北京市城区扩展的空间格局与影响因素

GEOGRAPHICALRESEARCH3412201512Vol.34,No.12December,2015北京市城区扩展的空间格局与影响因素邓羽1，司月芳2（1.中国科学院地理科学与资源研究所，中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室，北京100101；2.华东师范大学中国现代城市研究中心，上海200062）摘要：2000年以来北京市持续推进产业结构升级，由此引发了经济活动的空间重构，伴随着住宅郊区化、职住分离以及交通基础设施的配套建设，将引起新一轮城市空间扩展。构建顾及综合可达性因素、邻域因素、自然因素、规划因素以及社会经济因素的城市空间扩展模型，分析诊断北京城区扩展进程中的主要影响因素及问题，从而为指导与管治北京市城市空间的有序扩展提供科学支撑。研究表明：①综合交通静态可达性（单一年份）与城市扩展呈显著负相关；综合交通动态可达性（年份之间的可达性变化）则在引导北京市城市空间发展方面并无显著影响。②邻域建设用地百分比与城市扩展呈正相关，而农用地、林业用地及水域用地的比例将减少土地开发的概率。③城市总体规划在指导城市空间扩展的纲领性地位逐渐受到重视，其对城区扩展的影响程度最为显著。④常住人口的分布现状、第二产业企业数量、第三产业企业数量分布现状对土地开发无显著影响。⑤认为北京市静态可达性与土地利用变化呈负相关，即可达性条件较差的地区，土地开发的可能性越小，这与北京市“摊大饼式”空间蔓延和居住郊区化的发展现实相符；北京市动态可达性与土地利用变化亦呈负相关，表明可达性提高程度越大的区域并不一定带来更高的土地开发几率，这从侧面传递了沿着既有建成区进行土地扩展的概率远远大于由于诸如轨道交通建设而带来可达性极大改善区域的概率。因此，重视与发挥综合交通动态可达性指标对城市扩展的引导作用，将是有效破解城市蔓延式扩张、优化城市扩展的重要手段。关键词：空间扩展；土地利用；城市蔓延；影响因素；逻辑斯蒂回归；北京DOI:10.11821/dlyj2015120041自20世纪以来，城市化逐步成为全球尺度的主要潮流[1]。与发达国家的城市化迈入成熟期相比较，发展中国家正处于快速且持续的城市化阶段，城市化已经成为学术界、规划界及政府密切关注的热点领域[2]。快速城市化给城市发展带来了机会，把更多的人从贫困的农村吸引到城市之中，同时，也产生了诸如耕地流失、环境污染等生态环境问题[3,4]。而且随着城市规模的扩大、社会经济空间重构的推进，城市建设用地将持续增长。由此，对城市空间扩展可持续发展模式的需求也就越发地强烈[5]，而深度理解城市空间扩展的基本特征和揭示其驱动机制将为城市空间的可持续发展模式提供依据。随着城市与区域研究相关理论的不断兴起，以系统动力学、元胞自动机、多智能体等计算机空间模拟收稿日期：2015-06-02;修订日期：2015-10-27基金项目：中国科学院科技战略咨询研究院重大咨询项目（Y02015005）；国家自然科学基金重点项目（71433008）；国家自然科学基金项目（41271174）；中国博士后科学基金资助项目（148162）作者简介：邓羽（1985-），湖北恩施人，博士，助理研究员，从事城市与社会地理研究。E-mail:[e-mail]通讯作者：司月芳（1982-），河北沧州人，博士，讲师，从事跨国公司、创新与区域发展研究。Email:[e-mail]2247-2256页地理研究34卷技术也在突飞猛进，并且被广泛应用到城市扩展的理论与实践中。这些新的情景模拟研究框架可以分为两类：第一类是以系统动力学模型为代表的自上而下的方法。这种方法适用于探求区域发展的影响因素和驱动机制，但很难揭示区域发展空的间特征与情景演化[6,7]。第二类模型是以元胞自动机为代表的自下而上的方法。该类方法擅长于时空变化的模拟，却不利于区域社会经济因素的驱动机制探讨。因此，寻求一套既能体现出区域发展的政策导向，又能充分吸纳空间因素对城市扩展影响效应的分析框架与模型，对准确实施空间情景模拟是十分必要的[8]。2000年以来北京市继续推进产业结构升级，由此引发了经济活动的空间重构，伴随着住宅郊区化、职住分离以及交通基础设施的配套建设，引起了新一轮的城市空间扩展[9]。居住郊区化、工业用地高速扩展、高科技产业园区建设、交通设施规划布局、自然因素、城市规划及相关政策被认为是影响北京城市空间扩展的主要因素[10-12]。然而，针对驱动北京城市空间扩展关键因素的研究，大部分都是基于定性或单要素的定量分析。因此，构建一个综合指标体系的复合政策导向与空间要素的定量模型来识别北京城市空间扩展的空间格局与驱动机制，具有重要的理论意义和实践价值。鉴于此，本文构建顾及综合可达性因素、邻域因素、自然因素、规划因素以及社会经济因素的城市空间扩展模型，在明晰北京城区扩展空间格局的基础上，诊断并揭示城区扩展进程中的主要影响因素及问题，从而为指导与管治北京城市空间的有序扩展提供科学支撑。22.1逻辑斯蒂回归分析本文采用回归模型来刻画城市扩张的影响因素，并且识别出关键影响因子。常见的回归模型包括线性回归、变型线性回归以及逻辑回归，这些模型都被广泛应用到探求城市发展的影响因素与机制的研究中[13]。与线性回归及变型线性回归相比，逻辑回归在社会经济领域的应用更具优越性。在复杂的社会经济体系中，城市发展的影响因素往往不具备常规假设前提，这些因素由连续型变量与分类变量共同组成，逻辑回归则能够表达这些变量并组建回归模型[14,15]。逻辑回归模型的基本表达如下:P(y=1|x)=p=eβ0+β1x1+β2x2+…+βnxn1+eβ0+β1x1+β2x2+…+βnxn（1）式中：P是因变量，表示在自变量取值x的情况下，某事件y发生的概率p；x1，x2，…，xn为自变量；β0，β1，…，βn为待求回归系数，其值代表了每一个自变量对因变量P的贡献。使用加权最小二乘或Newton-Raphson法即可求解各个回归系数。对式（1）进行变化，可以得到一个线性表达式：y=ln(p1-p)=β0+β1x1+β2x2+…+βnxn（2）则p为p=ey1+ey（3）在逻辑斯蒂回归模型中，因变量可以是自变量的非线性函数。概率p值将与y共同变化，同时进一步表征自变量的显著性。2.1.1因变量因变量表征了某一时期的土地利用变化情况。一般用二值法表达：“1”代表这一时期土地由农用地转变为了建设用地；“0”代表土地利用类型保持不变。224812期邓羽：北京市城区扩展的空间格局与影响因素2.1.2自变量解释变量包括可达性变量、邻域变量、自然变量、规划变量以及社会经济变量5类。其中可达性变量包括与城市中心的可达性、CBD的可达性、就业集聚区的可达性、工业集聚区的可达性、地铁站点的可达性以及高速可达性。邻域变量包括建设用地、农业用地、林业用地及水域百分比。自然变量主要考虑高程对城市扩展的影响，随着高程的增加将增大城市建设的成本与难度。规划变量在此采用《北京市城市总体规划2004-2020》对建设限制性分区的基本成果，将研究区域划定为城市建设区与非建设区。社会经济变量包括人口数量及变化，以及第二、第三产业企业数量及变化（表1、图1）。2.2数据来源与处理北京的城市道路体系可划分为快速路、主干道、次干道和支路，其中城市快速路、主干道承担着整个城市交通负荷的绝大比例。为了准确刻画城市全局的可达性，将全面考虑城市地铁对城市通勤的影响，由于地铁的特殊性将对其采用与其他道路数据不同的处理方式（矢量网络数据），最后综合普通道路和城市地铁的可达性评估结果，得到北京市可达性的空间格局[16]。本文选取的空间数据以《北京城市总体规划（2004-2020年）》的道路交通图为基础，配准到谷歌地球（成像时间为2009年12月）上，然后通过数字化得来。将从与城市中心的可达性，CBD的可达性，就业集聚区的可达性，工业集聚区的可达性，地铁站点的可达性以及高速可达性6个方面考察区域综合交通可达性的情况（图1）。选取天安门作为城市中心；北京CBD与金融街作为CBD区域；朝阳CBD、亦庄、通州、酒仙桥等作为就业集聚区；亦庄、石景山、上地、中关村、酒仙桥等作为工业集聚区以及各年度的地铁站点与城市快速路分布[17]。33.1城市空间扩展的基本特征图2展现了2000年以来北京市城区扩展的空间分布特征。北京城市空间扩展发生在表1模型的指标架构Tab.1Indicatorsofthemodel变量名称因变量转换概率解释变量（1）可达性变量与城市中心的距离与就业集聚区的距离与地铁站的距离（2）领域变量领域建设用地百分比（3）自然变量高程（4）规划变量城市规划（5）社会经济变量总人口第二产业企业数量与城市中心距离的变化与就业集聚区距离变化与地铁站距离的变化领域林业用地百分比人口增长率第二产业企业数量变化率与CBD的距离与工业集聚区距离与高速路的距离领域农用地百分比企业数量第三产业企业数量与城市CBD距离的变化与工业集聚区距离变化与高速路距离的变化领域水域百分比企业数量变化率第三产业企业数量变化率2249地理研究34卷首都核心功能区以外，且呈现出较为显著的环状延伸特点。四环与五环之间的空间是城市扩展的重要组成区域，而五环与六环之间则是北京市土地开发最为活跃的空间，尤以南五环外与东北五环外为甚。运用土地利用变化规模分级法，考察北京城市扩展的空间格局特征，如表2所示。土地开发规模最多的视为第一级，共有7个乡镇街道单元，其中通州占有4个单元，大兴、顺义、房山分别有1个单元。第二级中，海淀与朝阳有少量分布，大部单元均分布图1北京市城区扩展的影响因素Fig.1ImpactindicatorsofBeijingurbanexpansion225012期邓羽：北京市城区扩展的空间格局与影响因素在大兴、通州等城市发展新区。第三级中，海淀、朝阳等城市功能拓展区成为主要的单元分布区域。第四级单元的空间分布也存在相似的空间特征。第五级，由东城、西城、1西城区;2东城区;3宣武区;4崇文区;5海淀区;6朝阳区;7石景山区;8丰台区图22000年以来北京市土地利用变化空间格局Fig.2SpatialpatternsoflandusechangesinBeijingfrom2000表22000年以来区县土地利用变化级别分布表Tab.2Leveloflandusechangesbycountyfrom2000区县东城西城崇文宣武海淀朝阳石景山丰台通州大兴顺义昌平房山门头沟总计第一级数量41117比例(%)a0000000057141402504第二级数量2131634323比例(%)0000720381486433675015第三级数量382233223比例(%)00001020025290432706715第四级数量712412127比例(%)0000242944130001803317第五级数量10778172052278比例(%)10010010010059495625000180049总计107782941987771143158注：a是指该级别乡镇街道数量占本区县总数的比例。2251地理研究34卷宣武、崇文区及与其紧邻的拓展区组成。细致观察区县的土地利用变化级别组成情况，海淀、朝阳、石景山作为城市功能拓展区，其主要由第四级、第五级较低的土地利用变化级别单元组成，所占比例分别为82.76%、78.05%、100%。同为城市功能拓展区的丰台，除第一级别外，其他各个级别几近均匀分布。城市发展新区中土地利用变化级别的分布具有区域分异的特征，北部的昌平、顺义由高级别组成的比例较少，比例分别为36.36%、57.15%。西部的门头沟区则完全没有高级别乡镇街道组成。相反，南部的通州、大兴、房山的比例分别高达71.43%、100%、100%。北京市城区2000年以来的土地利用演化强度具有区域分异的特征。北京城市空间扩展发生在首都核心功能区以外。城市功能拓展区，除分布在南部的丰台之外，海淀、朝阳、石景山区内的土地利用开发速度相对较慢。而在城市发展新区中也有显著的