不同類型建設用地擴張的時序及空間特征
——加速失效模型在天津市靜海區的應用

陳 竹，黃凌翔

（天津城建大學經濟與管理學院，天津 300384）

不同類型建設用地擴張的時序及空間特征
——加速失效模型在天津市靜海區的應用

陳 竹，黃凌翔

（天津城建大學經濟與管理學院，天津 300384）

研究目的：分析城市擴展中交通用地、商住用地和工業用地擴張的時序特征、空間關系以及擴張時點的影響因素。研究方法：農地—建設用地轉換最優時機理論；加速失效模型。研究結果：（1）不同類型建設用地在擴張過程中具有相互關聯的時序和空間特征；（2）靜海區交通用地引導了其他建設用地擴張的方向，而不同級別交通用地由于對建設用地和農用地影響的差異，加快或延緩了建設用地擴張的時機；（3）商住和工業用地在200—400 m范圍內相互集聚，且商住用地產生的集聚效應強于工業用地。研究結論：細化建設用地類型以分析城市擴張的特征和機制，有助于城市擴展區的布局優化和集約發展。

土地利用；建設用地擴張；時序特征；空間特征；加速失效模型

Abstract:The purpose of this paper is to analyze temporal and spatial characteristics as well as interaction rule of construction land in urban expansion. GIS tools, land conversion timing theory and accelerate failure time survival model are used in the research. The results show that characteristics of construction land expansion vary according to specific land use types. And accelerate failure time survival model could clarify the expansion and impact regulation of traffic land, industrial land, commercial land and residential land. In Jinghai district, traffic land leads the direction of construction land expansion and can accelerate or postpone the land expansion since different classes of traffic land have various degrees of impacts on construction land or agricultural land. Meanwhile, the industrial land presented stronger expansion effects than commercial and residential land in 2006-2014. Industrial, commercial and residential land have agglomeration effect in the extent of 200-400 m, but commercial and residential land can more significantly promote agglomeration than industrial land. In conclusion, we argue that classifying construction land in the research onurban expansion mechanism is necessary to optimize land use allocation in suburbs. Since local government controls the construction land expansion decisions, newly-added construction land are occupied mostly by industrial land to improve local economic performance. With the purposes of avoiding inefficient land use and single land development mode in suburban district, the incentive mechanism of local government needs to be improved.

Key words:land use; construction land expansion; temporal characteristics; spatial characteristics; accelerate failure time survival model

1 引言

經過30余年的高速發展，中國城鎮化率已經達到57.35%①http://news.163.com/17/0120/10/CB7G7D9A00018AOQ.html。。在近年來經濟發展速度放緩和經濟新常態背景下，城鎮化由于其優化調整城鄉資源結構、驅動經濟內生增長等功能，會受到更多的重視。同時，中國已表現出了土地城鎮化快于人口城鎮化的特征[1-2]，在農地快速轉換為建設用地的過程中，不合理的配置方式往往造成了土地利用效率的損失，建設用地數量和空間結構的控制和協調開始成為社會關注的重要問題。

對于建設用地擴張的特征，一個重要的視角是從各類用地擴張的數量和空間結構進行分析，現有文獻中，王二紅等、柯銳鵬等強調了交通軸線在建設用地擴張過程中的引導作用[3-4]，肖琳等從城市社會空間角度對城市居住用地、公共設施用地的演變狀況進行了分析[5]。渠愛雪等對徐州市商業、住宅和工業用地擴展的形態特征和驅動力狀況進行了分析歸納[6]。匡兵等從社會經濟發展水平、人口增長和產業結構等因素闡述了城市用地結構變化的機理[7]，趙楠琦等從“新城開發”和“城市更新”兩類政府行為分析了城市開發結構的差異性[8]。張景奇等指出，中國城市蔓延是城市內部壓力的外溢，導致了住宅郊區化遲于產業郊區化以及公共基礎設施覆蓋不足[9]。

同時，中國地方政府的主導行為顯著影響了城市擴張的空間結構。為了爭奪投資，地方政府往往采用“零地價”、“負地價”的土地引資策略，而在住宅用地出讓時，地方政府會通過招拍掛的競爭機制獲取可觀的出讓金收入，從而形成了不同類型用地供應數量的差異和出讓價格的偏離[10-11]。由此推斷，商業、住宅和工業等地類在城市擴張中可能具有不同的時序、空間特征和影響機制，但現有研究中，僅有交通用地等類型的特征和作用機制較為明確。因此，細化建設用地類型并對其分別的擴張機制、相互影響關系以及時序特征進行分析，能夠為相關部門提供更具體的理論、數量依據和參考建議。

基于上述背景，本文關注于不同類型建設用地擴張的時序特征，對商住、工業用地擴張驅動因素和不同建設用地類型擴張的相互影響進行分析，并利用加速失效模型對天津市靜海區進行實證研究，以進一步探索城鄉建設用地擴張的機制。

2 建設用地擴張時序的理論分析

在城市競租模型中，各類建設用地及農用地由于利用效益的差異，形成了從中心向外圍按地價差異分布的空間結構。由于現實情況不符合經典模型中單中心和地塊均質的假定，城鄉交錯地區可以同時存在商業用地、住宅用地、工業用地、交通用地、公共設施用地和農用地等地類，在城市擴張時，農地轉化為哪一類建設用地，取決于擴張區建設用地的結構需求和規劃情況。一般來說，交通用地作為基礎性用地，其數量在城市擴張的早期增長較快，形成的交通軸線也會引導城市擴展的方向，與此同時，企業興辦和工業用地擴張，能夠帶來資金的集聚和人口流入，在此基礎上，住宅、商業用地以及其他生活服務用地需求增加并開始擴張。這一過程中，工業用地擴張與住宅、商業用地擴張的時序和空間關系，由于受到多種集聚和相斥效果的綜合影響，并不具有比較明確的規律。一方面，盡管住宅、商業以及公共設施用地的規模對當地工業等產業的發展情況具有依賴性[12]，但空間上這些地類間是否形成集聚，土地利用沖突的產生都會對建設用地擴張的結構產生影響；另一方面，工業用地擴張在早期通常快于其他建設用地類型，但居住、商業用地的發展，也會使得地方財政和居民消費進一步促進企業的發展，從而形成建設用地擴張之間影響和反饋[13]，因此城市郊區商業、住宅用地的擴張也可能對工業用地數量和布局產生影響。

為了觀察城市擴張中幾種主要地類的空間結構關系和時序特征，本文基于農地—建設用地轉換時機模型進行進一步分析[12,14]，對于一個地塊而言，其價值V滿足：

式（1）中，A（T，Z）是t時刻，具有X特征向量的農地地租，對應的，I（t，X）是開發為建設用地時的地租，C是轉換成本，T為轉換時機，r為利率。式（1）表明，該地塊的價格是地塊作為農地時期的收益和作為建設用地時期的收益之和。

要實現地塊價值V的最大化，對式（1）求導，可得：

式（2）表明，最優的建設用地擴張時機T*能使該地塊作為建設用地的地租等于作為農地的地租與貼現后轉用成本之和。

由式（2）可知，T*取值會受到相關變量的影響，除了建設用地價格I、農地價格A、利率r以及農地轉用成本C，還取決于地塊特征向量X。在X選取中，除了必要的控制變量，首先加入各類交通要素變量，以估算交通用地對不同建設用地擴張的影響，同時將擴張地塊周邊的建設用地類型和面積納入變量，從而估計已有建設用地對地類轉換的影響，進而分析建設用地擴張的時序和空間規律。

3 研究方法

3.1 研究區域概況

研究區域為天津市靜海區，位于天津市西南部，隨著天津市中心城區的擴張，靜海區已經鄰接建成區邊緣。由于研究區域內民營經濟和鄉鎮企業活躍，政府主導規模性建設用地擴張的同時，一些企業也主動參與了農地向建設用地的轉換，目前區域內仍保有大量的農用地，但分布較為散亂，這種情況在東部地區有一定代表性。

研究數據源于靜海區2006—2014年7個時段的Quickbird衛星影像①影像拍攝時間為2006年1月、2006年7月、2007年4月、2009年1月、2011年1月、2012年1月和2014年1月。，該影像空間分辨率為0.61 m，已進行了幾何校正、輻射校正和邊界裁剪。根據本文需要，對影像進行人工目視解譯，并對靜海區2006年和2014年的建設用地分布情況進行對比。建設用地類型中，主要關注商業服務業設施用地、居住用地、工業用地等經營性用地類別；考慮城鄉交錯區商業占地面積較小且往往位于住宅樓底層，本文將商業服務業設施用地歸入居住用地，下文簡稱商住用地；為簡化分析，將物流倉儲用地歸入工業用地；交通設施用地由于開發時期明顯早于商住和工業用地，僅作為外生的自變量，不再考慮其數量變化；其他地類均為公共性質且面積較小，不納入本文的量化分析。

從商住用地和工業用地擴張情況來看，工業用地既有規模較大的整體擴張，也存在比較分散的低密度蔓延。整體擴張的情況集中于工業開發區，多為地方政府引資的企業；而低密度蔓延多源于鄉鎮企業，在全區分布較廣，造成了建設用地空間布局的散亂。用地類型來看，商住用地各時期擴張面積明顯少于工業用地，且多位于城鎮建成區附近。2006—2014年，靜海區商住用地和工業用地均呈現出增長趨勢，而工業用地增長明顯快于商住用地，尤其是2011年后，工業用地擴張速度加快，兩種地類的新增面積拉開差距。一方面是由于現階段地方政府更重視工業開發區建設；另一方面，在人口集聚程度不足的情況下，郊區住宅和商業用地開發的價值遠低于建成區內部，因此商住用地擴張較慢。總體上，地方政府會更傾向于招商引資擴張工業用地，同時控制住宅用地擴張和供給，以提高住宅用地出讓價格。

3.2 加速失效模型的說明

式（1）表明，對于建設用地擴張而言，決策的關鍵是何時將各農地地塊轉換為建設用地，因此，本文選擇加速失效模型（Accelerate Failure Time Survival Model，AFT）進行實證分析。該模型將存活時間作為因變量，存活時間是指在特定事件發生前的時間長度[15]。本研究將從基期開始，統計農地保有的持續時間，而一旦農地轉換為某類建設用地，則視為“失效”，存活時間即為基期到“失效”時點的時長。模型能夠觀測不同因素對農地保有“失效”起到加速還是減速的作用，相比于同類研究將建設用地擴張規模或是否擴張的二分變量作為因變量，存活時間變量對土地利用變化的觀察會更加具體。另外，加速失效模型考慮了競爭概率，即如果有幾種特定事件都可能發生，但只要其中一種發生，其他事件便不會再發生的情況。這里將某一地塊轉換為工業用地和商住用地視為具有競爭的不同事件，因為某一地塊一旦作為工業用地，便不會再成為商住用地，反之亦然。

具體地，事件發生時間是一個隨機變量，由T表示。該變量對應的累積分布函數表示為：

式（3）中， ()F t是事件T在t時點之前發生的概率。因此，變量的存活時間可表示為：

這里值得關注的是概率函數λ（t），其量化了事件在t時點發生的概率，其風險函數表示為：

為了估算變量對農地生存時間的影響，利用Weibull分布對地塊j的存活時間Tj進行描述，并將式（2）中的影響因素納入，可得到：

對數化表示為：

式（6）和式（7）中，Xj為地塊j存活時間全部影響因素的集合，β為影響因素對應參數的集合向量，εj為地塊j的模型隨機偏誤，ηj= ln（σεj），且ηj服從均值為0、方差為σ的Gumbel分布。對于模型存在的截尾問題，AFT模型能夠在最大似然法中進行處理。

3.3 變量說明與數據來源

研究從2006年數據中提取了3182個農用地地塊，2006—2014年，這些農地地塊中有258個轉換為建設用地。地塊分割的邊界主要包括建設用地、道路（最小級別寬度為4 m）、水域及徑流。如果該農地部分轉換為建設用地，則按照轉換邊界將該農地分解為兩個或多個樣本。以2006年為基期，轉換時點距基期的時長作為存活時間，未轉換地塊則計為仍然“存活”。

自變量主要包括交通用地狀況、一般地塊特征和建設用地（商住、工業用地）面積變量。交通用地狀況包括地塊與高速公路、大型公路、一般公路和高速公路入口距離；一般地塊特征變量包括建設用地地價水平，地塊與徑流的直線距離，是否屬于基本農田以及土地質量水平，地塊與最近居民點、最近鎮、城關鎮和天津市中心的距離。其中，地價水平取各鄉（鎮）商住、工業用地基準地價①本文將基準地價與天津市國土資源局網站公布的當地各鄉鎮地均土地招拍掛價格進行了對比，兩者的分布和比例具有一致性，但各鄉鎮土地招拍掛數據在同一時期往往不夠完整，因此采用基準地價。；距離變量通過影像資料獲取并取其自然對數，基本農田和土地質量分別采用2、3級虛擬變量，資料源于當地土地部門。

為了描述不同類型建設用地之間的空間關系，研究設置了地塊周邊商住、工業用地建設用地面積變量，以識別各地類對農地轉換為建設用地時機的影響，如果農地受周邊地類影響后轉換時點提前（延后），則表明建設用地擴張存在空間外部性（集聚或互斥），能夠進一步帶動（阻礙）建設用地的擴張。

對于地塊間相互影響的范圍，現有文獻通過距離衰減函數進行了識別[16-17]，Flora等認為土地外部性影響在600 m范圍內較為顯著[18]，但Irwin等的研究中，1600 m范圍的地塊間也存在顯著的外部性影響[19]，結合課題組調查經驗，這里選擇0—200 m、200—400 m、400—800 m以及800—1600 m 共4級范圍進行分析。

因此，考慮工業和商住兩類建設用地以及4級影響范圍，共設定8個外部性自變量（表1），具體地，本文采用以下方法測算某一農地地塊周圍的建設用地面積，對于圖1（封三）中斜網格的農地地塊建立200 m、400 m、800 m和1600 m緩沖區，將緩沖區與商住或工業用地進行交叉運算，從而求取該農地地塊0—200 m、200—400 m、400—800 m以及800—1600 m范圍內的商住或工業用地面積，重復計算過程利用Arcgis-Engine實現。需要說明的是，由于研究區域主要用地類型即為商住、工業和農業用地，水域等其他類型地塊較少，因此地塊周邊農地面積與商住、工業用地線性負相關，不再作為自變量。

由于空間外部性變量隨時間變化明顯，需要考慮自變量數據的時點問題，因此研究中未轉用農地均采用2014年時點數據，已轉用的農地則采用轉用前一年數據，各樣本的地價變量根據樣本時點和當地地價波動情況進行了修正并貼現至2014年，變量情況說明如表1所示。

表1 自變量情況說明Tab.1 The independent variable explanation

4 結果分析

利用SAS軟件中針對加速失效模型的lifereg方法對商住用地、工業用地擴張以及兩類用地合并的情況分別進行模擬，從各變量參數的顯著性和現實含義來看，工業用地模型和（商住與工業）合并模型的檢驗效果較好，由于農地轉換為商住用地的數量較少，商住用地模型的檢驗效果弱于上述兩類模型，因此通過比較工業用地模型和地類合并模型的情況來推斷商住用地擴張受各因素影響的情況。

從交通用地因素的估計值和顯著度來看，距高速公路入口以及大型公路的距離越近，商住和工業用地擴張越早，而距高速公路、一般公路距離較近的農地，被轉換為建設用地的時點會延后，這可能是因為高速公路兩旁用地不適宜作為建設用地用途，而一般公路對農業用地的正向影響大于對建設用地的影響，也導致農地更傾向于被保留。對比模型參數，可見兩類用地受交通用地影響的程度較為一致。

工業用地和商住用地相互影響的變量中，工業用地擴張的時機主要受到200—400 m范圍商住用地、200—400 m范圍工業用地面積的影響，這一范圍的商住或工業用地面積越大，擴張時機越提前。商住用地擴張也受到200—400 m范圍商住用地、200—400 m范圍工業用地面積的影響，但受影響程度小于工業用地，從而降低了合并地類模型中參數值。地塊間影響集中于200—400 m區域，可能是由于土地使用者往往不愿意使用建設用地鄰近200 m內的土地，而超過400 m以后則影響程度逐漸減弱。另外，對比參數，還可發現商住用地對周邊農地轉換產生的加速效果大于工業用地。

其他控制變量中，地價、與天津市中心距離和與徑流垂直距離三項因素對兩類建設用地擴張時機的影響顯著。地價較高的鄉鎮，建設用地擴張相應較快，與天津市中心距離越近的農地則會更早被開發，接近徑流的農地開發會相對較晚，其原因可能類似于一般公路，即農地收益受該因素影響大于建設用地，導致決策者更傾向于保留農地。

綜合實證結果，可以對靜海區建設用地分類后的擴張機制進行概括。首先，靜海區交通用地擴張在建設用地擴張中具有基礎地位，但不同級別交通用地會對建設用地擴張的區位產生有差別的影響，在距離高速路口、大型公路較近的區域，建設用地擴張速度會加快，而與高速公路和一般公路垂直距離較近的區域，建設用地擴張的速度減慢。其次，商住用地、工業用地在擴張的過程中，會加速周邊200—400 m農地轉換為工業用地和商住用地的時機，在此范圍，建設用地擴張的集聚效應顯著。在此過程中，商住用地擴張對周邊土地開發時機的促進作用大于工業用地擴張，但農地卻更多轉換為工業用地，形成了城鎮擴張區域建設用地結構非均衡的態勢。

5 結論與討論

5.1 結論

在不同用地擴張特征分析的基礎上，利用加速失效模型檢驗了靜海區2006—2014年交通、商住和工業用地擴張狀況、影響效應和擴張時機受各類因素影響的情況，表明建設用地類型細化后的分析能夠對建設用地優化布局和集約利用提供參考。具體地，不同級別道路對商住、工業用地擴張時機存在有差異的影響；商業和住宅用地會加速周邊200—400 m范圍農地向建設用地的轉換，形成集聚效應，而商住用地產生的集聚效應強于工業用地；地價、與天津市中心距離和與徑流垂直距離等因素也對兩類建設用地擴張時機的影響顯著。

5.2 討論

（1）相比已有的建設用地擴張驅動模型，加速失效模型能夠區分擴張建設用地類別，并對各類用地擴張時機進行量化，除此之外，本文還將地塊間空間關系變量引入模型，以實現建設用地擴張時序特征的綜合分析。如何充分利用地理要素信息和時空分析方法多維度的解釋建設用地擴張的特征，仍然是值得深入探討的問題。

（2）國內的研究中，交通用地對其他建設用地擴張的影響已經得到很多文獻的證實，但商業、住宅用地和工業用地擴張的時空關系還不夠明確，本文發現，在200—400 m范圍內商住、工業用地規模相互間存在顯著的正相關關系，而在0—200 m、400—800 m和800—1600 m范圍則不顯著。通過實證研究提供更多的數據經驗，明確土地利用外部性、集聚效應的空間范圍，有助于促進城市擴展區、開發區的布局優化和集約高效發展。

（3）工業用地擴張快于商住用擴張地是中國城鎮化過程中普遍存在的現象，從比例上看，中國新增建設用地中，居住用地與工業用地比例明顯低于美國、日本、德國、英國[20]。范劍勇等認為，地方政府招商引資導致土地資源大量配置到工業部門，導致商住用地面積被擠占[21]。本文研究也發現，實證區目前商住用地帶來的集聚效應大于工業用地，與當前地方政府在郊區更傾向于開發工業用地而非商住用地的做法存在矛盾。因此，有必要通過政策機制改進，激勵地方政府優化城市擴展區地類空間結構，避免城市擴展區工業用地單一低效的擴張。

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（本文責編：陳美景）

Temporal and Spatial Characteristics of Construction Land Expansion:Application of Accelerate Failure Time Survival Model in Jinghai District, Tianjin City

CHEN Zhu, HUANG Ling-xiang
（School of Economics and Management, Tianjin Chenjian University, Tianjin 300384, China）

F301.2

A

1001-8158（2017）07-0067-07

10.11994/zgtdkx.20170807.092632

2017-02-09；

2017-05-21

國家自然科學基金項目（71573101，71373095）；教育部項目（14JZD009，13YJC630016）。

陳竹（1985-），男，湖北宜昌人，講師。主要研究方向為土地資源經濟。E-mail: chenz3447@aliyun.com