韓冰冰　宋建堂

摘 要：基于TOD的基本理念，根據(jù)TOD的三項基本規(guī)劃設(shè)計原則，以提升軌道交通運量、優(yōu)化區(qū)域環(huán)境質(zhì)量和協(xié)調(diào)土地利用為目標(biāo)，以各種類型土地的容積率為決策變量，構(gòu)建站點地區(qū)土地利用優(yōu)化的多目標(biāo)決策模型，以鄭州市軌道交通3號線金水路站周邊地區(qū)土地利用優(yōu)化為例，證實了模型的實用性。

關(guān)鍵詞：TOD模式；土地利用優(yōu)化；多目標(biāo)決策模型

國內(nèi)外的研究與實踐表明[1—3]，TOD模式能夠提高土地利用強(qiáng)度，優(yōu)化土地利用效率，使城市交通與土地利用達(dá)到良性互動，最終實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。作為TOD模式的重點區(qū)域，軌道交通站點地區(qū)土地利用對于城市的良性發(fā)展意義重大。但已有的研究側(cè)重于宏觀層面，微觀層面研究較少。本文基于TOD的基本理念，根據(jù)TOD的3項基本規(guī)劃設(shè)計原則，以增加軌道交通運量、提升區(qū)域環(huán)境質(zhì)量和協(xié)調(diào)土地利用為目標(biāo)，以各種類型土地的容積率為決策變量，構(gòu)建了鄭州市軌道交通3號線金水路站站點地區(qū)土地利用優(yōu)化的多目標(biāo)決策模型，為城市微觀層面的土地利用和開發(fā)提供一定的實踐經(jīng)驗。

1 軌道交通站點影響范圍分析

站點是城市軌道交通系統(tǒng)的核心，在城市良性發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。受位置和功能等因素的影響，結(jié)合國內(nèi)城市軌道交通的發(fā)展?fàn)顩r，將軌道站點地區(qū)分為公共中心區(qū)、交通樞紐區(qū)、成熟居住區(qū)和城市外圍區(qū)4種類型[4]。

研究TOD模式下軌道交通站點地區(qū)的土地利用模式，首先要確定站點地區(qū)的邊界。本文根據(jù)已有的研究經(jīng)驗[5]，從我國居民步行的舒適距離出發(fā)，選取以站點為中心，500m（10min的步行距離）為半徑，面積為78.5hm2的區(qū)域作為研究范圍。在實際中，具體邊界的確定要根據(jù)不同城市的空間結(jié)構(gòu)特征、社會經(jīng)濟(jì)狀況、出行者偏好等因素進(jìn)行綜合分析。

2 TOD模式下的多目標(biāo)決策模型的構(gòu)建

2.1 基本假設(shè)

（1）本模型在站點地區(qū)各類用地面積已經(jīng)確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化；（2）站點范圍內(nèi)出行的人，均從本站使用軌道交通出發(fā)；（3）根據(jù)國內(nèi)城市用地分類標(biāo)準(zhǔn)，可對居住用地和公共用地（包括商業(yè)金融、行政辦公、文體娛樂、醫(yī)療衛(wèi)生和教育科研等）兩大類用地進(jìn)行容積率優(yōu)化；具體應(yīng)用時，可調(diào)整分類或合并相似用地類型。

2.2 符號定義

模型采用的符號含義如下：X為容積率；S為用地面積（m2）；r、c、e為用地類型，其中，r代表居住用地，c代表公共用地，e代表其他用地（包括市政設(shè)施用地、公共綠地和道路廣場用地）；i為居住用地或公共用地中第i種用地類型；為第i種居住用地上每居住人口的日均出行次數(shù)（次/人）；為第i種公共用地上每個崗位產(chǎn)生的日均出行次數(shù)（次/人）；為第i種居住用地上居民出行使用軌道交通的比例；為第i種公共用地上出行者使用軌道交通的比例；為相關(guān)法律對第i種居住用地的容積率規(guī)定的上限；為相關(guān)法律對第i種公共用地的容積率規(guī)定的上限；為第i種居住用地上人均居住的建筑面積（m2/人）；為現(xiàn)狀居民人均其他用地面積（m2/人）；為參考站點的居住用地建筑面積及公共設(shè)施用地建筑面積總和與各類用地總面積的比值；為居住用地建筑面積及公共設(shè)施用地建筑面積總和與其他用地總面積（包括市政設(shè)施用地、綠地及道路廣場用地）的比值；λ為地區(qū)現(xiàn)狀教科文衛(wèi)用地建筑面積與居住用地建筑面積的比值；α、β分別為目標(biāo)II和目標(biāo)III的具體約束值（參考已有的研究[6]，本研究分別取現(xiàn)狀環(huán)境品質(zhì)Z2和現(xiàn)狀土地混合利用程度Z3的90%作為約束條件的臨界值）。

2.3 決策變量

決策變量為各種類型用地的容積率。容積率作為城市土地利用規(guī)劃的綜合控制指標(biāo)，控制了城市的人口、用地和建筑3種規(guī)模，協(xié)調(diào)了城市的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境3種效益。它以比值方式來計算，簡潔明了，便于操作和管理。

2.4 目標(biāo)函數(shù)

目標(biāo)I：提升軌道交通運量，根據(jù)TOD模式的基本理念，站點周邊土地的高密度開發(fā)可帶來更大量活動，有利于提高軌道交通的運量。

目標(biāo)II：優(yōu)化區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，運用其他用地（包括市政設(shè)施用地、公共綠地和道路廣場用地）的總面積與居住和公共用地的總建筑面積的比值來表示，越大表示環(huán)境品質(zhì)越佳。

目標(biāo)III：協(xié)調(diào)土地利用，參考成熟站點的土地利用狀況和其他用地狀況，使研究站點與參考站點的差別越小越好。

2.5 約束條件

2.5.1 容積率的管控

過度開發(fā)會使容積率過高，使市場供需失衡和生活環(huán)境下降，因此站點地區(qū)各種類型土地的容積率不要過度超出相關(guān)規(guī)定的上限值。根據(jù)相關(guān)研究成果[7]，本研究采用現(xiàn)行規(guī)范的上限值為下限值，上限值的1.4倍為上限值。

2.5.2 現(xiàn)狀環(huán)境質(zhì)量的限制

以目前居民人均其他用地面積為下限，保障優(yōu)化后環(huán)境質(zhì)量得到提高；以目前公共用地建筑面積與居住用地建筑面積比值為下限，使得優(yōu)化后土地利用更加協(xié)調(diào)。

2.5.3 站點類型的功能制約

不同類型的站點承載著不同的職能。例如公共中心站點，其核心職能是形成區(qū)域中心，引導(dǎo)區(qū)域發(fā)展。所以，此類站點周邊地區(qū)的土地利用過程中，公共用地的開發(fā)強(qiáng)度不應(yīng)低于居住用地。

2.6 多目標(biāo)決策模型的求解

本研究中的3個目標(biāo)是存在沖突的，當(dāng)其中任何1個目標(biāo)的最優(yōu)時，必然會導(dǎo)致另外2個目標(biāo)不同程度的受損。因此，可行的做法是設(shè)法將多目標(biāo)決策問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問題，即根據(jù)具體情況，針對需求強(qiáng)調(diào)主要目標(biāo)，將次要目標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束條件，把非線性函數(shù)轉(zhuǎn)化為線性函數(shù)，求出滿意解。

以本研究追求目標(biāo)I最優(yōu)化為例，此時模型為公式（1），約束條件除了公式（4）～（8）之外，由于目標(biāo)II和目標(biāo)III為次要目標(biāo)，也要轉(zhuǎn)化為約束條件，如下：

本研究的數(shù)學(xué)模型能夠轉(zhuǎn)換為；公式（4）～（10）式為約束條件，這是非線性單目標(biāo)規(guī)劃模型，本研究采用分層序列法進(jìn)行求解。

3 應(yīng)用研究

3.1 研究區(qū)域概況

鄭州地鐵3號線是中心城區(qū)一條由西北至東南的軌道交通骨干線路。一期工程起點是新柳路站，終點是南三環(huán)站航海東路站，全長25.2km，共21個站點，金水路站位于南陽路與石橋東里路交叉口，大石橋北側(cè)，周邊商業(yè)、辦公、住宅用地密集，車流、人流及地下管線密集。根據(jù)站點研究合理范圍的要求，通過實地調(diào)查，確定研究區(qū)域總面積76.3hm2，用地情況如表1所示。

3.2 參數(shù)確定

按照《鄭州市城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》，金水路站周邊居住用地容積率管制取2.5（250%），商業(yè)辦公用地取3.5（350%），這兩類用地容積率優(yōu)化范圍分別為：2.5～3.5，3.5～5；教科文衛(wèi)用地的容積率情況復(fù)雜，根據(jù)相關(guān)專業(yè)規(guī)范，結(jié)合金水路站的現(xiàn)狀，確定取值范圍為1.0～2.0（100%～200%）。通過實地調(diào)查，參考相關(guān)文獻(xiàn)[8]，各類土地上的交通生成量按照鄭州市的平均值計算，居住人口人均日出行次數(shù)取2.67次，每崗位產(chǎn)生的日出行次數(shù)取3.41次。根據(jù)大河網(wǎng)2014年6月公布的《鄭州公共交通對城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)評價研究》，并通過實地調(diào)查，金水路站地區(qū)居住人口使用軌道交通的比例取6.7%，公共設(shè)施用地上出行者使用軌道交通的比例取11.9%。居住用地上人均居住的建筑面積參考《2015年鄭州市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》發(fā)布的數(shù)據(jù)，取29.5m2/人，現(xiàn)狀人均其他用地面積取12.1m2/人?，F(xiàn)狀居民人均市政設(shè)施用地加公共綠地用地面積以及現(xiàn)狀教科文衛(wèi)建筑面積與居住用地建筑面積比值按照表2計算。由于東大街站與金水路站并列為鄭州市的副中心，且距離城市核心的路程近似，因此參考站點選取東大街站，根據(jù)實地調(diào)研數(shù)據(jù)測算，東大街站為為2.12；為6.25?；旌嫌玫氐耐恋乩脿顩r復(fù)雜，開發(fā)強(qiáng)度已經(jīng)較大，優(yōu)化潛力較小，故維持現(xiàn)狀。

3.3 優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)《鄭州市總體規(guī)劃（2008-2020年）》和《鄭州市城市軌道交通近期規(guī)劃（2014～2020年）》，可確定金水路站屬于公共中心站點，因此，該站點周邊地區(qū)應(yīng)該提高土地開發(fā)強(qiáng)度，優(yōu)化土地利用。其中，首要目標(biāo)是在滿足目標(biāo)Ⅱ和目標(biāo)Ⅲ最低要求下，追求目標(biāo)Ⅰ的最大化。通過計算，現(xiàn)狀的約束條件Z2≥0.2584，Z3≤0.6937。再利用分層序列法進(jìn)行求解，得出不同類型用地的滿意容積率（見表2）。

通過表2，可以清晰地看出金水路站周邊地區(qū)目前的居住用地、商業(yè)辦公用地和教科文衛(wèi)用地與TOD的高密度開發(fā)還有一定差距，開發(fā)潛力較大。

4 結(jié)論與討論

TOD模式實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的有效策略，目前將TOD模式落實到土地利用優(yōu)化的研究相對缺乏。本研究基于TOD的基本理念，構(gòu)建了以增加軌道交通運量、提升區(qū)域環(huán)境質(zhì)量和協(xié)調(diào)土地利用為目標(biāo)，以各種利用類型土地的容積率為決策變量的土地利用優(yōu)化的多目標(biāo)決策模型，可協(xié)助規(guī)劃者進(jìn)行軌道交通站點地區(qū)的容積率設(shè)計，進(jìn)而提高土地利用強(qiáng)度，增加土地效率，保障充足客源。本文通過對金水路站的研究，證明了模型的可靠性。

參數(shù)的確定是本模型應(yīng)用的基礎(chǔ)，對結(jié)果的影響很大，因此需要大量的準(zhǔn)確的調(diào)查工作；若能選取更符合實際情況的非線性函數(shù)，模型會更加嚴(yán)謹(jǐn)實用；模型今后還需要深入分析和探討土地開發(fā)項目的經(jīng)濟(jì)效益。

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（作者單位：1.鄭州市軌道交通有限公司；2.安順學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院）