基于GIS技術的城市開敞空間適宜性布局

朱嘉 吳曉 王曉

開敞空間（open space），也譯作開放空間，其概念最早出現于英國制定的《大都市開敞空間法》，中國在20世紀80年代引入該詞匯[1]。起初開敞空間被認為是“城市邊界內的非建筑用地空間，主體是綠地系統”[2]，多強調其自然生態特征；經過近20年的發展，有學者將其定義為“任何少建筑的、具有一定功能或價值的室外空間”，突出其除自然生態特征之外的社會、人文、經濟、景觀美學等特征[3]，其內涵得以拓展。城市開敞空間不僅對城市合理規劃、環境整體優化等產生重要影響，也對居民身心健康的維護及生態環境可持續發展的保障發揮至關重要的作用[4]。隨著城市化的不斷推進，城市用地日益緊張，開敞空間遭到蠶食，數量不足、結構失衡、空間布局不合理等問題十分突出[5]。

國外對開敞空間的研究較早，理論和應用層面的研究都較為深入，主要研究方向可概括為自然及社會功能價值、對城市空間的影響、保護規劃及評價、設計、演變與機制等5個方面[6]。其中，與開敞空間布局相關的研究越來越多的運用GIS技術，如Neema等以孟加拉國首都達卡為例，以人口密度、空氣污染、噪聲以及開敞空間的分布現狀為變量，依托GIS平臺展開開敞空間布局的優化研究[7]。中國內地對開敞空間布局的研究始于21世紀初，研究內容可分為國外理論學習與案例研究、開敞空間布局理論與方法、某一類型開敞空間布局研究、現狀開敞空間布局評價分析及優化、實踐項目分析等5個方向，研究方法以文獻資料研究、案例分析、比較分析、調研等為主，隨著遙感、GIS等技術的成熟，定量研究呈現遞增的趨勢[8-9]。此外，Yeh等應用GIS與分配選址模型，在中國香港開敞空間的規劃中考慮其需求和服務能力[10]。總的來說，國外對開敞空間布局的研究考慮諸多影響因素，方法上越來越多地應用GIS技術，但基本都以現狀為出發點，缺少對開敞空間規劃適宜性的分析；而中國關于開敞空間布局的研究相比國外起步較晚、數量較少，尤其是運用定量方法對規劃開敞空間布局進行評估優化方面尤為缺乏。

表1 城市開敞空間分級及布局原則Tab. 1 Urban open space classification and layout principles

因此，為兼顧開敞空間布局的科學性和實操性，筆者將依托GIS平臺的多因子綜合評估技術，構建開敞空間適宜性布局的操作框架和技術思路，即在銜接上位規劃的基礎上，通過理想模型建構、理想模型修正等技術環節對開敞空間布局適宜性進行分析，從而提出合理、公平、可操作的開敞空間布點規劃，進而為上位規劃的優化提供一種專項依據。

1 基于GIS技術平臺的城市開敞空間適宜性布局評估思路框架

1.1 開敞空間分級

本研究的城市開敞空間與上位規劃的用地性質銜接，即綠地與廣場用地（G類），主要包括能夠提供公共活動場所、直接服務于公眾、具有一定服務范圍和級別的城市公園、廣場、街頭綠地、濱水綠地等。

國際上根據服務和影響范圍將開敞空間分為鄰里（neighborhood）、社區（community）、地方（local）、地區（district）、城市（city）和區域（regional）等不同級別[11]。結合中國具體情況，根據《城市綠地分類標準（CJJ/T 85-2017）》及城市建設區范圍內開敞空間的規模、輻射范圍以及主要服務對象的差異，本文將其劃分為城市級、地區級、社區級3類[12]6（表1）。

1.2 指標體系建立

1.2.1 用地性質因子

用地性質的不同直接對各級開敞空間的需求產生影響，如居住區作為居民日常活動最頻繁的場所，對中小型開敞空間的需求最高，而其他類用地則對社區級開敞空間需求較低[13]。

以上位規劃中土地利用規劃作為用地性質的基礎數據，其中包括R類、A類、B類、M類、G類、具有良好建設條件類（如E2）和其他類①。根據不同性質用地對各級開敞空間的需求程度進行分類、分級賦分。

1.2.2 交通可達性因子

可達性通常指利用一種特定的交通系統從某一給定區位到達活動地點的便利程度[14]8。開敞空間的可達性是體現享用城市開敞空間資源社會公平性與合理性的一個重要指標，具有良好的交通可達性的開敞空間才能夠被充分利用[12]46。

常用的可達性評價分析方法有緩沖區分析法、最小臨近距離法、吸引力指數法、行進成本法、網絡分析法等[14]19-22。筆者選擇網絡分析法，以上位規劃中的道路系統規劃和公交干線規劃為基礎數據，分為主干路、次干路、支路和公交（地鐵）站點。以地塊質心為出發點，依據道路等級不同賦予其相應的出行速度，再以3個級別開敞空間的服務半徑作為出行距離，分別計算每個地塊所能覆蓋的所有用地類型的面積和出行時間，面積越大、時間越短表明可達性越高。

1.2.3 現狀開敞空間因子

開敞空間作為社會公共資源，其分布應體現社會資源享有的公平性，因此開敞空間布置應適當遠離原有開敞空間。該影響因素對開敞空間合理布局的指引與約束，能夠促進城市開敞空間覆蓋范圍的完整性。

將城市中已有的開敞空間區分為城市級、地區級和社區級3類，分別以2 000 m、1 000 m和500 m[15]為服務半徑確定現狀開敞空間已覆蓋的范圍。覆蓋范圍內賦值最低，表示不須重復布點；未被覆蓋到的區域賦值最高，表示缺少開敞空間。

1.2.4 歷史文化因子

城市開敞空間應當在滿足其休閑游憩功能的基礎上，盡量起到彰顯城市特色、提升城市品質的作用。將歷史文化因素納入城市開敞空間體系，不僅可使城市開敞空間體系更加完善，也能加強對歷史文化特色的保護與利用。

以《歷史文化名城保護規劃規范》等相關規范中的歷史街區、文物保護單位等信息作為基礎數據，考慮到歷史文化資源應與開敞空間相結合布置，因此范圍選擇與開敞空間服務半徑保持一致，進行分類、分級賦分。

將上述4個因子作為一級指標，再分別細化為二級指標，并運用層次分析法確定權重：即由專家打分法確定各個指標的重要性等級并賦值，構建單因子相互比較重要性的判斷矩陣，經過一致性校核后，確定各級指標因子的權重。城市開敞空間布局適宜性的評價指標體系見表2，其中權重用代碼指代，用因子的拼音首字母指代該因子，用3個等級的開敞空間首字母指代該級別，如QCY表示用地性質因子在城市級開敞空間布局中的權重。需要說明的是，考慮到所研究城市的特色差異，在實際操作過程中可對指標體系進行調整。

1.3 理想模型建構

1.3.1 建立GIS數據庫

筆者使用ArcGIS 10.2軟件，在平臺中對4類影響因子分別賦值。需要準備的基礎數據包括土地利用規劃、道路系統規劃及公交干線規劃、綠地系統規劃及歷史資源點分布等。

表2 開敞空間布局適宜性評價的指標體系Tab. 2 The index system for evaluating the suitability of open space layout

1 模擬上位規劃模型Simulation model of upper-level planning

3 社區級開敞空間適宜性布局評估結果The results of evaluation of suitability of community-level open space layout

2 社區級開敞空間適宜性布局評估4個單因子Four single factors for evaluation of suitability of community-level open space layout

鄰里單元模式通過提高社區中心地段的路網密度，形成類似小街坊的城市空間[16]，是目前中國“小街區、密路網”社區規劃的一種趨勢。為便于模型建構和操作思路的詮釋，參考國內外相關實踐②中鄰里單元模式的規模尺度，以400 m×400 m的街廓作為基本社區單元，800 m×800 m的街廓作為居住社區單元，再由8個居住社區單元圍繞一個片區服務中心構成一個綜合片區，構建一個2 400 m×2 400 m的上位規劃模擬結構（圖1）。其中，1）路網：分別選取主干路800 m、次干路400 m、支路200 m作為不同等級道路的間距[17]。2）用地：包括R類、A類、B類、G類等，其中R類比例最高。3）綠地：規劃地區級綠地1處；現狀社區級綠地3處，規劃社區級綠地4處。4）歷史資源：現狀歷史資源點1處。

1.3.2 單因子分級賦值評價

在模擬的上位規劃模型基礎上，以社區級開敞空間適宜性布局評估為范例展開操作（城市級和地區級操作原理相同）。按照上述建立的指標體系對4個因子進行賦值繼而生成4個單因子適宜性布局。圖中顏色越深表示開敞空間布局的適宜性越強（圖2）。

1.3.3 多因子疊加綜合評價

按照前述指標體系（表2）對4個因子進行加權疊合，社區級開敞空間最終得分的公式為：總分=用地性質分值×QSY+交通可達性分值×QSJ+現狀開敞空間分值×QSX+歷史文化分值×QSL，將最終得分分為4類（圖3）。顏色最深的區域即為社區級開敞空間適宜性布局的最優結果。

表3 開敞空間布局適宜性評價的因子及權重Tab. 3 Factors and weights of evaluation of suitability of open space layout

表4 武夷山市中心城區開敞空間理想模型Tab. 4 Ideal model of open space in Wuyishan City

1.4 理想模型修正

為提高開敞空間布局的科學性、合理性及可操作性，還需要對理想模型進行修正。修正的考慮因素包括現狀開敞空間分布、上位規劃的開敞空間布局、現狀改造難度、城市POI綜合活力及各級開敞空間不同的服務半徑等。

開敞空間落位布點時，以街區為基本單元，多級別之間的開敞空間布點遵循從高級別向低級別展開，且高級別覆蓋低級別的原則，具體操作步驟見圖4。

經過理想模型建構和修正后，即得到兼顧現狀和上位規劃的開敞空間布點落位圖。界定開敞空間范圍時，城市級和地區級開敞空間的實際邊界依現狀和規劃而定，增補的開敞空間以街區為邊界，社區級開敞空間則以布點表達為主。

1.5 系統建構與分級導控

1.5.1 開敞空間系統規劃

編制城市開敞空間布局規劃時，應構建與現行法定規劃體系相銜接的開敞空間規劃體系，整合區域內點狀（小公園、小廣場等）、線狀（道路、河流、綠帶等）、面狀（大型綜合公園、郊野綠地等）開敞空間，形成點線面結合、交織成網的開敞空間系統布局結構[18]。

從形態上來說，城市級和地區級開敞空間包含了點、線、面三類，而社區級則以點線為主。點狀開敞空間多依托于線狀或面狀開敞空間而設，而線狀開敞空間多作為串聯各類的“骨架”，從宏觀上決定城市開敞空間整體形態格局。以開敞空間布點規劃為基礎，配合上位規劃提出相應的結構性內容（如總體規劃中的綠地系統規劃、城市水系規劃的結構要求），可對布點進行篩選、歸并、刪繁與提煉。通過結構性整合，不同級別的開敞空間既相互獨立，又彼此串接成完整的開敞空間系統。

1.5.2 開敞空間分級引導

1）城市級。城市級開敞空間的作用包括彰顯城市特色、突出景觀風貌等，在城市中的數量有限，應有針對性地對每一個做出建設引導。將其分為現狀提升型、規劃實施型和建議增補型3類，并區分特色要素（自然生態、歷史人文、現代風貌等）。提出的建設引導對不同類型和不同特色要素的開敞空間側重點各有不同。

2）地區級。相較于城市級開敞空間，地區級開敞空間數量明顯增多，因此不對每一個分別列表進行引導，而是根據特色要素將其分為三大類，匯總成一張建設引導表格。

3）社區級。相較于上述兩級開敞空間，社區級開敞空間量多面廣，因此無論是一對一的單獨引導模式還是分類引導模式都不太合適，而應采取通則式引導模式，即從功能和空間兩個維度對其進行引導。

2 城市開敞空間適宜性布局評估的應用案例：武夷山市總體城市設計

武夷山市隸屬于福建、江西兩省交界處的南平市，該市境內山川秀麗、歷史悠久、人文薈萃、物產豐富。本次城市設計的總體范圍原則上同新一輪修編的《武夷山市總體規劃》的“中心城區”層次保持一致，總面積約115 km2。重點對其中心城區的整體風貌和空間形態進行全面梳理、整體塑造和系統導控，為全市未來的發展建設提供城市設計視域下的總體引導，并為地方總體規劃的修編、詳細規劃的編制和建設管理的落實提供必要而合理的技術依據。其中開敞空間布局是總體城市設計關注的重要系統和空間結構之一。

2.1 開敞空間分級

將武夷山中心城區現狀開敞空間分為：城市級（小武夷公園、列寧公園等4處）、地區級（北站站前廣場、武夷和園等7處）、社區級（16處）。

2.2 指標體系建立

依據表2，構建武夷山中心城區開敞空間布局適宜性評價指標體系，區分3個層級并運用層次分析法確定相對應的權重賦值④（表3）。

2.3 理想模型建構

以《武夷山市城市總體規劃（2016—2030）》圖集中的中心城區用地規劃圖、中心城區道路系統規劃圖、中心城區綠地系統規劃圖以及整理過的歷史資源信息點作為基礎數據，在GIS平臺中按照指標體系中的分數對4類影響因子分別賦值。分別對3個等級進行單因子賦值評價和多因子疊加綜合評價，并將3級開敞空間最終理想模型結果匯總（表4）。

2.4 理想模型修正

在GIS平臺中疊合3個級別的適宜性布局區域，生成開敞空間的理想模型；再通過與現狀開敞空間的校核、與上位規劃的銜接，同時結合城市POI綜合活力分析⑤及現狀改造難度分析，對理想模型進行優化（圖5、6），得到開敞空間布點規劃圖（圖7）。

4 理想模型修正示意與說明（以社區級為例）Indication and explanation of ideal model correction(taking the community level as an example)

5 修正考慮因素Factors for secondary correction

6 各級開敞空間服務半徑覆蓋The service radius coverage of all-level open space

7 城市開敞空間布點規劃Urban open space layout planning

2.5 系統建構與分級導控

2.5.1 開敞空間系統規劃

基于上位規劃的武夷山市中心城區的開敞空間系統，充分利用武夷山現有的山水資源及歷史人文要素，以開敞空間布點規劃為基礎，對8個城市級、22個地區級開敞空間進行篩選、歸并、刪繁與提煉，形成與上位規劃中相應內容配合、結構明晰的開敞空間系統，為便于地方管控，將其格局提煉為：“一脈一軸，四廊六道，分級布點”（圖8）。

2.5.2 開敞空間分級引導

1）城市級開敞空間共8處：保留現狀4處（小武夷公園、列寧公園、樟樹公園、武夷水秀劇場）、銜接上位規劃3處（中央公園、北站公園、杜壩郊野公園）、增補1處（南部郊野公園），分別對8處進行引導（以列寧公園為例，表5）。

2）地區級開敞空間共22處：保留現狀7處（北站站前廣場、武夷和園等）、銜接上位規劃14處（城東公園、沙古洲濕地公園等）、增補1處（杜壩路公園），對22處先按照特色要素分類再匯總進行引導（表6）。

3）社區級開敞空間共63處：保留現狀16處；銜接規劃38處；建議增補9處，可按照空間和功能兩個維度對63處開敞空間進行通則式引導。

3 結語

在快速城鎮化的進行中，如何在城市用地緊張的條件下，依然保證開敞空間的合理布局是規劃師和規劃管理機構共同面臨的挑戰。筆者旨在探索一套相對成熟的技術方法，基于上位規劃科學合理地對開敞空間布局適宜性進行評估，進而優化開敞空間布局結構。

在思路架構層面，搭建一套普適性操作框架，其中包括“開敞空間分級—指標體系建立—理想模型建構—理想模型修正—系統建構與分級導控”5個步驟，旨在構建適用于多數案例的思路體系。

在技術層面，利用GIS技術平臺，選取用地性質、交通可達性、現狀開敞空間分布、歷史文化4個因子，作為評價開敞空間適宜性布局的指標，構建理想模型；并綜合城市POI數據、改造難度及不同服務半徑覆蓋情況對理想模型進行修正，以期為上位規劃的優化和提升提供科學合理的依據。

在實踐層面，一方面將上述構建的普適性框架應用于武夷山市總體城市設計實踐中，驗證其實操性和可行性；另一方面通過項目實踐不斷修正評價指標體系以得到更加合理的開敞空間適宜性布局分析結果，從而使思路框架更加科學合理。

表5 城市級開敞空間引導示例Tab. 5 Example of city-level open space guidance

8 城市開敞空間系統規劃Urban open space system planning

表6 地區級開敞空間引導示例Tab. 6 Example of district-level open space guidance

注釋(Notes)：

① 根據《城市用地分類與規劃建設用地標準（GB 50137—2011）》，R類、A類、B類、M類、G類分別為居住用地、公共管理與公共服務設施用地、商業服務業設施用地、工業用地、綠地與廣場用地。

② 鄰里單元模式參考案例包括《上海市大型居住社區規劃設計導則》、中新天津生態城等。

③ 城市POI綜合活力，即POI點核密度分析，其結果為活力圖來源，顏色越紅活力越強；改造難度，顏色越深改造難度越小。

④ 本文AHP方法權重結果由yaahp軟件計算獲得，城市級、地區級、社區級的一致性比例分別為0.022 7、0.026 6、0.017 2。

⑤ POI數據來源為2017年的高德地圖數據。項目組在實地調研過程中比對已經提前獲取的POI數據，對數據一一進行排查，核對后再完成核密度分析圖。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

文中圖表均由作者拍攝或繪制。其中表1中開敞空間的分級、規模、服務半徑、布局原則等內容由筆者根據《城市綠地分類標準（CJJ/T 85-2017）》《城市園林綠地系統規劃》（徐文輝著）、參考文獻[13]、[15]等相關內容整理繪制。圖5～8及表4和表5中區位圖底圖根據《武夷山市城市總體規劃（2016—2030）》中“中心城區用地規劃圖”的CAD文件，經項目組處理后形成。