陳小鴻, 周 翔

(1.同濟大學 道路與交通工程教育部重點實驗室,上海 200092;2.上海市城市規(guī)劃設計研究院,上海 200040)

就業(yè)與居住安排是城市土地使用的兩個核心要素,二者之間的空間關系是決定城市交通、尤其是通勤交通特征的關鍵因素.城市或特定區(qū)域內(nèi)的職住平衡水平往往決定了通勤規(guī)模的集中度以及城市交通的負荷度.早期霍華德的“田園城市",20世紀40年代沙里寧的“有機疏散"理論,是通過調(diào)節(jié)職住平衡、減少通勤交通量的思想起源,實現(xiàn)合理空間尺度范圍內(nèi)的職住平衡越來越成為廣泛接受的規(guī)劃理念及規(guī)劃追求.隨著上海等國內(nèi)大城市、特大城市過去20余年城市集中建設區(qū)的大規(guī)模拓展,大量外遷居民通過長距離通勤返回城市中心就業(yè),導致居民通勤距離大幅提高,2014年平均通勤距離達到7.9 km[1].與居住的郊區(qū)化相伴而生的職住空間錯位,直接表現(xiàn)為城市客運交通系統(tǒng)在早晚高峰擁堵加劇和嚴重不均衡[2].

職住平衡測度以一定地域范圍為分析單元,通過分析單元內(nèi)人口就業(yè)需求與就業(yè)崗位提供的平衡性,評價城市空間格局與土地利用結構的合理性,因此地理范圍的尺度是測量的關鍵、通常受交通系統(tǒng)能力和服務的制約.理論上,這一尺度越小,可控制的平均通勤距離和可實現(xiàn)的平均通勤時間亦越低.但有關職住平衡的研究多為對測度指標和方法、對通勤交通的影響等方面的探討,研究的空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計單元往往為行政區(qū)域或規(guī)劃范圍.北京、上海等超大城市,其市域就是由一個“超大或特大城區(qū)"(中心城、主城區(qū))和若干“大、中城市"共同構成的城市群、都市圈,中心城內(nèi)部結構亦具有空間異質(zhì)性[3].如何以適宜的尺度和分區(qū)對職住空間關系和通勤交通進行分析,是一個關鍵卻較少涉及的研究議題.

為此,本文基于浮動單元對大城市職住平衡空間進行分析,以獲取職住平衡和通勤交通分析適宜的空間尺度,為揭示由一定社會經(jīng)濟關系、空間結構決定的職住空間關系及其內(nèi)部不同要素之間的相互影響規(guī)律、機制提供基礎.

1 相關研究綜述

職住平衡的研究最初源于區(qū)域?qū)用娴某鞘腥?、都市圈?nèi),分析不同城市之間功能互補性、聯(lián)系密切性,以及因此產(chǎn)生的長距離、跨城市通勤交通.早期有一些學者探討了測度的地域范圍.如Levingston[4]認為距離工作地9.7~12.9 km是合理的,Deakin[5]提出應該是4.8~16.1 km.Peng[6]提出由居住地或就業(yè)中心向外擴散一個合理的通勤距離所構成的區(qū)域進行測度更有意義,可將平均或者中位的通勤距離簡化作為分析尺度,理由是通勤距離反映了現(xiàn)實市場規(guī)律作用下就業(yè)和居住的實際狀況.Cervero等[7]采用1~9 mi(1.6~14.4 km)通勤半徑作為就業(yè)可達性的分析尺度,認為在距離居住地4 mi(6.4 km)內(nèi)具有足夠的工作崗位將明顯降低車輛里程和時間.

國內(nèi)研究多基于傳統(tǒng)的“單位"制度變革、“職住合一"空間格局被打破的背景開展[8-9],最初針對北京回龍觀、天通苑等大型居住社區(qū)的職住空間錯位分析[10],進入中觀、甚至偏微觀尺度,但中微觀尺度的情況下,存在較大比例突破研究區(qū)域的通勤交通并不能代表職住不平衡[11].或是因數(shù)據(jù)獲取、調(diào)查單元所限,分析以街道、區(qū)縣等行政區(qū)范圍內(nèi)的職住平衡狀況[12-13],其分析尺度為中觀到宏觀.

分析尺度不同,結論會出現(xiàn)很大差異.但到目前為止,究竟對于一個大城市,適宜在多大空間尺度研究職住平衡性,學者們并沒有給出一個統(tǒng)一的答案或測度方法,且直接關聯(lián)的研究甚少,僅朱小玉[14]對職住相對平衡空間單元尺度采用步行街區(qū)(1 km2)和自行車街區(qū)(4 km2)進行空間分析,作為大城市中觀層面街區(qū)的典型開展對比分析,研究結論雖具有一定實踐意義,但普適性較弱.究其原因,傳統(tǒng)分析方法和手段的局限性是重要原因之一.本文基于空間數(shù)據(jù)的可塑性面積單元問題,應用空間分析方法開展職住平衡的空間尺度研究,體現(xiàn)城市空間形態(tài)和建成環(huán)境、交通可達性的影響.

2 數(shù)據(jù)來源與分析方法

統(tǒng)計偏差常以尺度效應和分區(qū)效應同時出現(xiàn)在對集計數(shù)據(jù)的空間分析中,二者可歸結為可塑性面積單元問題(modified areal unit problem,MAUP)[15].尺度效應導致不同集計程度水平間統(tǒng)計結果的差異,即變量間的相關性依賴于數(shù)據(jù)集計時的面積單元大小及分區(qū)數(shù)目;分區(qū)效應描述了同一尺度下有余數(shù)據(jù)組合和配置的不同所造成的結果差異性,即區(qū)域方案所導致的結果偏差[16].

2.1 數(shù)據(jù)分析基礎

研究采用某移動通訊運營商2013年1~6月共1 860萬用戶、每天約15億條數(shù)據(jù),用戶日均約80條記錄的手機信令數(shù)據(jù).通過數(shù)據(jù)清洗、篩選,并與2013年上海全市常住人口分布進行校準,識別出全市1 270萬常住人口、632萬個就業(yè)崗位.經(jīng)擴樣后作為上海市域約6 800 km2范圍內(nèi)職住空間和通勤交通行為的數(shù)據(jù)源.

基于傳統(tǒng)空間分析單元的一致性要求,研究以上海市交通規(guī)劃模型劃分的4 518個交通小區(qū)(traffic analysis zone, TAZ)作為空間統(tǒng)計的基本單元(圖1).分區(qū)遵循以下原則:①不切割地塊;②盡量按河流等自然屏障和鐵路、交通干道等人工分割界線進行劃分;③用地和交通特性保持一致性,結合現(xiàn)狀道路網(wǎng)絡密度確定不同區(qū)域TAZ的顆粒細度;④盡量不打破行政界線、規(guī)劃編制單元,盡可能與人口、經(jīng)濟等普查小區(qū)相銜接.按上述①~④分區(qū)原則方法形成較為規(guī)則的多邊形.

通過空間映射關系對手機信令的基站小區(qū)數(shù)據(jù)進行集計運算,得到各交通小區(qū)中的常住人口和就業(yè)崗位:

圖1 上海市交通小區(qū)及空間區(qū)域分布圖

(1)

式中:Pi為交通小區(qū)的常住人口或就業(yè)崗位數(shù)量;zj為基站小區(qū)j屬于交通小區(qū)i的面積比例;n為交通小區(qū)i包含的基站小區(qū)數(shù)量;Uj為基站小區(qū)j的常住人口或就業(yè)崗位數(shù)量.

全市交通小區(qū)與基站小區(qū)的數(shù)量對比關系見表1.手機信令數(shù)據(jù)在城市密集發(fā)展區(qū)域的空間解析較高,雖然確定手機位置存在一定的空間誤差,但當基站密度較大時,可滿足城市職住空間分析的研究精度要求.

2.2 浮動單元生成

由于城市路網(wǎng)形成特定的拓撲結構,且內(nèi)部節(jié)點之間的聯(lián)系往往是基于路網(wǎng)而形成,因此兩點之間的距離不能簡單等同于兩點間的歐氏距離,而要把路網(wǎng)距離作為反映兩點之間移動的實際空間距離(圖2).因此,以各交通小區(qū)的質(zhì)心為初始點,按照地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件計算的路網(wǎng)距離向外搜索不同尺度(1、2、3、4、5、…、10、…15、…,100 km),從而生成對應不同距離的若干個浮動單元,圖3中為5、10、15 km的歐氏距離和路網(wǎng)距離相應的范圍.

表1 交通小區(qū)和基站小區(qū)的數(shù)量對比

Tab.1 Quantitative comparison of TAZs and base station zones

空間范圍基站數(shù)量/萬個基站小區(qū)平均半徑/m交通小區(qū)數(shù)量/個交通小區(qū)平均基站數(shù)量/個市域4.22274 5189.3中心城2.01021 56912.7

2.3 職住比指標運算

本文中職住平衡的內(nèi)涵,是指在某一給定的地域范圍內(nèi),居民中勞動者的數(shù)量和就業(yè)崗位的數(shù)量大致相等,即傳統(tǒng)意義上的數(shù)量平衡.其度量指標一般采用職住比[17],即就業(yè)崗位和常住人口的比值.本文通過對由路網(wǎng)距離拓展產(chǎn)生的某一浮動單元內(nèi)包含的常住人口和就業(yè)崗位進行集計,并按式(2)計算該浮動單元對應的職住比指標:

圖2 路網(wǎng)距離與歐氏距離的空間關系示意

Fig.2 Spatial relationship of road network and Euclidean distance

圖3 基于路網(wǎng)距離的浮動單元

(2)

(3)

式(2)~(3)中:RF表示浮動單元F調(diào)整后的職住比指標,數(shù)值區(qū)間為[0,+∞];Jk為交通小區(qū)k的就業(yè)崗位數(shù)量;Hk為交通小區(qū)k的常住人口數(shù)量;αk表示交通小區(qū)k被浮動單元F覆蓋的面積比例;m為分析范圍內(nèi)交通小區(qū)的數(shù)量;γ為調(diào)整系數(shù),是全域常住人口與就業(yè)崗位總數(shù)的比值,經(jīng)測算為0.498.

通過Transcad交通模型軟件的模塊功能進行指標運算,得到各交通小區(qū)對應不同路網(wǎng)距離的職住比指標表,如表2所示.

2.4 指標篩選和判讀方法

通過ArcGIS 9.0的可視化模塊將不同路網(wǎng)距離對應的浮動單元職住比指標RF形成空間分布圖(圖4),以便直觀捕捉不同空間分區(qū)的職住比指標RF變化規(guī)律.初始點向外搜索的路網(wǎng)距離達到35 km時,中心城及其周邊地區(qū)形成的通勤圈[18]的職住比指標RF均穩(wěn)定為0.8~1.2.因而文中選取的具有代表性的圖紙,對應的路網(wǎng)距離均小于35 km.

表2 各交通小區(qū)對應不同路網(wǎng)距離的職住比指標

如圖5所示兩類區(qū)域,當路網(wǎng)距離增大到一定數(shù)值后,如大于20、30 km時,以交通小區(qū)質(zhì)心作為初始點形成的浮動單元職住比指標RF均將無限趨近于1.0(職住平衡的理想值),將這一路網(wǎng)距離判定為職住平衡空間尺度過于宏觀,且難以反映城市內(nèi)部空間結構的異質(zhì)性.再對輸出矩陣(4518*35)中的指標數(shù)值設定閾值,從中篩選出浮動單元對應的路網(wǎng)距離數(shù)值,包括職住比指標RF達到95%的收斂值(0.95~1.05)、85%的收斂值(0.85~1.15)和80%的收斂值(0.8~1.2).如指標值曲線隨距離變化為非單調(diào)遞增或減的曲線(圖5b為其中一種),需篩選出其第一、二次的收斂值,甚至第三、四次平衡的收斂值.結合不同區(qū)位的初始點浮動單元職住比指標RF變化曲線(圖5)和空間分布特征(圖4),確定相應的職住平衡尺度,根據(jù)上海市中心城及其周邊區(qū)域的通勤距離分布情況[2],剔除3 km以內(nèi)的收斂值.

3 分析結果

根據(jù)浮動單元職住比指標RF可視化和閾值篩選結果,就業(yè)(次)中心[19]及集聚區(qū)對周邊區(qū)域乃至更大范圍產(chǎn)生影響,是把握一個區(qū)域范圍的職住平衡尺度以及空間匹配性的關鍵.不同規(guī)模、能級的就業(yè)(次)中心會形成一定的影響范圍,這一影響范圍可認為是其“勢力圈"[20].

3.1 就業(yè)(次)中心的職住平衡尺度

(1) 沿延安路-世紀大道的東西向發(fā)展軸,由一個橫向約20 km、縱向約8 km的區(qū)域構成的就業(yè)中心是上海城市主中心、市域最大的“核",大部分位于內(nèi)環(huán)內(nèi)區(qū)域,其影響是全局的.它直接影響上海中心城通勤圈的尺度,決定城市主中心以外節(jié)點的職住平衡尺度.城市主中心的職住平衡尺度也是最大的,如圖6中,浦西、浦東內(nèi)環(huán)各初始點對應的職住平衡路網(wǎng)距離,浦東部分大于浦西.按95%收斂值,浦西為19~28 km,浦東則為27~33 km;如按85%收斂值,浦西為15~25 km,浦東為20~28 km.

a 路網(wǎng)距離為3 km

b 路網(wǎng)距離為8 km

c 路網(wǎng)距離為11 km

d 路網(wǎng)距離為15 km

e 路網(wǎng)距離為19 km

f 路網(wǎng)距離為28 km

(2) 就業(yè)次中心的能級規(guī)模達到一定程度,且與主中心具有一定距離、未連綿發(fā)展時,如東南分區(qū)的張江、東分區(qū)的金橋、北分區(qū)的外高橋保稅區(qū)等,其職住平衡尺度不受主中心的影響,而成為相對獨立、并對周邊區(qū)域產(chǎn)生影響的核心.按95%收斂值,張江為11~15 km,外高橋保稅區(qū)為6~12 km,金橋為5~9 km,平衡尺度與其集聚規(guī)模正相關.如按85%收斂值,則集中在4~10 km.

a 就業(yè)中心

b 臨近中心的居住區(qū)

Fig.5 Jobs-housing ratio distribution of floating units by road network distances for different TAZs

a 浦西內(nèi)環(huán)的初始點

b 浦東內(nèi)環(huán)的初始點

Fig.6 Scatter diagram of road network distances for jobs-housing balance within inner ring

3.2 其他區(qū)域的職住平衡尺度

就業(yè)集聚區(qū)雖然對近鄰地區(qū)有一定影響,但從全局的角度較為微弱.其與一般建設區(qū)、居住區(qū)的情況類似,受就業(yè)中心、就業(yè)次中心的影響,職住平衡尺度由多個中心的疊加效應決定.

(1) 五角場、真如以及中心城以外的就業(yè)集聚區(qū),雖然在中觀尺度(圖5a)仍能被識別,但在職住平衡尺度上反映的規(guī)律與其他區(qū)域基本一致.由于其能級規(guī)模較小,尚不足形成“勢力圈".

(2) 中心城其他區(qū)域大多為居住為主導功能的一般建設區(qū),如圖7所示,其職住平衡尺度隨著其與城市主中心、就業(yè)次中心的距離增加而增大,并可能二次、多次達到平衡,越接近城市主中心、次中心,越容易達到平衡.如按95%收斂值,由3 km逐步向外遞推到13、15、22 km,如按85%收斂值,則最外圍平衡尺度為10~17 km.鄰近就業(yè)次中心的居住組團,在3~8 km內(nèi)可實現(xiàn)職住平衡.

a 北分區(qū)

b 東南分區(qū)

Fig.7 Scatter diagram of road network distances for jobs-housing balance in central districts

(3) 中心城以外的功能組團,其職住平衡尺度受到就業(yè)中心和郊區(qū)新城中心的疊加效應,使得這些地區(qū)的平衡尺度不會被無限拉長,反而出現(xiàn)小于北、西北方向的內(nèi)外環(huán)間部分區(qū)域的情況.按95%收斂值,職住平衡尺度在4~19 km,按85%收斂值,則最大不超過16 km.

4 討論

4.1 不同分析尺度的浮動單元指標分析

通過某一節(jié)點的浮動單元職住比指標RF變化曲線,能夠定量分析其周邊一定區(qū)域范圍內(nèi)的職住匹配關系.通過指標分布值的可視化,則反映出不同維度的職住空間特征,包括就業(yè)中心的識別、就業(yè)可達性和居住可達性分析等.

(1) 如圖5a所示,城市主中心、就業(yè)次中心及外圍的集聚區(qū)可清晰識別,這一分析尺度為1~3 km.同理,當路網(wǎng)距離為4~10 km時,城市主中心的范圍依然可通過圖中形態(tài)勾勒,4~6 km時就業(yè)次中心亦能識別.因此,1~10 km路網(wǎng)距離是職住空間結構適合的分析尺度,并在文獻[11]中通過職住績效職住熱點分析得到了驗證(圖8).

圖8 上海中心城職住績效指數(shù)熱點分析結果

Fig.8 Hot spot analysis result of jobs-housing performance index for Shanghai central districts

(2) 當路網(wǎng)距離大于10 km時,指標值反映某一節(jié)點或區(qū)域所處的宏觀功能環(huán)境,體現(xiàn)為職住之間的關系,可表征其在就業(yè)可達性或居住可達性的優(yōu)勢、劣勢.圖5d中,內(nèi)環(huán)附近的3/4環(huán)均出現(xiàn)了職住比指標RF數(shù)值較高集聚的區(qū)域,反映在分析尺度為15 km時,這些區(qū)域的居住相比北向類似區(qū)位較為不足.由圖5f可知,黃浦江下游南段的東側區(qū)域在19 km路網(wǎng)距離的空間范圍內(nèi),居住功能的集聚程度是相對不足的;圖5c則反映出張江周邊部分組團的居住功能集聚程度亦相對不足.

4.2 職住平衡空間尺度與通勤距離的關系

將就業(yè)中心、次中心以及部分居住區(qū)的職住平衡空間尺度與對應的崗位或居民通勤距離(圖9)進行對比,發(fā)現(xiàn)兩者有關聯(lián)關系但不能完全對應.

a 崗位通勤距離

b 居民通勤距離

(1) 對于城市主中心而言,其職住平衡空間尺度與通勤距離之間的關系具有一致性,均為浦東部分大于浦西部分.但對比就業(yè)中心與次中心,則不具有一致性.不一致的原因在于就業(yè)次中心的功能在特定發(fā)展階段較為單一而缺乏可選擇性,雖然職住在數(shù)量上的平衡較易實現(xiàn),但職住空間匹配性尚未達到較高水平,也間接證明了用地多樣性的價值.這一現(xiàn)狀特征,符合由傳統(tǒng)區(qū)位理論決定的就業(yè)中心集聚和居住選擇行為決策規(guī)律[21-22].

(2) 從居民選擇居住地和通勤距離的角度分析,遠離城市主中心的居民通勤距離較大,接近就業(yè)中心、次中心的居民通勤距離相對較低.前者產(chǎn)生原因有兩類,一是低收入群體以較高的通勤成本換取相對低廉的房價;二是高收入群體在城市中心環(huán)境品質(zhì)降低的情況下,亦會在環(huán)境偏好的作用下,呈現(xiàn)出居住郊區(qū)化趨勢[23].因此,“多中心"空間結構能夠促進職住平衡,并降低部分居民的通勤距離,但由于居民選擇的偏好和城市空間布局演變規(guī)律,不可能讓所有人都實現(xiàn)就近通勤[24].

5 結論與展望

空間尺度和單元劃分是職住平衡測度分析有效性的關鍵.本文以職住比為測度指標,通過以各交通小區(qū)的質(zhì)心為初始點向外拓展不同路網(wǎng)距離形成的浮動單元進行指標累積統(tǒng)計,運用Transcad模型運算模塊輸出得到各交通小區(qū)對應不同路網(wǎng)距離的職住比指標表.再利用ArcGIS 9.0的可視化模塊將不同路網(wǎng)距離對應的浮動單元職住比指標形成空間分布圖,直觀捕捉不同空間分區(qū)的職住比指標變化規(guī)律.基于空間變化規(guī)律,繪制出不同區(qū)位的初始點浮動單元職住比指標變化曲線,并設定閾值篩選出職住比指標一定收斂值對應的路網(wǎng)距離數(shù)值,一般可取85%.結合職住比指標變化曲線和空間分布特征,確定相應的職住平衡尺度,特大、超大城市一般應剔除3 km以內(nèi)的收斂值.

基于上述方法和上海的實證研究,研究發(fā)現(xiàn):

(1) 由若干就業(yè)中心連綿構成的城市主中心和外圍發(fā)展的就業(yè)次中心對城市職住平衡的影響是決定性的,前者是全局的,后者是局域的.

(2) 由就業(yè)次中心輻射影響其周邊一定區(qū)域而形成的“勢力圈",將可能在城市內(nèi)形成多個職住平衡區(qū)域,這一區(qū)域的空間尺度為6~12 km(相當于直線距離5~9 km),可認為是上海較為適宜的職住平衡分析尺度.這一規(guī)律對上海以外的特大、超大城市亦具有一定參考價值.

現(xiàn)實城市環(huán)境中,職住平衡度、空間匹配性還可以從時間尺度、時空綜合尺度進行分析.因此本文可在精度較高的城市交通模型環(huán)境下進行情景模擬分析,通過城市綜合交通系統(tǒng)的運行速度和延誤函數(shù)將路網(wǎng)距離,換算為相應的時間距離,用以分析職住平衡的時間尺度.基于出行時耗恒定法則,有可能獲取更具普適意義的職住平衡時空尺度規(guī)律.在城市既有就業(yè)(次)中心及集聚區(qū)和居住區(qū)布局基礎上,可從規(guī)劃和預測未來的角度進一步推斷,通過新增若干就業(yè)次中心或集聚區(qū),再開展分析、評估和反饋,調(diào)節(jié)職住空間匹配性,達到改善城市日常通勤圈的交通服務水平.