TOD模式下軌道交通站點地區土地利用優化研究

韓冰冰　宋建堂

摘 要：基于TOD的基本理念，根據TOD的三項基本規劃設計原則，以提升軌道交通運量、優化區域環境質量和協調土地利用為目標，以各種類型土地的容積率為決策變量，構建站點地區土地利用優化的多目標決策模型，以鄭州市軌道交通3號線金水路站周邊地區土地利用優化為例，證實了模型的實用性。

關鍵詞：TOD模式；土地利用優化；多目標決策模型

國內外的研究與實踐表明[1—3]，TOD模式能夠提高土地利用強度，優化土地利用效率，使城市交通與土地利用達到良性互動，最終實現城市的可持續發展。作為TOD模式的重點區域，軌道交通站點地區土地利用對于城市的良性發展意義重大。但已有的研究側重于宏觀層面，微觀層面研究較少。本文基于TOD的基本理念，根據TOD的3項基本規劃設計原則，以增加軌道交通運量、提升區域環境質量和協調土地利用為目標，以各種類型土地的容積率為決策變量，構建了鄭州市軌道交通3號線金水路站站點地區土地利用優化的多目標決策模型，為城市微觀層面的土地利用和開發提供一定的實踐經驗。

1 軌道交通站點影響范圍分析

站點是城市軌道交通系統的核心，在城市良性發展中起著至關重要的作用。受位置和功能等因素的影響，結合國內城市軌道交通的發展狀況，將軌道站點地區分為公共中心區、交通樞紐區、成熟居住區和城市外圍區4種類型[4]。

研究TOD模式下軌道交通站點地區的土地利用模式，首先要確定站點地區的邊界。本文根據已有的研究經驗[5]，從我國居民步行的舒適距離出發，選取以站點為中心，500m（10min的步行距離）為半徑，面積為78.5hm2的區域作為研究范圍。在實際中，具體邊界的確定要根據不同城市的空間結構特征、社會經濟狀況、出行者偏好等因素進行綜合分析。

2 TOD模式下的多目標決策模型的構建

2.1 基本假設

（1）本模型在站點地區各類用地面積已經確定的基礎上進行優化；（2）站點范圍內出行的人，均從本站使用軌道交通出發；（3）根據國內城市用地分類標準，可對居住用地和公共用地（包括商業金融、行政辦公、文體娛樂、醫療衛生和教育科研等）兩大類用地進行容積率優化；具體應用時，可調整分類或合并相似用地類型。

2.2 符號定義

模型采用的符號含義如下：X為容積率；S為用地面積（m2）；r、c、e為用地類型，其中，r代表居住用地，c代表公共用地，e代表其他用地（包括市政設施用地、公共綠地和道路廣場用地）；i為居住用地或公共用地中第i種用地類型；為第i種居住用地上每居住人口的日均出行次數（次/人）；為第i種公共用地上每個崗位產生的日均出行次數（次/人）；為第i種居住用地上居民出行使用軌道交通的比例；為第i種公共用地上出行者使用軌道交通的比例；為相關法律對第i種居住用地的容積率規定的上限；為相關法律對第i種公共用地的容積率規定的上限；為第i種居住用地上人均居住的建筑面積（m2/人）；為現狀居民人均其他用地面積（m2/人）；為參考站點的居住用地建筑面積及公共設施用地建筑面積總和與各類用地總面積的比值；為居住用地建筑面積及公共設施用地建筑面積總和與其他用地總面積（包括市政設施用地、綠地及道路廣場用地）的比值；λ為地區現狀教科文衛用地建筑面積與居住用地建筑面積的比值；α、β分別為目標II和目標III的具體約束值（參考已有的研究[6]，本研究分別取現狀環境品質Z2和現狀土地混合利用程度Z3的90%作為約束條件的臨界值）。

2.3 決策變量

決策變量為各種類型用地的容積率。容積率作為城市土地利用規劃的綜合控制指標，控制了城市的人口、用地和建筑3種規模，協調了城市的社會、經濟和環境3種效益。它以比值方式來計算，簡潔明了，便于操作和管理。

2.4 目標函數

目標I：提升軌道交通運量，根據TOD模式的基本理念，站點周邊土地的高密度開發可帶來更大量活動，有利于提高軌道交通的運量。

目標II：優化區域環境質量，運用其他用地（包括市政設施用地、公共綠地和道路廣場用地）的總面積與居住和公共用地的總建筑面積的比值來表示，越大表示環境品質越佳。

目標III：協調土地利用，參考成熟站點的土地利用狀況和其他用地狀況，使研究站點與參考站點的差別越小越好。

2.5 約束條件

2.5.1 容積率的管控

過度開發會使容積率過高，使市場供需失衡和生活環境下降，因此站點地區各種類型土地的容積率不要過度超出相關規定的上限值。根據相關研究成果[7]，本研究采用現行規范的上限值為下限值，上限值的1.4倍為上限值。

2.5.2 現狀環境質量的限制

以目前居民人均其他用地面積為下限，保障優化后環境質量得到提高；以目前公共用地建筑面積與居住用地建筑面積比值為下限，使得優化后土地利用更加協調。

2.5.3 站點類型的功能制約

不同類型的站點承載著不同的職能。例如公共中心站點，其核心職能是形成區域中心，引導區域發展。所以，此類站點周邊地區的土地利用過程中，公共用地的開發強度不應低于居住用地。

2.6 多目標決策模型的求解

本研究中的3個目標是存在沖突的，當其中任何1個目標的最優時，必然會導致另外2個目標不同程度的受損。因此，可行的做法是設法將多目標決策問題轉化為單目標問題，即根據具體情況，針對需求強調主要目標，將次要目標轉化為約束條件，把非線性函數轉化為線性函數，求出滿意解。

以本研究追求目標I最優化為例，此時模型為公式（1），約束條件除了公式（4）～（8）之外，由于目標II和目標III為次要目標，也要轉化為約束條件，如下：

本研究的數學模型能夠轉換為；公式（4）～（10）式為約束條件，這是非線性單目標規劃模型，本研究采用分層序列法進行求解。

3 應用研究

3.1 研究區域概況

鄭州地鐵3號線是中心城區一條由西北至東南的軌道交通骨干線路。一期工程起點是新柳路站，終點是南三環站航海東路站，全長25.2km，共21個站點，金水路站位于南陽路與石橋東里路交叉口，大石橋北側，周邊商業、辦公、住宅用地密集，車流、人流及地下管線密集。根據站點研究合理范圍的要求，通過實地調查，確定研究區域總面積76.3hm2，用地情況如表1所示。

3.2 參數確定

按照《鄭州市城市規劃管理技術規定》，金水路站周邊居住用地容積率管制取2.5（250%），商業辦公用地取3.5（350%），這兩類用地容積率優化范圍分別為：2.5～3.5，3.5～5；教科文衛用地的容積率情況復雜，根據相關專業規范，結合金水路站的現狀，確定取值范圍為1.0～2.0（100%～200%）。通過實地調查，參考相關文獻[8]，各類土地上的交通生成量按照鄭州市的平均值計算，居住人口人均日出行次數取2.67次，每崗位產生的日出行次數取3.41次。根據大河網2014年6月公布的《鄭州公共交通對城市社會經濟發展貢獻評價研究》，并通過實地調查，金水路站地區居住人口使用軌道交通的比例取6.7%，公共設施用地上出行者使用軌道交通的比例取11.9%。居住用地上人均居住的建筑面積參考《2015年鄭州市國民經濟和社會發展統計公報》發布的數據，取29.5m2/人，現狀人均其他用地面積取12.1m2/人?，F狀居民人均市政設施用地加公共綠地用地面積以及現狀教科文衛建筑面積與居住用地建筑面積比值按照表2計算。由于東大街站與金水路站并列為鄭州市的副中心，且距離城市核心的路程近似，因此參考站點選取東大街站，根據實地調研數據測算，東大街站為為2.12；為6.25?；旌嫌玫氐耐恋乩脿顩r復雜，開發強度已經較大，優化潛力較小，故維持現狀。

3.3 優化結果

根據《鄭州市總體規劃（2008-2020年）》和《鄭州市城市軌道交通近期規劃（2014～2020年）》，可確定金水路站屬于公共中心站點，因此，該站點周邊地區應該提高土地開發強度，優化土地利用。其中，首要目標是在滿足目標Ⅱ和目標Ⅲ最低要求下，追求目標Ⅰ的最大化。通過計算，現狀的約束條件Z2≥0.2584，Z3≤0.6937。再利用分層序列法進行求解，得出不同類型用地的滿意容積率（見表2）。

通過表2，可以清晰地看出金水路站周邊地區目前的居住用地、商業辦公用地和教科文衛用地與TOD的高密度開發還有一定差距，開發潛力較大。

4 結論與討論

TOD模式實現城市可持續發展的有效策略，目前將TOD模式落實到土地利用優化的研究相對缺乏。本研究基于TOD的基本理念，構建了以增加軌道交通運量、提升區域環境質量和協調土地利用為目標，以各種利用類型土地的容積率為決策變量的土地利用優化的多目標決策模型，可協助規劃者進行軌道交通站點地區的容積率設計，進而提高土地利用強度，增加土地效率，保障充足客源。本文通過對金水路站的研究，證明了模型的可靠性。

參數的確定是本模型應用的基礎，對結果的影響很大，因此需要大量的準確的調查工作；若能選取更符合實際情況的非線性函數，模型會更加嚴謹實用；模型今后還需要深入分析和探討土地開發項目的經濟效益。

參考文獻

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[3]段文娟.香港如何破解城市化的用地困局——港鐵“軌道交通+土地綜合利用”模式值得借鑒[J].地球，2015，（7）：31-34.

[4]惠英.城市軌道交通站點地區規劃與建設研究[J].城市規劃匯刊，2002，（2）：30-33.

[5]賀章珂.基于軌道交通車站的TOD社區土地利用強度研究[D].西南交通大學，2015.

[6]宋珂，周銳，林宏志，等.軌道交通站點周邊土地利用優化分析——以上海軌道交通10號線五角場站為例[J].復旦學報（自然科學版），2013，52（1）：78-85.

[7]莫一魁，鄧軍，王京元.城市軌道交通站點地區TOD規劃模型及應用[J].土木建筑與環境工程，2009，31（2）：116-120.

[8]何流，陳大偉，盧靜，等.基于出行鏈的居民出行次數建模與仿真[J].深圳大學學報理工版，2012，29（3）：264-269.

（作者單位：1.鄭州市軌道交通有限公司；2.安順學院資源與環境工程學院）