文/中國城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 代志宏

北京新航城智慧生態(tài)技術(shù)研究院 劉濤濤

中國城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 吳海寬

0 引言

隨著城市快速發(fā)展及城鎮(zhèn)化水平提高，人們對綠色空間的需求不斷提升，但城市綠色空間不斷被城市建筑及水泥路面侵占。公園綠地是城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，具有調(diào)節(jié)城市氣候、維持綠色生態(tài)等功能，并可為城市居民提供日常休閑游憩活動及避災(zāi)場所[1]。CJJ/T 85—2017《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》將城市綠地類型分為公園綠地、防護(hù)綠地、廣場用地、附屬綠地、區(qū)域綠地，其中公園綠地與當(dāng)?shù)鼐用竦娜粘Ｐ蓍e游憩活動較為密切。包頭市處在高烈度地震區(qū)范圍，公園綠地也能作為居民臨時(shí)避災(zāi)場所，為當(dāng)?shù)鼐用裉峁╇p重功能。因此，對包頭市建成區(qū)公園綠地進(jìn)行布局優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)域及研究對象

1.1 研究區(qū)域概況

包頭市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部，屬于干旱半干旱地區(qū)，年平均氣溫6.4℃，年降水量310mm，無霜期110～142d。包頭市是內(nèi)蒙古最大的工業(yè)城市，也是我國重要的工業(yè)基地之一，其市區(qū)包括昆都侖區(qū)、稀土高新區(qū)、青山區(qū)、東河區(qū)和九原區(qū)，城市建成區(qū)總面積約240km2。截至2020年11月，包頭市常住人口數(shù)量為270.94萬[2-4]。

改革開放以來，包頭市不僅注重城市經(jīng)濟(jì)增長與城市開發(fā)，而且對生態(tài)環(huán)境保護(hù)也十分重視。截至2016年，其建成區(qū)的城市綠地面積高達(dá)78.01km2，綠地率高達(dá)39.8%，人均公共綠地面積13.00m2，與其他國家發(fā)達(dá)城市的綠地建設(shè)相比也毫不遜色。

1.2 研究對象

根據(jù)包頭市發(fā)展?fàn)顩r及人口分布情況，本文的研究對象是包頭市主要建成區(qū)，研究區(qū)域公園面積20.78km2，其占研究區(qū)總面積的8.66%。參照《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》，以包頭市建成區(qū)遙感影像及2016年城市公園POI數(shù)據(jù)為主要基礎(chǔ)資料，進(jìn)行公園綠地現(xiàn)狀數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，包頭市建成區(qū)內(nèi)有各類公園綠地共41處，其中包括6個(gè)綜合公園，15個(gè)社區(qū)公園，13個(gè)專類公園，7個(gè)游園。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于LSV軟件（互聯(lián)網(wǎng)三維數(shù)字地球）的遙感影像圖，分辨率為0.6m/像素。其需經(jīng)GIS高斯投影預(yù)處理，參數(shù)選擇UTM zone 49N，轉(zhuǎn)換成北京84投影坐標(biāo)系，方便后期繪制圖紙需要。

生活中影響公園綠地可達(dá)性的因素有很多，本文主要考慮道路交通網(wǎng)絡(luò)、公園綠地本身情況、目標(biāo)人群出行方式、集中居住用地分布四大影響因素。因此利用GIS構(gòu)建現(xiàn)狀道路交通網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)狀公園分布和居住片區(qū)分布矢量數(shù)據(jù)庫，以此為核心，為后期研究作準(zhǔn)備，如圖1～4所示。

圖1 包頭市建成區(qū)遙感影像

圖2 包頭市建成區(qū)現(xiàn)狀公園綠地分布

圖3 包頭市建成區(qū)現(xiàn)狀道路交通網(wǎng)絡(luò)

圖4 包頭市建成區(qū)現(xiàn)狀居住區(qū)分布

2.2 研究方法

2.2.1 公園綠地可達(dá)性評價(jià)方法——網(wǎng)絡(luò)分析法

對公園綠地的可達(dá)性評價(jià)使用率較高的研究方法有鄰近距離法、引力模型法、緩沖分析法、行進(jìn)成本法、網(wǎng)絡(luò)分析法等。其中，前4種研究方法均采用直線距離分析可達(dá)范圍，未考慮實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)等影響因素，但現(xiàn)實(shí)道路交通對公園的可達(dá)性影響較大，因此本文選用網(wǎng)絡(luò)分析法對其可達(dá)性進(jìn)行評價(jià)。

網(wǎng)絡(luò)分析法是利用GIS中網(wǎng)絡(luò)分析模塊，在道路交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)的相關(guān)計(jì)算，模擬研究中阻力可參考不同的交通出行方式求得可達(dá)性范圍，其對反映目標(biāo)設(shè)施的可達(dá)性方面具有明顯優(yōu)勢[5]。網(wǎng)絡(luò)包括中心、連接、節(jié)點(diǎn)、阻力四大基本構(gòu)成要素。本文利用GIS網(wǎng)絡(luò)分析模塊對構(gòu)建目標(biāo)公園綠地矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，得到的服務(wù)范圍可用于衡量公園綠地布局優(yōu)劣[6]。

2.2.2 公園綠地布局優(yōu)化研究方法——GIS位置分配優(yōu)化模型

位置分配又可稱為選址或設(shè)施布點(diǎn)。良好的位置可幫助商業(yè)機(jī)構(gòu)獲得更大的人流，從而付出較低的成本；公共機(jī)構(gòu)規(guī)劃布局選址時(shí)，倘若選擇良好的位置，就可高效與公平地服務(wù)于當(dāng)?shù)鼐用馵7]。其基本原理是利用GIS網(wǎng)絡(luò)分析模塊，為滿足請求設(shè)施點(diǎn)要求，在必選設(shè)施點(diǎn)上增加候選設(shè)施點(diǎn)位置，根據(jù)特定位置分配優(yōu)化模型及設(shè)置相關(guān)阻力讓系統(tǒng)從候選設(shè)施點(diǎn)位置進(jìn)行挑選。

公園綠地布局是城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃的重要組成部分，屬于設(shè)施布局非常重要的研究分支。本文認(rèn)為可將位置分配優(yōu)化模型應(yīng)用于公園綠地布局優(yōu)化中，從而得到科學(xué)、高效的布局方案?？筛鶕?jù)包頭市建成區(qū)公園綠地的布局優(yōu)化需求，選擇位置分配優(yōu)化模型中的最小化設(shè)施點(diǎn)數(shù)優(yōu)化模型。

3 包頭市建成區(qū)公園綠地可達(dá)性評價(jià)

以道路交通網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用ArcGIS的網(wǎng)絡(luò)分析模塊構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集（見圖5），為研究公園綠地可達(dá)性分析做基礎(chǔ)準(zhǔn)備。

圖5 構(gòu)建的道路交通網(wǎng)絡(luò)

公園可達(dá)性評價(jià)是基于實(shí)際道路交通系統(tǒng)進(jìn)行模擬，其阻力分為時(shí)間成本與距離成本，其中時(shí)間成本僅考慮步行方式所影響的時(shí)間。

3.1 基于距離成本的公園綠地可達(dá)性分析

隨著城市快速發(fā)展及“生態(tài)城市”“園林城市”等新理念的提出，一些城市相應(yīng)提出“市民出門500m見綠，1000m可達(dá)大型公共綠地”等目標(biāo)，其體現(xiàn)的便是公園綠地的服務(wù)范圍。因此，將居民片區(qū)到公園綠地的距離以500，1000，2000m為界線，劃分公園綠地可達(dá)性等級，將可達(dá)性水平分為4個(gè)等級[8]，如表1所示。

表1 研究區(qū)各可達(dá)性等級

研究區(qū)域內(nèi)公園綠地在行政區(qū)間分布不均，在昆都侖區(qū)、稀土高新區(qū)數(shù)量較多，但面積不大。青山區(qū)公園面積最大，為9.40km2。九原區(qū)、東河區(qū)公園綠地?cái)?shù)量較少且面積較小，相對缺乏?；诰嚯x成本的包頭市建成區(qū)內(nèi)公園綠地可達(dá)性分析結(jié)果如圖6所示，分別計(jì)算不同距離公園綠地覆蓋面積占總覆蓋面積的百分比，從而得到基于距離成本公園綠地的可達(dá)性級別分布比率，研究區(qū)域內(nèi)公園綠地5000m服務(wù)范圍未覆蓋建成區(qū)，發(fā)現(xiàn)仍有部分居民片區(qū)未被服務(wù)到。公園可達(dá)性良好的范圍為1000m以內(nèi)，而1000m以內(nèi)可覆蓋20.1%的區(qū)域，區(qū)域面積僅為4833.32hm2。從圖6可看出，昆都侖區(qū)現(xiàn)狀公園綠地布局較集中，區(qū)內(nèi)北部及南部有大片居住小區(qū)未被覆蓋。

圖6 基于距離成本的包頭市建成區(qū)公園綠地可達(dá)性分析

3.2 基于時(shí)間成本的公園綠地可達(dá)性分析

研究表明，中心城區(qū)市民到公共服務(wù)設(shè)施大多會選擇步行方式。因此基于時(shí)間成本的公園綠地可達(dá)性分析主要分析步行交通出行方式[9]。本文采用步行出行速度為100m/min，紅綠燈等待時(shí)間為30s，正常情況下步行者能承受的最大出行時(shí)間為30min，因此本文步行可達(dá)性評價(jià)中定義為步行20min以內(nèi)公園可達(dá)性良好，步行21～30min公園可達(dá)性差。由圖7可看出，研究區(qū)域內(nèi)公園綠地步行30min可覆蓋45.62%的區(qū)域，步行20min覆蓋36.97%的區(qū)域，未覆蓋的區(qū)域與上述范圍基本一致。由于公園綠地既是日常休閑游憩空間又是重要的避災(zāi)場地，因此公園綠地日常休閑游憩的服務(wù)范圍覆蓋量也存在不足的問題。

圖7 基于時(shí)間成本的公園綠地可達(dá)性分析

4 包頭市建成區(qū)公園綠地布局優(yōu)化

通過對研究區(qū)域內(nèi)公園綠地可達(dá)性的評價(jià)分析得知，公園綠地布局存在服務(wù)盲區(qū)且覆蓋范圍有待提高，需進(jìn)一步對公園綠地系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，因此本文以包頭市建成區(qū)公園綠地為例，主要解決公園綠地?cái)?shù)量不足及布局不合理的問題，選擇位置分配優(yōu)化模型中的最小設(shè)施點(diǎn)數(shù)模型對研究區(qū)域的公園綠地布局進(jìn)行模擬優(yōu)化。

首先創(chuàng)建交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集進(jìn)行公園綠地模型模擬優(yōu)化。在GIS的網(wǎng)絡(luò)分析模塊中新建位置分配，在模型中將已存在的公園綠地作為必選設(shè)施點(diǎn)導(dǎo)入模型，并將創(chuàng)建研究區(qū)域范圍內(nèi)500m×500m的漁網(wǎng)點(diǎn)作為候選設(shè)施點(diǎn)導(dǎo)入設(shè)施點(diǎn)中，同時(shí)將居住小區(qū)作為請求點(diǎn)。然后在位置分配圖層屬性的“分析設(shè)置”中阻抗設(shè)置為“出行時(shí)間”，“高級設(shè)置”中問題類型選擇最小化設(shè)施點(diǎn)數(shù)，同時(shí)將阻抗中斷設(shè)置為20min與30min兩種。

最小化設(shè)施點(diǎn)模型要求設(shè)施點(diǎn)覆蓋范圍最大，并要求設(shè)施點(diǎn)數(shù)量最小[10]。阻抗設(shè)置為20min時(shí)公園布局可達(dá)性均為良好，覆蓋全建成區(qū)居住片區(qū)，可便于當(dāng)?shù)鼐用袢粘Ｐ蓍e游憩；根據(jù)優(yōu)化模型分析，研究區(qū)域?yàn)闈M足可達(dá)性需求最少要新建24個(gè)公園綠地，即昆都侖區(qū)6個(gè)，青山區(qū)4個(gè)，九原區(qū)4個(gè)，東河區(qū)10個(gè)，如圖8a所示。考慮近期公園綠地優(yōu)化布置，阻抗為20min的情況下，新建公園綠地?cái)?shù)量大，較難實(shí)現(xiàn)，因此可將阻抗減低為30min，可有利于公園綠地近期布局優(yōu)化，此時(shí)公園綠地覆蓋全建成區(qū)居住片區(qū)，為當(dāng)?shù)鼐用穹?wù)，但可達(dá)性一般，如圖8b所示。此時(shí)建議包頭市新建14處公園綠地，分布是昆都侖區(qū)3個(gè)，青山區(qū)、稀土高新區(qū)及九原區(qū)各1個(gè)，東河區(qū)8個(gè)，以為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┬蓍e游憩服務(wù)。

圖8 位置分配優(yōu)化模型

5 結(jié)語

隨著城市迅速發(fā)展，包頭市建成區(qū)現(xiàn)狀公園綠地布局存在位置分布不合理和覆蓋率不足的問題[11]。本文采用GIS網(wǎng)絡(luò)分析法，結(jié)合現(xiàn)狀道路交通網(wǎng)絡(luò)，從距離成本與時(shí)間成本2個(gè)方面分析包頭市建成區(qū)公園綠地可達(dá)性的問題。隨后利用位置分配優(yōu)化模型中的最小化設(shè)施點(diǎn)數(shù)，從阻抗30min及阻抗20min分別考慮公園綠地布局優(yōu)化方案，可分別為近遠(yuǎn)期公園綠地布局優(yōu)化建設(shè)提供參考。

本文通過定量方式獲得的數(shù)據(jù)化成果，可使城市公園綠地空間發(fā)展更加科學(xué)、客觀和有據(jù)可依，希望對包頭市建成區(qū)公園綠地規(guī)劃具有指導(dǎo)意義，同時(shí)為其他城市綠色空間建設(shè)提供借鑒價(jià)值。