合肥市城市垂直空間增長時空演變研究

施華勝 李佳敏 鮑雅君

摘 要：隨著城市化進程的推進，城市水平方向上的擴展逐漸趨于平穩，舊城改造、棚戶區改造等一系列政策的提出，使城市擴張逐漸從水平擴張演變為垂直空間增長。基于合肥市蜀山區2017年和2020年的三維建筑矢量數據，運用Arc GIS地理空間分析法，從垂直方向上運用建筑加權平均高度和建筑面積對合肥市蜀山區2017—2020年4年間的垂直空間時空演變情況進行了研究。結果表明：（1）建筑群的高度和數目在不斷增加。2017—2020年4年里合肥市蜀山區建筑物平均高度增加0.16m，建筑體積也同樣增加256.98×105m3。（2）中高層建筑增長率呈顯著增長趨勢，超高層建筑增長率微弱增長，而低層建筑、多層建筑和高層建筑增長率呈現負增長趨勢，多層建筑的負增長幅度較大。（3）空間上，低層建筑的分布呈現由中心城區向郊區遷移的趨勢，蜀山區的東南方向上中高層和超高層建筑逐漸增多。

關鍵詞：垂直空間增長;建筑加權平均高度;空間擴展;合肥市蜀山區

中圖分類號 P237文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）04-0165-04

Absrtact： As urbanization advances， the expansion in the horizontal direction of the city has gradually stabilized.A series of policies， such as the transformation of shantytowns in old cities， have gradually changed from horizontal expansion to vertical space growth. Based on the 3D building vector data of Hefei Shushan District in 2017 and 2020.By using Arc GIS geospatial analysis method， the spatial and temporal evolution of vertical space in Shushan District of Hefei City in 2017—2020 was studied by using the weighted average height and building area of buildings in the vertical direction. The results showed that： （1） The height and number of the complex are increasing. Between 2017 and 2020， the average height of buildings in Shushan District of Hefei increased by 0.16 meters. The volume of the building also increased by 256.98×105 cubic metres. （2） There is a significant growth trend in the growth rate of medium and high-rise buildings， the growth rate of super-high-rise buildings has grown modestly， the growth rate of low-rise buildings， multi-storey buildings and high-rise buildings shows a negative trend， the negative growth of multi-storey buildings is large. （3） The distribution of low-rise buildings in space shows a trend of migration from central urban areas to suburbs.In the southeast direction of Shushan， the number of high-rise and super-high-rise buildings is gradually increasing.

Key words： Vertical space growth; Building weighted average height; Space expansion; Shushan District of Hefei City

1 引言

城市是人類活動高度集聚和經濟高度發達的區域，是人口與經濟發展的核心和載體。城市化過程及空間擴展的研究，對于理解人口、經濟集聚擴散具有重要作用[1，2]。自2000年以來，中國進入了一個城市化快速發展的時期，城市規模達到了人類有史以來的最大規模[3]。近幾年來，隨著經濟發展速度的加快，城市化進程的速度也持續加快，導致城區土地資源的需求量不斷上升，種種因素導致城區土地價格不斷地上漲，人口越來越集中于交通發達、生活便利的城區，從而導致了城市人口密度分布不均勻、土地空間不合理使用、城市生態環境惡劣等一系列的城市問題[4]。因此，如何合理利用城市土地資源與公共設施，使城市垂直空間擴張是學者們近年來研究的熱點話題。

城市景觀格局分析是理解城市地區格局與過程和解析城市景觀時空變化相互作用的經典方法[5]。城區高樓大廈拔地而起，許多城市景觀要素的基面不僅發生了水平方向的位移，垂直空間上也發生了擴張，二維形態儼然已無法完整地反映出城市的擴展規律。因此，從三維景觀格局上探討城市的變化具有重要意義。目前，我國處于迅速發展階段，計算機技術、3S技術發展越來越趨于成熟，這給研究城市擴展提供了幫助。針對目前城市的擴張形態，從垂直空間去研究城市空間擴張更能體現出其真實的分異特征。三維城市景觀格局研究得益于數據獲取與技術方法的進步，越來越受到研究者的重視[6]。

城市三維景觀格局時空分異特征是當前學者們研究景觀格局的熱點問題。王仰麟探討了三維城市景觀生態研究的基本理念與思路[7]。數據源對三維景觀格局分析有影響，地面調查和三維地籍數據獲取費時費力[8];航空攝影測量在建筑物稠密區會出現三維信息缺失問題[11];高分辨率衛星遙感影像數據可以為地表三維信息提供動態性和實時性等特征，但大規模處理高分辨率遙感數據尚待突破[9]。張長城基于遙感數據對濟南市的三維空間擴展特征進行了研究[10]。JHu研究分析了城市三維景觀的特點與局限性，發現城市三維景觀建筑的應用依然面臨著許多挑戰[11]。本研究以合肥市蜀山區為研究區，以2017年和2020年2年建筑輪廓矢量數據為數據源，從垂直空間角度對合肥市蜀山區空間擴張時空演變進行分析探討，以期為合肥市可持續發展和城市規劃等提供基礎數據和參考。

2 研究區概況與數據來源

2.1 研究區概況 合肥市是安徽省省會，位于中國東部，地處長江下游，介于30°57′～32°32′N，117°41′～117°58′E之間，是“一帶一路”和長江經濟帶戰略雙節點城市，皖江城市帶核心城市，也是全國重要的教育、科研基地和交通樞紐。隨著合肥市經濟的迅猛發展，城市景觀格局發生了巨大變化。蜀山區位于合肥市主城區西南部，東與包河區和廬陽區交界，地處江淮丘陵地帶，區域內具有丘陵崗地、低山殘丘、河湖低洼平原3種地貌。全區總面積633km2，實際管轄面積約為317km2，轄8個街道，3個鎮，常住人口約為131.2萬人，是合肥市非常重要的地域。近年來，蜀山區發展迅速，建筑三維景觀格局的差異顯著，在水平方向上擴張的同時，垂直空間改變顯著。

2.2 數據來源 以合肥市蜀山區2017年和2020年的建筑輪廓矢量數據作為數據源，結合行政區劃矢量數據、遙感影像等多源數據。數據預處理經過裁剪、拼接、幾何校正、核密度分析剔除錯誤數據等步驟。

3 研究方法

對于城市垂直空間擴張時空演變的問題，本文選取建筑加權平均高度和建筑體積2個指標來計算，利用ArcGIS空間統計分析對蜀山區4年間的三維景觀格局進行對比分析[12]，研究垂直角度城市空間擴展的特征。

3.1 建筑加權平均高度（[H]） 計算公式如下：

式中：[Hi]代表區域內第[i]個建筑體的高度，[Ai]代表建筑物[i]的基地面積，n代表區域內建筑物的存在個數。對于建筑高度的處理首先通過建筑矢量數據的輪廓提取蜀山區邊界，根據《民用建筑設計原則》將可以蜀山區的建筑物分為5個部分，分別是底層建筑（<9m）、多層建筑（10～18m）、中高層建筑（18～27m）、高層建筑（27～90m）和超高層建筑（>90m）。同上述步驟可以處理2020年蜀山區的建筑物高度。

3.2 建筑體積（[V]） 計算公式如下：

4 結果與分析

2017年，合肥市建筑加權平均高度為18.14m，建筑體積為498.85×106m3;2020年，合肥市建筑加權平均高度為18.30m，建筑體積為524.55×106m3。在2017—2020年4年間，合肥市蜀山區的建筑體積增加256.98×105m3，加權平均高度增加0.16m。

由表1可知，2017年蜀山區建筑物以低層和多層建筑物為主，占比為53.48%、31.88%，而超高層建筑物很少，只有1.79%。2020年，蜀山區建筑物仍然以低層和多層建筑為主，但中高層建筑物和超高層建筑物有了明顯的增加;高層建筑物的數量增加592棟，增長率為1.15%，超高層建筑物的數量增加66棟，增長率為0.06%。多層建筑和高層建筑呈現負增長趨勢。

2017—2020這4年間，蜀山區的建筑景觀在垂直方向上呈現出擴張和收縮的態勢，低層建筑的數量4年來保持穩定占比，中高層建筑和超高層建筑數量相比較于2017年持續增長。通過對比Arc GIS中建筑物的分類和高德地圖可以發現，增加的中高層和超高層建筑物大多分布在合肥西站周圍，說明蜀山區的發展主要集中在人流量較大的區域。由圖2建筑數量所占百分比可以直觀地看出，2017年和2020年蜀山區的低層建筑數量上有小幅度的增長，增加1695棟，但是所占百分比有較小的減少。中高層建筑的數量是明顯上漲的，增加592棟。建筑群的高度和數量在城市化的影響下持續增長。建筑群數量2017—2020年4年間一共增加3214幢。建筑物平均高度4年間增加0.16m，建筑體積也同樣從2017年的498.85×106m3增加到524.55×106m3，增加256.98×105m3。如位于蜀山區龍圖路666號的安徽廣播電視中心，其建筑總高301.7m，屬于合肥市十大高樓之一。說明隨著蜀山區經濟的快速發展，超高層建筑在數量和質量上大大提升，同樣也體現了合肥市蜀山區城市空間擴展在垂直方面上的增長顯著。

從圖4可以看出，蜀山區低層建筑的分布位置逐漸從蜀山區的東南向西北移動，中高層和超高層建筑在蜀山區的東南方向上逐漸增多。綜合蜀山區城市地圖可以分析得出，蜀山區的東南方向上集中著合肥西站高鐵站、大型商場、中國科學技術大學等高校，人流量大且人群容易聚集。這些因素導致中高層建筑和超高層建筑的產生。而位于蜀山區西北方向的是合肥新橋國際機場，機場周邊區域多數都是屬于低層建筑，不影響飛機的正常起飛。建筑樓層的分布情況進行分析，建筑物的高度呈現出右高左低的態勢，超高的建筑物隨著距離蜀山區右方越來越遠，其建筑物層數也從超高層建筑過渡到低層建筑。這種現象的出現說明了蜀山區建筑景觀的分布不均。

5 結論與討論

本文選取合肥市蜀山區為研究區，通過建筑加權平均高度、建筑體積2個參數對蜀山區4年間垂直空間增長特征進行研究，主要結論如下：

（1）建筑群的高度和數量在不斷增加。2017年蜀山區三維建筑物總數為20518幢，2020年的三維建筑物總數為23732幢，4年間一共增加3214幢。2017年合肥市的建筑加權平均高度為18.14m，到2020年建筑加權平均高度達到18.30m，建筑物平均高度增加0.16m，建筑體積也增加256.98×105m3。說明隨著蜀山區經濟的快速發展，建筑群在數量和規模上都一定的增長和擴大，同理可以說明在全國社會經濟快速發展下，合肥市的城市建筑群和城市規模也在不斷變大。

（2）城市三維景觀時空格局在空間垂直方向上的演變更為顯著。低層建筑、多層建筑和高層建筑的增長率呈現負增長趨勢，分別減少0.10%、0.90%、0.18%;中高層和超高層的增長率呈現正增長趨勢，其中中高層建筑的增長率增長顯著，增加1.15%;超高層建筑的增長率也在不斷增加;增加0.06%。

（3）空間上，低層建筑的分布位置從蜀山區的中心城區向郊區移動，中高層和超高層建筑在蜀山區的東南方向上逐漸增多。綜合建筑樓層的分布情況進行分析，建筑物的高度呈現出中間高兩邊低的態勢，即越靠近合肥西站的建筑多為高層建筑物，四周的建筑物隨著距離城區越來越遠，其建筑物層數也從中高層建筑過渡到低層建筑。這種現象的出現說明中心城區的土地利用價值大，地產開發商通過開發超高層和高層建筑物來使利潤最大化，而相較于中心城區的繁華，老城區和郊區的建筑物分布比較分散且一般為低樓層，說明這些地區的土地開發價值相比較于中心城區小，也說明了蜀山區建筑景觀的分布不均。

參考文獻

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（責編：張宏民）