我國(guó)建設(shè)用地典型節(jié)地模式聚類分析

■ 劉家佳/郭佩軍/李 凱/周 偉,2

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083；2.國(guó)土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

0 引言

關(guān)于節(jié)地模式的內(nèi)涵，鄭新奇等認(rèn)為節(jié)地模式是指在節(jié)約集約利用土地的實(shí)踐中所采取的一系列技術(shù)、管理手段和政策措施在時(shí)空上的優(yōu)化組合形式，是多因素共同作用的節(jié)地技術(shù)集合體[2-3]。張宇欣等（2012）認(rèn)為節(jié)地模式是解決城鎮(zhèn)建設(shè)中的土地資源不足和空間擴(kuò)展受限問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)建設(shè)科學(xué)發(fā)展的手段、方式和途徑的理論概括與總結(jié)[4]。總結(jié)專家學(xué)者關(guān)于節(jié)地技術(shù)與模式內(nèi)涵的觀點(diǎn)，本文認(rèn)為節(jié)地模式就是把解決土地粗放利用的方法總結(jié)歸納到理論高度，成為一種方法論。節(jié)地模式一般是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上通過(guò)歸納概括提出，或在理論指導(dǎo)下經(jīng)過(guò)類比演繹分析而得出，進(jìn)而通過(guò)推廣運(yùn)用于實(shí)踐之中，使得土地粗放利用問(wèn)題得到解決，因此節(jié)地技術(shù)與模式本質(zhì)是對(duì)節(jié)地實(shí)踐所進(jìn)行的一種理論概括。

目前針對(duì)節(jié)地技術(shù)與模式的相關(guān)理論研究主要集中于土地利用結(jié)構(gòu)和優(yōu)化配置等方面，國(guó)外學(xué)者提出了扇形模式、同心圓模式和多核模式三大經(jīng)典城市土地利用模式[5]，與此同時(shí)節(jié)約集約相關(guān)的理論如精明增長(zhǎng)[6]、土地可持續(xù)利用、緊湊型城市發(fā)展[7]以及土地立體開(kāi)發(fā)利用也得到發(fā)展和應(yīng)用。針對(duì)節(jié)地技術(shù)與模式的相關(guān)應(yīng)用研究主要集中于不同城市以建設(shè)用地為主所進(jìn)行的實(shí)踐探索研究，李翅等（2007）從城市擴(kuò)展用地角度出發(fā)，歸納出密集型和分散型城市用地模式[8]；曹銀貴等（2009）總結(jié)歸納出了東部、中部和西部集約用地模式[9]；呂賓等（2014）認(rèn)為我國(guó)現(xiàn)階段各地的節(jié)地技術(shù)和模式大致可分為兩類：平面節(jié)地型和立體開(kāi)發(fā)節(jié)地型[10]，以及各地方開(kāi)展的效果良好的典型節(jié)地模式，例如低丘緩坡、地下空間開(kāi)發(fā)[11]、香港混合多用途集約用地模式[12]；除此之外，在長(zhǎng)沙市、合肥市、清流縣、白銀市等全國(guó)400多個(gè)地級(jí)市都對(duì)節(jié)地模式進(jìn)行了探索與創(chuàng)新，并取得了較好的成果[13-17]。但由于節(jié)約集約用地是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各地方通過(guò)實(shí)踐提煉出的各種節(jié)地模式與技術(shù)比較復(fù)雜、散亂，尚難以在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行普適性、規(guī)模化的推廣應(yīng)用。因此，本文基于152個(gè)節(jié)約集約模范縣的典型節(jié)地技術(shù)和模式，總結(jié)歸納當(dāng)前節(jié)地模式，通過(guò)因子分析法、K-均值聚類法分析典型節(jié)地模式特征，為節(jié)地模式在全國(guó)的推廣提供決策依據(jù)。

1 節(jié)地模式的類型特征及其影響因素分析

1.1 節(jié)地模式類型及其特征

綜上所述，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有節(jié)地技術(shù)和節(jié)地模式的歸納總結(jié)，可將建設(shè)用地的節(jié)地技術(shù)與模式分為三大模式、八個(gè)子模式，詳見(jiàn)表1。

1.2 影響因素分析

王家庭等（2009）運(yùn)用經(jīng)濟(jì)計(jì)量分析方法，得出城市建設(shè)用地節(jié)約集約利用的主要影響因素有以下幾點(diǎn)：城市的區(qū)位條件、城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、人口密度、地均固定投資額、GDP、建設(shè)用地增長(zhǎng)彈性系數(shù)等[18]。曹銀貴等（2008）總結(jié)文獻(xiàn)得出影響城市土地集約利用變化的影響因素主要有城市規(guī)模、自然地理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等[19]。渠麗萍等（2010）的研究表明：經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出增長(zhǎng)、土地增量供給量以及全社會(huì)固定投資等為影響城市節(jié)約利用變化的影響因素[20]。

因此，節(jié)約集約用地要根據(jù)區(qū)域、地類等具體情況分析其影響因素，我們將影響城市土地節(jié)約集約利用的因素歸納為以下五點(diǎn)：①自然環(huán)境與區(qū)位條件；②人口與城市規(guī)模；③經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平；④政策條件；⑤技術(shù)管理。

2 國(guó)內(nèi)節(jié)約集約模范縣節(jié)地模式聚類分析

國(guó)土資源節(jié)約集約模范縣創(chuàng)建活動(dòng)是經(jīng)國(guó)務(wù)院主管部門(mén)批準(zhǔn)、由國(guó)土資源部具體組織開(kāi)展的活動(dòng)，該活動(dòng)于2010年評(píng)選第一屆模范縣，2012年進(jìn)行第二屆模范縣評(píng)選活動(dòng)，2015年開(kāi)展第三屆評(píng)選活動(dòng)，三屆共評(píng)選出427個(gè)節(jié)約集約模范縣。

2.1 指標(biāo)體系建立與數(shù)據(jù)來(lái)源

表1 節(jié)地模式分類

本文抽取國(guó)土資源部三屆活動(dòng)中所評(píng)選的152個(gè)節(jié)約集約模范縣（市）作為數(shù)據(jù)樣本。通過(guò)查閱文獻(xiàn)，確定集約節(jié)約模范縣的十個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，分別是Z1人口（萬(wàn)人）、Z2城市化率（%）、Z3人均GDP（萬(wàn)元）、Z4第一產(chǎn)業(yè)百分比（%）、Z5第二產(chǎn)業(yè)百分比（%）、Z6第三產(chǎn)業(yè)百分比（%）、Z7第二產(chǎn)業(yè)增加值（萬(wàn)元）、Z8第三產(chǎn)業(yè)增加值（萬(wàn)元）、Z9固定資產(chǎn)投資額（萬(wàn)元）、Z10城市人均可支配收入（元），并利用《2016年中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》以及各地方2016年統(tǒng)計(jì)年鑒進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)搜集。

將CEUS分為兩個(gè)過(guò)程，即增強(qiáng)期與消退期，以周?chē)”跒閰⒄瘴?，若病灶達(dá)峰時(shí)間早于周?chē)訉m肌壁，為早增強(qiáng)；反之，為晚增強(qiáng)；消退期同理判斷。增強(qiáng)強(qiáng)度高于肌壁為高增強(qiáng)；反之為低增強(qiáng)。

2.2 研究方法

本文研究中主要以定量方法為主，結(jié)合定性描述，從宏觀尺度對(duì)全國(guó)節(jié)地模范城市的節(jié)地模式進(jìn)行聚類分析，其中主要研究方法有：

(1)文獻(xiàn)綜合分析法。通過(guò)查閱文獻(xiàn)掌握國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展和已有研究成果，以及大量理論基礎(chǔ)知識(shí)，系統(tǒng)梳理節(jié)地模式建設(shè)成果，以大量文獻(xiàn)為基礎(chǔ)構(gòu)建指標(biāo)體系，并利用相應(yīng)模型進(jìn)行定量分析。

(2)因子分析法。該方法是一種將多種變量轉(zhuǎn)換為少數(shù)幾種不相關(guān)的綜合性指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)方法，在實(shí)際操作中，通過(guò)因子分析法能夠?qū)⒋笈鷶?shù)據(jù)降維，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

(3)K均值聚類法。該算法是典型的基于距離的非層次聚類算法，目的是使各個(gè)樣本與所在類均值的誤差平方和達(dá)到最小。

圖1 節(jié)地模式使用頻數(shù)

2.3 節(jié)地模式總體情況

對(duì)152個(gè)節(jié)約集約模范縣節(jié)地模式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到圖1。

所有樣本即節(jié)約集約模范縣都采用時(shí)序優(yōu)化的時(shí)間型節(jié)地模式進(jìn)行節(jié)約集約用地。通過(guò)規(guī)劃的路徑在短期和長(zhǎng)期對(duì)當(dāng)?shù)剡M(jìn)行用地管控，從規(guī)劃上體現(xiàn)節(jié)約集約。該模式可以在全國(guó)推廣，實(shí)現(xiàn)土地節(jié)約集約利用。

從圖1可以得出當(dāng)前節(jié)約集約模式開(kāi)展的難易程度排序：時(shí)序優(yōu)化＞舊地改造＞集中布局＞空中拓展＞閑地清理＞產(chǎn)業(yè)升級(jí)＞新地開(kāi)發(fā)＞地下開(kāi)發(fā)。該排序也可體現(xiàn)出152個(gè)節(jié)約集約模范縣對(duì)不同節(jié)地模式的重視程度。另外，有95個(gè)模范縣采用“舊地改造”模式，這也是除“時(shí)序優(yōu)化”外最受重視的節(jié)地模式?！芭f地改造”模式是提高土地產(chǎn)出的有效模式，通過(guò)該模式可以進(jìn)行土地“存量挖潛”。“新地開(kāi)發(fā)”的使用頻數(shù)偏低，目前僅有23個(gè)城市采用，說(shuō)明國(guó)內(nèi)現(xiàn)有城市發(fā)展已經(jīng)不再依托于面積的拓展，而是依托于空間的拓展，且城市的發(fā)展目標(biāo)由“增量開(kāi)發(fā)”轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮楣?jié)約集約的“存量挖潛”。“地下開(kāi)發(fā)”模式的頻數(shù)最低，說(shuō)明地下開(kāi)發(fā)的難度大、要求高。國(guó)內(nèi)外特大和大城市目前都開(kāi)始進(jìn)行地下空間的開(kāi)發(fā)利用，地下空間開(kāi)發(fā)的廣泛利用已經(jīng)是當(dāng)代城市空間利用的發(fā)展趨勢(shì)。該排序也可作為當(dāng)前選擇節(jié)約集約模式的參考，如已進(jìn)行“舊地改造”，下一步可以采取“集中布局”的節(jié)地模式。

2.4 節(jié)地模式主導(dǎo)因素分析

利用因子分析法，將樣本按照不同模式，不同地貌條件進(jìn)行分類。節(jié)地模式主要影響因素如表2所示。

從表2中可以看出，不同地形地貌對(duì)應(yīng)的節(jié)地模式的主要影響因素不同。采用空間型節(jié)地模式且地形地貌為丘陵和平原的主要影響因素為第三產(chǎn)業(yè)，該類地區(qū)主要通過(guò)空中拓展如多層廠房、高層建筑、高架橋以及立交橋等技術(shù)手段進(jìn)行土地節(jié)約集約利用，其中部分特大和大城市采用地下空間開(kāi)發(fā)進(jìn)行土地節(jié)約集約利用。采用空間型節(jié)地模式且地形地貌為山地的主要影響因素為第一產(chǎn)業(yè)，該類地區(qū)主要通過(guò)向山地要地，如低丘緩坡、廢棄地利用，修建“工業(yè)梯田”等技術(shù)手段進(jìn)行土地節(jié)約集約利用。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，山地區(qū)和高原區(qū)城市均沒(méi)提出采用“地下開(kāi)發(fā)”的節(jié)地模式。這一定程度上反映了山地區(qū)、高原區(qū)城市的工程地質(zhì)條件差，施工難度大，開(kāi)發(fā)費(fèi)用高等現(xiàn)狀。

平面型節(jié)地模式主要是向地面要密度，提高地面容積率。分布于不用地形地貌的城市所采用的模式同樣存在差異，例如，分布于丘陵的城市，以第一、二產(chǎn)業(yè)為主要發(fā)展方向的城市主要通過(guò)集中布局實(shí)現(xiàn)土地節(jié)約集約利用，將工業(yè)園區(qū)整合，實(shí)現(xiàn)低效工業(yè)用地再開(kāi)發(fā)。分布于平原的城市，其經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)發(fā)達(dá)，主要產(chǎn)業(yè)為第三產(chǎn)業(yè)，通過(guò)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)的節(jié)地模式進(jìn)行土地節(jié)約集約利用。分布于山地的城市，第一產(chǎn)業(yè)在城市經(jīng)濟(jì)中比重較大，主要通過(guò)閑地清理、新地開(kāi)發(fā)促進(jìn)節(jié)約集約用地。非平原區(qū)城市比平原城市更加注重“空中拓展”，這反映出了非平原區(qū)城市建設(shè)用地存量少、開(kāi)發(fā)難度大等問(wèn)題。而平原區(qū)城市更加注重的是“產(chǎn)業(yè)升級(jí)”，這也表明了平原區(qū)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)比非平原區(qū)城市高。

表2 節(jié)地模式主要影響因素

2.5 節(jié)地模式聚類結(jié)果

本文通過(guò)K-均值聚類法，利用10個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，將目前模范縣分為4類。分類結(jié)果如表3所示。

表3 城市分類結(jié)果

2.5.1 不同類城市經(jīng)濟(jì)特征

表4列出了不同城市主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況。由表4可以看出，不同城市的不同經(jīng)濟(jì)指標(biāo)平均值分布在不同的區(qū)間。一類城市人口多，城市化率高，人均GDP、城市人均可支配收入同樣高于其他幾類城市，且第一產(chǎn)業(yè)幾乎為零，著重發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)。二類城市第二產(chǎn)業(yè)比重最高，屬于工業(yè)主導(dǎo)型城市。三類城市個(gè)數(shù)最多，人口少，城市化率低，第一產(chǎn)業(yè)所占比重相比其他城市更高，城市人均可支配收入和人均G D P為四類城市中最低，相比于其他三類城市，該類城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平最低。四類城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平僅次于一類城市，分布于長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)圈，城市發(fā)展較快，二三產(chǎn)業(yè)齊頭并進(jìn)，人口較多，人均GDP和城市人均可支配收入同樣處于較高水平，該兩項(xiàng)指標(biāo)接近一線大城市。

2.5.2 不同類城市節(jié)地模式

表5為不同類城市節(jié)地模式占比情況。從表5可以看出，一類城市數(shù)目較少，多數(shù)屬于一線城市。其節(jié)地模式主要側(cè)重于“舊地改造”模式以及“產(chǎn)業(yè)升級(jí)”模式，同時(shí)“空中拓展”“地下開(kāi)發(fā)”“閑地清理”幾個(gè)模式所占比重相同。一類城市城市化率較高，城市主導(dǎo)發(fā)展產(chǎn)業(yè)為第三產(chǎn)業(yè)，屬于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市。該類城市在“新地開(kāi)發(fā)”上所占比重為零，說(shuō)明城市的平面拓展逐漸趨于極限，城市的下一步發(fā)展趨向于空間型拓展，“空中拓展”“地下開(kāi)發(fā)”為該類城市下一步土地節(jié)約集約利用模式首選。

二類城市數(shù)量最多，多數(shù)屬于二、三線城市，主要發(fā)展產(chǎn)業(yè)為第二、第三產(chǎn)業(yè)，目前主要節(jié)地模式是“舊地改造”“集中布局”。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有用地的“整理”改造城市面貌，實(shí)現(xiàn)土地節(jié)約集約利用。同時(shí)該類城市主要是工業(yè)發(fā)展型，通過(guò)“集中布局”提高地面產(chǎn)出強(qiáng)度，產(chǎn)生集聚效應(yīng)，“新地開(kāi)發(fā)”比重較大。該類城市屬于新城建設(shè)與舊城改造相結(jié)合的一類城市。

三類城市主要側(cè)重于“舊地改造”，通過(guò)對(duì)舊城區(qū)、舊村莊、舊產(chǎn)業(yè)基地的改造實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，促進(jìn)土地節(jié)約集約利用。

表4 不同城市主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)平均值（單位：萬(wàn)人，萬(wàn)元）

表5 不同類城市節(jié)地模式占比

四類城市主要側(cè)重于“產(chǎn)業(yè)升級(jí)”。該類城市全部位于浙江省，位于長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)圈。該類城市主要以節(jié)約集約倒逼企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，激勵(lì)企業(yè)提高畝產(chǎn)效益；以轉(zhuǎn)型升級(jí)彌補(bǔ)用地不足，實(shí)現(xiàn)了有限空間的優(yōu)質(zhì)、高效發(fā)展；利用“零土地”技改，以技術(shù)換空間。

3 結(jié)論與展望

(1)通過(guò)整理152個(gè)節(jié)約集約模范縣的節(jié)地技術(shù)，分析得出：目前節(jié)地模式主要有時(shí)間型、空間型、平面型三大類，以及8類子模式。八類子模式具體排序?yàn)闀r(shí)序優(yōu)化＞舊地改造＞集中布局＞空中拓展＞閑地清理＞產(chǎn)業(yè)升級(jí)＞新地開(kāi)發(fā)＞地下開(kāi)發(fā)。該排序反映了節(jié)地模式的總體情況，一定程度上可以反映節(jié)地模式實(shí)現(xiàn)的難易程度，以及節(jié)地模式選擇的順序。

(2)建設(shè)用地的節(jié)約集約主要通過(guò)時(shí)間型節(jié)地模式進(jìn)行規(guī)劃管控，采用“優(yōu)化時(shí)序”的節(jié)地模式對(duì)總體用地規(guī)劃予以強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)科學(xué)用地。另外“舊地改造”模式也為大多數(shù)城市所采取，“地下開(kāi)發(fā)”和“新地開(kāi)發(fā)”所占比例最小。城市的發(fā)展已經(jīng)不是單一的平面型發(fā)展，更注重在空間上的拓展。盤(pán)活土地存量，提高土地容積率是當(dāng)前城市發(fā)展的重點(diǎn)，也是建設(shè)用地節(jié)約集約的根本所在。

(3)不同地形地貌對(duì)應(yīng)的節(jié)地模式不同；不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平城市也采取不同的節(jié)地模式。平原城市和非平原城市差距較大，例如平原型經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)優(yōu)選空中拓展、地下開(kāi)發(fā)節(jié)地模式，分布在山地區(qū)和高原的經(jīng)濟(jì)相對(duì)不發(fā)達(dá)的城市沒(méi)有選擇地下開(kāi)發(fā)模式。城市在選擇節(jié)地模式時(shí)要因地制宜，依據(jù)自身的地形地貌、經(jīng)濟(jì)特征進(jìn)行選擇。

本研究通過(guò)聚類分析在152個(gè)節(jié)地模范縣中區(qū)分了不同的城市群，并且用節(jié)地模式來(lái)刻畫(huà)不同城市群的特征，進(jìn)而總結(jié)了典型節(jié)地模式的特征。但是沒(méi)有將節(jié)地模式的特征描述得更為精確，沒(méi)有針對(duì)節(jié)地模式的適應(yīng)性進(jìn)行研究。接下來(lái)的研究應(yīng)該根據(jù)各地的現(xiàn)狀和需求，采用恰當(dāng)?shù)哪Ｐ蜑楣?jié)地模式建模，之后進(jìn)行相似度匹配，從現(xiàn)有的節(jié)地模式庫(kù)中搜索最適合用戶的若干模式，建立節(jié)地模式自動(dòng)匹配技術(shù)，確定節(jié)地模式適應(yīng)性，這對(duì)于節(jié)地模式在全國(guó)的推廣，提升土地集約節(jié)約利用的整體水平有重要意義。

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