楊洋 徐子涵

[摘 要]推動城市集約緊湊發(fā)展，是新型城鎮(zhèn)化高質量發(fā)展的關鍵路徑。綜合考慮城市社會經濟活動的集中程度、建筑環(huán)境的高密度和土地利用模式的混合情況，利用夜間燈光數據、城市建筑輪廓數據、興趣點數據等多源大數據，優(yōu)化城市空間緊湊T模型，構建城市空間緊湊度指數（USCI），從市級、區(qū)級、街道/鎮(zhèn)級多個尺度對青島市城市空間緊湊度進行測度。結果表明：基于優(yōu)化的T模型構建的USCI可以有效反映城市空間緊湊水平；青島市的市南區(qū)、市北區(qū)等老城區(qū)的城市空間緊湊度明顯高于西海岸新區(qū)、即墨區(qū)等新城區(qū)，街道/鄉(xiāng)鎮(zhèn)層級的空間緊湊度分異明顯，有超過一半的街道/鎮(zhèn)處于城市空間不緊湊的狀態(tài)。為促進城市空間緊湊發(fā)展，需要在三個方面下功夫：一是因地制宜，提高土地開發(fā)利用效率；二是提前謀劃，引導城市功能合理布局；三是供需匹配，提高城市交通運行效率。

[關鍵詞]緊湊城市；空間形態(tài)；城市空間緊湊度指數；多源大數據；青島市

[中圖分類號]F292 [文獻標識碼]A [文章編號]1671-8372（2023）02-0028-07

Research on urban spatial compactness based on multi-source big data

— a case study of Qingdao city

YANG Yang， XU Zi-han

（School of International Affairs and Public Administration， Ocean University of China， Qingdao 266100， China）

Abstract：Promoting urban intensive and compact development is the key path to the high-quality development of new urbanization. Based on the comprehensive consideration of the concentration of urban socio-economic activities， the high density of building environment and the mixed situation of land use pattern， this paper uses multi-source big data， such as night light data， urban building contour data and point of interest （POI） data， to optimize the urban spatial compact T-model and construct the urban spatial compactness index （USCI）. Taking Qingdao as an example， the measurement of urban spatial compactness is carried out at municipal， district and street/town scale. The results show that the USCI constructed on the basis of optimizing the urban spatial compact T-model can effectively reflect the urban spatial compactness level. The urban spatial compactness of old urban， areas such as Shinan district and Shibei district in Qingdao city， is obviously higher than that of new urban areas， such as the West Coast New district and Jimo district. The spatial compactness of street/town level is obviously differentiated， and more than half of the streets/towns are in the state of urban spatial non-compactness. In order to promote urban spatial compact development， efforts should be made in three aspects： first， in accordance with local conditions， improving the efficiency of land development and utilization; second， pre-planning and guiding rational layout of urban functions; third， matching supply and demand and improving the efficiency of urban transportation.

Key words：compact city; spatial form; urban spatial compactness index; multi-source big data; Qingdao city

一、引言

我國的城市化率由1982年的20.91%提升至2020年的63.89%，城鎮(zhèn)化實現了跨越式發(fā)展。然而，在我國城鎮(zhèn)化過程中形成的平均粗放的城鎮(zhèn)化發(fā)展模式使得我國部分城市用地呈現蔓延式擴張發(fā)展的傾向，也給我國城市實現可持續(xù)發(fā)展帶來了極大挑戰(zhàn)[1]。一方面，蔓延式的城市擴張會破壞生態(tài)環(huán)境，擠壓動植物的生存空間，增加城市能耗，導致土地的低效利用，并引發(fā)城市中心衰落、居民生活質量下降等問題[2]；另一方面，我國的宜居面積小[3]，耕地、淡水等資源也不足以支撐此種蔓延式的城市發(fā)展模式。2015年12月中央城市工作會議召開，會議提出，“要堅持集約發(fā)展，樹立‘精明增長、‘緊湊城市理念，科學劃定城市開發(fā)邊界，推動城市發(fā)展由外延擴張式向內涵提升式轉變”[4]。2022年7月12日，國家發(fā)展改革委發(fā)布《“十四五”新型城鎮(zhèn)化實施方案》，提出要優(yōu)化城市空間布局，統(tǒng)籌布局各類市政公用設施和公共服務設施。因此，囿于資源環(huán)境的約束，我國城市發(fā)展必須采取集約緊湊的發(fā)展模式，以實現可持續(xù)發(fā)展[5-6]。

城市空間緊湊度是城市緊湊與否的判別門檻，也是“緊湊城市”從抽象概念到定量模型的關鍵，更是進行緊湊城市規(guī)劃實踐的前提和基礎[7]。城市緊湊度的測算方法主要可以分為兩類：第一類是指標體系法，主要從城市規(guī)模、人口密度、基礎設施、土地利用、空間形態(tài)等多個維度出發(fā)構建指標體系，對城市的緊湊程度進行測度[8-13]。指標體系法能夠充分考慮緊湊城市的多維內涵，但往往由于指標復雜、數據收集難度較大，可操作性較弱，在不同地區(qū)開展的實證研究之間往往缺乏可比性。第二類是指數法，主要從與緊湊城市核心內涵密切相關的城市空間形態(tài)緊湊出發(fā)，構建城市緊湊度指數模型來展開定量測度[14-18]。指數法由于計算相對簡單，數據收集相對便捷，同時能夠反映城市空間形態(tài)緊湊這一核心要素，在城市緊湊度的測度中發(fā)揮著日益重要的作用。其中，Thinh等提出的空間引力模型，被稱為城市緊湊度測算的T模型[16]，此模型通過計算城市各個網格間的引力來反映城市的緊湊程度，是目前廣泛應用于城市緊湊度的測量并在未來也極具應用前景的有效方法。當前，已有的量化城市空間緊湊度的實證研究主要是基于統(tǒng)計數據[16-18]或遙感數據[10-13]展開，而對新興大數據的應用還相對較少。同時，現有研究大多集中于較為宏觀空間尺度上的城市緊湊度的探討[13-17]，鮮有研究涉及區(qū)、街道等微觀尺度。

因此，本文綜合利用夜間燈光數據、城市建筑輪廓數據、興趣點（POI）數據等多源大數據，在對城市緊湊度T模型進行優(yōu)化的基礎上，以青島市為例，從市級、區(qū)級和街道/鎮(zhèn)級三個尺度出發(fā)進行城市空間緊湊度的測度分析。一方面，本研究提出了一種基于多源大數據優(yōu)化城市緊湊度T模型的新方法；另一方面，實證研究結果能為促進青島市空間緊湊發(fā)展提供決策依據，為推進其他地區(qū)的城市緊湊發(fā)展提供參考借鑒，具有積極的現實意義和一定的示范作用。

二、研究區(qū)概況與數據來源

（一）研究區(qū)概況

青島市是國家沿海重要中心城市和濱海度假旅游城市。青島市現轄7個市轄區(qū)（市南、市北、李滄、嶗山、青島西海岸新區(qū)、城陽、即墨），代管3個縣級市（膠州、平度、萊西）。根據“七普”的數據，截至2020年11月，青島市常住人口為1007.17萬，常住人口城鎮(zhèn)化率達76.34%，居山東省第一位。2011—2020年十年間，青島市城市建成區(qū)面積增長160%，而城鎮(zhèn)常住人口增長僅為31%，青島城市的擴張步伐超過了城市人口增長的現實需求。城市建成區(qū)過度擴張的現象在中國城市發(fā)展過程中普遍存在。本文選取青島市及其下轄7個市轄區(qū)、94個街道/鎮(zhèn)分別為研究區(qū)域，從三個尺度對城市緊湊度進行測算和分析。

（二）數據來源

本文使用的數據主要包括覆蓋研究區(qū)的夜間燈光數據、城市建筑輪廓數據和興趣點數據。夜間燈光數據為經過校正的NPP/VIIRS夜間數據，其分辨率為500米，能夠從空間上直觀反映城市社會經濟活動[19]。城市建筑輪廓數據來源于中國科學院資源環(huán)境科學與數據中心①，包含建筑基底面積、樓層高度等參數，與以往研究使用較多的城市不透水表面數據相比，能更好地反映城市建筑的密集程度。興趣點數據來源于高德地圖，共采集到數據588661條，包含經緯度、名稱、類別等屬性。為更好地反映城市功能，對照《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準（GB50137-2001）》（以下簡稱《標準》）將興趣點數據進行重分類[20]（見表1）。其中，《標準》中的公用設施用地被合并到公共管理與公共服務用地；物流倉儲用地未能在興趣點數據中得到有效反映，因此未在分類中。

此外，鑒于清華大學學者牽頭完成的“中國基本城市土地利用類型制圖”首次實現了全國地塊尺度的城市土地利用制圖，詳細揭示了城市間的土地利用差異，本文擬結合此制圖和《青島市統(tǒng)計年鑒》《青島市第七次人口普查公告》等統(tǒng)計數據，對青島城市緊湊度空間分異進行分析[21]。

三、城市空間緊湊度的測算方法

（一）T模型

已有實證研究表明，Thinh等人在2002年提出的T模型能夠較好地反映城市空間的緊湊水平，具有良好的應用潛力[20]。T模型先將城市劃分為若干個長寬相等的網格，再將網格與城市建設用地數據進行疊加，生成基礎數據圖層，然后對每兩個網格之間的空間聯系強度進行計算，取平均值作為整個地塊的空間聯系強度，即整個地塊的緊湊程度。T模型的公式為：

（1）

式（1）中，T為某城市空間的緊湊度，即城市空間作用的平均引力，Ai和Aj代表任意兩個網格i和j內的建設用地面積（i≠j），d（i，j）為網格i和到網格j的幾何距離，C為常數，N為城市劃分的網格總數。T值的大小反映城市用地空間布局的緊湊程度，T值越大，表明城市各網格間的作用越強，即城市空間布局越緊湊。

（二）T模型的優(yōu)化

需要注意的是，城市空間緊湊的內涵豐富，不僅包括建筑環(huán)境的高密度，還應考慮城市社會經濟活動的集中程度和土地利用模式的混合情況[2]。然而，原始的T模型僅對城市建設用地的緊湊度進行測算，還需進一步優(yōu)化。本文將青島市轄區(qū)劃分為500米*500米的網格，將每個網格中單一的城市建設用地指標Ai拓展為能夠同時考慮城市空間形態(tài)、人口經濟以及功能緊湊的綜合貢獻值Vi。公式為：

Vi ＝ Ai ＋ Pi ＋ Fi? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式（2）中，Ai、Pi、Fi分別為采用min-max極差標準化方法標準化至0～1的網格i的建筑密集程度、人口經濟活動強度和功能混合度。其中，Ai是通過建筑輪廓數據中建筑基底面積和樓層數據計算得出的建筑面積標準化而來，Ai越大，表明網格i的建筑密集程度越高；Pi是基于夜間燈光數據中燈光亮度DN值標準化而來，Pi越大，表明網格i的社會經濟活動強度越大；Fi是基于興趣點數據計算得出的香農-威納指數標準化而來，Fi越大，表明網格i的功能混合度越高。

具體而言，功能混合度Fi的計算公式如下[20]：

Fi ＝ －∑ Ri（x）× In Ri（x）? ? ? ? ? ? ?（3）

式（3）中，Ri（x）為網格i中第x類用地類型所占的比例，m為興趣點數據中劃分的用地類型數量，即m=6。

綜上所述，本文綜合利用建筑輪廓數據、夜間燈光數據、興趣點等多源數據，通過對T模型進行優(yōu)化，構建城市空間緊湊度指數（Urban Spatial Compactness Index，USCI）如下所示：

（4）

式（4）中，USCI為基于多源大數據綜合考慮了人口經濟活動強度、建筑密集程度和功能混合度的城市空間緊湊度指數，數值越大表明城市空間布局越緊湊；Vi和Vj分別代表任意兩個網格i和j內同時考慮城市空間形態(tài)、人口經濟以及功能緊湊的綜合貢獻值，d（i，j）為網格i和到網格j的幾何距離，N為城市劃分的網格總數，C為常數（本文結合青島市的實際情況，取值為C=108）。城市空間緊湊度指數測算過程如圖1所示。

四、青島城市空間緊湊度分析

（一）城市空間緊湊發(fā)展的總體特征

城市空間緊湊度綜合貢獻值（V）總體上呈現由沿海向內陸遞減的趨勢，青島城市環(huán)灣緊湊發(fā)展的特征顯著。目前，青島市已初步形成了東岸城區(qū)、西岸城區(qū)、北岸城區(qū)三大環(huán)灣緊湊發(fā)展區(qū)的空間格局。此外，即墨區(qū)組團緊湊發(fā)展的空間格局也已初步成型（見圖2）。

（二）區(qū)級城市空間緊湊度分析

在區(qū)級尺度上，青島市各市轄區(qū)之間的城市空間緊湊程度差異顯著，緊湊度指數從高到低依次為市南區(qū)、市北區(qū)、李滄區(qū)、嶗山區(qū)、城陽區(qū)、即墨區(qū)和西海岸新區(qū)（見圖3）。其中，市南區(qū)和市北區(qū)的城市空間緊湊度指數遠高于青島市平均水平；李滄區(qū)緊湊度指數接近平均線，城市空間布局較為緊湊；嶗山、城陽、即墨、西海岸新區(qū)的緊湊度指數低于平均線，城市空間布局總體上較為分散，嶗山區(qū)緊湊度指數相對而言略高于其他三個市轄區(qū)。原因可能為：首先，市南區(qū)和市北區(qū)是青島城市發(fā)展的起點，歷史悠久，受早期城市規(guī)劃的影響，城市土地開發(fā)利用強度大，城市土地節(jié)約集約利用程度高，因而城市空間緊湊度處于第一梯隊。市南區(qū)是青島的行政、旅游、金融中心，人口集中，經濟活躍，建筑密集，城市功能豐富，旅游景點、文化娛樂設施、各類企業(yè)總部和金融機構密集分布；市北區(qū)是青島近代工業(yè)的起源地，工商業(yè)發(fā)達，路網密布，其大港區(qū)域是青島港重要的貨運集散地。其次，作為青島傳統(tǒng)意義上的“市內四區(qū)”之一，李滄區(qū)空間緊湊程度較高，人口和商業(yè)活動較為密集，聚集了樂客城、利群、銀座、萬達等商業(yè)巨頭的李村商圈已成為青島最大的超級商圈。再次，嶗山區(qū)發(fā)展歷史較短，東部為嶗山名勝風景區(qū)，受自然條件約束，其東部城市建成區(qū)在空間上較為分散，但其西南方位功能緊湊度較高，已逐漸形成了由青島大劇院、青島博物院、青島國際會展中心等構成的大型功能設施承載區(qū)，由銀行、投行等構成的金家?guī)X金融區(qū)，由海爾、特銳德等企業(yè)與中國海洋大學、青島大學等高校構成的科技創(chuàng)新區(qū)。最后，城陽區(qū)、即墨區(qū)和西海岸新區(qū)的人口、經濟活動以及城市建筑的分布總體上均較為分散，目前尚未形成較強的集聚效應。

（三）街道/鎮(zhèn)級城市空間緊湊度分析

測度青島市市轄區(qū)內94個街道/鎮(zhèn)的城市空間緊湊度指數，并利用自然間斷點分級法將各街道/鎮(zhèn)的緊湊度指數由大到小劃分為緊湊、較緊湊、一般緊湊、較不緊湊和不緊湊5個級別。結果表明，街道/

鄉(xiāng)鎮(zhèn)層級的空間緊湊度分異明顯，青島市市轄區(qū)內有超過一半的街道/鎮(zhèn)處于城市空間不緊湊的狀態(tài)，僅有不到1/10的街道/鎮(zhèn)處于城市空間緊湊發(fā)展的狀態(tài)。具體而言，青島市市轄區(qū)內城市空間處于緊湊、較緊湊、一般緊湊、較不緊湊和不緊湊狀態(tài)的街道/鎮(zhèn)所占比例依次為8.61%、13.97%、9.68%、12.89%、54.84%。

此外，各街道/鄉(xiāng)鎮(zhèn)的空間緊湊度呈現較強的空間相關性，空間緊湊度較高的街道/鄉(xiāng)鎮(zhèn)多集中分布于市南區(qū)、市北區(qū)等老城區(qū)，空間緊湊度較低的街道/鄉(xiāng)鎮(zhèn)多集中分布于西海岸新區(qū)、即墨區(qū)等新城區(qū)。其中，青島市市轄區(qū)內城市空間緊湊度排名前10的街道/鎮(zhèn)中，有6個集中分布于市北區(qū)，有3個分布于市南區(qū)；城市空間緊湊度排名后10位的街道/鎮(zhèn)中，則有5個集中分布于西海岸新區(qū)，有4個分布于即墨區(qū)。

為進一步揭示街道/鎮(zhèn)級城市空間緊湊度特征，結合“中國基本城市土地利用類型制圖”結果[21]，選取青島市市轄區(qū)內城市空間緊湊度排名第1和排名倒數的典型街道/鎮(zhèn)進行分析。青島市市轄區(qū)內城市空間緊湊度排名第1的即墨路街道，地處市北區(qū)且與市南區(qū)相鄰，發(fā)展歷史較早；街道面積較小，街道內路網密布，人口經濟活動活躍，建筑也較為密集；街道內大鮑島商圈、即墨路小商品市場、新街里等商業(yè)地塊和居住區(qū)錯落分布，公園、園地、草地等也離居住區(qū)較近，城市的功能混合度高。相對而言，在青島市市轄區(qū)內城市空間緊湊度排名倒數的王哥莊街道位于嶗山風景名勝區(qū)，形狀狹長，受自然條件和規(guī)劃的影響，王哥莊街道開發(fā)建設受到嚴重限制，城市建成區(qū)和居住區(qū)多散落分布在街道東部；街道內人口密度小，經濟發(fā)展水平相對落后，農業(yè)在生產總值中仍占有較大比重；社區(qū)分散、人口經濟不活躍，城市功能單一使得王哥莊街道的城市空間緊湊度處于較低水平（見表2）。

五、結論與啟示

本文綜合利用夜間燈光數據、城市建筑輪廓數據、興趣點數據等多源大數據，從城市空間緊湊的內涵出發(fā)，在對城市空間緊湊T模型進行優(yōu)化的基礎上，構建基于多源大數據的城市空間緊湊度指數，進而以青島市為例開展多尺度城市空間緊湊度測度分析研究。主要研究結論為：

第一，優(yōu)化后的T模型能夠有效地反映城市空間緊湊狀況。從城市空間緊湊度貢獻值來看，青島市轄區(qū)沿膠州灣形成了東岸城區(qū)、西岸城區(qū)和北岸城區(qū)三個中心，即墨組團為青島市向山東省內其他城市輻射的節(jié)點，優(yōu)化后的T模型刻畫出的青島城市空間形態(tài)與青島城市規(guī)劃中的空間布局基本契合。

第二，青島市老城區(qū)比新城區(qū)的城市空間緊湊度高。一方面，市南、市北等老城區(qū)發(fā)展歷史早，受到早期規(guī)劃的影響，老城區(qū)的道路狹窄，路網密度大，城市建筑密集，土地資源相比新城區(qū)更加稀缺，土地節(jié)約集約利用效率高，城市發(fā)展趨于飽和，城市空間布局緊湊；另一方面，我國快速城鎮(zhèn)化過程中存在盲目擴張的情況，西海岸新區(qū)、即墨區(qū)等新城區(qū)新增用地的土地利用結構單一，公共基礎設施不完善，城市空間緊湊度低。

第三，青島市街道/鄉(xiāng)鎮(zhèn)層級的空間緊湊度分異明顯。城市空間緊湊度指數是人口經濟、建筑面積和城市功能混合度三個層面疊加的結果，城市空間緊湊度指數較大的街道往往發(fā)展歷史較早，人口經濟活動活躍，建筑密集且城市功能布局更合理；城市空間緊湊度指數較小的街道，往往人口數量少，經濟水平低，城市功能布局分散。此外，在自然條件上可能受到地形地貌的限制，青島城市建成區(qū)總體上破碎化和離散化現象突出，在社會條件上可能受到規(guī)劃的影響，市南區(qū)等老城區(qū)的城市建成區(qū)相較于即墨等新城區(qū)過度集中。

綜合以上研究結論，對于提升青島市的城市空間緊湊度水平，促進青島市空間緊湊發(fā)展提出以下對策建議：

第一，因地制宜，提高土地開發(fā)利用效率。一方面，要嚴格限制城市開發(fā)邊界，控制城市建設用地規(guī)模，貫徹緊湊城市發(fā)展理念。即墨區(qū)、西海岸經濟新區(qū)作為未來青島城市空間發(fā)展的重點，存在建設用地的跳躍性擴張、用地規(guī)模分散化與破碎化現象。在制定城市新區(qū)發(fā)展規(guī)劃時，需要綜合考慮青島城市發(fā)展的宏觀區(qū)域背景以及長遠發(fā)展的總體定位，判斷不同階段的城市空間發(fā)展特點，制定城市建設用地利用計劃，通過對城市空間進行“供需評估”，判斷建設用地增量的必要性和合理性，力求每一階段的城市空間有效契合需求，發(fā)揮規(guī)劃工作的指導作用。另一方面，要充分盤活存量城市用地，保護更新歷史城區(qū)，開發(fā)建設低效片區(qū)，升級改造舊城舊村。對城市建設用地已經飽和的東岸城區(qū)，城市空間應當由“新開發(fā)”向“再開發(fā)”轉變，即由增量開發(fā)轉變?yōu)榇媪块_發(fā)。通過推進城市低效建設用地再開發(fā)、整治閑置以及碎片化建設用地、推動城區(qū)土地用途更新，提升土地集約利用水平，加快城市向集約型、創(chuàng)新型城市轉型升級。

第二，提前謀劃，引導城市功能合理布局。一方面，要促進“港-產-城”深度融合?！案?產-城”融合是港口所在地依托獨特的區(qū)位優(yōu)勢與港口資源發(fā)展臨港產業(yè)集群，優(yōu)化產業(yè)結構，建設港口城市發(fā)展體系?！案邸笔乔鄭u產業(yè)和城市發(fā)展的基石，“產”是港口和城市發(fā)展的支撐，而“城”則是港口和產業(yè)發(fā)展的依托。海洋藥物、生物制品等是最具青島特色的戰(zhàn)略性新興產業(yè)，現代海洋產業(yè)是青島在激烈的城市競爭中突出重圍必須要打好的“王牌”。只有促進青島港轉型升級、拓展港口綜合服務功能，發(fā)展現代海洋等戰(zhàn)略性新興產業(yè)，才能真正實現“港-產-城”深度融合。另一方面，要進一步完善配套基礎設施。目前，以工業(yè)帶動發(fā)展的即墨、西海岸等新城市組團存在著工業(yè)用地比重偏高、配套設施不完善、產城融合程度不足等問題。在調整優(yōu)化中應當加快建設工業(yè)園區(qū)的配套設施，如金融、交通、倉儲、物流等等；要突破工業(yè)園的功能定位限制，以產業(yè)新城作為新的定位，配套建設居民小區(qū)、商業(yè)樓、公園等設施，將工業(yè)園外圍建設成為環(huán)境宜人的生態(tài)家園，進一步吸引工人、技術員等產業(yè)從業(yè)人員。

第三，供需匹配，提高城市交通運行效率。一方面，要完善城市公共交通規(guī)劃。不斷鞏固青島“公交都市”建設成果，完善以軌道交通為骨干、常規(guī)公交為主體的多層次公共交通出行系統(tǒng)；動態(tài)優(yōu)化常規(guī)公交線網，加大公交專用道建設力度，有效銜接常規(guī)公交與軌道交通，擴大公共交通網體系覆蓋范圍；持續(xù)推進軌道交通發(fā)展，加速軌道交通成網，提高軌道交通利用效率；統(tǒng)籌城市軌道交通地上、地下空間開發(fā)，強化城市軌道交通場站與周邊土地一體化規(guī)劃建設；加強城市軌道交通規(guī)劃、建設、運營協調銜接，探索推廣靈活編組的運輸組織模式，不斷提升城市軌道交通服務能力。另一方面，要統(tǒng)籌優(yōu)化各市區(qū)交通。三大環(huán)灣城區(qū)之間應當依托快速路、主干路形成相互連通、對外有機銜接的交通網絡；城區(qū)內部結合各區(qū)城市空間特色和城市功能布局，形成以“小街區(qū)、密路網”為特征的次干路和支路網，完善交通微循環(huán)系統(tǒng)。

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[責任編輯 張桂霞]