規劃通過土地使用分區管控，突出分區主要功能的彈性管控，對城市建成區內的土地施行分區分類使用和功能管控。同時，城市組團化與區域網絡化成為促進城市集約用地、推進緊湊城市土地使用功能與分區管控的有效途徑和方法。

6 結論與展望

本文利用上海市1995年、2000年、2005年、2010年和2015年的建成區數據，對土地利用擴展進行分析。基于重力模型建立緊湊度指標體系，研究上海市主城區與郊區緊湊度的時空演變規律及其影響因素。通過公共邊測度方法將新增用地斑塊區分為填充型、邊緣型、飛地型3種類型，并對1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年4個時間段的緊湊度變化情況分別進行總結分析。

研究結果表明：（1）上海市建成區擴展強度先升高后降低，2005—2010年擴展強度達到最高。2010—2015年建成區擴展速度有所下降，城市發展速度減緩。（2）上海市土地利用的緊湊度先降低后升高，主城區緊湊度始終高于郊區。主城區和郊區的緊湊度變化趨勢基本一致，在1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年3個階段保持下降，2010—2015年上升，表明上海市城市建成區趨向更加緊湊地發展。在新增建成區中，飛地式增長逐漸減少，被填充式增長與邊緣式增長取代。（3）上海市建成區緊湊度變化受人口、產業、交通、政策等多種因素的影響。由于本文僅在挖掘建成區擴展的規律，所以暫時沒有考慮生態保護用地的管制因素。下一步對未來建成區用地擴展的模擬研究將會把生態保護用地的管制因素作為其中一個重要影響因素，并考慮規劃對用地擴展的引導。

在國土空間規劃背景下，強化國土空間規劃對城市發展、土地使用的約束作用，對推進集約、高密度的緊湊城市發展有重要意義。我國國土空間規劃實踐主要通過評估指標的構建、三線邊界的剛性底線劃定、土地使用分區管控促進緊湊城市規劃與發展。“上海2035”提出，上海將“堅持節約和集約利用土地，嚴格控制新增建設用地，加大存量用地挖潛力度”，“提高土地利用效率”，構建緊湊的市域空間格局，完成從外延擴張到底線約束、內涵發展的模式轉變。

在此情形下，要解決上海市城市蔓延問題，實現高質量發展，需要建立緊湊城市發展的國土空間規劃目標并構建傳導機制，以規劃“三區三線”為基礎，通過指標體系監測和實施緊湊城市發展策略。同時，緊湊城市發展應與上海資源環境承載力相適應，以實現高質量發展的目標。在“緊湊城市”理念下，加強新城與中心城區在空間和功能上“緊湊”相聯，形成便捷高效的交通聯系和要素交流。以分散化集中用地布局為引導、以公共交通網絡為基礎，融合產業空間布局，構建功能混合的多中心城市，優化空間發展結構，實現緊湊城市規劃與發展目標。