廣州市主城區(qū)建筑立體形態(tài)的圈層分異及其影響因素

孫 武， 沈子桐， 歐陽(yáng)?？?， 孫 靚， 喬志強(qiáng)， 朱琳琳， 陳 翔

(華南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院， 廣州 510631)

在一定的平面單元基礎(chǔ)上，概括不同種類(lèi)建筑的空間組合，可構(gòu)建不同空間尺度的城市立體形態(tài)[1-5]. 基于多期建筑數(shù)據(jù)，可以對(duì)比分析城市立體形態(tài)的演變[6-7]. 城市尺度立體形態(tài)建模及其建筑組合是城市氣象環(huán)境研究的重要基礎(chǔ)，與此相關(guān)的模型化、參數(shù)化是目前城市尺度研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域[8]. 立體形態(tài)的模型構(gòu)建在風(fēng)道規(guī)劃、熱島強(qiáng)度研究等方面得到了廣泛地應(yīng)用[9-14].

平原型城市建筑的立體形態(tài)具有共同的發(fā)育特征[15-17]. 建筑高度和建筑密度在大型平原型城市(如紐約、上海市)呈現(xiàn)由中心向邊緣遞減的規(guī)律[18-21]. RATTI等[22]基于建筑高度與建筑密度，計(jì)算了多個(gè)城市的迎風(fēng)面密度(λf)和動(dòng)力粗糙度(z0). 類(lèi)似于建筑高度與建筑密度，λf和z0同樣具有由城市中心向邊緣呈圈層遞減的規(guī)律. 除了上述指標(biāo)外，城市天際線、城市體積及分維數(shù)、城市三維重心等指標(biāo)也適合于宏觀城市形態(tài)的表達(dá)[23-26]. 建筑的空間格局一般通過(guò)道路來(lái)反映，北京、成都和廣州等平原型城市的空間格局均經(jīng)歷了3種不同路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的演變[27-28]. 廣州市主城區(qū)依山傍水發(fā)育，建筑立體形態(tài)中主要的指標(biāo)(如建筑高度、建筑密度、建筑格局等)由中心向四周分異的規(guī)律以及對(duì)自然地理環(huán)境的依賴仍需要進(jìn)一步研究[29].

均質(zhì)平原是不同區(qū)位論提出的重要前提. 地價(jià)、功能區(qū)、人口密度所呈現(xiàn)的圈層結(jié)構(gòu)則是平面上最明顯的形態(tài)表現(xiàn). 在市場(chǎng)力量、政府規(guī)劃以及地形配置下，廣州市主城區(qū)的地租價(jià)格[30]、人口結(jié)構(gòu)與人口密度[31-33]以及商務(wù)辦公用地的聚集[34]在宏觀上均具有圈層發(fā)育的特征. 1990年以后，在老城區(qū)、工業(yè)和教育“飛地”、農(nóng)村社會(huì)區(qū)3種發(fā)展模式的驅(qū)動(dòng)下[ 35-38]，建筑空間形態(tài)也在相應(yīng)地發(fā)生變化. 由此可知，廣州市主城區(qū)的人口、地價(jià)分布對(duì)建筑立體形態(tài)發(fā)育也具有重要的影響.

綜上所述，本文采用同心圓概括的方法，利用廣州市主城區(qū)1960、1990、2017年的單點(diǎn)建筑物數(shù)據(jù)，分析1960年以來(lái)廣州市主城區(qū)建筑立體形態(tài)主要指標(biāo)的圈層分異與演變，將城市建筑形態(tài)與自然、經(jīng)濟(jì)環(huán)境聯(lián)系起來(lái)，探討海拔高度、人口密度及其地價(jià)對(duì)建筑立體形態(tài)的制約，完善城市建筑立體形態(tài)形成與演變的機(jī)理.

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究區(qū)域的地形特征

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的數(shù)據(jù)包括建筑形態(tài)屬性、人口和地價(jià)3種. 1960、1990、2017年的建筑面、高度屬性以及土地利用數(shù)據(jù)均來(lái)自1∶2000地形圖的掃描、配準(zhǔn)和矢量化. 由地形圖解譯構(gòu)建單點(diǎn)建筑物、土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù). 主城區(qū)基于居委會(huì)單元的人口數(shù)據(jù)來(lái)自第六次全國(guó)人口普查，并根據(jù)2015 年廣州市各區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒里農(nóng)業(yè)與非農(nóng)業(yè)人口[39]進(jìn)行了更新. 廣州市地價(jià)數(shù)據(jù)包括居住、商業(yè)、辦公和工業(yè)用地的基準(zhǔn)地價(jià)[40].

1.2 研究區(qū)域的地形特征

本文所劃定的主城區(qū)是個(gè)相對(duì)概念，重點(diǎn)指廣州市老八區(qū)及其周邊區(qū)域. 海珠廣場(chǎng)、烈士陵園和珠江新城分別位于1960、1990、2017年主城區(qū)的中央商務(wù)區(qū)(CBD)地段，且也分布在珠江北岸東擴(kuò)的建筑高度軸上，故選定這3個(gè)地段分別為相應(yīng)時(shí)代的幾何中心. 1960年的主城區(qū)半徑約為6 km，1990年和2017年的主城區(qū)半徑均約為12 km.

1990、2017年的廣州市主城區(qū)，中心部分沿珠江前航道分布，兩岸地形平坦；北部為海拔300 m左右的白云山丘陵；東南部為分布連片的濕地與水域. 海拔30 m以下的總面積中，1960、1990、2017年的建筑基底面積分別占99%、95%、92%；而海拔50 m以下的總面積中，3期的建筑基底面積均占99%. 由此表明，3期的建筑物基本聚集在平原之上. 因此，主城區(qū)所具有的平原型自然地理特點(diǎn)，以及北依白云山、南傍珠江水的自然地理格局將對(duì)建筑立體形態(tài)的圈層分異產(chǎn)生重要的影響.

2 主要指標(biāo)

為了概括表達(dá)平原型城市立體形態(tài)主要指標(biāo)的圈層分異規(guī)律，探討海拔高度、地價(jià)和人口密度對(duì)城市建筑形態(tài)的制約機(jī)理. 本文以主城區(qū)的幾何中心為中心點(diǎn)，用不同的半徑間隔做緩沖，分別計(jì)算環(huán)內(nèi)的建筑高度、建筑密度、建筑高度離散度、建筑走向、地價(jià)和人口密度等，擬合由中心向邊緣分異的函數(shù)形式. 文中所使用的指標(biāo)有：

(1)建筑高度：為統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)單點(diǎn)建筑物占區(qū)域內(nèi)總建筑面積的權(quán)重高度之和，也是不考慮地形的建筑物相對(duì)高度H：

(1)

其中，s′為建筑基底總面積，hi及si分別為第i棟的建筑高度及其相應(yīng)的基底面積.

(2)建筑密度：為區(qū)域內(nèi)總建筑基底面積與區(qū)域總面積的比值.

(3)區(qū)域內(nèi)單點(diǎn)建筑物高度的離散度σ：

(2)

(4)圓度C：也稱為圓形度(Circularity)，反映了建筑基底形狀接近圓形的程度，定義為4π倍的區(qū)域面積A與周長(zhǎng)P的平方之比：

(3)

許多單點(diǎn)建筑物由于平面上相鄰而具有共同的邊界. 本文將平面上具有公共邊界的單點(diǎn)建筑物進(jìn)行融合，以確定建筑物的平面形狀與建筑走向，這樣處理的結(jié)果將使建筑基底面的圓度與建筑走向更具有概括性.

(5)建筑走向和建筑格局. 與通常用路網(wǎng)反映建筑走向的思路不同，本文以建筑融合面的主延伸方向作為建筑走向，選取200 m格網(wǎng)內(nèi)占比最高的建筑走向作為格網(wǎng)的走向. 從正東西、正南北、正東南/西北與正西北/東南4個(gè)方向向左右各擴(kuò)展22.5°，將建筑走向概括為東西、南北、東南/西北與東北/西南4種類(lèi)型. 平面單元上不同的建筑走向及其走向間的相互組合，形成不同的建筑格局. 主導(dǎo)的建筑走向決定了建筑的基本空間格局.

(6)地價(jià)指數(shù). 居住、商業(yè)、辦公和工業(yè)用地的基準(zhǔn)地價(jià)具有8個(gè)等級(jí). 為了綜合反映城市綜合基準(zhǔn)地價(jià)水平的區(qū)域差異和圈層分異，將4類(lèi)地價(jià)無(wú)量綱化，然后以不同地類(lèi)的面積作為權(quán)重按一定區(qū)域加總:

(4)

其中，LV為地價(jià)指數(shù)，αij代表第i種地類(lèi)第j個(gè)價(jià)格等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的價(jià)格，wij代表第i種地類(lèi)第j個(gè)價(jià)格等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的面積權(quán)重.

(7)人口密度：為單位土地面積上的人口數(shù)量.

3 建筑指標(biāo)及其影響因子的圈層分異

3.1 建筑高度、建筑密度和建筑高度離散度

1960、1990、2017年，廣州市主城區(qū)的建筑高度、建筑密度和建筑高度離散度由中心向四周遞減是立體形態(tài)最明顯的特點(diǎn)(圖1).

由圖1A可知：1960、1990、2017年建筑高度的擬合對(duì)數(shù)函數(shù)的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.91、0.27和0.76;1960年的相關(guān)性最高，建筑高度由中心向外以對(duì)數(shù)形式遞減；1990年的中心區(qū)域?yàn)榱沂苛陥@，建筑高度低，導(dǎo)致R2偏低，但主城區(qū)半徑2 km以外的遞減規(guī)律明顯；2017年，在主城區(qū)半徑10 km以外的建筑高度有所提高，主要是由于大學(xué)城與番禺次級(jí)高度組團(tuán)的抬升作用.

圖1 建筑高度、建筑密度和建筑高度離散度的圈層分異

由圖1B可知：1960、1990、2017年的建筑密度的擬合曲線均呈三次函數(shù)，中心區(qū)低、外圍迅速升高后逐步向外遞減，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.97、0.87、0.87. 1960年在主城區(qū)半徑2 km處的建筑密度最大，1990年和2017年在主城區(qū)半徑4 km處的建筑密度最大，然后均向外圍迅速遞減. 盡管1960年的建筑密度也呈三次函數(shù)，但建筑密度由中心向四周遞減的幅度劇烈：中心區(qū)的建筑密度在30%以上(最高接近50%)；在主城區(qū)半徑2～4 km處，建筑密度從45%迅速下降到5%左右. 中心區(qū)與外圍區(qū)之間較大差異的建筑密度反映了本時(shí)期城鄉(xiāng)對(duì)比明顯、界線清晰的特點(diǎn). 1990、2017年的擬合曲線更具有一致性，均由中心向外逐漸過(guò)渡，只是在主城區(qū)半徑7 km以內(nèi)，2017年的建筑密度普遍比1990年的高3%～5%.

由圖1C可知：建筑高度離散度由中心向四周也呈三次函數(shù)遞減. 1960、1990、2017年的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.90、0.50、0.93. 1990年，中心區(qū)的建筑高度離散度低；1960、2017年的建筑高度離散度的最高點(diǎn)均在中心區(qū). 建筑高度離散度依賴于高層與超高層建筑的空間分布：主城區(qū)外圍基本以低層或多層建筑為主，建筑高度相對(duì)均一，故建筑高度離散度低. 相反，中心區(qū)的高層與超高層建筑數(shù)量多，建筑高差大，故建筑高度離散度高. 隨著時(shí)間演變，建筑高度離散度普遍提高，且提高的幅度越來(lái)越大. 1960、1990、2017年的建筑高度離散度分別為2.5%～5%、5%～12%、8%～60%. 特別是2017年，在主城區(qū)半徑4 km以內(nèi)，建筑高度離散度由15%提高到60%.

由此可見(jiàn)，與上海、紐約等城市一樣，廣州市主城區(qū)的建筑高度、建筑密度和建筑高度離散度呈由中心向四周遞減的趨勢(shì)，該趨勢(shì)是平原型城市立體形態(tài)圈層格局的共同特點(diǎn).

3.2 建筑基底面的圓度

以圓度0.1為步長(zhǎng)，統(tǒng)計(jì)各區(qū)段內(nèi)3期建筑基底面形狀對(duì)應(yīng)的圓度出現(xiàn)的頻率，并分別挑選出各區(qū)段占比最高的形狀作為該區(qū)段的圓度示意形狀. 10個(gè)圓度區(qū)段對(duì)應(yīng)10個(gè)示意形狀，隨著圓度的提高，示意形狀由較復(fù)雜形狀逐漸向近似矩形、近似方形、近似圓形變化. 由圖2可知：(1)1960、1990、2017年，圓度頻率以0.7～0.8區(qū)段最高，然后向兩側(cè)遞減. (2)由圓度對(duì)形狀的示意可以看出，圓度0.8以上的形狀更接近圓形，圓度為0.7～0.8的近似方形，圓度為0.6～0.7的近似矩形. 1960、1990、2017年的圓度在0.7～0.8之間出現(xiàn)頻率分別為21%、42%、38%. 對(duì)于圓度在0.5～0.8之間出現(xiàn)的頻率合計(jì)，除了1960年的稍低外(57%)，1990、2017年的分別高達(dá)79%、69%. 可見(jiàn)，主城區(qū)建筑基底形狀主要由近似矩形和近似方形組成. (3)基底主要形狀(近似方形、近似矩形)在1960、1990、2017年的占比分別為41%、67%、55%,由此可判斷3個(gè)時(shí)期的基底形狀由主城區(qū)中心向四周分布的差異性不明顯.

圖2 3期建筑物圓度頻率的變化

3.3 建筑物走向與格局

1960、1990、2017年的建筑物走向在分布與演變上具有明顯的特點(diǎn). 在組成上，東西、南北走向的占比接近，東西走向的稍高，合計(jì)達(dá)到2/3以上；東南/西北與西北/東南2種斜向類(lèi)型的占比合計(jì)少于1/3，其中所占比例由東西、南北、東南/西北到東北/西南逐次遞減. 總體上，主城區(qū)東西和南北組成的格網(wǎng)構(gòu)成了城市建筑平面格局的主體與背景.

不同的建筑走向相互之間具有內(nèi)在的聯(lián)系，從而形成了一定的空間集聚特征. 為了尋找1960、1990、2017年建筑走向的空間集聚規(guī)律，采用ArcGIS10.4中的鄰近分析工具，得到最鄰近地理實(shí)體組合(二元組合特征). 用全局參與指數(shù)P[42-43]來(lái)反映建筑走向間的互生群聚關(guān)系：

(5)

其中，C為組合特征；fi為C中的第i種要素類(lèi)型；pr(C,fi)指滿足特征C的要素類(lèi)型fi的全局參與率(%).

設(shè)定全局參與指數(shù)的最小閾值為50%，通過(guò)對(duì)建筑走向的計(jì)算，建筑格局組合有2類(lèi)表現(xiàn)明顯(表1)：(1)東西+南北走向的格網(wǎng)在1960、1990、2017年均具有較高的空間抱團(tuán)出現(xiàn)的概率，全局參與指數(shù)高達(dá)60%以上. 1960年,該組合最明顯，占比超過(guò)70%. 因此，該組合可視為主城區(qū)普遍分布的特征. (2)1960、1990、2017年，西南/東北+西北/東南走向的斜向格局的全局參與指數(shù)分別為14.60%、9.47%、13.35%，是僅次于東西+南北格局的第2類(lèi)占比較高的組合. 值得注意的是南北+西南/東北走向的組合在2017年超過(guò)20%. 總體上，主城區(qū)在地形平坦、水域較少的區(qū)域，東西與南北走向的建筑更易聚集，從而形成東西+南北走向的格網(wǎng)組合. 相反，在水域密集和地形起伏的區(qū)域，西南/東北、西南/東北+西北/東南類(lèi)走向的建筑相對(duì)更易抱團(tuán)，形成斜向組合的格網(wǎng).

表1 不同組合下的全局參與指數(shù)Table 1 The global participation index %

為了概括建筑格局的分異規(guī)律，同樣通過(guò)1960、1990、2017年的幾何中心，按200 m格網(wǎng)形成的格網(wǎng)環(huán)為緩沖，統(tǒng)計(jì)各類(lèi)走向出現(xiàn)的頻率. 為了突出斜向建筑在主城區(qū)的空間差異，將西南、東北、西北、東南4類(lèi)走向的建筑統(tǒng)稱為斜向建筑. 由圖3可知：1960年，主城區(qū)的圈層半徑雖然只有6 km，但也存在斜向建筑比例由中心向外圍增加的趨勢(shì). 1990、2017年，主城區(qū)的圈層半徑擴(kuò)大到12 km，中心區(qū)的建筑格局仍以東西和南北組成的格網(wǎng)占優(yōu). 外圍地區(qū)的斜向型組合增加，占比由圈層2 km處的15%增加到圈層12 km處的30%. 總體上，主城區(qū)的建筑格局以東西向?yàn)橹?，中心區(qū)東西向占比較高，外圍地區(qū)其他走向增加，特別是斜向，建筑格局的圈層分異明顯.

圖3 斜向建筑的圈層分異

3.4 地價(jià)指數(shù)與人口密度

通過(guò)綜合基準(zhǔn)地價(jià)指數(shù)來(lái)表征主城區(qū)區(qū)位的差異，反映市場(chǎng)力量對(duì)用地類(lèi)型的綜合影響. 主城區(qū)中心區(qū)的基準(zhǔn)地價(jià)高，區(qū)位優(yōu)勢(shì)突出，保險(xiǎn)、金融、商務(wù)類(lèi)企業(yè)占比高、高層居住小區(qū)密集；相反，主城區(qū)外圍地區(qū)的基準(zhǔn)地價(jià)低，農(nóng)地、生態(tài)用地以及工業(yè)用地比例高，商務(wù)辦公用地的聚集度與級(jí)別低. 以珠江新城為中心，以500 m半環(huán)為緩沖，4類(lèi)基準(zhǔn)地價(jià)均以線性函數(shù)由主城區(qū)中心向外遞減，R2在0.92～0.95之間(圖4A). 商業(yè)用地的地價(jià)最高，居住用地和辦公用地依次降低，工業(yè)用地的最低. 另外，4類(lèi)直線的傾斜度逐步降低，主城區(qū)內(nèi)外之間的差異減小，特別是工業(yè)用地的地價(jià). 相反，市場(chǎng)力量主導(dǎo)的商業(yè)用地與居住用地的基準(zhǔn)地價(jià)由內(nèi)向外具有較大的遞減幅度.

圖4 2017年地價(jià)與人口密度的圈層分異

由圖4B可知：(1)人口密度擬合曲線中間高兩側(cè)低. 人口的空間分布與城市發(fā)展歷史和功能區(qū)的性質(zhì)密切相關(guān). 越秀、荔灣區(qū)作為老城區(qū)，其人口密度最高，從而使人口密度擬合曲線在半徑7.5 km處得到了抬升. 相比之下，珠江新城區(qū)域由于公園綠地和珠江水域的分布，人口密度稍低. 整體上，天河、越秀、荔灣區(qū)的人口密度最高，并有連綿成片的趨勢(shì)；白云、海珠區(qū)的人口密度逐漸下降. (2)人口密度與基準(zhǔn)地價(jià)指數(shù)擬合曲線存在差異，只是在半徑7.5 km以外，兩因子才呈現(xiàn)遞減的圈層結(jié)構(gòu).

4 建筑高度、建筑密度、地價(jià)、人口密度間的關(guān)系

利用1960、1990、2017年500 m格網(wǎng)內(nèi)的建筑指標(biāo)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算指標(biāo)間的線性關(guān)系. 高度指標(biāo)有3種：格網(wǎng)內(nèi)單點(diǎn)建筑物面積權(quán)重的高度之和為建筑高度；格網(wǎng)內(nèi)單點(diǎn)建筑高度的平均值為算數(shù)高度；格網(wǎng)內(nèi)單點(diǎn)建筑物中的最高建筑物高度為最高高度. 由表2可知：(1)3個(gè)高度指標(biāo)的相關(guān)性高，相互可以替代. 特別是算數(shù)高度和建筑高度的相關(guān)性在1960、1990、2017年分別為0.92、0.80、0.87，兩者的相關(guān)性最高. (2)3個(gè)高度指標(biāo)與建筑高度離散度呈現(xiàn)較高的正相關(guān)性，只是在2017年稍有降低. (3)建筑密度與3個(gè)高度指標(biāo)在1960、1990年呈正相關(guān)(相關(guān)性在0.23～0.51之間)；2017年，建筑密度與建筑高度、算數(shù)高度呈負(fù)相關(guān)，與最高高度、高度離散度的相關(guān)性很低. 綜合前文對(duì)建筑格局與建筑基底形狀的分析，可以確定建筑高度、建筑密度、建筑走向3個(gè)指標(biāo)為立體形態(tài)圈層分異相對(duì)獨(dú)立的核心指標(biāo).

表2 1960、1990、2017年500 m格網(wǎng)建筑指標(biāo)間的相關(guān)性Table 2 The correlation between building indicators on the 500 m grid in 1960,1990 and 2017

基于500 m和1 000 m兩類(lèi)格網(wǎng)，計(jì)算建筑高度、建筑密度、地價(jià)指數(shù)和人口密度間的關(guān)系. 在500 m尺度上，因子之間的關(guān)系不明顯，但在1 000 m尺度上，人口密度與建筑密度、地價(jià)指數(shù)與建筑高度、地價(jià)指數(shù)與建筑密度具有較好的線性關(guān)系(圖5)：人口密度與建筑密度的相關(guān)性最高(R2=0.41)，地價(jià)指數(shù)與建筑高度的相關(guān)性次之(R2=0.29). 雖然地價(jià)指數(shù)與建筑密度的相關(guān)性相對(duì)較低(R2=0.15)，但也表明高地價(jià)不但可以提高建筑高度，也可以促進(jìn)建筑密度的增加，以提高容積率. 地價(jià)指數(shù)、人口密度、建筑高度與建筑密度間的相關(guān)性表明：地價(jià)是城市建筑高度、人口密度由中心向外圍遞減的核心制約因子，是城市立體形態(tài)指標(biāo)呈圈層分異的背景因素.

圖5 建筑屬性與地價(jià)指數(shù)、人口密度間的關(guān)系

5 圈層分異的綜合體現(xiàn)

主城區(qū)立體形態(tài)的圈層分異不但體現(xiàn)在單因子指標(biāo)上，綜合因子方面也有反映，最明顯地體現(xiàn)在立體形態(tài)的演變與地價(jià)、人口密度、建筑屬性的綜合分類(lèi)上,深層次上揭示了圈層形成中自然與人文因素的綜合作用.

5.1 立體形態(tài)演變的圈層性

基于500 m格網(wǎng)，利用1960、1990、2017年建筑高度和建筑密度的變化率，計(jì)算立體形態(tài)的綜合變化率，分析1960年以來(lái)建筑物演替速度的空間差異特征：

K=(Ub-Ua)/Ua×100%,

(6)

其中，K為該時(shí)間段指標(biāo)的變化率，Ua、Ub為研究初期與研究末期該指標(biāo)的數(shù)量.

將建筑密度和建筑高度2個(gè)指標(biāo)在1960—1990、1990—2017、1960—2017年3個(gè)階段的變化率由小到大分為3級(jí)，分別賦值為1、2、3，并把每個(gè)格網(wǎng)上2個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的值進(jìn)行加總，然后把得分最低和最高分別定義為“穩(wěn)定”和“迅速”2個(gè)等級(jí)，再將其他得分劃分為“一般”和“較快”2個(gè)等級(jí)，從而得到立體形態(tài)演替速度的4個(gè)等級(jí)：穩(wěn)定、一般、較快和迅速. 由圖6可知：(1)1960—1990、1960—2017、1990—2017年的立體形態(tài)演替呈現(xiàn)以越秀、荔灣老城區(qū)為城市擴(kuò)張核心的圈層擴(kuò)張的特點(diǎn)：最內(nèi)圈層老城區(qū)類(lèi)型簡(jiǎn)單、演替速度始終較低，變化相對(duì)穩(wěn)定；中間圈層的面積增加，與內(nèi)圈層相比，演替速度加快，達(dá)到“一般”等級(jí)；最外圈層是4種等級(jí)交錯(cuò)分布，其中“較快”與“迅速”等級(jí)占比高，總體演替速度快. (2)1990—2017年與1960—1990、1960—2017年的圈層的演替速度稍有差異，2017年中心區(qū)(珠江新城)的演替速度集中了“迅速”與“較快”2個(gè)等級(jí)，具有外圈層高速增長(zhǎng)的特征. (3)立體形態(tài)圈層演變結(jié)構(gòu)的形成，與廣州市主城區(qū)針對(duì)老城區(qū)、“飛地”以及外圍城郊村的專項(xiàng)規(guī)劃政策具有密切的聯(lián)系. 基于民國(guó)歷史文化街區(qū)風(fēng)貌的保護(hù)政策，最內(nèi)圈層的變化始終較?。恢虚g圈層伴隨城中村或“飛地”的規(guī)劃，演替速度以“一般”等級(jí)為主；最外圈層分布大量城郊村和農(nóng)地，“三舊”建設(shè)的改造力度大，演替速度總體較高.

圖6 立體形態(tài)演變速度的圈層

5.2 綜合分類(lèi)的圈層性

以2017年數(shù)據(jù)為例，選擇地價(jià)指數(shù)、人口密度、建筑高度和建筑密度4個(gè)因子，在1 000 m格網(wǎng)上將各因子無(wú)量綱化后分為3檔，然后結(jié)合非建筑區(qū)域的生態(tài)用地進(jìn)行聚類(lèi)，以分析主城區(qū)綜合經(jīng)濟(jì)、自然與建筑因素的圈層分布(圖7). 為了更好地反映區(qū)位、自然地理格局與綜合圈層發(fā)育之間的關(guān)系，圖7的背景使用了衛(wèi)星影像. 由圖7可知廣州主城區(qū)可劃分為5種綜合類(lèi)型，空間分布上具有圈層性：(1)老城區(qū)類(lèi)，以越秀、荔灣區(qū)為典型. 1960年以來(lái)，在民國(guó)建筑的基礎(chǔ)上，越秀、荔灣區(qū)的建筑高度抬升，地價(jià)指數(shù)、人口密度、建筑高度和建筑密度4個(gè)因子在主城區(qū)處于最高一檔，更多地反映了主城區(qū)圈層拓展的核心，組成類(lèi)型單一. (2)老城區(qū)外圍類(lèi). 該類(lèi)環(huán)繞老城區(qū)外圍分布，面積大，為1960—2017年城市重點(diǎn)擴(kuò)張的區(qū)域. 由于開(kāi)發(fā)時(shí)間新，規(guī)劃調(diào)控力度大，故其建筑密度稍低于老城區(qū)類(lèi)，而其他3個(gè)因子與老城區(qū)類(lèi)的處于同一級(jí)別. (3)城中村類(lèi). 該類(lèi)夾雜于老城區(qū)外圍類(lèi)，與外圍類(lèi)共處于同一圈層. 由于城中村數(shù)量多、面積大，構(gòu)成了主城區(qū)城市建筑組合的獨(dú)特類(lèi)型，4個(gè)因子皆為中檔. (4)城郊村類(lèi). 該類(lèi)與城中村類(lèi)相比，建筑高度稍低，建筑密度差異不大，但地價(jià)指數(shù)和人口密度相對(duì)較低，工業(yè)用地比例較高. (5)生態(tài)用地類(lèi). 該類(lèi)與城效村類(lèi)交錯(cuò)組成最外圈層，主要分布在主城區(qū)北部的白云山和南部的海珠濕地，建筑高度、建筑密度、地價(jià)指數(shù)和人口密度指標(biāo)處于最低一檔. 由于緊鄰水域、濕地或臨近白云山，城郊村類(lèi)和生態(tài)用地類(lèi)的建筑空間組合中斜向建筑比例明顯增加. 總之，地價(jià)指數(shù)、人口密度與建筑屬性的綜合分類(lèi)與城市尺度立體形態(tài)演替速度在空間上的分異類(lèi)似，均有圍繞老城區(qū)圈層分布的特點(diǎn)：老城區(qū)相對(duì)完整連片；由老城區(qū)向外，空間組合交錯(cuò)分布增多. 實(shí)質(zhì)上，外圍地區(qū)建筑類(lèi)型的交錯(cuò)分布是外圍地區(qū)演替類(lèi)型多樣化的反映.

圖7 綜合分類(lèi)的圈層

6 討論

廣州市主城區(qū)建筑的分異格局與演變依賴于依山傍水平原型城市的地理格局、市場(chǎng)力量以及城市規(guī)劃三方面的共同作用.

(1)主城區(qū)的中心區(qū)處于平坦的珠江前航道兩岸，具有較高的建筑密度和建筑高度，建筑格局以東西走向和格網(wǎng)狀為主；外圍地區(qū)受到白云山丘陵、湖泊、濕地的影響，斜向建筑占比較高. 為了突出斜向建筑在主城區(qū)的空間差異，定義斜向建筑為西南、東北、西北、東南4類(lèi)走向的建筑. 以2017年為例，基于200 m格網(wǎng)分別統(tǒng)計(jì)海拔5 m高度段內(nèi)斜向建筑的占比，分析海拔高度對(duì)建筑走向的影響. 由結(jié)果(圖8)可知：在海拔100 m以下，隨著海拔升高，斜向建筑的占比由20%增加到40%. 另外，選擇主城區(qū)最大的水域(珠江段)和東南部的濕地作為水域和濕地的代表樣本，以50 m為緩沖，同樣基于200 m格網(wǎng)分別統(tǒng)計(jì)各緩沖帶內(nèi)斜向建筑的占比. 考慮到臨近水域和濕地的建筑走向共同依賴于水域和濕地的邊界，兩者對(duì)建筑走向的影響具有共同的特點(diǎn)，故選擇同一緩沖帶內(nèi)的距離水域、濕地的斜向建筑占比的平均值進(jìn)行分析. 由結(jié)果(圖9)可知：在距離水域和濕地100 m之內(nèi)，斜向建筑占比在28%～40%之間；100～400 m之間，斜向建筑占比穩(wěn)定在25%左右，影響不明顯. 對(duì)比海拔、水域和濕地對(duì)主城區(qū)斜向建筑的影響，地形表現(xiàn)出較大的空間尺度，屬于宏觀背景；而水域和濕地僅在百米之內(nèi)，屬于區(qū)域性的微觀因子. 因此，廣州市主城區(qū)依山傍水的地理格局，從宏觀與微觀兩方面直接影響了建筑走向與格局的空間分異，反映了廣州市主域區(qū)立體形態(tài)發(fā)育的獨(dú)特性.

圖8 不同海拔高度段的斜向建筑占比

圖9 不同緩沖帶內(nèi)的斜向建筑占比

(2)在1 000 m尺度上，地價(jià)指數(shù)與人口密度、建筑密度、建筑高度間的相關(guān)性表明，在競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制作用下，土地的市場(chǎng)價(jià)值通過(guò)地價(jià)體現(xiàn)出來(lái)，并通過(guò)地價(jià)深層次上制約建筑高度、建筑密度與人口密度的空間分異. 城市中心區(qū)的土地資源稀缺，導(dǎo)致地價(jià)上升，單位面積產(chǎn)值較高的CBD用地聚集，而污染重、效益相對(duì)低的工業(yè)用地逐漸往外圍郊區(qū)轉(zhuǎn)移. 在市場(chǎng)機(jī)制的長(zhǎng)期作用下，主城區(qū)的用地類(lèi)型逐漸演變形成了中心區(qū)以CBD、行政教育、生活用地為主，外圍區(qū)農(nóng)業(yè)、工業(yè)與生態(tài)用地占優(yōu)的圈層配置，從而決定了主城區(qū)立體形態(tài)與建筑組合呈圈層分布的形式. 可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)隨著主城區(qū)核心CBD區(qū)位的變化，地價(jià)高中心隨之發(fā)生遷移，建筑立體形態(tài)的圈層結(jié)構(gòu)也會(huì)相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整.

(3)珠江新城的CBD和大學(xué)城的規(guī)劃與建設(shè)，“南拓、北優(yōu)、東進(jìn)、西聯(lián)、中調(diào)”戰(zhàn)略的實(shí)施，以及“三舊”改造的推動(dòng)，是廣州市政府通過(guò)規(guī)劃引導(dǎo)城市發(fā)展的主要舉措. 北部的白云山與主城區(qū)西部有限的空間限制了主城區(qū)向北及向西的擴(kuò)展. 長(zhǎng)堤沿江西路的CBD在1940年代已發(fā)育形成，此后，沿珠江北岸發(fā)展延伸到1960年的海珠廣場(chǎng). 1990—2017年，主城區(qū)的CBD仍繼續(xù)東進(jìn)，使珠江新城成為目前廣州市主城區(qū)CBD的核心. 1960、1990、2017年幾何中心的選取雖然可能存在隨機(jī)性，但從主城區(qū)宏觀尺度來(lái)看，1960年以來(lái)，主城區(qū)CBD沿珠江北岸的持續(xù)東進(jìn)體現(xiàn)了規(guī)劃對(duì)城市發(fā)展主軸的引領(lǐng)，保證了3期建筑高度和建筑密度由中心向四周遞減及建筑空間組合的圈層表達(dá).

7 結(jié)論

利用同心圓概括的方法，分析1960年以來(lái)廣州市主城區(qū)建筑立體形態(tài)主要指標(biāo)的圈層分異與演變，將城市建筑形態(tài)與自然、經(jīng)濟(jì)環(huán)境聯(lián)系起來(lái)，探討海拔高度、人口密度及其地價(jià)對(duì)建筑立體形態(tài)的制約，完善城市建筑立體形態(tài)形成與演變的機(jī)理. 主要結(jié)論如下：

(1)1960年以來(lái)，盡管主城區(qū)范圍不同，CBD中心向東遷移，但立體形態(tài)的主要指標(biāo)(建筑高度、建筑密度、建筑高度離散度)均由中心向四周降低，斜向建筑比例增多，圈層分異明顯.

(2)1960年以來(lái)，立體形態(tài)的增長(zhǎng)速度具有以荔灣、越秀老城區(qū)為核心向外圈層增加的特點(diǎn). 以地價(jià)指數(shù)、人口密度、建筑高度和建筑密度等指標(biāo)在1 000 m格網(wǎng)上主城區(qū)可聚集成圍繞老城區(qū)向外逐步過(guò)渡的經(jīng)濟(jì)、自然和建筑的綜合圈層類(lèi)型.

(3)廣州城市立體形態(tài)近似圈層的分異格局與演變依賴于依山傍水平原型城市的地理格局、城市規(guī)劃和市場(chǎng)力量三方面的共同作用.