張杰 解揚(yáng) / ZHANG Jie， XIE Yang

住區(qū)周邊設(shè)施可達(dá)性對(duì)居民人均交通能耗的影響
——以我國(guó)286個(gè)地級(jí)以上城市為例的實(shí)證研究

張杰 解揚(yáng) / ZHANG Jie， XIE Yang

在全球氣候變化和化石能源危機(jī)的雙重背景下，低碳城市相關(guān)理論逐漸成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，如何通過(guò)形態(tài)設(shè)計(jì)手段降低居民人均交通能耗是廣大城市規(guī)劃學(xué)者面對(duì)的一個(gè)重點(diǎn)課題。相對(duì)于微觀領(lǐng)域豐富的研究成果，宏觀層面城市空間形態(tài)與居民人均交通能耗的關(guān)系研究數(shù)量較少，且多以歐美城市為例，涉及的空間維度一般僅限于人口密度，對(duì)設(shè)施可達(dá)性、路網(wǎng)形態(tài)等城市空間形態(tài)的其他維度關(guān)注不夠。本文嘗試采用在線地圖興趣點(diǎn)（POI）數(shù)據(jù)，計(jì)算我國(guó)286個(gè)地級(jí)以上城市住區(qū)周邊各類設(shè)施的可達(dá)性指標(biāo)，繼而探索宏觀城市層面設(shè)施可達(dá)性與居民人均交通能耗之間的關(guān)系，為相關(guān)的低碳城市規(guī)劃工作提出針對(duì)性建議。

設(shè)施可達(dá)性 城市空間形態(tài) 居民人均交通能耗 興趣點(diǎn)數(shù)據(jù) 低碳城市

1　引言

在全球氣候變化的大背景下，如何通過(guò)合理規(guī)劃和控制城市空間形態(tài)來(lái)促進(jìn)節(jié)能減排工作的開(kāi)展，已經(jīng)成為廣大城市規(guī)劃學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)。尤其是降低居民人均交通能耗，不僅關(guān)乎環(huán)境問(wèn)題，也與減少城市交通擁堵、提升居民生活品質(zhì)等社會(huì)問(wèn)題息息相關(guān)。在此背景下，開(kāi)展空間形態(tài)與居民人均交通能耗的關(guān)系研究變得尤為重要。

目前的研究成果主要以微觀層面的“3D”理論（Density/ Diversity/Design，密度、多樣性、合理設(shè)計(jì)）為代表，宏觀層面有關(guān)城市空間形態(tài)與居民人均交通能耗關(guān)系的研究不僅數(shù)量較少，而且基本都以歐美發(fā)達(dá)地區(qū)的城市為案例，以我國(guó)城市為案例的研究寥寥可數(shù)（Ewing & Cervero，2010）。由于東亞地區(qū)高密度、高混合度的建成環(huán)境特征與歐美國(guó)家差別非常大（Newman & Kenworthy，1989），因而，以我國(guó)城市為案例，開(kāi)展城市空間形態(tài)與居民人均交通能耗的關(guān)系研究非常有必要。

另外，在目前有限的宏觀層面研究中，由于數(shù)據(jù)獲取困難，學(xué)者們基本只討論了城市人口密度與居民人均交通能耗的關(guān)系，對(duì)于城市空間形態(tài)的其他維度（Dimension，如設(shè)施可達(dá)性、路網(wǎng)形態(tài)等）并沒(méi)有考察（Newman & Kenworthy，1989；姚勝永&潘海嘯，2009）。

大數(shù)據(jù)時(shí)代為城市研究提供了新的數(shù)據(jù)機(jī)遇，在線電子地圖、手機(jī)通訊數(shù)據(jù)、公交刷卡數(shù)據(jù)等新近可以獲取的海量數(shù)據(jù)日益受到城市研究者的關(guān)注。本文擬利用在線地圖興趣點(diǎn)（Point of Interest，簡(jiǎn)稱POI）數(shù)據(jù)，獲取城市內(nèi)各類商業(yè)和公共服務(wù)設(shè)施的空間位置，進(jìn)而從宏觀層面探索住區(qū)周邊各類設(shè)施的可達(dá)性對(duì)居民人均交通能耗的影響，從而甄別出在我國(guó)城市建成環(huán)境特點(diǎn)下，能夠顯著促進(jìn)居民步行出行的設(shè)施種類，為開(kāi)展針對(duì)性的低碳城市和節(jié)能住區(qū)的形態(tài)設(shè)計(jì)工作提出建議。

2　理論背景

有關(guān)城市空間形態(tài)與居民人均交通能耗的關(guān)系研究中最著名、影響最大的是切爾韋羅（Cervero）和科克爾曼（Kockelman）于1997年提出的“3D”理論。該理論指出，高密度、設(shè)施可達(dá)性高、步行環(huán)境友好的城市建成環(huán)境有助于通過(guò)多種途徑（鼓勵(lì)步行和公共交通、提升短距離出行和降低機(jī)動(dòng)車出行距離等）降低居民的交通能耗，奠定了節(jié)能形態(tài)研究的3個(gè)主要空間維度——密度、設(shè)施多樣性和路網(wǎng)形態(tài)。此后，雖然又有其他維度的補(bǔ)充，如在后續(xù)研究中提及的目的地可達(dá)性（destination accessibility）和到公交站/地鐵站的距離（distance to transit）兩個(gè)維度，但其實(shí)際內(nèi)涵與設(shè)施多樣性相差不大（Ewing & Cervero，2010），因此，大部分交通節(jié)能形態(tài)研究仍然圍繞密度、設(shè)施多樣性和路網(wǎng)形態(tài)3個(gè)維度展開(kāi)。

根據(jù)切爾韋羅的定義，多樣性是指各種功能設(shè)施在土地面積、建筑面積和就業(yè)崗位等方面的多樣程度（Cervero & Kockelman，1997）。一方面，在住區(qū)或工作場(chǎng)所步行適宜出行范圍（10min，500～800m）內(nèi)，布置各種公共服務(wù)和商業(yè)設(shè)施，如便利店、餐館、幼兒園、診所等，能夠提升居民步行出行的概率，抑制機(jī)動(dòng)車出行（Cervero & Kockelman，1997）；另一方面，在公交站點(diǎn)周邊布置零售、服務(wù)設(shè)施，方便居民在通勤換乘時(shí)順便完成非通勤出行，可以減少多余的機(jī)動(dòng)車非通勤出行。由此可見(jiàn)，“設(shè)施多樣性”和“設(shè)施可達(dá)性”這兩個(gè)概念在節(jié)能研究中的內(nèi)涵基本一致，由于本研究側(cè)重考察各類設(shè)施對(duì)居民人均交通能耗的單獨(dú)影響，因此下文統(tǒng)一用“設(shè)施可達(dá)性”這一概念表達(dá)。

大量實(shí)證研究圍繞設(shè)施可達(dá)性與居民出行行為的關(guān)系開(kāi)展，但基本局限在微觀家庭層面。弗蘭克（Frank）和恩格爾克（Engelke）的研究發(fā)現(xiàn)住區(qū)周邊的土地利用混合度（熵指標(biāo)）與家庭平均出行距離有負(fù)向關(guān)系，即土地混合度越高，家庭平均出行距離越短（Frank & Engelke，2005）。同時(shí)，弗蘭克等人的研究證實(shí)土地利用混合度高的地區(qū)居民更傾向使用公共交通通勤（Frank et al.，2008）。巴特（Bhat）和埃盧魯（Eluru）的研究表明購(gòu)物設(shè)施可達(dá)性對(duì)家庭平均出行距離有負(fù)向影響，可達(dá)性越高則出行距離越短（Bhat & Eluru，2009）。此外，舍恩菲爾德（Sch?nfelder）等人的研究表明，相對(duì)于工作場(chǎng)所，住區(qū)周邊發(fā)生的短距離出行更多。因此，住區(qū)周邊步行范圍內(nèi)各類設(shè)施的可達(dá)性對(duì)居民出行的影響更為重要（Sch?nfelder & Axhausen，2010）。宏觀層面，切爾韋羅基于1985年美國(guó)家庭調(diào)研數(shù)據(jù)，對(duì)住區(qū)周邊商業(yè)設(shè)施的可達(dá)性與家庭購(gòu)物出行的關(guān)系進(jìn)行了研究（Cervero，1996），結(jié)果顯示，當(dāng)住區(qū)周邊300英尺（約91m）范圍內(nèi)有便利店等商業(yè)設(shè)施時(shí)，家庭采用公共交通、步行和自行車出行的比例顯著提高。

綜上所述，現(xiàn)有相關(guān)研究基本都以歐美國(guó)家城市為例展開(kāi)，其中存在的一個(gè)顯著問(wèn)題是對(duì)各種設(shè)施的分類比較籠統(tǒng)，對(duì)設(shè)施進(jìn)行細(xì)分的研究很少（Lee & Moudon，2006；Moudon et al.，2006）。根據(jù)我國(guó)的住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范要求，城市住區(qū)周邊通常配備較完善的商業(yè)和服務(wù)設(shè)施，與郊區(qū)化蔓延嚴(yán)重的美國(guó)城市差別很大。因此，以我國(guó)城市為例，探討各類細(xì)分設(shè)施的可達(dá)性對(duì)居民人均交通能耗的影響十分有必要。

3　指標(biāo)獲取

本文選取截止2009年底我國(guó)大陸286個(gè)地級(jí)以上城市（根據(jù)《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒2010》，2009年底我國(guó)大陸共有287個(gè)地級(jí)以上城市，但大部分統(tǒng)計(jì)條目都不包括拉薩市，故而將拉薩市舍去）作為研究對(duì)象，研究所需的兩類數(shù)據(jù)分別是居民人均交通能耗數(shù)據(jù)與設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)。關(guān)于居民人均交通能耗數(shù)據(jù)的獲取，由于政府公開(kāi)年鑒中并沒(méi)有直接公布城市居民交通碳排放的數(shù)據(jù)，因此相關(guān)研究大多采用聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）提供的方法對(duì)居民人均交通能耗進(jìn)行估算。關(guān)于設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)，舍恩菲爾德等人的研究表明，相對(duì)于工作場(chǎng)所，住區(qū)周邊發(fā)生的短距離出行更多（Sch?nfelder & Axhausen，2010），因此，本文側(cè)重研究住區(qū)周邊設(shè)施的可達(dá)性，以城市住區(qū)周邊500m范圍內(nèi)各種設(shè)施的數(shù)量作為表征設(shè)施可達(dá)性的指標(biāo)。500m的直線距離對(duì)應(yīng)的最大路徑距離約為800m（方格路網(wǎng)對(duì)角線的情形），符合米爾沃德（Millward）等人描述的步行出行特點(diǎn)，即大部分步行出行的距離在600m范圍內(nèi)，很少超過(guò)1 200m（Millward et al.，2013）。

設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)提取的具體做法是：

（1）首先提取各類POI文件，利用百度地圖JavaScript API 1.4版本，提取我國(guó)大陸全境范圍內(nèi)各種興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)的空間坐標(biāo)（獲取截止時(shí)間為2012年12月），然后參考Google歷史地圖對(duì)各種設(shè)施點(diǎn)進(jìn)行增補(bǔ)、校核和分類，除了住宅小區(qū)外共分成7個(gè)大類，32個(gè)子類（表1）。

（2）在ArcGIS10.2版本中對(duì)每個(gè)細(xì)分類別的設(shè)施點(diǎn)文件（住宅小區(qū)除外）進(jìn)行線密度分析（半徑設(shè)置為500m，柵格大小設(shè)置為10m），生成對(duì)應(yīng)設(shè)施的線密度柵格圖，柵格上每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值代表該點(diǎn)周邊500m直線距離內(nèi)此類設(shè)施的數(shù)量。

（3）在ArcGIS10.2版本中應(yīng)用“值提取到點(diǎn)”命令，將每類設(shè)施的線密度柵格圖的數(shù)值提取到住宅小區(qū)點(diǎn)文件上，得到每個(gè)住宅小區(qū)周邊500m直線距離內(nèi)各類設(shè)施的數(shù)量。然后計(jì)算出每個(gè)城市建成區(qū)范圍內(nèi)所有住宅小區(qū)各類設(shè)施數(shù)量的平均值，即可獲得每個(gè)城市各類設(shè)施的可達(dá)性指標(biāo)。

286個(gè)城市建成區(qū)內(nèi)住區(qū)周邊500m范圍內(nèi)各類設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)的描述統(tǒng)計(jì)如表2所示，部分設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)的空間分布如圖1、2所示。

表1　興趣點(diǎn)（POI）分類

圖1　設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)的空間分布1

圖2　設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)的空間分布2

總體而言，不同種類的設(shè)施分布各具特色：（1）東南沿海地區(qū)城市的快餐類設(shè)施可達(dá)性明顯高于其他地區(qū)，這與該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高有關(guān)，快餐類設(shè)施大都是國(guó)際連鎖品牌，其經(jīng)營(yíng)網(wǎng)點(diǎn)布局傾向經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)；（2）川渝地區(qū)的飲料類設(shè)施可達(dá)性明顯高于全國(guó)其他地區(qū)，這與當(dāng)?shù)貧v史悠久的酒文化和茶文化密不可分；（3）華北和中原地區(qū)城市的各類設(shè)施可達(dá)性普遍較低，與這些地區(qū)地勢(shì)平坦、城市路網(wǎng)間距較大有關(guān)，大網(wǎng)格城市街區(qū)沿街界面的比例相對(duì)較低，而一般的商業(yè)服務(wù)類設(shè)施基本都是沿街布局。

4　回歸分析

相關(guān)研究表明，城市居民人均交通能耗受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、城市規(guī)模和人口密度等指標(biāo)的影響顯著（Zhang et al.，2015）。因而，本文將建成區(qū)面積、人口密度和人均財(cái)政收入作為控制變量，考察設(shè)施可達(dá)性與居民人均交通能耗（一般采用其自然對(duì)數(shù)值Ln以得到更好的回歸效果）之間的關(guān)系。由于選用的設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)較多，而且各類設(shè)施在空間分布上存在一定的相關(guān)性，因此，首先將建成區(qū)面積、人口密度和人均財(cái)政收入作為控制變量，運(yùn)用偏相關(guān)分析，依次考察各類設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)與居民人均交通能耗的關(guān)系。結(jié)果顯示（表3），飲料、電信營(yíng)業(yè)廳、KTV、工廠、電網(wǎng)營(yíng)業(yè)廳、干洗店、餐館、快餐、診所、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、日常購(gòu)物、政府機(jī)構(gòu)和醫(yī)院這13類設(shè)施的可達(dá)性指標(biāo)與居民人均交通能耗之間有顯著的線性關(guān)系。

表2　各類設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)的描述統(tǒng)計(jì)

表3　各類設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)與Ln居民人均交通能耗的偏相關(guān)分析

為了排除這13類設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)之間可能存在的共線性，將其余12類設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)作為控制變量，依次考察各類設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)與居民人均交通能耗的偏相關(guān)系數(shù)，從而得到各類設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)對(duì)居民人均交通能耗的凈影響。分析結(jié)果顯示，飲料、餐館、電網(wǎng)營(yíng)業(yè)廳、日常購(gòu)物、電信營(yíng)業(yè)廳和農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)對(duì)居民人均交通能耗有顯著的負(fù)向凈關(guān)系，即住區(qū)500m范圍內(nèi)這些設(shè)施的數(shù)量越多，居民人均交通能耗越低（表4）。該結(jié)果符合常識(shí)認(rèn)知，即居民日用品采購(gòu)、餐飲、交電話費(fèi)和電費(fèi)等日常活動(dòng)發(fā)生的頻率較高，出行距離普遍較短，這說(shuō)明在住區(qū)周邊步行適宜范圍內(nèi)布置對(duì)應(yīng)的設(shè)施，有助于降低居民的出行能耗。該結(jié)論與以家庭為研究單位的微觀節(jié)能研究得出的結(jié)論基本一致（楊陽(yáng)，2013）。

從回歸結(jié)果中可以看出，工廠和快餐的設(shè)施可達(dá)性與居民人均交通能耗有顯著的正向關(guān)系，即住區(qū)500m范圍內(nèi)的工廠和快餐設(shè)施越多，居民人均交通能耗反而越高，有悖于一般的常識(shí)認(rèn)知。究其原因，一方面，快餐設(shè)施可達(dá)性高的城市集中分布在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)（圖1），居民消費(fèi)水平較高，快餐設(shè)施數(shù)量較多，快餐設(shè)施密度（快餐設(shè)施數(shù)量與建成區(qū)面積的比值）較大，因而產(chǎn)生了快餐設(shè)施可達(dá)性與居民人均交通能耗的正向影響結(jié)果。在將快餐設(shè)施密度作為控制變量后，快餐設(shè)施可達(dá)性與居民人均交通能耗之間的顯著線性關(guān)系不復(fù)存在（顯著性指標(biāo)高達(dá)0.325，不通過(guò)檢驗(yàn)）；另一方面，工廠可達(dá)性高的城市集中分布在長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲等以出口加工為主的沿海地區(qū)和遼寧、華北平原等老工業(yè)基地（圖3左），這些地區(qū)城市的工廠絕對(duì)數(shù)量多，且大部分分布在建成區(qū)邊緣地帶（圖3右），隨著計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期職住一體的單位制的解體（柴彥威 等，2011），這些工廠職工的居住地普遍分散在城市的各個(gè)角落，職工的通勤距離較長(zhǎng)，因此出行能耗普遍較高。

此外，回歸結(jié)果顯示，幼兒園、小學(xué)等教育設(shè)施以及診所、醫(yī)院等醫(yī)療設(shè)施的可達(dá)性與居民人均交通能耗并沒(méi)有顯著的關(guān)系，這與我國(guó)城市的建成環(huán)境特點(diǎn)有關(guān)。在我國(guó)的城市建設(shè)中，根據(jù)住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范要求，住區(qū)周邊普遍配有完備的教育和醫(yī)療設(shè)施，因此這些設(shè)施的可達(dá)性在各個(gè)城市之間的差別不大，在回歸中對(duì)居民人均交通能耗沒(méi)有體現(xiàn)出顯著影響。該結(jié)論和以西方城市為例的大部分研究（Davison & Lawson，2006；Ewing et al.，2004）都不同，表明建成環(huán)境與居民出行研究需要充分考慮不同城市的空間特點(diǎn)。

5　小結(jié)

針對(duì)目前節(jié)能空間形態(tài)研究中宏觀研究數(shù)量少、空間維度僅涉及人口密度的情況，本文利用在線地圖POI數(shù)據(jù)，計(jì)算了我國(guó)大陸286個(gè)地級(jí)以上城市的7個(gè)大類、32個(gè)子類商業(yè)和公共服務(wù)設(shè)施的可達(dá)性指標(biāo)，利用回歸分析探討了各類設(shè)施可達(dá)性與居民人均交通能耗之間的關(guān)系，得出以下結(jié)論。

圖3　工廠設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)的空間分布（左）以及遼陽(yáng)市、無(wú)錫市工廠空間分布（右）

表4　13類設(shè)施可達(dá)性指標(biāo)與Ln居民人均交通能耗的偏相關(guān)分析

（1）我國(guó)建成環(huán)境特點(diǎn)下，大部分城市的基本公共服務(wù)設(shè)施如醫(yī)療、學(xué)校等可達(dá)性都比較好，各城市之間可達(dá)性的差別不大，因此這些設(shè)施可達(dá)性對(duì)居民人均交通能耗沒(méi)有顯著影響。

（2）基本商業(yè)服務(wù)設(shè)施如購(gòu)物、餐飲、菜市場(chǎng)、電信電網(wǎng)營(yíng)業(yè)廳等的可達(dá)性對(duì)居民人均交通能耗有顯著負(fù)向影響，這些設(shè)施在住區(qū)周邊的可達(dá)性高，有助于引導(dǎo)居民更多地采用步行出行，從而有效降低居民人均交通能耗。在住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)合理進(jìn)行基礎(chǔ)商業(yè)設(shè)施的規(guī)劃與配建工作。

（3）關(guān)于各類設(shè)施可達(dá)性的研究結(jié)果表明，東西方建成環(huán)境特點(diǎn)不同，得出的結(jié)論有一定差異，因而在借鑒西方國(guó)家城市研究成果時(shí)，應(yīng)注意我國(guó)城市自身的空間特點(diǎn)，批判性地吸收其研究結(jié)論。

注釋

① 關(guān)于居民人均交通能耗的具體估算公式和詳細(xì)討論詳見(jiàn)文獻(xiàn)：Zhang， J. Xie， Y. & Luan， B.， et al. Urban macro-level impact factors on Direct CO2Emissions of urban residents in China［J］. Energy and Buildings， 2015（107）.

② 各個(gè)城市建成區(qū)范圍的獲取詳見(jiàn)文獻(xiàn)：Zhang， J. & Xie， Y. Optimal Intra-Urban Hierarchy of Activity Centers: A Minimized Household Travel Energy Consumption Approach［J］. Sustainability， 2015， 7（9）.

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本文得到清華大學(xué)自主科研課題“華北南部地區(qū)特大城市節(jié)能住區(qū)形態(tài)與設(shè)計(jì)研究”（編號(hào)20111081052）的支持。

張杰，清華大學(xué)建筑學(xué)院教授

解揚(yáng)，清華大學(xué)建筑學(xué)院博士研究生

2016-02-29

THE IMPACT OF AMENITY ACCESSIBILITY AROUND NEIGHBORHOOD ON HOUSEHOLD PER CAPITA TRANSPORTATION ENERGY CONSUMPTION: AN EMPIRICAL STUDY BASED ON 286 CITIES AT THE PREFECTURAL LEVEL AND ABOVE IN CHINA

The Iow-carbon city theory has gained attention of the research community worIdwide due to gIobaI cIimatic change and the impending energy crisis. Cutting down househoId per capita transportation energy consumption has become a major issue， especiaIIy through morphoIogy design method. Micro-IeveI studies have yieIded abundant accompIishments， yet the reIationship between macro-IeveI urban spatiaI morphoIogy and househoId per capita transportation energy consumption has not been reveaIed. Moreover， other dimensions except density， such as amenity diversity and road network have been ignored in reIated morphoIogy study. Amenity diversity indexes of 286 cities at the prefecturaI IeveI and above in China are first estimated in this study based on POI （point of interest） data derived from onIine maps. The reIationship between househoId per capita transportation energy consumption and amenity diversity is then investigated， and responding suggestions are given then.

Amenity AccessibiIity， Urban SpatiaI MorphoIogy， HousehoId Per Capita Transportation Energy Consumption， Point of Interest Data， Low-Carbon City