劉琳，張正勇，唐澤君

（石河子大學(xué)理學(xué)院地理系，石河子832003）

建筑密度指一定地塊內(nèi)所有建筑物的基底總面積與占用地面積的比例（%）［1］，是城市規(guī)劃的定額指標(biāo)之一［2］，間接反映城市用地效率，是影響建設(shè)單位經(jīng)濟(jì)利益的重要技術(shù)參數(shù)［3］，同時(shí)也是衡量一個(gè)城市居住、交通和綠化等環(huán)境的綜合性指標(biāo)，與城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)密不可分。目前，關(guān)于建筑密度的研究主要有兩個(gè)方面：一方面探討建筑密度與城市規(guī)劃和建設(shè)的關(guān)系及其影響因素［3－4］，認(rèn)為高建筑密度往往與綠地縮水、城市空氣質(zhì)量惡化［5］、交通擁擠［6］等問題伴生，提出不可盲目提高建筑密度和容積率以提高用地效率，而應(yīng)在保證適宜的綠地、交通和公共設(shè)施的前提下因地制宜、科學(xué)規(guī)劃，兼顧經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。另一方面的研究主要探討建筑密度的定量計(jì)算的方法和技術(shù)，其中基于GIS［7］和 RS［8－9］的大范圍快速提取技術(shù)日益受到重視。

新疆石河子市地處西北內(nèi)陸干旱區(qū)，是一個(gè)典型的人工綠洲城市。目前，石河子正處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、土地利用方式、城市規(guī)模、城市功能、城市形態(tài)及城市與區(qū)域的關(guān)系等都在發(fā)生著深刻變化。城市發(fā)展必然對(duì)城市用地提出更多的要求，如增加城市用地、提高用地效率等，石河子市土地資源利用形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。同時(shí)，由于地理位置、氣候條件等因素，石河子市生態(tài)系統(tǒng)比較脆弱，因而在城市發(fā)展的同時(shí)還必須格外重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)，科學(xué)規(guī)劃城市綠地，建立生態(tài)型、可持續(xù)發(fā)展的石河子市。建設(shè)用地的空間分布與城市人口、經(jīng)濟(jì)的空間分布具有較強(qiáng)的空間相關(guān)關(guān)系［10］，城市發(fā)展在很大程度上反映在建筑物的空間分布上。

本文借助RS技術(shù)提取建筑物，采用GIS技術(shù)進(jìn)行格網(wǎng)化處理、定量計(jì)算和可視化表達(dá)，分析石河子市建筑密度的空間分布及梯度變化等，以準(zhǔn)確掌握石河子市城市發(fā)展?fàn)顩r及土地利用情況，為城市規(guī)劃、土地利用和生態(tài)建設(shè)等提供科學(xué)指導(dǎo)，為解決提高用地效率和改善生態(tài)環(huán)境這對(duì)矛盾提供重要參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)及研究方法

1．1 數(shù)據(jù)說明

以石河子市2005年Quickbird正射影像為主要數(shù)據(jù)源，從中提取建筑物基底圖，同時(shí)輔以行政區(qū)劃圖、道路格網(wǎng)圖和城市綠地分布圖等基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)。

1．2 研究方法

以格網(wǎng)作為統(tǒng)計(jì)單元，格網(wǎng)建筑密度＝［格網(wǎng)中建筑物基底面積］／［格網(wǎng)面積］，利用ArcGIS9．3空間統(tǒng)計(jì)、空間分析和可視化等功能研究石河子市建筑密度空間分布特征。

1．2．1 生成格網(wǎng)及格網(wǎng)中心點(diǎn)

空間地物在不同空間分辨率下空間分布特征往往呈現(xiàn)較大差異，只有在特定的尺度范圍內(nèi)才能被有效、完整地觀察和測(cè)量［11］。為了在保證研究精度的同時(shí)控制計(jì)算量，結(jié)合石河子市規(guī)整的棋盤式規(guī)劃格局，以各小區(qū)面積為參考和依據(jù)，采用ArcGIS 9先后試驗(yàn)了邊長(zhǎng)0．15、0．3、0．5、0．7km 四個(gè)正方形格網(wǎng)尺寸方案，最終確定0．3km×0．3km格網(wǎng)作為基本統(tǒng)計(jì)單元，同時(shí)計(jì)算各格網(wǎng)中心點(diǎn)坐標(biāo)并輸出格網(wǎng)中心點(diǎn)文件。

1．2．2 建筑物密度計(jì)算

將格網(wǎng)和建筑物基底圖空間疊加，分別得到各格網(wǎng)單元上的建筑物基底面積和非建筑物面積，再利用上述公式求得各格網(wǎng)建筑物密度，并通過屬性聯(lián)接將其賦給對(duì)應(yīng)網(wǎng)格中心點(diǎn)。

1．2．3 空間插值及可視化

空間插值是用已知點(diǎn)的數(shù)值估算其他點(diǎn)的數(shù)值的過程。在考慮網(wǎng)格中心點(diǎn)數(shù)量及特征、對(duì)比各插值方法優(yōu)缺點(diǎn)和插值結(jié)果的基礎(chǔ)上，選定樣條函數(shù)法進(jìn)行空間內(nèi)插，生成的建筑密度數(shù)字模型使梯度曲線更接近樣本點(diǎn)，并保留了其細(xì)部特征。

2 石河子市建筑密度空間分布特征的分析

石河子市建筑密度空間分布如圖1所示。

研究區(qū)格網(wǎng)總面積為64．8km2，其中建筑物總面積為5．571km2，平均建筑密度僅為8．6%，與發(fā)達(dá)城市差距較大［2］。

2．1 等級(jí)分布特征

由表1可見：石河子市建筑密度在0．00%～54．91%之間，按其數(shù)值范圍劃分為四個(gè)等級(jí)。其中，低建筑密度格網(wǎng)（一等）占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，高建筑密度格網(wǎng)（四等）僅占3．05%，說明石河子市建筑密度水平整體較低。同時(shí)，現(xiàn)有建筑以6層以下（含6層）的低層建筑為主，6層以上的中、高層建筑很少，即以低容積率的建筑為主。說明石河子市城區(qū)土地利用集約程度不高，尚有較大的提升空間，可以向“高容積率”發(fā)展。

表1 石河子市建筑密度等級(jí)分布Tab1．The scale distribution of Shihezi＇s building density

2．2 總體空間分布特征

圖1顯示：石河子市建筑密度總體呈現(xiàn)中心分布特征，即以幸福路和西小路為骨架，由東一路、西二路、烏伊公路和北三路圍成的區(qū)域是石河子市高建筑密度區(qū)，平均建筑密度為24．24%。該區(qū)是石河子市規(guī)劃的老中心區(qū)，主要為商貿(mào)、文化和居住區(qū)，分布著石河子市主要的商業(yè)中心（街）、公共設(shè)施、公共建筑和集中住宅區(qū)，密集的人口、便利的交通條件和優(yōu)越的公共設(shè)施條件為經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，各類建筑較為密集。另外，在廠、礦建筑物集中分布的西工業(yè)區(qū)及城鄉(xiāng)結(jié)合部的農(nóng)村居民點(diǎn)也零散分布有少量的高建筑密度格網(wǎng)。

中心區(qū)外的建筑密度遞減，城區(qū)外圍主要為大面積的低建筑密度區(qū)，東工業(yè)區(qū)部分區(qū)域和城郊大片土地為未利用土地或耕地，零建筑密度格網(wǎng)共224個(gè)，占總網(wǎng)格數(shù)的31．11%。

石河子市老的中心區(qū)建筑密度在今后將大體維持現(xiàn)狀。隨著石河子市“十一五”規(guī)劃的推進(jìn)，東工業(yè)區(qū)發(fā)展迅速，先后引進(jìn)了眾多知名企業(yè)落戶，建筑物迅速增加，建筑密度逐年提高，加上大量新開發(fā)的各類房產(chǎn)，未來在此將出現(xiàn)新的高建筑密度中心，呈現(xiàn)由“單中心”向“多中心”發(fā)展的趨勢(shì)，土地利用集約程度將顯著提高，這也顯現(xiàn)出石河子市的東擴(kuò)趨勢(shì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展重心逐漸東移的趨勢(shì)。

圖1 石河子市建筑密度空間分布圖Fig1．The spatial distribution map of Shihezi＇s building density

2．3 空間梯度變化分析

空間梯度變化分析主要建立在建筑密度數(shù)字模型基礎(chǔ)之上，通過繪制建筑密度等值線和剖面圖反映。以中心區(qū)幸福路和西小路交點(diǎn)向外圍八方向做建筑密度剖面分析，結(jié)果見圖2。

圖2 石河子市正東（A）、正西（B）、正南（C）、正北（D）、東北（E）、東南（F）、西南（G）、西北（H）方向建筑密度剖面圖Fig2．The profiles of Shihezi＇s building density in the east（A），west（B）south（C），north（D），northeast（E），southeast（F），southwest（G），northwest（H）and southeast direction

圖2顯示，中心區(qū)到城市邊緣建筑密度的梯度變化呈現(xiàn)以下特征：

1）從中心區(qū)向外，隨距離的增加建筑密度整體呈明顯的下降趨勢(shì)；

2）建筑密度高低過渡較平緩，以正西和正北方向最為典型，但各方向上的過渡范圍在1．5～2km不等；

3）剖面線的低谷主要由城市綠地和公共設(shè)施產(chǎn)生，綠地率較高而建筑物較稀疏使得建筑密度迅速降低，如正南方向穿過游憩廣場(chǎng)、音樂廣場(chǎng)，東南方向穿過東公園綠化帶，西南方向穿過占地面積較大的西公園，造成了整條剖面線的起伏和波動(dòng)；

4）正東方向建筑密度曲線整體起伏不大，在東工業(yè)區(qū)建筑密度升高趨勢(shì)已初見端倪，未來將會(huì)出現(xiàn)新的高密度區(qū)，東西方向上將形成“U”型密度曲線。

2．4 建筑密度與城市道路的關(guān)系

石河子市中心區(qū)道路密度為4943．7m／km2，道路密集且連通性比較好，交通便利、物流發(fā)達(dá)、人口集中、經(jīng)濟(jì)繁榮，為形成商業(yè)中心提供了良好的外部條件，建筑密度也相對(duì)較大（圖1）。這印證了道路對(duì)土地利用方式有一定影響，便利的交通可以促進(jìn)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建筑的空間聚集［7］。

2．5 建筑密度與城市綠地的關(guān)系

在城市用地有限的情況下，高建筑密度意味著其他土地利用類型，尤其是具有重要生態(tài)和美學(xué)功能的城市綠地等開敞空間的減少，二者呈反向關(guān)系。石河子市中心區(qū)綠地分布較少（圖1），平均綠地率只有17．08%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于石河子市42%的平均綠地率和國(guó)家相關(guān)規(guī)定，環(huán)境質(zhì)量也相對(duì)較差。在此區(qū)大力推廣“喬－灌－藤－草”的復(fù)層立體綠化是有效改善人居環(huán)境和解決矛盾的重要途徑。

3 結(jié)論

1）石河子市建筑密度整體較低，低密度區(qū)很大。

2）呈現(xiàn)明顯的中心分布特征，并向外隨距離增加逐漸遞減，過渡區(qū)較寬。

3）高建筑密度中心區(qū)道路密集而綠地較少。

4）東部開發(fā)區(qū)發(fā)展迅速，將出現(xiàn)新的高建筑密度區(qū)，使石河子市建筑密度呈現(xiàn)由“單中心”向“多中心”模式發(fā)展的趨勢(shì)，顯現(xiàn)了石河子市城市東擴(kuò)和經(jīng)濟(jì)重心東移趨勢(shì)。

4 建議

石河子市中心區(qū)可維持現(xiàn)有建筑密度而提高東工業(yè)區(qū)的建筑密度，較大地增加建筑的容積率，以提高土地利用集約程度和單位土地利用效率；同時(shí)，應(yīng)重視合理規(guī)劃城市綠地，提高綠地率并用復(fù)層立體綠化代替單一結(jié)構(gòu)綠化，以緩解建筑密度和城市綠地的矛盾。今后還可從建筑密度及其時(shí)空變化特征結(jié)合城市土地價(jià)格、容積率等角度進(jìn)行綜合深入的研究，為石河子市的健康、和諧發(fā)展提供詳細(xì)依據(jù)。

［1］國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，中華人民共和國(guó)建設(shè)部（GB／T50280－98）城市規(guī)劃基本術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998．

［2］陳基煒，韓雪培．從上海城市建筑密度看城市用地效率與生態(tài)環(huán)境［J］．上海地質(zhì)，2006（2）：30－32．

［3］陳瑩，劉康，鄭偉元，等．城市土地集約利用潛力評(píng)價(jià)的應(yīng)用研究［J］．中國(guó)土地科學(xué)，2002，16（4）：26－29．

［4］龍濤．論經(jīng)濟(jì)與環(huán)境和諧的規(guī)劃用地指標(biāo)——對(duì)容積率、建筑密度指標(biāo)控制的改革［D］．天津：天津大學(xué)，2006：6－13．

［5］EDUSSURIYA Priyantha S，葉珉，陳德儀，等．香港亞熱帶城市環(huán)境建筑密度與空氣質(zhì)量研究［C］／／第二屆泛亞熱帶地區(qū)建筑設(shè)計(jì)與技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議暨香港廣州可持續(xù)建筑技術(shù)專業(yè)咨詢研討會(huì)論文集，2005：151．

［6］李衛(wèi)東．保持合理建筑密度 促進(jìn)城市建設(shè)科學(xué)發(fā)展［J］．中國(guó)國(guó)情國(guó)力，2010（1）：10－11．

［7］李麗華，鄭新奇，象偉寧．基于GIS的北京市建筑密度空間分布規(guī)律研究［J］．中國(guó)人口資源與環(huán)境，2008，18（1）：122－127．

［8］黃昭權(quán)．面向基元的城市建筑密度遙感信息獲取研究［D］．烏魯木齊：新疆大學(xué)，2006：28－48．

［9］李錦業(yè)，張磊，吳炳方，等．基于高分辨率遙感影像的城市建筑密度和容積率提取方法研究［J］．遙感技術(shù)與應(yīng)用，2007，22（3）：309－313．

［10］Xiaolu Gao，Yasushi Asami，Wataru Katsumata et al．Evaluating land－use restrictions concerning the floor area ratio of lots［J］．Environment and Planning，2006，24：515－532．

［11］劉湘南，黃方，王平．GIS空間分析原理與方法［M］．北京：科學(xué)出版社，2006：93．