韓冰冰 宋建堂
摘 要:基于TOD的基本理念,根據(jù)TOD的三項(xiàng)基本規(guī)劃設(shè)計(jì)原則,以提升軌道交通運(yùn)量、優(yōu)化區(qū)域環(huán)境質(zhì)量和協(xié)調(diào)土地利用為目標(biāo),以各種類型土地的容積率為決策變量,構(gòu)建站點(diǎn)地區(qū)土地利用優(yōu)化的多目標(biāo)決策模型,以鄭州市軌道交通3號(hào)線金水路站周邊地區(qū)土地利用優(yōu)化為例,證實(shí)了模型的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞:TOD模式;土地利用優(yōu)化;多目標(biāo)決策模型
國內(nèi)外的研究與實(shí)踐表明[1—3],TOD模式能夠提高土地利用強(qiáng)度,優(yōu)化土地利用效率,使城市交通與土地利用達(dá)到良性互動(dòng),最終實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。作為TOD模式的重點(diǎn)區(qū)域,軌道交通站點(diǎn)地區(qū)土地利用對(duì)于城市的良性發(fā)展意義重大。但已有的研究側(cè)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(jù)TOD的3項(xiàng)基本規(guī)劃設(shè)計(jì)原則,以增加軌道交通運(yùn)量、提升區(qū)域環(huán)境質(zhì)量和協(xié)調(diào)土地利用為目標(biāo),以各種類型土地的容積率為決策變量,構(gòu)建了鄭州市軌道交通3號(hào)線金水路站站點(diǎn)地區(qū)土地利用優(yōu)化的多目標(biāo)決策模型,為城市微觀層面的土地利用和開發(fā)提供一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
1 軌道交通站點(diǎn)影響范圍分析
站點(diǎn)是城市軌道交通系統(tǒng)的核心,在城市良性發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。受位置和功能等因素的影響,結(jié)合國內(nèi)城市軌道交通的發(fā)展?fàn)顩r,將軌道站點(diǎn)地區(qū)分為公共中心區(qū)、交通樞紐區(qū)、成熟居住區(qū)和城市外圍區(qū)4種類型[4]。
研究TOD模式下軌道交通站點(diǎn)地區(qū)的土地利用模式,首先要確定站點(diǎn)地區(qū)的邊界。本文根據(jù)已有的研究經(jīng)驗(yàn)[5],從我國居民步行的舒適距離出發(fā),選取以站點(diǎn)為中心,500m(10min的步行距離)為半徑,面積為78.5hm2的區(qū)域作為研究范圍。在實(shí)際中,具體邊界的確定要根據(jù)不同城市的空間結(jié)構(gòu)特征、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、出行者偏好等因素進(jìn)行綜合分析。
2 TOD模式下的多目標(biāo)決策模型的構(gòu)建
2.1 基本假設(shè)
(1)本模型在站點(diǎn)地區(qū)各類用地面積已經(jīng)確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化;(2)站點(diǎn)范圍內(nèi)出行的人,均從本站使用軌道交通出發(fā);(3)根據(jù)國內(nèi)城市用地分類標(biāo)準(zhǔn),可對(duì)居住用地和公共用地(包括商業(yè)金融、行政辦公、文體娛樂、醫(yī)療衛(wèi)生和教育科研等)兩大類用地進(jìn)行容積率優(yōu)化;具體應(yīng)用時(shí),可調(diào)整分類或合并相似用地類型。
2.2 符號(hào)定義
模型采用的符號(hào)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(shè)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(shù)(次/人);為第i種公共用地上每個(gè)崗位產(chǎn)生的日均出行次數(shù)(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(guān)法律對(duì)第i種居住用地的容積率規(guī)定的上限;為相關(guān)法律對(duì)第i種公共用地的容積率規(guī)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(xiàn)狀居民人均其他用地面積(m2/人);為參考站點(diǎn)的居住用地建筑面積及公共設(shè)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(shè)施用地建筑面積總和與其他用地總面積(包括市政設(shè)施用地、綠地及道路廣場用地)的比值;λ為地區(qū)現(xiàn)狀教科文衛(wèi)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(biāo)II和目標(biāo)III的具體約束值(參考已有的研究[6],本研究分別取現(xiàn)狀環(huán)境品質(zhì)Z2和現(xiàn)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(guī)劃的綜合控制指標(biāo),控制了城市的人口、用地和建筑3種規(guī)模,協(xié)調(diào)了城市的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境3種效益。它以比值方式來計(jì)算,簡潔明了,便于操作和管理。
2.4 目標(biāo)函數(shù)
目標(biāo)I:提升軌道交通運(yùn)量,根據(jù)TOD模式的基本理念,站點(diǎn)周邊土地的高密度開發(fā)可帶來更大量活動(dòng),有利于提高軌道交通的運(yùn)量。
目標(biāo)II:優(yōu)化區(qū)域環(huán)境質(zhì)量,運(yùn)用其他用地(包括市政設(shè)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(huán)境品質(zhì)越佳。
目標(biāo)III:協(xié)調(diào)土地利用,參考成熟站點(diǎn)的土地利用狀況和其他用地狀況,使研究站點(diǎn)與參考站點(diǎn)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(fā)會(huì)使容積率過高,使市場供需失衡和生活環(huán)境下降,因此站點(diǎn)地區(qū)各種類型土地的容積率不要過度超出相關(guān)規(guī)定的上限值。根據(jù)相關(guān)研究成果[7],本研究采用現(xiàn)行規(guī)范的上限值為下限值,上限值的1.4倍為上限值。
2.5.2 現(xiàn)狀環(huán)境質(zhì)量的限制
以目前居民人均其他用地面積為下限,保障優(yōu)化后環(huán)境質(zhì)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(yōu)化后土地利用更加協(xié)調(diào)。
2.5.3 站點(diǎn)類型的功能制約
不同類型的站點(diǎn)承載著不同的職能。例如公共中心站點(diǎn),其核心職能是形成區(qū)域中心,引導(dǎo)區(qū)域發(fā)展。所以,此類站點(diǎn)周邊地區(qū)的土地利用過程中,公共用地的開發(fā)強(qiáng)度不應(yīng)低于居住用地。
2.6 多目標(biāo)決策模型的求解
本研究中的3個(gè)目標(biāo)是存在沖突的,當(dāng)其中任何1個(gè)目標(biāo)的最優(yōu)時(shí),必然會(huì)導(dǎo)致另外2個(gè)目標(biāo)不同程度的受損。因此,可行的做法是設(shè)法將多目標(biāo)決策問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問題,即根據(jù)具體情況,針對(duì)需求強(qiáng)調(diào)主要目標(biāo),將次要目標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束條件,把非線性函數(shù)轉(zhuǎn)化為線性函數(shù),求出滿意解。
以本研究追求目標(biāo)I最優(yōu)化為例,此時(shí)模型為公式(1),約束條件除了公式(4)~(8)之外,由于目標(biāo)II和目標(biāo)III為次要目標(biāo),也要轉(zhuǎn)化為約束條件,如下:
本研究的數(shù)學(xué)模型能夠轉(zhuǎn)換為;公式(4)~(10)式為約束條件,這是非線性單目標(biāo)規(guī)劃模型,本研究采用分層序列法進(jìn)行求解。
3 應(yīng)用研究
3.1 研究區(qū)域概況
鄭州地鐵3號(hào)線是中心城區(qū)一條由西北至東南的軌道交通骨干線路。一期工程起點(diǎn)是新柳路站,終點(diǎn)是南三環(huán)站航海東路站,全長25.2km,共21個(gè)站點(diǎn),金水路站位于南陽路與石橋東里路交叉口,大石橋北側(cè),周邊商業(yè)、辦公、住宅用地密集,車流、人流及地下管線密集。根據(jù)站點(diǎn)研究合理范圍的要求,通過實(shí)地調(diào)查,確定研究區(qū)域總面積76.3hm2,用地情況如表1所示。
3.2 參數(shù)確定
按照《鄭州市城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》,金水路站周邊居住用地容積率管制取2.5(250%),商業(yè)辦公用地取3.5(350%),這兩類用地容積率優(yōu)化范圍分別為:2.5~3.5,3.5~5;教科文衛(wèi)用地的容積率情況復(fù)雜,根據(jù)相關(guān)專業(yè)規(guī)范,結(jié)合金水路站的現(xiàn)狀,確定取值范圍為1.0~2.0(100%~200%)。通過實(shí)地調(diào)查,參考相關(guān)文獻(xiàn)[8],各類土地上的交通生成量按照鄭州市的平均值計(jì)算,居住人口人均日出行次數(shù)取2.67次,每崗位產(chǎn)生的日出行次數(shù)取3.41次。根據(jù)大河網(wǎng)2014年6月公布的《鄭州公共交通對(duì)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)研究》,并通過實(shí)地調(diào)查,金水路站地區(qū)居住人口使用軌道交通的比例取6.7%,公共設(shè)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(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》發(fā)布的數(shù)據(jù),取29.5m2/人,現(xiàn)狀人均其他用地面積取12.1m2/人?,F(xiàn)狀居民人均市政設(shè)施用地加公共綠地用地面積以及現(xiàn)狀教科文衛(wèi)建筑面積與居住用地建筑面積比值按照表2計(jì)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(diǎn)選取東大街站,根據(jù)實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)測算,東大街站為為2.12;為6.25?;旌嫌玫氐耐恋乩脿顩r復(fù)雜,開發(fā)強(qiáng)度已經(jīng)較大,優(yōu)化潛力較小,故維持現(xiàn)狀。
3.3 優(yōu)化結(jié)果
根據(jù)《鄭州市總體規(guī)劃(2008-2020年)》和《鄭州市城市軌道交通近期規(guī)劃(2014~2020年)》,可確定金水路站屬于公共中心站點(diǎn),因此,該站點(diǎn)周邊地區(qū)應(yīng)該提高土地開發(fā)強(qiáng)度,優(yōu)化土地利用。其中,首要目標(biāo)是在滿足目標(biāo)Ⅱ和目標(biāo)Ⅲ最低要求下,追求目標(biāo)Ⅰ的最大化。通過計(jì)算,現(xiàn)狀的約束條件Z2≥0.2584,Z3≤0.6937。再利用分層序列法進(jìn)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(qū)目前的居住用地、商業(yè)辦公用地和教科文衛(wèi)用地與TOD的高密度開發(fā)還有一定差距,開發(fā)潛力較大。
4 結(jié)論與討論
TOD模式實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的有效策略,目前將TOD模式落實(shí)到土地利用優(yōu)化的研究相對(duì)缺乏。本研究基于TOD的基本理念,構(gòu)建了以增加軌道交通運(yùn)量、提升區(qū)域環(huán)境質(zhì)量和協(xié)調(diào)土地利用為目標(biāo),以各種利用類型土地的容積率為決策變量的土地利用優(yōu)化的多目標(biāo)決策模型,可協(xié)助規(guī)劃者進(jìn)行軌道交通站點(diǎn)地區(qū)的容積率設(shè)計(jì),進(jìn)而提高土地利用強(qiáng)度,增加土地效率,保障充足客源。本文通過對(duì)金水路站的研究,證明了模型的可靠性。
參數(shù)的確定是本模型應(yīng)用的基礎(chǔ),對(duì)結(jié)果的影響很大,因此需要大量的準(zhǔn)確的調(diào)查工作;若能選取更符合實(shí)際情況的非線性函數(shù),模型會(huì)更加嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)用;模型今后還需要深入分析和探討土地開發(fā)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
[1]Sung H,Oh J T.Transit—oriented development in high—density city:Identifying its association with transit ridership in Seoul,Korea[J].Cities,2011,28(1):70-82
[2]趙晟宇,阮如舫.通過車站設(shè)計(jì)提升地鐵公共藝術(shù)主題——以臺(tái)灣高雄捷運(yùn)美麗島站和中央公園站為例[J].城市軌道交通研究,2012,(11):6-10.
[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(diǎn)地區(qū)規(guī)劃與建設(shè)研究[J].城市規(guī)劃匯刊,2002,(2):30-33.
[5]賀章珂.基于軌道交通車站的TOD社區(qū)土地利用強(qiáng)度研究[D].西南交通大學(xué),2015.
[6]宋珂,周銳,林宏志,等.軌道交通站點(diǎn)周邊土地利用優(yōu)化分析——以上海軌道交通10號(hào)線五角場站為例[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,52(1):78-85.
[7]莫一魁,鄧軍,王京元.城市軌道交通站點(diǎn)地區(qū)TOD規(guī)劃模型及應(yīng)用[J].土木建筑與環(huán)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(shù)建模與仿真[J].深圳大學(xué)學(xué)報(bào)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(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院)