引力模型在城市擴(kuò)張布局分析中的應(yīng)用

王麗++何潤昭

摘 要：全國各級土地利用總體規(guī)劃（2006-2020年）自修編以來已進(jìn)入全面實(shí)施階段，2013年國土資源部下發(fā)了《國土資源部辦公廳關(guān)于印發(fā)土地利用總體規(guī)劃中期評估工作方案的通知》，要求各?。▍^(qū)、市）開展土地利用總體規(guī)劃中期評估工作，全面總結(jié)土地利用規(guī)劃實(shí)施情況。為了有效對土地利用規(guī)劃實(shí)施監(jiān)測評估，構(gòu)建了對主要規(guī)劃指標(biāo)實(shí)施情況的數(shù)量和空間分析，先以安徽省淮南市等作為試點(diǎn)，繼而全面鋪開至全國30個(gè)省會城市，為國家及時(shí)客觀掌握重要城市擴(kuò)展和規(guī)劃實(shí)施情況提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：引力模型 城市擴(kuò)張 分析應(yīng)用

1、規(guī)劃實(shí)施評估

本次規(guī)劃實(shí)施評估通過利用規(guī)劃及變更調(diào)查數(shù)據(jù)的疊加分析，從空間上監(jiān)測中心城區(qū)土地規(guī)劃實(shí)施狀況，采用定量和定性相結(jié)合的方式，即對規(guī)劃約束性、預(yù)期性指標(biāo)實(shí)現(xiàn)程度進(jìn)行監(jiān)測，也對規(guī)劃空間布局的合規(guī)性等方面進(jìn)行監(jiān)測。將規(guī)劃實(shí)施評估與規(guī)劃實(shí)施環(huán)境等外部因素聯(lián)系起來，綜合評估規(guī)劃的實(shí)施過程和實(shí)施結(jié)果。規(guī)劃實(shí)施評估的主要內(nèi)容包括土地利用變化與規(guī)劃的符合性分析，以及城市擴(kuò)展布局分析。在城市擴(kuò)展布局分析中，判斷城市新增建設(shè)用地是否存在貼邊發(fā)展?fàn)顩r成為從空間上審視城市擴(kuò)張的一個(gè)重要切入點(diǎn)。

1.1貼邊發(fā)展

貼邊發(fā)展用于判斷城市在用地空間布局上是否集聚，城鎮(zhèn)周邊零散的新增建設(shè)用地是否與已有建成區(qū)域存在聯(lián)系，即被核心區(qū)域所“吸引”。貼邊發(fā)展意味著用地的集聚，但當(dāng)用地集聚到一定程度上將影響城市整體功能的運(yùn)轉(zhuǎn)。目前城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張大多數(shù)為“攤大餅”式發(fā)展，城鎮(zhèn)周邊區(qū)域尚未能擺脫核心區(qū)域強(qiáng)大的影響力。交通基礎(chǔ)設(shè)施往往自核心區(qū)域逐漸向外延伸，商業(yè)配套如果獨(dú)立于成熟商業(yè)圈之外難以生存，人們的消費(fèi)思維慣性還停留在聚集效應(yīng)層面。種種原因?qū)е铝嗽S多城市不得不走上“先貼邊，后思遷”的發(fā)展道路，當(dāng)吸引半徑增長至無法提升城市增長動力時(shí)，才會逐漸轉(zhuǎn)向多核心發(fā)展，圍繞新的核心繼續(xù)進(jìn)行貼邊發(fā)展。因此提倡在城市發(fā)展初期走貼邊發(fā)展的路線以促進(jìn)集約用地，在發(fā)展到一定階段建議在多個(gè)核心的基礎(chǔ)上分頭進(jìn)行貼邊發(fā)展。

但是貼邊發(fā)展尚無明確的判斷依據(jù)，若能在空間位置上對是否貼邊進(jìn)行定性或定量地判斷，將很大程度上剖析城市發(fā)展的集聚程度，為城市的中遠(yuǎn)期發(fā)展提供參考依據(jù)。本文判斷貼邊發(fā)展將估范圍由常規(guī)的城市中心城區(qū)規(guī)劃范圍擴(kuò)大至城市實(shí)際發(fā)展過程中集中建設(shè)區(qū)域。集中建設(shè)區(qū)域（下文簡稱為“紅線”）以集中連片的允許建設(shè)區(qū)和有條件建設(shè)區(qū)為主體。為保持評價(jià)范圍的整體性，離中心城區(qū)主體范圍較遠(yuǎn)且分布零散的允許建設(shè)區(qū)及有條件建設(shè)區(qū)范圍不納入紅線范圍。為評價(jià)分析新增建設(shè)用地與已有建成核心區(qū)是否存在貼邊發(fā)展情況，根據(jù)已經(jīng)確定的紅線范圍，按照不破村界的原則設(shè)立緩沖區(qū)（下文簡稱為“藍(lán)線”），藍(lán)線范圍內(nèi)的新增建設(shè)用地均屬于貼邊發(fā)展。

1.2規(guī)劃實(shí)施評估范圍確定

確定規(guī)劃實(shí)施評估范圍首先需劃定紅線范圍，進(jìn)而在其基礎(chǔ)上確定藍(lán)線范圍。劃定紅線時(shí)將允許建設(shè)區(qū)和有條件建設(shè)區(qū)集中連片分布的村級行政區(qū)提取出，計(jì)算得到村級行政單位內(nèi)允許建設(shè)區(qū)和有條件建設(shè)區(qū)面積的占比，進(jìn)而篩選出符合條件的村級行政區(qū)進(jìn)行合并，最終得到紅線范圍。藍(lán)線是以紅線為核心區(qū)域劃定的緩沖區(qū)，重點(diǎn)是緩沖區(qū)的半徑設(shè)置。不同地理區(qū)域中的城市擴(kuò)張形態(tài)不同，不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)下的城市擴(kuò)張速度不一，因此針對不同類型城市的擴(kuò)張?zhí)攸c(diǎn)，研究出一套具有普適性的緩沖區(qū)半徑設(shè)置方法尤為重要。部分學(xué)者將城市紅線范圍內(nèi)的面積按照等級進(jìn)行分類，同一類別的城市采用統(tǒng)一的半徑劃定緩沖區(qū)，充分考慮了城市的發(fā)展規(guī)模。

2、引力模型

2.1引力模型定義及特點(diǎn)

引力模型是J.Q.Stewart在牛頓的萬有引力公式基礎(chǔ)上提出的，不同學(xué)者將其應(yīng)用于各種領(lǐng)域，其特點(diǎn)是能夠表明相互作用受地理事物的規(guī)模和距離影響，進(jìn)而量化以供人為判別，同時(shí)隨著距離的增加引力還會出現(xiàn)衰減的現(xiàn)象。因此在進(jìn)行城市空間擴(kuò)張分析中可通過引力模型判斷貼邊發(fā)展。

引力模型的公式通?？杀憩F(xiàn)為：F=M*m/R2，其中F為兩個(gè)地理事物之間的引力，M和m為兩個(gè)地理事物的屬性，此屬性隨著不同研究目的而變化，R2指兩個(gè)地理事物間的二維直線距離。

2.2引力模型應(yīng)用

引力模型目前在土地規(guī)劃方面較多應(yīng)用于基準(zhǔn)地價(jià)和空間結(jié)構(gòu)模型的探討。有的學(xué)者在確定中心城鎮(zhèn)影響范圍時(shí)將F定義為中心城鎮(zhèn)對低級城鎮(zhèn)的引力，M和m為城鎮(zhèn)土地分等總分值；有的學(xué)者在分析都市圈相鄰城市間引力時(shí)將M和m定義為兩個(gè)城市的規(guī)模，并采用人口和國民生產(chǎn)總值計(jì)算得到城市規(guī)模；有的學(xué)者將F定義為整個(gè)城市對市內(nèi)任一點(diǎn)的引力勢能，M和m為某種社會經(jīng)濟(jì)測度如人口或GDP，r則定義為系統(tǒng)中心到該點(diǎn)的出行時(shí)間，通過此公式可計(jì)算該地區(qū)與城市之間的相互影響程度，判斷該區(qū)域的發(fā)展?jié)摿?。本文所述引力模型將直接?yīng)用于判斷兩個(gè)區(qū)域間的相互影響程度。

2.3引力模型實(shí)證研究

淮南市為安徽省中北部的一個(gè)地級市，是沿淮城市群的重要節(jié)點(diǎn)，屬合肥經(jīng)濟(jì)圈成員之一。將其作為試點(diǎn)一方面可以擺脫研究中對于大城市或特大型城市的固有發(fā)展模式的已有認(rèn)知，減少引力模型中人為主觀因素的影響；另一方面淮南市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r處于沿海發(fā)達(dá)城市和中西部欠發(fā)達(dá)城市之間，通過引力模型對其進(jìn)行實(shí)證研究將有效去除經(jīng)濟(jì)因素對城市發(fā)展的推動作用，提高結(jié)論的可信度。

本文根據(jù)引力模型的公式，結(jié)合貼邊發(fā)展的意義，將F定義為紅線范圍與紅線范圍外新增建設(shè)用地之間的引力，M為紅線范圍的面積，m為紅線外新增建設(shè)用地的面積，R為紅線與新增建設(shè)用地之間的直線距離。通過引力模型公式可計(jì)算得到每塊新增建設(shè)用地與紅線之間的引力大小，選擇Arcgis軟件中的分類法將所有引力分為兩組，將區(qū)分兩組的閾值作為特征引力，回溯計(jì)算得到相應(yīng)的R，即為緩沖區(qū)半徑，而依次半徑劃定緩沖區(qū)范圍（藍(lán)線）內(nèi)的新增建設(shè)用地均被判定為貼邊發(fā)展。

運(yùn)用引力模型計(jì)算時(shí)，由于地塊均為面狀圖斑，因此將紅線范圍和新增建設(shè)用地均由面狀圖斑轉(zhuǎn)換為點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離視作R，面積仍為圖斑面積。Arcgis中已包含多種分類方法，但適用于不同類型的數(shù)據(jù)分析。其中等距分類和等量分類不符合數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，定義間隔分類屬于人為定義法，所以這三種分類方法不適合確定分類閾值。標(biāo)準(zhǔn)差分類適合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，用于表現(xiàn)與均值相異的程度，而城市用地的擴(kuò)張模式顯然不符合正態(tài)分布。綜上分析，自然斷點(diǎn)分類最為適合確定新增建設(shè)用地引力的分類閾值，明顯的斷裂之處即為紅線范圍不再對新增建設(shè)用地產(chǎn)生吸引的地方，此引力值對應(yīng)的R就是緩沖區(qū)半徑。

在數(shù)據(jù)處理過程中，由于新增建設(shè)用地由不同年份建設(shè)用地擦除得到，若干面積很小的新增建設(shè)用地圖斑將會影響整個(gè)引力值的分類閾值，因此在分類之前將面積小于100平方米的新增建設(shè)用地圖斑剔除，以保證判斷效果。

3、討論

引力模型在本文中的提出是為了解決城市擴(kuò)張到現(xiàn)行階段，判斷貼邊發(fā)展的問題，若按照逆向思維考慮，或許能夠預(yù)測城市發(fā)展的合理擴(kuò)張范圍。城市在空間擴(kuò)張時(shí)應(yīng)遵循合理范圍，即超出此范圍引力呈快速下降趨勢，此時(shí)在范圍外不應(yīng)再安排新增建設(shè)用地指標(biāo)，將擴(kuò)張方向轉(zhuǎn)移至其他發(fā)展中的建設(shè)區(qū)域核心。此時(shí)逆向思維中的引力將成為一個(gè)預(yù)測值，可根據(jù)鄰近城市或經(jīng)濟(jì)規(guī)模相當(dāng)城市的現(xiàn)有引力作為參考值進(jìn)行測算，也可建立數(shù)學(xué)模型對影響引力的各種因素進(jìn)行預(yù)測得到引力預(yù)測值，最終得到擴(kuò)張范圍預(yù)測值。

本文所討論的通過引力模型判斷城市土地利用集約程度建立在城市只有一個(gè)核心建成區(qū)域（紅線范圍）的基礎(chǔ)之上，若城市的發(fā)展空間狀態(tài)為“多心開敞”，則引力模型需要進(jìn)一步完善，包括緩沖半徑應(yīng)根據(jù)多核心的不同情況而設(shè)置。當(dāng)城市以多核心形式發(fā)展到一定程度時(shí)，屆時(shí)將對引力模型進(jìn)行修正以對城市擴(kuò)張進(jìn)行分析。