城市建成區(qū)土地承載壓力與潛力分析評價方法

弓 婷，李建松，羅名海，何麗華，盧賓賓，秦思嫻，史祎琳，楊娜娜，肖 銳，邢 文

（1.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065；2.武漢大學遙感信息工程學院，湖北 武漢 430079；3.武漢測繪研究院，湖北 武漢 430022；4.湖北省地理國情監(jiān)測中心，湖北 武漢 430071；5.武漢新芯集成電路制造有限公司，湖北 武漢 430000）

近年來，隨著城市建設、工業(yè)化進程的快速推進，人口、產(chǎn)業(yè)不斷向城市集聚，有限的土地資源需要面對規(guī)模更大、強度更高的經(jīng)濟社會活動，人地關系之間的矛盾愈演愈烈[1-2]。面對城市用地緊張的問題，挖掘現(xiàn)有建設用地潛在存量，優(yōu)化配置土地資源，提高土地集約節(jié)約利用水平，是解決該問題的有效途徑之一。

本文通過將建成區(qū)用地空間劃分為生活空間和生產(chǎn)空間[3]，選擇人口、經(jīng)濟、建設和交通四類主要土地承載對象[4]，分別在2個空間構(gòu)建壓力和潛力指標體系，采用地理加權(quán)主成分分析模型進行土地資源承載壓力和潛力綜合評價，獲得壓力和潛力的空間分布和差異信息。利用武漢市地理國情普查數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，對本文方法進行了驗證。

1 城市建成區(qū)土地承載壓力與潛力指標體系

1.1 城市功能空間劃分

考慮到土地承載對象的差異性，參照三生空間[5]的劃分標準，將城市建成區(qū)劃分為生態(tài)用地、生活用地和生產(chǎn)用地3種空間類型，劃分標準見表1。

表1 城市功能空間劃分依據(jù)

1.2 土地承載壓力與潛力評價指標體系

本文從人口、經(jīng)濟、建設和交通4個主要土地承載對象，分別在生產(chǎn)和生活2個空間，從承載壓力與潛力2個維度，遴選出26項指標構(gòu)建了評價指標體系（見表2）。其中承載壓力指標反映的是土地所能提供的供需關系下表現(xiàn)的狀態(tài)；承載潛力反映的是土地緊約束條件下4 類承載對象發(fā)展的潛力因素，通過與國內(nèi)一線城市的比較，挖掘土地潛在的存量和價值。

表2 城市土地資源承載力評價指標體系

1.2.1 人 口

土地人口承載壓力是指在一定生活條件下，土地的生產(chǎn)能力及在一定生活水平下承載的人口數(shù)量[6]。承載壓力指標考慮常住人口密度[7]、就業(yè)人口密度和活動人口等指標，表示評價空間承載人口的空間密集程度，反映人口增長對土地需求的壓力。承載潛力指標考慮存量建設用地、三舊改造用地等后備及可優(yōu)化的土地資源，以未建地和低效用地為對象，經(jīng)過對其盤活和改造利用，釋放存量土地資源反映可容納人口的潛力。

1.2.2 經(jīng) 濟

土地經(jīng)濟承載壓力是指在一定的社會經(jīng)濟技術和城市的區(qū)位下，城市土地的經(jīng)濟價值產(chǎn)出能力。它從土地資源的角度反映了城市經(jīng)濟規(guī)模和增值潛力[8]。承載壓力指標從土地經(jīng)濟產(chǎn)出效益和土地投入水平角度選取地均GDP[9]、地均財政收入和地均固定資產(chǎn)投資額等指標。承載潛力指標考慮商業(yè)服務業(yè)集聚水平、高新技術產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比等指標，反映區(qū)域經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平，以地均GDP 指標對標國內(nèi)一線城市，以差值反映土地經(jīng)濟承載潛力。

1.2.3 建 設

土地建設規(guī)模承載壓力是指在一定的經(jīng)濟社會發(fā)展需求和城市基礎設施條件下，建設用地所承載的適宜建筑規(guī)模和強度界限[10]。承載壓力指標從土地資源的空間開發(fā)強度及利用效益角度選取容積率、建筑密度、高層建筑占比等指標，其值越高土地集約利用水平越高，反之會減弱土地的使用價值，降低土地的集約利用水平。潛力指標通過將現(xiàn)狀容積率和建筑密度與城市用地建設強度指標控制標準進行對標，以差值反映土地建設承載潛力。

1.2.4 交 通

土地交通承載壓力是指在一定的時期、區(qū)域內(nèi)，由于土地開發(fā)和利用引發(fā)經(jīng)濟社會活動而產(chǎn)生的交通出行需求，與交通設施所能提供的交通供給之間的協(xié)調(diào)關系，其本質(zhì)所反映的就是交通需求和交通供給間的協(xié)調(diào)關系[11]。承載壓力指標從道路交通資源供給和需求角度選取人均道路面積、路網(wǎng)密度、交通流量等指標，交通需求超過交通設施的供給時，就會引發(fā)交通擁堵，造成土地資源的高度承壓。承載潛力指標考慮路網(wǎng)密度變化率、公共站線和軌道交通服務能力等指標。

1.3 土地承載壓力與潛力評價方法

1.3.1 土地承載壓力計算方法

土地承載壓力計算方法是以街道為評價單元，對人口、經(jīng)濟、建設和交通4個方面壓力指標進行加權(quán)計算，得到綜合承載壓力指數(shù)，反映每個評價單元土地承載的總體狀況。本文采取地理加權(quán)主成分分析方法，綜合考慮空間異質(zhì)性特征影響，采用局部的主成分分析進行土地承載壓力集成評價，增強對社會經(jīng)濟地理分異現(xiàn)象的分析和解釋。地理加權(quán)主成分是通過不同地點的地理加權(quán)均值、地理加權(quán)方差及協(xié)方差的計算得到的[12-15]。計算公式如下。

地理加權(quán)協(xié)方差矩陣：

在位置(ui,vi)處，地理加權(quán)主成分求解為：

式中，L(ui,vi)為地理加權(quán)特征向量矩陣，V(ui,vi)為地理加權(quán)特征值的對角矩陣。

1.3.2 土地承載潛力計算方法

綜合承載潛力評價分別在城市生活空間和生產(chǎn)空間中選取典型區(qū)域，采用與國內(nèi)一線城市對標關鍵指標的方法，以差距反映典型區(qū)域的承載潛力。

2 驗證分析

2.1 范圍與數(shù)據(jù)來源

1）評價范圍：2018年武漢市主建成區(qū)總面積為723.75 km2，所轄13個行政區(qū)，108個街道（圖1a所示）。生活和生產(chǎn)空間劃分結(jié)果如圖1b所示。

2）數(shù)據(jù)來源：地理國情基礎性監(jiān)測數(shù)據(jù)（時點2018 年6 月）；武漢市“實有房屋、實有人口”數(shù)據(jù)、武漢市人力資源和社會保障局就業(yè)人口數(shù)據(jù)、《武漢市統(tǒng)計年鑒》及13區(qū)《統(tǒng)計年鑒》、城市用地現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、房屋建筑數(shù)據(jù)、三舊改造數(shù)據(jù)（時點2017年年末）；新興大數(shù)據(jù)（時點2018年6月）；主建成區(qū)界線根據(jù)歷年地形圖、遙感影像判讀獲取。

2.2 土地承載壓力評價分析

根據(jù)地理加權(quán)主成分模型，計算武漢市建成區(qū)土地資源綜合承載壓力指數(shù)，結(jié)果顯示，武漢市建成區(qū)土地承載壓力呈現(xiàn)出由中心向外遞減的趨勢。壓力較高的地區(qū)集中在江漢區(qū)、江岸區(qū)、武昌區(qū)和硚口區(qū)，黃陂區(qū)、東湖高新區(qū)、青山區(qū)等壓力普遍較小。通過對街道尺度各評價指標的載荷進行空間可視化，不同指標變量對土地承載壓力指數(shù)的影響存在明顯的空間異質(zhì)性特征，其中常住人口密度指標對土地綜合承載壓力的貢獻均高于其他指標，而除常住人口密度以外的指標對土地綜合承載壓力的貢獻度無顯著差異，即土地綜合承載壓力主要表現(xiàn)為人口聚集所帶來的壓力。

2.3 土地承載潛力評價分析

1）對標城市選擇。選定北京、上海、深圳、廣州、天津5個城市，確定武漢市建成區(qū)土地資源承載潛力所處的階段，形成武漢市建成區(qū)土地資源承載潛力評價指標對標一覽表（表3）。

表3 指標對標一覽表

2）《武漢市城市總體規(guī)劃（2010—2020）》。2020 年，主城區(qū)城市建設用地控制在450 km2內(nèi)，人均城市建設用地89.6 m2。

3）《武漢市主城區(qū)用地建設強度管理規(guī)定》。具體控制指標如表4、5所示。

表4 武漢市主城區(qū)居住用地建設強度指標控制表

2.3.1 土地利用的經(jīng)濟效益

武漢市建成區(qū)生產(chǎn)總值達到9 539.69 億元，每平方公里GDP 產(chǎn)出達到601.85 百萬元，遠遠高于北京，與位居第三的上海也拉開了較大差距，但與深圳市的976.09百萬/km2，仍有較大差距。

2.3.2 建設用地資源的人均分配

武漢市建成區(qū)范圍內(nèi)人均城市建設用地78.57m2/人，城市生活空間人均城市建設用地面積63.18m2/人，均低于《武漢市城市總體規(guī)劃(2010—2020)》人均城市建設用地89.6 m2/人。

2.3.3 土地資源利用潛力

1）新增建設用地潛力。將建成區(qū)居住、公服用地現(xiàn)狀容積率、建筑密度與武漢市用地建設強度指標控制標準進行對比。現(xiàn)狀建設密度、容積率與規(guī)劃值相差不大。其中，居住用地建筑密度達標面積占比84.65%，公服用地建筑密度達標面積占比77.01%?，F(xiàn)狀建筑密度高于規(guī)劃值的區(qū)域在漢口和武昌沿江地帶形成2個空間集聚中心，低于規(guī)劃值的區(qū)域集中分布在二環(huán)至三環(huán)范圍內(nèi)；居住用地的容積率達標面積占比93.94%，公服用地容積率達標面積占比86.38%，現(xiàn)狀容積率明顯高于規(guī)劃容積率的地塊主要集中在漢口片區(qū)，低于規(guī)劃容積率的地塊較為分散。

2）可挖潛的建設用地資源。在控制新增建設用地的同時，加快城市更新改造，挖潛可建設的土地資源。武漢市建成區(qū)范圍內(nèi)三舊改造和存量建設用地面積分別為20.82 km2和33.04 km2，在城市發(fā)展的關鍵時期，經(jīng)過對三舊改造低效城市用地和存量建設未建地盤活和改造利用，挖掘土地存量和價值，優(yōu)化土地資源的配置。

2.3.4 城市空間人口承載力估算

武漢市建成區(qū)人口密度為3.97 千人/km2，僅為深圳的63%，參考深圳城區(qū)人口密度6.27 千人/km2標準，以此為基礎，估算武漢市建成區(qū)每平方公里可承載人口數(shù)量最高為2 300 人，未來仍有一定的人口承載潛力空間。

3 結(jié)論

本文選擇城市人口、經(jīng)濟、建設和交通4個方面作為建成區(qū)土地的主要承載對象，基于GIS空間分析方法，分不同空間類型構(gòu)建相異的土地承載壓力與潛力評價指標體系。通過實證分析表明，評價指標體系有效的揭示了不同評價空間4種承載對象的壓力和潛力的內(nèi)部差異性；地理加權(quán)主成分模型有效的探索了土地承載壓力局部地區(qū)的差異和分布特征，并找出土地綜合承載壓力有顯著性影響的人口變量，證明了該方法的有效性和正確性。但這方面的研究仍需要進一步的深化，土地資源承載對象除了包括上述的4類，還應包括如土地的納污能力，使人類、社會經(jīng)濟活動與相應的環(huán)境相協(xié)調(diào)，研究尺度為街道單元，土地資源單項評價載荷的空間分布差異較為不明顯，應將尺度下推到格網(wǎng)單元，能更好地進行地理分異現(xiàn)象的分析和解釋。