基于GIS和POI的居住型地鐵站點(diǎn)周邊三維空間擴(kuò)張研究
——以成都升仙湖站為例

況明熠

（西南交通大學(xué)建筑學(xué)院）

1 引言

城市擴(kuò)張研究是城市發(fā)展的熱點(diǎn)問題，當(dāng)前從二維角度已不能準(zhǔn)確描述城市擴(kuò)張的真實(shí)情況，而從三維角度定量研究城市擴(kuò)張對解決城市問題有重要意義[1]。羅谷松等運(yùn)用ArcGIS構(gòu)建廣州建成區(qū)三維城市模型，并分析其高度分布特征[2]。

在未來較長一段時(shí)間內(nèi)，圍繞地鐵站周邊城市空間的開發(fā)仍將是我國城市建設(shè)的熱點(diǎn)研究問題，而城市地鐵站周邊公共空間正朝著高度集約化方向發(fā)展[3]。舒波等采集站點(diǎn)800m輻射半徑覆蓋區(qū)域的POI數(shù)據(jù)，提出軌道站點(diǎn)周邊城市功能的分布與站點(diǎn)區(qū)位特征具有密切關(guān)系[4]。楊焱等在研究居住型地鐵站的步行可達(dá)性時(shí)，提出居住型站點(diǎn)往往具有人口相對聚集和慢行交通接駁需求高的特點(diǎn)[5]。

本文旨在運(yùn)用GIS 空間技術(shù)和POI數(shù)據(jù)分析，從三維空間切入，研究居住型地鐵站點(diǎn)周邊城市垂直擴(kuò)張?zhí)卣髋cPOI數(shù)據(jù)分布關(guān)系。本研究將通過GIS 建立地鐵站點(diǎn)周邊城市三維模型，結(jié)合建筑體積、建筑加權(quán)平均高度、地塊容積率等三維擴(kuò)張指標(biāo)和POI數(shù)據(jù)點(diǎn)的核密度分布情況，對地鐵站點(diǎn)周邊城市三維空間擴(kuò)張過程和城市功能分布進(jìn)行描述，并分析其擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力，以此為基礎(chǔ)探究城市發(fā)展。

2 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

2.1 研究區(qū)概況

居住型站點(diǎn)與居民日常聯(lián)系最為緊密，然而，關(guān)于該類型站點(diǎn)周邊城市空間擴(kuò)張的研究較少。因此，本文將升仙湖站作為研究對象，旨在探究該站點(diǎn)周邊城市空間發(fā)展特征。升仙湖站位于成都市成華區(qū)升仙湖以南，為成都地鐵1 號(hào)線已運(yùn)營的車站。該站自2010 年9 月地鐵1 號(hào)線一期完工時(shí)開始運(yùn)營，并在2018年3月1號(hào)線三期完工前作為1號(hào)線終點(diǎn)站。通過對該站的研究，可以更全面地了解居住型地鐵站點(diǎn)周邊三維空間擴(kuò)張?zhí)卣鳌?/p>

2.2 數(shù)據(jù)來源

在本文中，針對升仙湖站的運(yùn)營狀態(tài)，選取了三個(gè)不同的時(shí)間段（2008 年、2014 年、2020 年）進(jìn)行研究。其中，升仙湖站在2008 年尚未運(yùn)營，在2014 年作為1 號(hào)線終點(diǎn)站運(yùn)營，在2020 年則成為1 號(hào)線非終點(diǎn)站運(yùn)營。數(shù)據(jù)來源：①從水經(jīng)注下載了2008年、2014 年和2020 年的歷史影像圖，以及2020 年的建筑輪廓與高度信息；②POI數(shù)據(jù)來源于水經(jīng)注；③通過利用Google Earth 投影測量和百度地圖街景圖目測，在2020 年建筑高度基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，以獲得2008年和2014年的建筑高度等信息。

3 研究方法

3.1 城市三維擴(kuò)張指標(biāo)

①建筑體積：城市體積形態(tài)是城市建成區(qū)范圍內(nèi)建筑群體量的直觀表達(dá)，能夠反映城市空間的擴(kuò)張和城市發(fā)展水平。②建筑加權(quán)平均高度：指研究區(qū)內(nèi)建筑高度的集中趨勢和垂直方向擴(kuò)張情況的重要指標(biāo)。由于不同建筑具有不同的基底面積，采用面積加權(quán)法計(jì)算建筑的平均高度，可以更準(zhǔn)確地反映研究區(qū)內(nèi)建筑的整體發(fā)展趨勢。③容積率：指一定范圍內(nèi)建筑的總面積與地塊面積的比值，用于反映土地開發(fā)利用的強(qiáng)度，也是人居舒適度的重要指標(biāo)[6]。

3.2 POI數(shù)據(jù)分析

POI，通常稱作興趣點(diǎn)，是基于位置服務(wù)的核心數(shù)據(jù)，使用POI數(shù)據(jù)能夠分析城市的功能格局。本文對站點(diǎn)1000m 輻射覆蓋區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集的各類POI數(shù)據(jù)進(jìn)行核密度分析并在地圖上投影，從而得出研究區(qū)內(nèi)城市功能結(jié)構(gòu)特征。

4 結(jié)果與討論

4.1 地鐵站周邊三維空間擴(kuò)張?zhí)卣?/h3>

為了體現(xiàn)站點(diǎn)周邊三維空間在較長時(shí)間的發(fā)展變化，本文選取升仙湖站1000m 輻射范圍，采集了2008 年、2014 年和2020 年的建筑數(shù)據(jù)，通過對建筑體積、建筑加權(quán)平均高度、地塊容積率等指標(biāo)進(jìn)行定量和定性分析，揭示了城市三維空間在時(shí)空上的擴(kuò)張?zhí)卣鳌?/p>

4.1.1 城市三維擴(kuò)張指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用GIS進(jìn)行三維建模，進(jìn)而計(jì)算得到2008年、2014年、2020年研究區(qū)內(nèi)城市三維擴(kuò)張指標(biāo)。通過統(tǒng)計(jì)研究區(qū)擴(kuò)張指標(biāo)，探究整個(gè)研究范圍12年內(nèi)城市的發(fā)展演變規(guī)律。在這12年內(nèi)，研究區(qū)的建筑體積增加了1801010.107m3，建筑加權(quán)平均高度增加了3.03m，容積率增加了0.149。相較于2008年，這三個(gè)擴(kuò)張指標(biāo)分別提高了8.654%、9.823%和8.603%。同時(shí)，這3 個(gè)指標(biāo)在前6 年內(nèi)的增長率均高于后6 年，建筑體積前6 年增加了8.471%，而后6 年只增加了0.169%；建筑加權(quán)平均高度前6年增加了9.34%，后6年只增加了0.442%；容積率前6年增加了8.430%，后6年只增加了0.160%。這表明研究區(qū)內(nèi)建筑垂直方向整體呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。

考慮到升仙湖站為居住型地鐵站，其主要功能為居住，根據(jù)《民用建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50352-2019），將建筑高度分為三個(gè)類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：＜27.0m，27.0～100.0m和＞100.0m。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如下：在各年份不同高度的建筑數(shù)量結(jié)構(gòu)中，低層或多層民用建筑所占比例最大，超高層建筑所占比例最小。從不同建筑高度增長比例看，2008 年超高層建筑占比3.015%，到2020 年增加至3.745%，增加了0.73%；2008 年低層和多層建筑占比58.459%，到2020年增加至58.884%，增加了0.425%，低層和多層建筑增加的比例小于超高層建筑增加的比例。

通過對研究區(qū)內(nèi)城市三維擴(kuò)張指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)自2008 年后的12 年間，站點(diǎn)周邊城市整體呈現(xiàn)垂直方向不斷增長的趨勢。由于升仙湖地鐵站于2010年正式運(yùn)營，軌道交通的發(fā)展極大地推動(dòng)了城市三維空間的擴(kuò)張。因此，研究區(qū)內(nèi)建筑體積、地塊容積率、建筑加權(quán)平均高度以及超高層建筑的增長速度在前6年明顯高于后6年。

4.1.2 城市三維擴(kuò)張指標(biāo)時(shí)空變化分析

在ArcGIS中將建筑平面提取為點(diǎn)要素，并進(jìn)行點(diǎn)要素的核密度分析，形成指標(biāo)變化圖。為便于觀察12年間研究區(qū)范圍內(nèi)建筑密度的變化情況，按自然間斷點(diǎn)分級(jí)法將指標(biāo)從低到高分為5 級(jí)。同時(shí)，將建筑按高度進(jìn)行分級(jí)顯示，同樣從低到高分為5級(jí)（見表1）。

表1 三維擴(kuò)張指標(biāo)時(shí)空變化換圖

城市擴(kuò)張?zhí)卣髡f明：①升仙湖公園和升仙湖地鐵站周邊建筑較少，核密度分析等級(jí)較低，土地利用效益較低；②從2008 年到2020 年，隨著研究范圍內(nèi)駟馬橋街西側(cè)的沙河云景灣等高容積率小區(qū)的修建，研究區(qū)南側(cè)的核密度等級(jí)增加；③研究區(qū)東側(cè)仙湖公館及周邊建筑是在2008年之后修建的，公館西側(cè)和南側(cè)容積率較低；④研究區(qū)西側(cè)主要是由老舊小區(qū)組成，整體變化不大，片區(qū)建筑密度高但建筑高度較低，并在?？到中纬蓞^(qū)域中心。

4.2 城市軌道站點(diǎn)周邊城市功能分布特征

POI數(shù)據(jù)與人們生活密切相關(guān)，記載了人們?nèi)粘Ｐ袨榛顒?dòng)點(diǎn)相關(guān)的地理實(shí)體空間信息和屬性信息。利用ArcGIS 數(shù)據(jù)，將不同屬性的POI點(diǎn)分類，可以快速、直觀地得出某種功能在研究區(qū)內(nèi)的分布情況。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[4,7]，參考《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)2011》，將采集到的6241 條數(shù)據(jù)分為10大類，每個(gè)大類包含各小類。

通過對10 類POI數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)如下特征：①研究區(qū)內(nèi)購物（29.402%）、餐飲（21.775%）和生活服務(wù)（27.255%）所占比重較大；②辦公（3.605%）和文化教育（2.003%）所占比重較少，尤其是文化教育設(shè)施點(diǎn)分布不均；③金融服務(wù)（1.025%）和休閑娛樂設(shè)施（1.714%）配置點(diǎn)密度較低；④交通設(shè)施分布不均，升仙湖地鐵站與城市慢行交通接駁不便。

4.3 擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力分析

城市空間擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力有多種，本文借鑒陳飛[6]在研究廣州中山區(qū)城市三維空間演變形態(tài)時(shí)的方法，從自然地理、交通聯(lián)系、城市規(guī)劃發(fā)展戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變四個(gè)方面對本次研究范圍進(jìn)行分析。①自然地理因素包括城市地形、地質(zhì)、氣候和水文等。升仙湖作為北部主城的人工湖，對中環(huán)路雙荊路段和北星大道之間的形態(tài)連貫造成一定阻隔。②交通發(fā)展促進(jìn)城市空間擴(kuò)張，研究區(qū)內(nèi)中環(huán)路雙荊路段、二環(huán)高架路和升仙湖北路附近高密度建筑聚集，表明城市空間沿交通干道擴(kuò)展。③城市規(guī)劃對擴(kuò)張有主導(dǎo)作用。然而，升仙湖站周圍規(guī)劃存在道路密度低、街區(qū)尺度大、步行不便等問題，影響站點(diǎn)區(qū)吸引力。④產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變影響土地用途，進(jìn)而影響垂直空間發(fā)展。由于升仙湖站為居住型站點(diǎn)，周圍以生活服務(wù)和餐飲為主，導(dǎo)致建筑體積和高度較小。

5 結(jié)論

本文結(jié)合三維視角與POI數(shù)據(jù)，選取與日常生活相關(guān)的居住型地鐵站，探索城市擴(kuò)張?zhí)攸c(diǎn)。研究顯示，建筑加權(quán)平均高度反映城市空間變化，超高層建筑的變化是城市三維空間擴(kuò)張最明顯的特征之一，并與城市POI功能調(diào)整緊密關(guān)聯(lián)。同時(shí)，通過對城市擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力分析，體現(xiàn)了交通聯(lián)系、城市規(guī)劃、自然條件和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變是城市擴(kuò)張的主要驅(qū)動(dòng)力，尤其是交通聯(lián)系對本研究范圍內(nèi)地鐵站周邊的發(fā)展具有巨大影響。綜上，本文通過多方面的數(shù)據(jù)分析和驅(qū)動(dòng)力研究，為居住型地鐵站周邊城市擴(kuò)張?zhí)峁┝诵碌囊暯恰?/p>