羅艷華,李平星
(1. 中國科學院南京地理與湖泊研究所,南京 210008;2. 中國科學院大學,北京 100049)
空間規劃對土地開發利用和經濟社會發展提供了支撐,但“終極藍圖式”的剛性規劃難以應對社會經濟發展的不確定性,如何增強空間規劃的彈性與適應性、減少規劃失效風險,是學術界長期以來的熱點話題。“彈性”最初是物理學概念,指物體受外力沖擊后恢復到沖擊前狀態的能力,后被引入工程學、生態學、地理學等領域,衍生出工程彈性、生態彈性、區域彈性、城市彈性等概念,核心內涵是指系統在受到外界干擾時的適應能力、應變與創新能力。在規劃學中,彈性是指規劃對不確定性市場經濟發展的適應程度,主要包括數量結構層面的彈性和空間優化層面的彈性。針對土地利用結構不確定優化的研究起步較早,學者們在理論探討的基礎上引入隨機優化模型(Lu et al.,2014)、區間優化模型(Wang et al.,2010)、粗糙優化模型(于蘇俊等,2006;Zhou et al.,2015)、以及其他混合不確定優化模型(Zhou,2015)等測算土地利用結構彈性區間。這種結構彈性區間傳遞到空間上即形成彈性空間,彈性空間的劃定是彈性規劃在空間優化上的重要技術手段:尹奇等(2006)認為彈性用地分區是彈性規劃的重要內容之一,指為應對規劃期內難以預測到的土地需求與用地位置變化,在原有土地規劃分區的基礎上劃出的一部分彈性區域;趙哲遠(2007)在土地利用規劃調控技術研究中,建議設置與農村建設用地縮小相掛鉤的城鎮建設“彈性發展區”,起到空間置換的作用;李鑫等(2016)更明確提出通過彈性空間劃定來解決不確定條件下的土地資源空間優化問題。總體而言,彈性空間研究在概念演進(辜寄蓉等,2019)、重要性與研究方法探討(劉堃等,2012)、國外經驗借鑒(張群等,2017)與實踐案例研究(胡瑜芝等,2017;傅麗華等,2020)等方面已取得一定成果,但缺乏系統全面的梳理與總結,缺乏對該領域的研究脈絡、現狀、重點與趨勢等的可視化分析。
國土空間規劃是對一定區域國土空間開發保護在空間和時間上做出的安排,是空間治理體系中極其重要的政策工具,也是全社會開發保護國土空間的遵循(余亮亮等,2016;樊杰,2019)。在當前經濟社會轉型發展和全國國土空間開發保護“一張圖”的規劃要求下,經濟社會發展的不確定性不斷增強、可預測性不斷弱化,對增強國土空間規劃的適應能力提出了更高的要求,亟需從弱化剛性、強化彈性的角度對國土空間規劃開展理論歸納和案例總結,以更好地完善理論、總結經驗、避免教訓,并促進鑒往知來。CiteSpace引文可視化分析軟件廣泛應用于分析某一主題的研究歷史與研究前沿(張宇星等,2021),可滿足綜述彈性空間研究進展的需求。因此,在對近30 年(1990—2020 年)彈性空間與彈性規劃的國內外文獻收集整理的基礎上,運用CiteSpace 總結國內外近30 年來該領域的前沿研究特點和相關研究進展,并探析其未來的發展趨勢,以期為構建國土空間規劃的彈性理論和方法框架提供參考借鑒。
國際文本的樣本數據來源為“Web of Science”核心集合,以“TS= (land use planning OR spatial planning)AND TS=( flexible space OR flexible plan‐ning OR spatial optimization OR land use allocation)”檢索式進行高級檢索,選擇文獻類型為“Article”和“Review”,檢索時間范圍為1990-2020年,并去除醫學、法學等無關領域的Web of Science 類別,最終去重分析后共計697 條文獻記錄;國內文本的樣本數據來源為中國知網的核心期刊,主題詞為“彈性空間”或“彈性規劃”或“戰略留白用地”或“灰色用地”或“有條件建設區”進行檢索,數據庫選擇“SCI來源期刊”“EI來源期刊”“核心期刊”“CSS‐CI”與“CSCD”索引期刊,時間設置不限,并對不契合研究主題的文獻條目進行手動剔除,最終去重分析后共計139條文獻記錄。檢索時間為2021-01-28。
利用CiteSpace 5.6對國內外彈性空間與彈性規劃文獻進行文獻可視化分析,包括文獻載文量趨勢與研究領域分析、發文國家或地區、研究機構合作分析,進而通過關鍵詞共現時區圖譜和關鍵詞突現圖譜總結國內外研究熱點和前沿問題,最后運用文獻閱讀法對彈性空間概念內涵、彈性規劃方法、管控措施等主要熱點知識群組進行深入研究。
對彈性空間與彈性規劃領域的載文量進行趨勢分析,以了解該領域文獻研究的發展程度和發展趨勢,具體文獻數量見圖1。

圖1 國際與國內彈性空間與彈性規劃研究文獻載文量Fig.1 The quantitative changes of international and domestic literatures on flexible space and flexible planning
國際文獻載文量呈明顯上升趨勢,可粗略分為3個階段:一是1993-2007年,起步階段;文獻數量處于較低水平。二是2008-2016 年,發展階段;國際文獻數量直線上升。三是2017-2020年,擴散階段;文獻數量激增(從50 到101 篇)。國內文獻數量從2009年開始顯著增多并持續維持在相對較高水平,2017-2020年文獻數量略有減少,但相對穩定。學術界對彈性空間研究領域的關注度不斷提高,其中根據Web of Science 的檢索報告可知,彈性空間的主要研究領域為“生態環境科學”和“工程學”,其次是“公共管理”“城市研究”和“運輸”,接下來是“科技及其他專題”“地理學”“自然地理”和“發展研究”等方向。
鑒于國際合作研究的重要性,分別對發文國家(地區)和科研機構進行可視化分析,得到國際科研機構合作網絡圖譜(圖2)、和國際排名前十的發文國家(地區)和發文機構及其中心性分布表(發文量并列的發文機構按中心性排名)(表1)。美國和中國的發文量顯著高于其他國家(地區),且中心性(中心性超過0.1 的節點稱為關鍵節點)分別為0.22和0.18,其余國家(地區)按發文量遞減分布依次是:澳大利亞、德國、荷蘭、英國、加拿大、伊朗、西班牙和意大利。

圖2 國際科研機構合作網絡圖譜Fig.2 Network map of international cooperation among related research institutions
在合作單位方面,發文量最高的是中國科學院(Chinese Academy of Sciences),中心性最強的科研單位是澳大利亞的昆士蘭大學(University of Queensland)(見表1)。科研單位合作網絡圖譜整體的合作網絡密度為0.004 2,合作程度相對較低,呈現以中國的中國科學院(Chinese Academy of Sci‐ences)、伊朗的德黑蘭大學(University of Tehran)、美國亞利桑那州立大學(Arizona State University)和澳大利亞的昆士蘭大學(University of Queensland)等幾個科研綜合實力較強的單位為中心的分塊式合作關系網絡,其中以中國科學院為中心的合作網絡的次節點為北京大學、清華大學、中山大學、北京師范大學、南京大學、香港理工大學等中國知名大學,中國與國際科研單位的合作力度有待加強。

表1 國際排名前十的發文國家(地區)與發文機構及其中心性分布Table 1 Top 10 countries(regions)and institutions and their centrality distribution
對彈性空間研究熱點與前沿的分析主要借助關鍵詞共現時區圖和關鍵詞突現圖實現。中心性、頻次高的關鍵詞代表一段時期內的研究熱點(梁宇哲等,2019),而從時區視角分析關鍵詞共現,能夠展現彈性空間研究熱點發展的時間脈絡;關鍵詞突現能展現某個時期彈性空間研究中的新領域和新視角,因而能夠代表一定時期的學術前沿(楊洋等,2020)。
分別進行國際和國內文獻關鍵詞的可視化分析,生成關鍵詞共現的時區圖譜(圖3、4)。在國際層面,關鍵詞共現的特征主要有3 點:1)20 世紀90 年代開始出現的核心關鍵詞有“manage‐ment”(管理)、“conservation”(保護)、“impact”(影響)、“biodiversity”(生物多樣性)、“model”(模型)、“op‐timization”(優化),這是國際上對彈性空間研究的起步階段;2)2000 年之后開始出現了“land use”(土地利用)、“climate change”(氣候變化)、“genetic algorithm”(遺傳算法)、decision support system (決策支持系統)、“conservation planning”(保護規劃)、“sustainabili‐ty”(可持續性)、“cellular automata”(元胞自動機模型)等核心關鍵詞,說明氣候變化與可持續發展問題逐漸引起規劃界重視,彈性規劃方法與技術的研究逐漸增多;3)“agent based model”(基于主體的模型)一詞在2012年出現,基于主體的模型在空間優化的應用研究開始增多。

圖4 國內關鍵詞共現時區圖譜Fig.4 Keywords co-occurrence relationship of domestic literatures
在國內研究中,“彈性規劃”在2003年間出現,此后“土地利用規劃”“不確定性”“彈性”“剛性”“城市規劃”“區域規劃”“建設用地”等核心關鍵詞不斷涌現,表明為應對不確定性而產生的彈性規劃從2003年開始成為研究熱點。“灰色用地”“有條件建設區”等與彈性空間類似的概念在2009年首次出現,直到2013年出現“彈性區間”,2016年出現“彈性空間”,與此同時,“多目標模糊線性規劃”“灰色關聯分析”“情景規劃”“區間優化模型”等彈性規劃手段和方法逐漸成為研究熱點。2018年—2020年出現的“現狀地表”“適宜性評價”“生態安全評價”“生態風險”等關鍵詞反映了學術界對國土空間開發適宜性評價的重視。總體上,中國對彈性空間的研究不斷深入,對彈性規劃方法和手段的探討貫穿始終。
利用CiteSpace 共得到國際突現詞13個(圖5),國內突現詞7個(圖6)。就國際文獻而言,“design”(設計)是突現時間最早的詞,“ecosys‐tem service”(生態系統服務)是該領域內突現強度最高的詞。隨著國際對生態環境重視程度的日益提高,將生態系統服務納入彈性規劃過程已成為最新研究動向。

圖5 國際文獻關鍵詞突現圖譜Fig.5 Yearly distribution and strength of burst terms of international literatures

圖6 國內文獻關鍵詞突現圖譜Fig.6 Yearly distribution and strength of burst terms of domestic literatures
就國內文獻而言,突現強度最高的詞是“彈性城市”和“灰色用地”,“有條件建設區”次之,說明“彈性城市”和“彈性空間”是“彈性”領域研究的重要內容。同時彈性城市是突現時間最長的詞,在2014—2018年間較多學者對彈性城市進行研究。“國土空間規劃”從2019年開始突現,是最新出現的突現詞,其突現強度為1.846 9。2019年作為國土空間規劃元年,國家層面的頂層設計有序構建,基于多規合一的國土空間規劃也迅速成為研究熱點。
結合國際與國內關鍵詞共現時區圖得出3個熱點知識群組:1)彈性空間概念層研究(灰色用地、有條件建設區等與彈性空間類似的概念);2)彈性規劃方法(包括模型構建和具體規劃方法);3)彈性規劃管控措施(對剛性與彈性管控的探討)。結合前文分析結果,通過文獻閱讀法對3個熱點知識群組進行深入研究。
彈性空間作為克服剛性規劃弊端的手段而引入規劃界,國外學者對彈性規劃的相關研究開展較早,新加坡的“白地”是彈性空間的早期應用,主要指預留當時功能無法確定的用地(張群等,2017)。雖然國際上明確使用“flexible space”(彈性空間)概念的文章很少,但以“spatial optimiza‐tion”(空間優化)和“land use allocation”(土地利用分配)為主題的研究成果豐碩(Metropolis et al.,1953;Santé-Riveira et al.,2008;Lu et al.,2015)。近年來,有國外學者提出將彈性空間作為專家主導式和程序參與式規劃之外的“第三條道路”,認為彈性空間是為計劃外用途而設計的非永久性的土地使用形式(Carr et al.,2017)。而國內學者進行彈性空間研究時多使用“灰色用地”(鄭皓等,2009;王震等,2014)、“戰略留白用地”(沈遲等,2020)、“有條件建設區”(黃逸鳴等,2016)、“規劃彈性區”(張群等,2017)、“彈性用地區”(王卉等,2012)等彈性空間相關概念,“彈性空間”一詞尚無明晰的定義方式,泛指一種現狀與未來混合的用地模式,表現出不同屬性用地分區之間的空間疊合(辜寄蓉等,2019)。總體上,國內外表征彈性空間的概念較多,主要內涵為:土地預留、混合利用和空間置換,另外國外更強調彈性空間的公眾參與。
彈性空間劃定方法與彈性規劃方法、技術聯系緊密。部分規劃方法涉及彈性空間在數量、分布方面的內容,而數量結構的確定是空間確定的前提和基礎;規劃決策支持技術能幫助規劃者進行土地需求預測、土地規劃決策,是彈性空間劃定的技術支持。因而,綜合考慮彈性規劃方法與規劃決策支持技術等方面的研究,可以更為全面地把握彈性空間劃定問題。
國外對土地利用數量結構分配的研究開展較早,相較國內更為成熟:早期主要利用模擬退火算法(Simulated Annealing,SA)和遺傳算法(Genet‐ic Algorithm, GA)進行土地利用優化配置(Me‐tropolis et al.,1953;Santé-Riveira et al.,2008),但二者的計算程序比較繁瑣,且需要預先確定分配給每一種用途的土地面積。也有學者探索移除定量限制土地利用類型面積的改進遺傳算法,允許各土地利用類型進行自由的空間競爭(Li et al.,2016)。為更好地處理不同土地利用類型之間的競爭關系,有學者將遺傳算法與博弈論結合,利用多利益相關者博弈來協調土地利用競爭(Liu et al.,2015);除此之外,Liu 等研究了基于多類型蟻群優化算法(MA‐CO)的大面積土地利用優化配置問題,并指出改進后的蟻群算法比模擬退火和遺傳算法具有更高的運行效率和更好的性能(Liu et al.,2012)。早期國內學者多從規劃的目標、時序、期限、規劃指標的預留與浮動等方面對彈性規劃方法進行定性研究(張友安等,2004;尹奇等,2006),隨著研究的不斷深入,規劃編制理念逐漸從經驗判斷走向方法與數據支撐,眾多決策、測算與優化模型被引入到土地利用數量結構的彈性區間劃定中(表2),這是彈性空間劃定的前提條件。

表2 國內彈性空間劃定相關方法Table 2 Method for delimiting flexible space in China
在確定數量結構彈性區間的基礎上,如何把一定數量的用地優化配置在空間上是劃定不同用地類型彈性空間的關鍵技術,學者們對此進行了積極有益的探討。如楊忠偉等(2014)在進行短期型和長期型產業用地劃分之后,通過“灰色用地”動態規劃方法引導短期型產業用地彈性開發。傅麗華等(2020)以系統彈性區間和基于適宜性評價的彈性空間測度分析為依據,借助ArcGIS 分析得出了湖南省茶陵縣建設用地、農業用地與生態用地的彈性空間分布。但目前彈性空間劃定方法尚處于理論探討與個案研究階段,缺乏衡量標準與權威性評估體系,存在與規劃實踐脫節的問題。除了針對具體用地類型的彈性空間劃定,沈遲等(2020)還對未知用途用地的戰略留白機制進行理論分析。值得注意的是,國內外學者在土地利用配置中普遍注重空間優化與開發適宜性評價,資源環境承載力和國土空間開發適宜性評價(“雙評價”)已經成為國內優化國土空間開發與保護格局的重要參考依據(辜寄蓉等,2019;傅麗華等,2020)。
就決策支持技術而言,根據國際關鍵詞共現時區圖(見圖3)和進一步的文獻閱讀得出(表3),規劃支持系統(the Planning Support System, PSS)和基于主體的模型(Agent-Based Model,ABM)是國際上的兩個研究熱點,二者對于規劃技術體系的革新起重要作用:1)PSS是基于地理信息系統的交互式信息系統框架,其在美國等國家已被應用于城市規劃的未來情景預測、規劃成果的可視化與評估,成為輔助規劃決策的重要支持系統(宋彥等,2017)。但目前國際上使用的PSS 軟件眾多,存在缺乏設計標準、選取依據與流程示范等問題,而如何提高應對復雜規劃任務的能力是PSS在規劃實踐中的主要關注點(Wang et al.,2014)。中國目前的PSS 應用尚處于探索階段,規劃從業人員對PSS 的接受程度較低。2)ABM因其自下而上的仿真模擬能力而受到學界的重視(Ghavami et al.,2016),其提供了解決復雜適應系統中學習、適應、交互作用和人類行為的不確定性等相關問題的可能性,能夠模擬人類等主體的活動對土地利用的影響,因而也被用于土地資源管理政策評估(Milner‐gulland et al., 2012)。但該模型僅以理性人等經濟理論為主要依據,理論基礎薄弱,且對代表人類決策的特征缺乏系統研究,適應性和拓展性有待加強。

表3 國際彈性空間劃定方法Table 3 Method for delimiting flexible space from international literatures
總的來看,關于彈性空間的劃定已從最初的定性劃定研究為主逐漸轉變為定性研究與定量研究相結合,并且在定量研究時,高度重視空間優化與適宜性評價,眾多數學模型被應用到彈性規劃中,彈性空間劃定的方法和手段逐漸豐富。此外,地理信息技術和空間技術的迅猛發展也大大地提高了規劃的效率和應變能力,國際上對決策支持技術的應用已經較為廣泛,但決策支持系統和基于主體的模型都存在理論基礎薄弱和缺乏結構化指導框架等問題。國內對其探討多停留在理論層面,應用能力不足,未來需要借鑒國際經驗進一步促進規劃信息化,深化對人類決策復雜性的研究,以尋求協調利益各方的平衡機制,增強應對復雜問題的能力。
“彈性空間”并不意味著可以任意而為,只有設定合理的準入條件與底線管控,才能真正發揮彈性的作用。國外的規劃體系與中國無法一一對應,但也可大致分為宏觀發展引導和開發控制2個層面,其中“開發控制”相當于中國控規層面(胡瑜芝,2017)。就彈性控制而言,法規及標準會對適用彈性的內容和范圍進行明確,但不追求全要素和全范圍的控制,更多考慮“自下而上”市場需求,根據地方發展目標選取靈活的控制方式。其項目實施的彈性體現在協商和博弈過程中,土地出讓方式并非價高者得,而是選擇符合政府開發意圖的開發主體共同參與控規編制。甚至有西方學者倡導對“彈性空間”進行必要管控前提下的最低限度管控,使其成為空間實驗場地或永久性項目的啟動點(Carr et al.,2017)。
與西方規劃對物質空間的弱干預不同,中國的規劃具有強干預的傳統,但隨著剛性規劃弊端的顯現,如何尋求“剛彈平衡”已經成為研究熱點,學者們對彈性控制區范圍、控制要素、彈性幅度和管理程序等展開了有益的探討(王卉等,2012;楊忠偉等,2014;蔚芳等,2019)。在彈性空間劃定面積上,大部分學者所建議的彈性空間劃定面積在總用地的10%~20%,具體比例視具體規劃對象而定(許景權,2016;尹奇等,2006)。此外,學者們還對中國代表性城市的現行規劃文件進行了深入研究:如上海的控規編制中強調政府意志,采用彈性控制方法的項目并不多,對新增建設用地規劃指標的賦予以貫徹上位規劃指標為主要導向,與實際建設項目的銜接不充分;注重剛性指標的分解,對控規實施中在何種范圍內可進行彈性調整的引導較少(胡瑜芝,2017)。北京已經初步建立起戰略留白的管控體系:在底線管控與指標約束的基礎上,注重規劃引導與程序監督,確立“存、控、收、養、啟”的管控體系,從彈性用地的預留與入庫管理、過渡期管控、規劃編制啟動與審批方面進行戰略留白的動態調整與全流程把控(沈遲等,2020)。香港地區在制定全港發展策略和次區域發展策略時,在用地供給時序、地塊功能和強度上留有足夠的彈性(顧翠紅等,2006)。
可見,國際對彈性管控的研究與應用相較國內更為成熟,中國彈性管控措施的基本考量和總體框架已大體確立,也在逐步應用于城市規劃實踐中,但目前剛性有余,彈性不足的宏觀規劃局面依然沒有改變,主要表現在:1)缺乏公眾參與機制,“自上而下”的規劃與實際建設項目的銜接不足;2)指標彈性主要體現在由唯一值轉為區間控制,注重對剛性指標的分解,而缺乏允許調整規劃指標浮動范圍的條件;3)現實中因彈性管控措施不明確、不到位、不精準而導致的問題時有發生。另外,缺乏完整的效應分析體系對彈性管控措施進行評估與約束也是彈性管控措施難以充分發揮作用的重要原因。
經過多年的理論探索和案例實踐,彈性空間與彈性規劃領域的相關研究取得了明顯的進展,相關概念與內涵、技術方法、管控措施成為最受研究者關注的領域。美國和中國是發文量最高、研究成果最多的地區,研究領域主要集中在“生態環境科學”“工程學”等相關學科。國內外學者在土地利用配置中普遍注重空間優化與開發適宜性評價,國際上注重對決策支持系統和基于主體的模型的研究,且將生態系統服務納入彈性規劃過程中已成為最新研究動向。而國內則將基于“雙評價”的國土空間規劃作為優化國土空間開發與保護格局的重要參考依據。盡管相關研究在理論、方法方面進行了探索,在案例研究方面也進行了拓展,但是依然存在諸多問題:一是理論建構與研究尚不成熟,主要體現在彈性空間概念不夠明晰,且現有研究模型多基于經濟學理論,忽視了心理學、社會學等其他學科。理論體系上的問題使得土地利用沖突在“多規合一”、土地多功能性的背景下更加明顯。二是技術方法體系尚未建立健全,現有彈性規劃方法以理論研究居多,實踐案例缺乏,欠缺對利益各方協調問題的考慮,用于衡量彈性空間劃定方法適用性的案例支撐和權威性評估體系缺失。三是管控措施與效應研究有待深化,規劃上剛性過強的問題依然存在,“自上而下”規劃與實際建設項目的銜接、規劃指標浮動范圍調整與彈性管控的效應評估體系等方面的問題制約彈性規劃效能的發揮。四是規劃實踐有待拓展,現有研究案例多為單體城市和新城、開發區等空間板塊,對城市群、都市圈等組合型城市空間的研究較少,對盆地、山區或水網密集區等特殊地形地貌區域的案例研究缺乏。結合以上問題對彈性空間研究做出如下展望(圖7)。

圖7 未來重點研究內容的總體框架Fig.7 General framework for future research priorities
1)明確重點研究方向。彈性空間劃定研究應進一步加強與“三區三線”劃定的有機結合,加強城鄉發展彈性空間等的劃定和管控研究,協調城鄉發展。尤其經過新冠肺炎疫情等的經驗教訓,基于生態與安全等的彈性空間研究需要重點突破,對于暫未確定合理空間用途的用地進行科學留白研究也是未來方法研究的重點方向。在此基礎上,需要對彈性空間基本范式進行重點研究,針對具體問題進行重點突破,從彈性空間的概念內涵到彈性規劃方法,再到管控措施與效應分析,構建一套綜合性的彈性空間理論體系和框架結構,以方便指導規劃實踐。
2)完善研究理論和方法。一方面,深化對“彈性空間”概念與內涵的探討與完善,基于人地關系研究、可持續性科學、土地利用科學、資源經濟學等相關理論,構建彈性空間研究和彈性規劃實施的理論框架。另一方面,依托國土空間開發適宜性、資源環境承載力等相關方法,聚焦空間模擬與分析,加強對先進規劃決策支持技術的應用,并引入合作博弈與納什均衡等作為協調各方訴求的手段。
3)強化管控措施及其效應分析。未來應繼續探尋“剛”與“彈”的平衡管控機制,基于項目實施需要,確定開發控制深度,并強化實施主體與公眾的深度參與;在區間控制的基礎上,有條件地調整規劃指標的浮動范圍,例如容積率獎勵;將用途管制與獎罰措施、用地數量-質量雙重管控措施等納入彈性空間的綜合管控措施體系,增強管控效能;從經濟社會發展、土地高效利用、生態環境保護與空間形態功能等維度進行效應分析,將對彈性規劃實施的綜合效應評估作為未來優化管控措施的基礎和依據。
4)拓展彈性規劃的實踐領域。彈性規劃研究服務于規劃實踐,其完善和提升也離不開大量實踐案例的支撐,除單體城市之外,還需要針對城市群、都市圈、山地城市、綠洲城市等特殊地形地貌區域空間規劃和管制的現實需求,進一步拓寬案例研究的類型和領域。