邵大偉

吳殿鳴

城市功能空間分布與地域組合是城市功能組織在空間地域上的投影[1]。城市功能空間研究于20世紀20年代逐漸興起，形成了柯布西耶的城市分區(qū)思想、沙里寧的有機疏散和霍華德的田園城市等經(jīng)典理論[2]。隨著空間計量革命的發(fā)展，西方學者對城市空間擴展及內(nèi)部空間演化開展了大量研究，形成了同心圓、扇形、多核等結(jié)構(gòu)理論，更多研究關注于居住、商業(yè)、交通、公共服務和工業(yè)等單一功能空間[3-4]。中國相關研究起步較晚，20世紀80年代從關注工業(yè)、居住、商業(yè)、公共服務開始，逐漸向教育、醫(yī)療、養(yǎng)老、娛樂等領域擴展，獲得了較為豐碩的成果[5-6]，為認知城市空間及其演化規(guī)律奠定了基礎。空間定量模型是其規(guī)律揭示、機制挖掘的核心手段，隨著時空大數(shù)據(jù)的發(fā)展，手機信令、城市興趣點(Point of Interest，POI)等在時間斷面研究、單一或少量功能空間研究中逐漸成為主要數(shù)據(jù)來源[7-10]，但在整體、長時序研究中，規(guī)劃和土地部門的土地利用數(shù)據(jù)依然是主要的數(shù)據(jù)基礎。

快速城鎮(zhèn)化帶動城市建設空間急劇擴張和重構(gòu)，其布局形態(tài)發(fā)生了顯著變化，進一步改變了各功能空間的格局及其相互關系。綠地承擔城市的核心生態(tài)功能和主要游憩功能，對城市生態(tài)安全和穩(wěn)定具有決定性作用。城市綠地與以硬質(zhì)灰色空間為主的居住、交通、商業(yè)等要素在城市空間中交互嵌套分布，功能上相互協(xié)同、博弈或牽制。長期以來，受經(jīng)濟增長、住房保障、就業(yè)需求等影響，城市綠地多處于弱勢地位，其布局受到其他城市功能空間擠壓或競合的影響作用較為顯著。針對多尺度嵌套、有機進化的城市綠地[11-12]，其格局研究多借助景觀格局指數(shù)、分形分維和夜間燈光數(shù)據(jù)等探究其格局演化特征[13-15]；現(xiàn)階段綠地研究主要圍繞綠地異質(zhì)化的影響機制及綠地的生態(tài)環(huán)境、身心健康等作用效應快速深化拓展?；诰G地與城市功能空間的耦合理論[16-18]，城市綠地與城市居住空間、道路交通可達性等功能空間的關系研究逐漸增多[19-20]。

然而，已有研究關注了單一功能空間與綠地的空間配置關系，但不同城市功能空間作用于城市綠地的影響水平有何差異，該種作用及差異規(guī)律又是如何發(fā)展演化等一系列問題仍難以有效解答。借助大數(shù)據(jù)的相關研究在格局動態(tài)識別、活力空間揭示等方面具有明顯優(yōu)勢，但在長時序、全面規(guī)律探究方面也存在一定短板。在城市生態(tài)轉(zhuǎn)型、公園城市大力推動“人、城、境、業(yè)”和諧統(tǒng)一等城市發(fā)展背景下，亟須對相關規(guī)律和機制進行有效探究。

為此，本文在理論解析的基礎上，基于城市土地利用數(shù)據(jù)，聚焦2000年以來快速城鎮(zhèn)化及中后期穩(wěn)定階段，借助空間格局識別和探測方法，揭示綠地空間分布格局，挖掘城市功能空間對綠地影響作用的水平和機制，以期為城鎮(zhèn)化后期穩(wěn)定階段城市綠地如何與城市功能空間高效協(xié)同和互動提供理論支撐和規(guī)劃依據(jù)，促進城市內(nèi)部空間的健康轉(zhuǎn)型和綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)域及單元尺度

1.1 研究區(qū)域

南京是我國東部大城市的典型代表，在城市布局和規(guī)劃建設方面具有較好的代表性。截至2018年，南京城市人口密度1 554.98人/km2，人均擁有道路面積24.20m2，人均公園綠地面積15.47m2，設施條件在長三角和全國均處于較高水平。六朝古都南京是國家首批歷史文化名城，山水城林特色突出。作為國家園林城市，南京綠地建設水平較高，各類型綠地較為豐富、完整。進一步選取主城區(qū)范圍：以古城區(qū)為中心，與其逐漸擴展的新城部分和以農(nóng)林用地為主的邊緣區(qū)域共同構(gòu)成。該區(qū)域經(jīng)歷的城市發(fā)展階段完整，且人地矛盾、空間博弈最為突出。主城區(qū)由城市外環(huán)線和沿江岸線圍合(圖1)，面積約243km2。

圖1 研究范圍、綠地及單元尺度

1.2 單元尺度

國家“十三五”規(guī)劃、中央城市工作會議均強調(diào)了“15分鐘生活圈”的規(guī)劃方向和愿景。上海較早在城市總體規(guī)劃中提出：“以‘15分鐘社區(qū)生活圈’作為營造社區(qū)生活的基本單元，在居民步行可達范圍內(nèi)，配備生活所需的基本服務功能與公共活動空間，形成安全、友好、舒適的社區(qū)生活平臺”[21-22]。基于該理念，將1km(15min步行距離)方格網(wǎng)作為基本研究單元①(圖1)，以期為優(yōu)質(zhì)城市生活空間規(guī)劃提供科學依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

針對大數(shù)據(jù)在長時序獲取方面的限制，本文選擇規(guī)劃和土地部門的用地數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，具有較好的權(quán)威性和一致性。在盡量保證時間間隔近似的條件下，選取2000年后城鎮(zhèn)化快速和穩(wěn)定發(fā)展階段，同時考慮到數(shù)據(jù)的可得性和比例尺度的可比性，選取2004、2012、2017年城市總體規(guī)劃的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進行研究。利用ArcGIS 10.5軟件，在基礎地理數(shù)據(jù)平臺中將各年份圖件導入，進行配準矢量化及校對統(tǒng)一，比例精度為1:10 000。

2.2 城市功能空間的類型及構(gòu)成

根據(jù)《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準》(GB 50137—2011)及南京市城市用地分類和代碼標準，確定城市功能空間的類型體系和構(gòu)成。除綠地外，城市功能空間主要包括居住、公共服務、商服、工業(yè)生產(chǎn)、交通、市政服務、水域和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)8類(表1)。

2.3 研究方法

基于空間統(tǒng)計學方法和模型的定量歸因可有效揭示空間的作用關系。地理探測器(Geographical Detector)模型結(jié)合GIS空間疊加技術和幾何論，可用以識別多因子之間的交互作用[23-24]，被廣泛應用于空間分異影響因素方面的分析。該方法的原理是分析各因子層內(nèi)方差(within strata variance)和總方差(total variance)的關系，通過空間分層異質(zhì)性來探測各要素對因變量的影響作用力[25-26]。

本文利用地理探測器GeoDetector_2015的因子探測和交互探測工具，測度各功能空間對綠地格局及其增長的影響作用。其中，因變量為各網(wǎng)格單元相應年份的綠地面積及其增長量，自變量為各年份各功能空間面積及其增長量。具體計算公式及過程詳見相關參考文獻[23-26]。

3 城市綠地空間格局演化特征

綠地在研究周期內(nèi)呈現(xiàn)出快速增長的趨勢(圖2)，2004、2012、2017年面積分別為26.33、28.11、50.28km2②。城市綠地在各時段呈現(xiàn)出不同的布局特征。

圖2 基于1km網(wǎng)格單元的城市綠地分布及其增長格局(單位：hm2)

1)極化階段。2004年城市綠地主要聚集分布在紫金山和玄武湖及其周邊區(qū)域，形成主城區(qū)的“綠核”。在南部雨花臺，東部莫愁湖-清涼山、河西濱江、閱江樓等區(qū)域也有部分綠地散布，但整體規(guī)模不大。其余區(qū)域綠地極為有限或僅有零星分布，綠地主要分布區(qū)與其他區(qū)域之間的極化現(xiàn)象較為突出。

2)擴散階段。城市綠地建設在2012年得到顯著加強，面積、數(shù)量和分布逐漸擴展，形成“兩沿”格局：一是沿明城墻護城河向內(nèi)、外部延伸；二是沿長江岸線和外環(huán)線綠地迅速增多。然而，綠地分布的環(huán)狀格局尚未形成，古城區(qū)綠地面積雖然增長較為明顯，但由于建設空間有限，相對古城外部仍然差距懸殊。

3)均衡階段。2017年綠地格局的均衡性特征較為突出，環(huán)護城河游憩綠帶、沿江與外環(huán)線綠帶基本形成。就絕對數(shù)量而言，古城核心區(qū)及河西、邁皋橋等新城核心區(qū)綠地面積較小、分布較為分散；但就增長量來看，其綠地增長較快，2004—2017年增長幅度與古城外圍(除沿長江岸線和紫金山南北部大型綠地較為集中的區(qū)域外)相當，表明在城市核心區(qū)綠地建設的挖潛力度和均衡化布局水平均較為理想。

4 城市功能空間作用效應的地理探測

4.1 主要影響因子探測

在地理探測分析過程中，首先對所有功能用地面積進行標準化處理，消除面積差異過大帶來的量綱及異方差影響。對各網(wǎng)格單元綠地與功能空間影響因素進行Pearson相關性檢驗，除農(nóng)用地外，均通過了置信度為0.05的檢驗，且多通過了0.01的置信度檢驗，說明因子影響作用顯著，指標選取合理。

4.1.1 城市功能空間對綠地格局作用力的影響因子分析

1)交通、居住空間對綠地排斥作用力突出。交通、居住空間的作用力始終最強，且均遠高于其他功能空間(表2)。高強度作用力源于二者用地面積較高、占主城區(qū)功能用地總面積的40%以上。該作用力主要體現(xiàn)為負向排斥作用：交通、居住用地分布較多，公共服務、市政服務、商服用地也相對豐富，導致綠地空間被嚴重壓縮。2004—2017年，交通、居住空間對綠地分布的壓力持續(xù)加大，其中交通尤為明顯。交通是驅(qū)動城市空間擴張的主要動力，交通建設會帶動城市功能空間生長，但綠地占比還處于相對弱勢地位。

2)商服空間作用力顯著提升。商服空間作用力在2004、2012年均較低，對綠地空間作用微弱；2017年達到0.251 7，僅次于交通和居住空間。商服空間作用力的增強在于城市生活消費方式的提升與發(fā)展，在1km網(wǎng)格單元內(nèi)，商服用地面積增加，商業(yè)服務業(yè)的土地附加值和產(chǎn)出效益更高，致使公益性綠地空間的進一步擴展受到抑制。

3)工業(yè)、水域的綠地格局作用力漸趨衰弱。早期工業(yè)空間對城市綠地擠壓作用力較強，水域在2004年對綠地促進作用力一度達到0.241 3，但工業(yè)、水域面積均在持續(xù)下降，至2017年二者作用力均僅為0.060 0，幾乎對綠地格局失去了影響作用。其中，2017年工業(yè)用地面積銳減為2004年的1/4，且主要集中到了主城區(qū)北部、南部的工業(yè)園區(qū)，與綠地空間分布脫鉤；水域面積基本未發(fā)生變化，僅減少約8%，表明綠地早期主要依托水域空間布局，如結(jié)合秦淮河、護城河及湖面等進行建設，但隨著水域周邊可建設空間的減少，綠地建設逐步遠離水域空間，水域空間的作用力快速減弱。

4)公共服務、市政設施穩(wěn)定提升，但作用力較弱。公共服務和市政服務空間在研究周期內(nèi)面積逐步增加，作用力分別增長了2倍和6倍，2017年二者作用力相當。公共服務設施主要為文化、醫(yī)療、教育等空間類型，其本身面積較大，擠壓作用力相對較強，隨著城市快速擴展，對水電供給、電信、消防、環(huán)境衛(wèi)生等市政設施的均衡配置要求日益提升，對綠地的競爭水平也呈現(xiàn)出增強趨勢。

4.1.2 城市功能空間對綠地增長的影響因子分析

進一步以各功能空間的面積變化為自變量，探測其對因變量城市綠地增長的作用力。研究周期內(nèi)，城市功能空間通過置信度0.05檢驗的有4個，作用力依次為商服＞居?。竟卜眨窘煌?表2)，但作用力整體相對較小，且較為分散。對比面積數(shù)據(jù)來看，研究周期內(nèi)農(nóng)業(yè)用地和工業(yè)用地大幅減少，主城區(qū)外圍新區(qū)建設加快，農(nóng)業(yè)、工業(yè)用地在轉(zhuǎn)用過程中一方面快速布置商業(yè)服務、居住空間、公共服務和交通功能，另一方面也為城市新區(qū)綠地環(huán)境的增置和優(yōu)化提供了空間，這也是導致4類功能空間對綠地新增具有相對較弱正向拉動力的主要原因。

表2 城市功能空間對綠地及其增長影響作用的因子探測

2004—2012年，綠地增長受城市交通驅(qū)動，該階段城市建設用地擴張，道路交通先行，支撐和推動了園博園、寶船遺址公園等外圍綠地的快速建設，二者新增面積較為同步，而公共服務、商業(yè)等配套跟進相對滯后。2012—2017年，綠地增長的主要驅(qū)動因子為公共服務、商服和水域空間，成熟建成區(qū)內(nèi)多為中小型綠地，綠化增置多與公共空間、商業(yè)空間結(jié)合，且易于與水系結(jié)合形成帶狀綠地。

4.2 影響因子的交互探測

交互探測結(jié)果表明，各功能空間對綠地多表現(xiàn)為非線性增強的交互作用類型，僅有極少量為線性增強，說明功能空間混合對綠地布局具有抑制和排斥作用。

功能空間交互作用多為非線性增強，增效強度較大的影響因子作用力指數(shù)均超過0.6。2004年，居住、工業(yè)生產(chǎn)、交通、水域相互作用，形成對綠地格局作用的核心體系，即塑造了在古城開發(fā)建設核心區(qū)與其外部的低開發(fā)水平建設區(qū)域之間綠地分布極為懸殊的格局，其余農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、公共服務、市政服務和商服功能的作用力相對較弱。2012較之2004年，交通、居住、工業(yè)生產(chǎn)的主要交互作用效應較為穩(wěn)定，公共空間快速提升，水域互作效應降低。2017年，交通、居住、水域和公共服務功能空間成為交互作用增效強度最高的因子(表3)。因子交互作用的強度反映出城市空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)成規(guī)律，居住-交通-工業(yè)生產(chǎn)的邏輯主線逐漸弱化，居住-交通-公共服務與生態(tài)的融合特征愈發(fā)強化，該變化一方面體現(xiàn)在工業(yè)空間的急劇衰退，另一方面公共服務、商服空間及其對藍綠空間的交互作用和協(xié)同布局特征愈加突出。

表3 城市功能空間對綠地空間分布影響因素的交互作用(以2017年為例)

就對綠地面積增長的作用力而言，城市空間中存在水域時可顯著激發(fā)綠地建設增長，而市政服務、工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能空間存在時則普遍難以促進綠地新增。居住、交通的大量分布雖然會限制綠地布局，但在二者協(xié)同公共服務、商服功能空間增長的過程中，又可以在一定程度上帶動綠地增長。與此同時，工業(yè)、農(nóng)業(yè)功能空間的減少對城市綠地增長表現(xiàn)為協(xié)同增效效應，即在二者縮減明顯的區(qū)域，一定數(shù)量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)化為了綠地。

5 結(jié)論與對策

5.1 主要結(jié)論

在構(gòu)建分類體系的基礎上，借助地理探測器方法，基于15min(1km)生活圈網(wǎng)格尺度，開展城市功能空間對綠地格局和增長作用效應的探究，得出如下結(jié)論。

PIGA法和傳統(tǒng)霧化法的區(qū)別有兩點：第一，不同類型加熱源；第二，采用水冷銅坩堝取代了傳統(tǒng)的陶瓷坩堝，1985年發(fā)現(xiàn)并將水冷銅坩堝技術引入球形鈦粉的制取領域[7]。首先，PIGA法采用等離子熱源從而提高了加熱源的穩(wěn)定性和效能，尤其對于高溫金屬。其次，PIGA法采用水冷銅坩堝，金屬液流在與水冷銅坩堝接觸時，在坩堝表面形成一層母體金屬層，隔絕后續(xù)金屬液流和銅坩堝壁的直接接觸，提高了制備金屬粉體的純凈度。

1)城市綠地格局階段性演化特征突出。2004—2017年，城市綠地呈現(xiàn)出極化、擴展、均衡的階段性格局特征。

2)交通與居住功能深刻影響了綠地發(fā)展格局。交通與居住作為城市的主導功能空間，面積占比最高，其一方面協(xié)同商服、公共服務等功能空間顯著壓縮了綠地布局，另一方面在向新城擴張(占用農(nóng)用地)及工業(yè)用地升級改造過程中，也會一定程度上促進綠地尤其是公園綠地的新增。

3)水域空間協(xié)同可激發(fā)綠地增長。對于促進綠地增長，水域空間與其他功能空間的協(xié)同增效強度較為顯著，江南城市水域豐富、保護力度增強，也易于“引水造綠”“借勢生綠”。

4)城市生活服務化轉(zhuǎn)型協(xié)同強化了功能空間與綠地的互作效應。2004年，主城區(qū)仍具有較強的工業(yè)生產(chǎn)功能，居住-交通-工業(yè)生產(chǎn)的布局邏輯較為突出。隨著生活空間的塑造，居住與交通功能空間交互作用增強，進一步強化了與藍綠空間等生活服務要素的關系，但多呈現(xiàn)為強作用、弱協(xié)調(diào)的狀態(tài)。

5)生產(chǎn)功能退化為綠地增長騰挪了空間。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間向建設用地轉(zhuǎn)換，工業(yè)生產(chǎn)“退二進三”，在古城區(qū)的內(nèi)外部為綠地建設騰挪了大量空間，生產(chǎn)空間向生活、生態(tài)空間轉(zhuǎn)換趨勢顯著。

本文聚焦綠地空間分異，揭示了不同城市功能空間的作用效應，深化了綠地與城市空間的耦合規(guī)律，可為促進綠地科學布局和城市空間的可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。誠然，城市綠地具有多種類型、尺度，各功能空間的內(nèi)部類型更為龐雜，地形地勢、歷史文化遺跡對綠地布局也具有較為顯著的影響。因此，后續(xù)研究仍需持續(xù)深化，系統(tǒng)探究城市自然、文化遺產(chǎn)等對綠地的深層作用規(guī)律。

5.2 對策建議

1)分層構(gòu)建“居住-交通-綠地”享用鏈。結(jié)合居住、交通對綠地的強脅迫、弱帶動特征，以15min生活圈為基本單元，針對城市核心區(qū)、擴展區(qū)、外圍邊緣區(qū)，構(gòu)建多層次、復合嵌套的綠地享用鏈。針對核心區(qū)居住區(qū)密集、綠地小且分散的狀態(tài)，利用小尺度步行道路微循環(huán)、街巷空間微更新、居住區(qū)適度增加開放度等形式，提升服務便利性，滿足日常需求；城市新擴展區(qū)域中，大中型綠地逐漸增多，借助慢行系統(tǒng)或公交網(wǎng)絡，豐富居住區(qū)與綠地的聯(lián)系路徑，滿足周期性綠地享用需求；強化城市邊緣區(qū)域郊野公園、風景名勝區(qū)、體育公園等綠地與快速路的關聯(lián)水平，提升對居民偶發(fā)性、周期性的服務能力。

2)借力公共服務、商服等空間促進綠地生長。公共服務、商服空間一定程度上擠占了綠地布局，但二者增長也對綠地的增長有較弱的促進作用。2類空間人群聚集度較高，應相互結(jié)合、積極擴展綠地空間，不斷滿足、完善功能空間服務需求。可重點利用教育文化、養(yǎng)老、醫(yī)療、體育等公共服務功能空間，增置教育科普型、文化宣傳型公園或廣場型、康養(yǎng)型和運動型綠地；借助綜合賣場、餐飲度假、金融保險、藝術傳媒和娛樂康體等商服空間，延伸建設休閑綠地、康體綠地；圍繞水電暖氣等供應設施，打造生態(tài)防護及隔離綠地，促進大型給排水等市政服務設施空間與大中型公園綠地相融合，將其綠地化、景觀化。

3)協(xié)同水域空間構(gòu)建藍綠生態(tài)網(wǎng)絡。利用水域?qū)G地增長的協(xié)同帶動作用，系統(tǒng)梳理城區(qū)河湖水系，重點利用環(huán)護城河所形成的綠環(huán)、內(nèi)外秦淮河、河西新區(qū)內(nèi)原有農(nóng)田水網(wǎng)等水域空間，做好護城河綠環(huán)的拓寬延伸和網(wǎng)絡連接，以及沿秦淮河的濱河綠地與綠道建設，織牢、織密藍色水域與綠地高效協(xié)同的生態(tài)和游憩網(wǎng)絡。

4)積極補充或互補生產(chǎn)空間綠地。工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性景觀對綠地布局和增長的作用力極為有限，工業(yè)集中區(qū)在做好內(nèi)部綠地配套的同時，還應在其外圍構(gòu)建緩沖、隔離綠地，嚴防污染擴散和意外災害，提升城市環(huán)境品質(zhì)和安全水平；農(nóng)業(yè)空間退縮、綠地推進，面對“一退一進”過程中綠地設施存在的滯后補給現(xiàn)象，還應充分保護、利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的景觀效益，與城市綠地形成有益補充，構(gòu)建三生協(xié)同、交融的城市空間。

注釋：

① 由于研究范圍邊界不規(guī)則，單元劃分存在部分面積較小的邊緣區(qū)破碎單元，剔除后共留取了252個研究單元。

② 2017年綠地面積增長幅度較大，主要是因為2017版城市綠地分類標準納入了研究范圍內(nèi)區(qū)域綠地的大塊郊野公園和生態(tài)保育綠地，如紫金山北麓、幕燕風景區(qū)外圍和聚寶山西側(cè)山林地，共約17.5km2。由于其面積較大且與大型公園綠地集中連片分布，因此對整體格局及機制分析影響不大。