城市單中心片區(qū)形態(tài)的量化描述及其形態(tài)相關(guān)性研究
——以沈陽市鐵西區(qū)為例

劉生軍 吳朝輝 張 孫瑋崧 肖佳偉

城市化是人口持續(xù)向城市集聚的過程，是工業(yè)化進(jìn)程中必然經(jīng)歷的歷史階段，由此帶來了城市規(guī)模的增長、城市密度的增加。城市密度的研究能反映城市空間建設(shè)與開發(fā)強(qiáng)度，也可預(yù)測未來城市空間建設(shè)的發(fā)展動向與趨勢。國外的研究主要體現(xiàn)在空間密度體系表達(dá)[1-3]，對理想空間密度構(gòu)建的設(shè)想及設(shè)計(jì)，落地性較強(qiáng)，考慮人群對象涉及的層次多[4-6]；國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)主要通過人口密度、設(shè)施POI核密度、街道路網(wǎng)密度等視角來研究城市空間密度分布[7-9]。董春芳、楊曉楠等在以不同因素對城市密度進(jìn)行定量評分的基礎(chǔ)上，借助ArcGIS、SPSS等軟件，分析城市空間的密度分布及影響因素[9-10]。楊俊宴、金探花、王德在城市密度分區(qū)的基礎(chǔ)上提出形態(tài)分區(qū)雙維度控制的分區(qū)體系，提出城市空間形態(tài)分區(qū)是精細(xì)化城市管控的內(nèi)在要求[11-12]。仝昕、賀三維等在城市現(xiàn)代化背景下，通過實(shí)證研究，剖析不同的城市形態(tài)對于城市土地利用的影響與優(yōu)化[13-14]。

總體來看，城市空間密度相關(guān)研究視角不同、方法多樣，以建筑為視角則研究范圍集中于小街區(qū)，以空間形態(tài)為視角則多為城市大尺度，采用構(gòu)建模型、數(shù)據(jù)分析等多元研究方法也成為常態(tài)。本研究從中觀尺度空間入手，通過研究鐵西城市高密度空間分布特征和影響機(jī)制，為城市建立合理的空間布局提供依據(jù)。

1 研究對象與研究方法

1.1 研究對象

本文選取鐵西核心區(qū)作為研究對象，以街區(qū)為研究單元，研究城市空間密度分布與高密度空間形成原因的相關(guān)性。沈陽市鐵西區(qū)位于沈陽市中心城區(qū)的西南部，區(qū)內(nèi)交通發(fā)達(dá)、基礎(chǔ)設(shè)施完備、工業(yè)文化濃厚。近年來，伴隨城市更新進(jìn)一步推進(jìn)，鐵西區(qū)行政區(qū)劃略有調(diào)整，核心區(qū)經(jīng)濟(jì)活力有所增強(qiáng)，吸引了較多企業(yè)入駐[15]。由此，鐵西區(qū)核心區(qū)的城市空間形態(tài)也發(fā)生了大幅度的變化，主要表現(xiàn)為新老街區(qū)功能混雜，在城市空間密度、高度等方面產(chǎn)生異質(zhì)化現(xiàn)象。

1.2 數(shù)據(jù)處理與單元劃分

研究通過高德開放平臺獲取2020年研究區(qū)的建筑輪廓及層數(shù)信息，借助GIS，依托道路、行政區(qū)劃界限等人為要素，將城市空間劃分為81個(gè)多類型、多功能、多形態(tài)的街區(qū)作為研究樣本（圖1），分別計(jì)算街區(qū)的容積率、建筑密度和平均層數(shù)信息，作為密度空間的衡量與控制指標(biāo)來進(jìn)行分析。此外，通過水經(jīng)注萬能下載器獲取研究區(qū)2020年的道路、綠地分布和服務(wù)設(shè)施點(diǎn)及部分具體設(shè)施類型信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選整理，統(tǒng)一數(shù)據(jù)坐標(biāo)，最后在GIS中將影響因子進(jìn)行可視化表達(dá)。

圖1 街區(qū)劃分

1.3 研究方法

本研究以鐵西區(qū)的快速發(fā)展為背景，分析研究區(qū)的空間密度分異狀況，展開對影響其城市空間密度分布的要素相關(guān)性的探討，并提出調(diào)整城市空間密度分布的實(shí)踐思路。對于空間密度分異狀況的研究，采用Spacemate研究方法，從形態(tài)學(xué)的角度，通過構(gòu)建空間坐標(biāo)，對研究區(qū)內(nèi)的各街區(qū)空間密度進(jìn)行分析，總結(jié)研究區(qū)的密度分布規(guī)律。對于作用機(jī)制的研究，通過Spearman相關(guān)性分析，對所提取的各類作用因子與城市空間密度相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析，總結(jié)和探討城市空間密度分布的作用機(jī)制相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上，歸納研究區(qū)城市空間發(fā)展的內(nèi)在邏輯體系，提出如何從街區(qū)層面實(shí)現(xiàn)城市空間密度的均衡發(fā)展。

2 研究結(jié)果

2.1 密度分布特征

研究選取容積率、建筑密度、平均層數(shù)作為城市空間密度的衡量指標(biāo)，將街區(qū)的數(shù)據(jù)可視化（圖2）。將地塊密度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，即容積率（FAR）、建筑密度（BCR）、開放空間率（OSR）、平均層數(shù)（AH）放入空間坐標(biāo)中，得到Spacemate模型（圖3～4）。

對區(qū)域數(shù)據(jù)的密度指標(biāo)和聚集情況進(jìn)行分析，得到如下密度分布特征。

（1）城市密度指標(biāo)分化

整體來看，地塊容積率和建筑密度分布呈東高西低、中心高四周低的形態(tài)，地塊的平均層數(shù)變化不大，城市天際線較平坦。

地塊內(nèi)容積率和建筑密度分布（圖2）大致以保工街為界限分成東西兩個(gè)部分，東半部分相對偏高，特別是建設(shè)中路兩端的街區(qū)，容積率和建筑密度基本都在第四、第五等級。地塊內(nèi)的平均層數(shù)分布（圖2）較平均，以第三等級6～8層為主，可以衛(wèi)工街為界分成東西兩部分，東側(cè)平均層數(shù)較大，大多數(shù)在4層以上，西側(cè)由于有較多公園，平均層數(shù)較低，但56、57街區(qū)達(dá)到了第五級。

圖2 密度分布特征

（2）土地利用形態(tài)分化

如圖3所示，在空間坐標(biāo)中，研究區(qū)數(shù)據(jù)形成了不同的聚集狀態(tài)。A區(qū)在空間坐標(biāo)中明顯聚集，對應(yīng)的建筑密度區(qū)間在20%～30%，容積率區(qū)間在1.5～2，形態(tài)為多層板式建筑，多為6～8層的居住區(qū)。B、C、D、E區(qū)的地塊相對孤立，分別為邊緣處存在空地?cái)R置的地塊、低層建筑、公園等。F區(qū)的樣本地塊在空間坐標(biāo)中形成明顯聚集，對應(yīng)的建筑密度區(qū)間在30%～40%，容積率區(qū)間在2～2.5，形態(tài)也以多層板式為主，但相較于A區(qū)，建筑密度和容積率值偏大，空間品質(zhì)略低。

圖3 研究區(qū)的土地利用類型分化

相對來說，研究區(qū)土地利用類型豐富，空間形態(tài)區(qū)別較大，不同類別的建筑均占一定比例。隨著層數(shù)的增加，容積率和建筑密度的變化是互相調(diào)節(jié)的，而非線性。

（3）空間開發(fā)強(qiáng)度分化

在空間坐標(biāo)中，由于土地利用程度的差異，不同區(qū)域所代表的空間開發(fā)程度也存在明顯差異，可利用 OSR 值的區(qū)間進(jìn)行劃分（圖4）。

圖4 研究區(qū)土地利用程度分區(qū)

G區(qū)在坐標(biāo)的區(qū)域形成明顯聚集，空間開發(fā)強(qiáng)度較高，開放空間率較低，主要為歷史街區(qū)。由于歷史原因，這類街區(qū)空間開發(fā)強(qiáng)度過高，需要予以調(diào)節(jié)。H區(qū)的樣本地塊形成另一區(qū)域的聚集，空間開發(fā)強(qiáng)度中等，開放空間率中等，這一類型的街區(qū)占據(jù)多數(shù)，布置也較為合理。I區(qū)和J區(qū)樣本地塊處于空間開發(fā)強(qiáng)度較低的高開放空間率區(qū)域，在研究區(qū)整體密度偏高的情況下，對此類區(qū)域應(yīng)進(jìn)行合理的空間開發(fā)，以疏解高開發(fā)強(qiáng)度街區(qū)的壓力。

2.2 影響因子分布特征

本研究通過選取道路交通（Va lueroad）、綠地（Value-green）、服務(wù)設(shè)施點(diǎn)（Value-poi）三大類影響因子，并從服務(wù)設(shè)施點(diǎn)大類中提取出商業(yè)、公司企業(yè)和科教設(shè)施點(diǎn)，探討城市空間密度分布的內(nèi)在機(jī)制（圖5）。

圖5 影響因子空間分布

結(jié)合圖示來看，道路交通、設(shè)施服務(wù)點(diǎn)、商業(yè)與科教因子雖然在空間分布上存在部分差異，但是均表現(xiàn)出高評分區(qū)域集中在東南部，自東南向西北逐步衰減的特征。而公司企業(yè)分布呈現(xiàn)顯著的東南部的單中心集中態(tài)勢，綠地的分布則更多地集中在西側(cè)。

3 密度空間分異與影響因子相關(guān)性分析

3.1 相關(guān)性分析

人對城市空間的高密度體驗(yàn)主要是由高容積率和高建筑密度造成的，但是在實(shí)際情況中，這二者并非嚴(yán)格相關(guān)。由此，研究為了對高密度空間的界定更為準(zhǔn)確，決定加入D（density）值的概念，以代替單一的容積率和建筑密度來描述城市空間的密度，并將它的確定方法做以論述。其操作為：對于不同F(xiàn)AR和BCR占比的D值與各影響因素做相關(guān)性分析（圖6），以相關(guān)性來確定D值。

圖6 不同構(gòu)成的D與各影響因素的相關(guān)性（其中綠地河流由于為負(fù)相關(guān)，在這里取絕對值以便觀察）

關(guān)于D值構(gòu)成占比，前期D值的不同構(gòu)成對相關(guān)性的影響不大，后期隨BCR占比的增大，其相關(guān)性下降。同時(shí)結(jié)合生活實(shí)踐來看，建筑密度相較于容積率一般會給人更強(qiáng)的壓迫感，使人感到空間密度更高。因此，研究確定D值為40%FAR和60%BCR之和。

在此基礎(chǔ)上，研究將選定的三種密度指標(biāo)、D值與六種影響因子進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析（表1，圖7）。

表1 Spearman相關(guān)系數(shù)分析

圖7 各因子相關(guān)性一覽

總體上，研究區(qū)道路交通、綠地、服務(wù)設(shè)施點(diǎn)及各項(xiàng)子要素與城市高密度空間的分異情況之間相關(guān)性顯著。可以認(rèn)為所選取的影響因素與城市密度的分異情況之間存在著相關(guān)性。并有如下結(jié)論：

①城市高密度空間與道路可達(dá)性、生活配套服務(wù)設(shè)施分布呈現(xiàn)極其顯著的正相關(guān)，其形態(tài)結(jié)果與空間要素聚集的基本需求相一致。城市高密度空間與道路交通評分、POI及其三個(gè)子類評分之間均為正相關(guān)。其中POI與城市高密度空間的相關(guān)性最大（0.655），而POI的三個(gè)子類中商業(yè)的發(fā)展水平與城市高密度空間的分布相關(guān)性最大（0.699）。道路等級越高，交通越便捷，服務(wù)設(shè)施點(diǎn)越多、規(guī)模越大，街區(qū)建設(shè)的密度越大，即土地的利用價(jià)值越高，該地區(qū)功能越多元化、更能滿足居民生活需求。

②公共綠地與城市密度分異呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，體現(xiàn)出在城市規(guī)劃的空間博弈中土地使用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值高于公益性的社會使用價(jià)值。影響機(jī)制中的綠地河流與城市密度分異的相關(guān)性在整個(gè)結(jié)果中相對突出，其相關(guān)性為負(fù)相關(guān)（-0.197）。說明綠地的數(shù)量越多，規(guī)模越大，城市高密度空間的分布越少。這與一般認(rèn)知相背，結(jié)合實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)緣由在于兩方面：其一，研究選取的綠地未包含居住小區(qū)內(nèi)部的小型綠地，均為較大的城市公園，土地上建筑物及其附屬物較少，致使綠地的密度分異與城市空間密度分異呈弱負(fù)相關(guān)。其二，城市規(guī)劃建設(shè)過程中重視經(jīng)濟(jì)要素，在用地價(jià)值高的地段，公益性強(qiáng)的綠地供給偏少。

③不同功能用途用地性質(zhì)的建筑密度差異性較大，體現(xiàn)出控制性詳細(xì)規(guī)劃對城市空間使用方式的控制和引導(dǎo)起的決定性作用。在了解到研究區(qū)綠地對城市高密度的分布成反作用機(jī)制后，研究轉(zhuǎn)向關(guān)注其余因子的相關(guān)性波動（圖8），相較于容積率和平均層數(shù)，波動最大的是建筑密度（自-0.048至0.756）。這表明，建筑密度更易在不同土地用途條件下產(chǎn)生差異。對服務(wù)設(shè)施的三個(gè)子類來說，建筑密度與商業(yè)相關(guān)性最大（0.648），與公司企業(yè)相關(guān)性最小（0.34）。原因在于，一般情況下低層數(shù)、大空間是商業(yè)區(qū)位擇優(yōu)選擇的理想模式，而公司企業(yè)對此敏感度較低。這也表明，以單一的服務(wù)設(shè)施類型劃分城市功能分區(qū)更多地表現(xiàn)在平面上。

圖8 各因子相關(guān)性一覽（剔除綠地因子）

3.2 異常區(qū)域

在對結(jié)果的比照中發(fā)現(xiàn)，部分街區(qū)的某些指標(biāo)評分中存在著差異較大的現(xiàn)象（圖9）。

圖9 異常區(qū)域分布圖

通過調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)評分差值大的原因有以下兩點(diǎn)。

（1）異常用地體現(xiàn)了城市不平衡發(fā)展的空間差異性

空間差異既是研究區(qū)指標(biāo)不平衡的原因，也是結(jié)果。研究區(qū)呈現(xiàn)的空間密度、資源密度及規(guī)模程度差異的形成是由于資源分布的不均勻所造成的。這種差異在城市中通過空間競爭的存在進(jìn)一步使空間不平衡發(fā)展。

（2）體現(xiàn)了城市自組織的空間時(shí)序的歷史形成結(jié)果

在無干預(yù)的條件下，區(qū)位擇優(yōu)是城市發(fā)展的一般性規(guī)律。雖然從地區(qū)平衡和公共利益的要求出發(fā)，城市要盡量均衡發(fā)展，但考慮到全面均衡發(fā)展的現(xiàn)實(shí)性問題，城市空間在任何尺度下都不可能均衡增長，它們在時(shí)序上存在先后。研究區(qū)的新建及尚未完善配套設(shè)施的街區(qū)便是由于這一情況出現(xiàn)了評分差值加大的問題。

結(jié)語

本文從城市街區(qū)尺度的角度出發(fā)，基于城市道路，將沈陽市鐵西區(qū)中心區(qū)劃分為合適的單元范圍，用賦值法和Spearman相關(guān)分析法，利用Arcgis對沈陽市鐵西區(qū)核心區(qū)的密度特征和影響機(jī)制相關(guān)性進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下：

①研究區(qū)空間密度形態(tài)分布總體上呈現(xiàn)單簇群形態(tài)分布，簇群形態(tài)形成中心集核，中心高四周低，呈現(xiàn)典型的片區(qū)單中心簇群形態(tài)特征。總體而言，研究區(qū)西側(cè)的發(fā)展程度較低，價(jià)值主要體現(xiàn)在公益性與美學(xué)性[12]：區(qū)域西部主要為生態(tài)區(qū)和文化區(qū)的諸多公園綠地系統(tǒng)；工人村等歷史文化街區(qū)；政府機(jī)關(guān)、體育場等設(shè)施。研究區(qū)東部發(fā)展較快，價(jià)值主要體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)性：區(qū)域中部和區(qū)域東部地鐵線沿線及交匯處，有大量商業(yè)分布，主要為植入性現(xiàn)代服務(wù)業(yè)項(xiàng)目，以高檔酒店、大型購物中心、中高檔住宅區(qū)等為主。上述用地分布在研究區(qū)內(nèi)形成了空間要素集聚的形態(tài)結(jié)果，即呈現(xiàn)出典型的片區(qū)單中心簇群形態(tài)。

②研究區(qū)的空間形態(tài)要素的集聚分布與道路和服務(wù)設(shè)施點(diǎn)表現(xiàn)出強(qiáng)相關(guān)性，體現(xiàn)出不同類型空間集聚的特征性和規(guī)律性。城市空間密度受諸多因素的影響，而這些因素對于城市密度空間的塑造來說，其影響大小自然也存在著差異。研究區(qū)城市空間密度分析與道路交通、服務(wù)設(shè)施點(diǎn)及其子類的相關(guān)性顯著。不同要素的集聚特征與集聚方式與空間類型呈現(xiàn)出強(qiáng)相關(guān)性，因此，在城市規(guī)劃中應(yīng)對空間要素合理的集聚方式進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，研究其特征性和規(guī)律性。特別是在城市更新治理中，對于待更新用地或設(shè)施的再利用應(yīng)進(jìn)行有效統(tǒng)籌，尊重城市發(fā)展規(guī)律，提高城市活力。

③合理的密度差異體現(xiàn)的是城市空間使用的活力特征，不同城市功能分區(qū)應(yīng)對城市密度進(jìn)行合理引導(dǎo)，以建立舒緩有序的空間邏輯。對城市空間要素進(jìn)行解構(gòu)，有助于理解城市空間的內(nèi)在邏輯。就空間規(guī)劃層面而言，建筑密度作為城市空間形態(tài)的一個(gè)重要控制指標(biāo)，在城市具體的物質(zhì)空間中，體現(xiàn)在依據(jù)人的直觀感受去設(shè)計(jì)創(chuàng)造相應(yīng)的物質(zhì)空間。以商業(yè)建筑為例，其商業(yè)功能的需求是其不同于其他建筑設(shè)計(jì)所需要最先考慮的要素。可以說，在商業(yè)建筑中，展示及流線結(jié)構(gòu)決定其物質(zhì)空間的形態(tài)。在研究區(qū)內(nèi)，各類設(shè)施與建筑密度相關(guān)性差異也較顯著，這也表明通過建筑密度對空間使用價(jià)值的控制和引導(dǎo)是一個(gè)有效的方法。

資料來源：

文中圖表均為作者自繪。