《武汉工程大学学报》 2020年01期
79-84
出版日期：2021-01-25
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
基于多源大数据的城市立体空间控制分区——以武汉市主城区为例
城市垂直维度的开发对于城市立体空间的发展和利用效率的提升具有积极意义，中国部分城市在不同时期对不同区域的高层建筑空间布局制定了相应的规划和策略，但是城市高层建筑的数量和密集程度仍迅速提升，对城市立体空间形态的布局和优化研究仅停留在起步阶段。因此，要科学合理地对高层建筑进行控制与布局，才能促进城市立体空间健康合理的发展。目前的城市规划体系中，对于高层建筑空间控制分区的内容比较少，缺乏一定的管理依据，研究方向和区域具有局部性，时点较近。大部分国家偏重部分因子的研究影响，如以美国为代表的城市从城市土地利用合理性上进行分析，以土地使用功能作为控制要素。一些欧洲城市，把以历史文化保护为目的作为唯一的重要依据，在综合全面性方面存在着不足［1-2］。我国对此方面的研究相对较晚，对比国内城市高层建筑空间的布局规划制定和研究区可发现，除北京1985年开始制定相关高层建筑空间规划以外［3-4］，其他城市的高层建筑空间规划的制定时间都集中在2010年左右［5-9］。上海和重庆基于城市天际轮廓线和路网街区层面分析中心区的高层建筑布局，提出控制高层建筑高度和密度的方法［10-11］；南京市结合城市风貌、历史文化和交通可达性等因子研究老城区空间形态，利用综合评价的方法划定相应的建筑高度限制［12-13］；成都市研究交通路网对于城市高层建筑的空间格局影响［14］；温州市根据城市密度控制规划和城市发展规划优化整体城市空间形态，划定高层建筑建设分区［15］；宁波市运用定量分析的方法研究三江片区，由高层禁建区逆向推导出允许兴建高层建筑的区域范围［16］；哈尔滨重点分析高层建筑布局结构，对高层建筑的高度进行严格控制。制定相应的高层建筑控制规划分区，对城市开发节点的建设强度、密度和高度进行严格的控制，并提出一系列的城市控制规划图则［17］。综述其他城市的建筑高度控制分区规划［18-21］，结合武汉市的城市景观特色和城市空间结构，不断发展武汉市立体空间高度控制分区的相关研究内容［22-23］，评估城市垂直空间的高层建筑的开发潜力。利用单因子评估和多因子评估的方法，采集城市多源大数据，评估城市立体空间的开发潜力。根据潜力评估的结果划分控制分区，基于刚性控制与弹性控制，提出相应的高层开发管控建议与措施，促进城市三维立体空间的合理规划和健康发展，为武汉市城市健康快速发展和城市立体空间优化布局提供有效的控制分区建议。1 基于多源大数据的立体空间控制分区体系1.1 构建基于多源大数据的控制分区评估体系本研究主要运用多因子评价的方法进行城市立体空间的高度控制分区的划分，具体方法如图1所示。1.2 多因子评价模型多因子评价模型如下：[Vi=j=1nwij*vij]其中，[wij]为因子j的权重，[vij]为评估单元i具有的因子j潜力分值；[Vi]为评估单元i的潜力总分值。2 武汉市立体空间控制分区2.1 数据选取本研究利用网络爬虫技术采集城市POI（Point of Interest）大数据、泛在网络信息大数据进行城市地理信息数据库构建，提取2012-2018年武汉市主城区建筑空间数据，包含建筑高度、空间位置与分类用途等信息。2.2 评价单元的选取针对城市立体空间形态和城市空间结构的相关研究，不同的尺度单元划分能够解释其对应的规划和变化规律，或者说特性的空间分异规律是建立在某种特定的采样尺度上的。因此，本研究对比不同特性的评估单元，对城市空间进行准确的高度控制分区。由不同尺度的分区单元示意图可知，主城区规划管控单元［图2（a）］的研究尺度最大，无法表达城市内部的微观结构，也不能准确表达城市内部的空间分异规律；主城区社区界限单元［图2（b）］以社区进行划分，但是由于社区的大小各异，尺度差异较大；主城区道路网络单元［图2（c）］以道路和街区相结合，更能微观地表达城市空间规律。综上所述，本文选取道路网络单元作为高度控制分区的基本单元。2.3 单因子分析2.3.1 城市主干道因子 城市主干道是主要交通枢纽和公共场所的全市性干道。地块距离城市主干道越近，建设高层建筑的可行性越大，周边车流量和人流量越大所带来的经济效益也非同小可，因而，城市主干道对高层建筑的布局规划影响也越大。根据城市主干道评价分值图［图3（a）］判定，将整个城市地块根据距离主干道的距离分为10个等级，最高等级的地块换算成1，剩下的等级分值则根据最高等级地块比值取值。分值越高，距离城市主干道越近，地块可达性越高，对高层建筑建设影响力越大。2.3.2 历史名城因子 高层建筑的建设和发展必须科学地进行，对历史名城街区不仅要限制高层建筑的开发利用，更应该限制一切建筑的开发。根据《武汉市历史文化名城保护规划》将地块分为2类，得到历史名城评价分值图［图3（b）］。分值为0代表禁止建设高层建筑区，1分则可以开发高层建筑区。2.3.3 长江水域因子 长江中下游地区与上游地区相比，地形地貌、水流特征等均有所不同。长江中下游地区，不仅拥有丰富的水资源，而且在河流特殊区域形成了优越的自然景观旅游资源。此外，丰富的渔业资源、良好的农业生产条件及便捷的航运条件，皆使长江中下游的经济效益比上游地区高一些。以距离长江远近及经济效益的实际情况为依据，将地块划分为10个等级［图3（c）］。分值越高，代表地块距离长江的位置越近，建设高层建筑的可行性也越高。2.3.4 主城中心因子 主城中心附近，地段优越，交通便利，周边配套齐全，人流量密集，经济效益巨大。所以高层建筑距离主城中心越近，得到的经济效益越高。因此根据距离主城中心的远近把地块分为10个等级，得出主城中心评价分值图［图3（d）］。分值越高，地块距离主城中心越近，建设高层建筑的可行性越大。2.3.5 综合商场因子 综合商场附近人流集聚量较大，在附近建设高层建筑可以使土地利用最大化，可获得更高的经济利益。以《武汉市商业设施空间布局规划》中现有的6个市级商业中心、20个区级商业中心、28条商业街以及社区商业的人口配置标准和未来商业集中用地为依据，按照商业发展潜力，把各个研究地块分成10个等级，得到综合商场评价分值图［图3（e）］。分值越高，距离综合商场越近，建设高层建筑的可行性越高。2.3.6 综合医院因子 医院一般建设在交通便利的地区，有利于患者前往以及急救的及时送达，或建设在人口比较密集的地区，以方便更多人就诊。因此，综合医院附近应配套相应的高层建筑。由此为依据，把研究地块划分为10个等级，得到综合医院评价分值［图3（f）］。分值越高，地块相对距离综合医院较近，建设高层建筑的可行性越高。2.3.7 中学因子 中学一般建设在人流量集中、交通便利的地区。所以，距离中学的远近对主城区高层建筑高度控制也有重要影响。高层建筑与中学的距离，包括基地退界、建筑间距等要素，只要符合城市一般规划条件即可。因此把各个研究地块划分为10个等级，得到中学影响评价分值［图3（g）］。分值越高，地块相对距离中学越近，建设高层建筑的可行性越高。2.3.8 湖泊因子 武汉市水务局最近公布武汉市共有147个湖泊，其中主城区湖泊有38个。滨水周边土地价格逐年升高，建设高层建筑有利于节约资金。高层建筑的兴建，在不破坏生态环境的情况下，更有利于观赏滨水景观。所以，同样根据距离湖泊的远近把研究地块划分为10个等级，得到湖泊影响评价分值［图3（h）］。分值越高，距离湖泊越近，建设高层建筑的可行性越高。2.3.9 一般公园因子 随着城市中建筑高度的不断增加，打破了城市的整体空间尺度。高层建筑不断的以点状、带状形式布局出现，慢慢改变了整个城市的三维空间形态。特色城市空间形态和城市面貌遭到了破坏。利用公园的开敞性可以有效地打破高层建筑带来的围合感，协调城市空间形态与高层建筑之间的关系。据此把研究区分为10个等级，得到一般公园影响评价分值［图3（i）］。分值越高，距离一般公园越近，建设高层建筑的可行性越高。2.4 多因子分析通过一系列的定性定量分析，对每个评价因子逐一进行了评分，得到了对武汉市主城区高层建筑建设控制评析结果。每个影响因子分值之间的算法根据具体情况来决定是“乘积”或者“加加”。根据文献［5］，假设最高的高层建筑高度是H1=1，因为是不同性质的评价因子，所以本文用“乘积”的方法：乘以某个单因子，分析了此因子对高层建筑分布的影响。例如，乘以城市主干道因子，分析了城市主干道对高层建筑分布的影响；乘以历史名城因子，分析了历史文化对高层建筑分布的影响；乘以长江因子，分析了长江对高层建筑分布的影响等。把各个影响因子在ArcGIS数据库中加以运算得出数值作为高层建筑控制分区的凭据，整体数值分布处于0.00~1.00中间。最终按照实际情况将这些数据划分为5个等级：0.00~0.48做为第1个等级；0.47~0.57做为第2个等级；0.57~0.65做为第3个等级；0.65~0.72做为第4个等级；0.72~1.00做为第5个等级。因此等级越高，高层建筑开发建设的可能性越大，等级越低，则建造高层建筑的可能性相对较低，得到建设分级控制引导图（图4）。2.5 城市立体空间的控制分区与布局建议基于建筑大数据与规划大数据挖掘城市三维空间的发展方向，指导城市三维空间利用潜力分区与管控策略制定。选取2012-2018年建筑高度数据样本的前5%，其平均高度为50层；由此将城市高层潜力分为4个层级，层数由低至高分别为0~10层、11~16层、16~31层、32~50层。结合生态保护规划与国土空间规划的相关要求，制定城市建筑高度管控分区。通过潜力评估，将城市高层控制分区分为以下几类：1）高层禁建区：严格禁止高层建筑的开发，是保护城市景观视域功能、人居环境安全性能的重点管控区域；2）开敞空间控制区：本区域是城市生态环境保护区的覆盖范围，不允许作为建设用地进行开发，从而严格保护城市内部大型自然开敞空间；3）高层慎建区：本分区主要是有条件高层建设区，以谨慎建设为管控原则，在符合历史文化名城保护、生态保护与视线控制的要求下允许11~16层的高层建筑开发；4）高层散点控制区：本分区的区位条件与土地价值良好，三维空间利用潜力较高。但是，此区域多围绕湖岸与江岸，受到地形地质条件与视线控制的约束，可进行16~31层高层建筑开发，同时以散点控制与弹性控制为主，建议结合多层建筑进行混合布局；5）高层集聚鼓励区：本区域三维空间潜力最高，属城市经济集中、环境适宜且无规划约束区域，建议以32~50层的高层建筑布局，鼓励商业或商住用途的高层建筑集聚开发。3 结 论本研究利用网络爬虫技术采集城市地理信息大数据、泛在网络大数据，构建城市高层控制分区数据平台。本研究构建城市三维空间利用潜力评估的指标体系，确定各指标与高层建筑开发潜力的关联机制与作用机制；采用最优的空间尺度——道路网络单元，利用单因子评估城市主干道、长江水域、主城中心、综合商场、综合医院、中学、湖泊、一般公园的可达度与历史名城潜力分值；然后利用多因子评价计算综合分值，进行潜力分区；最后，提出高层建筑控制分区与管控措施，指导城市高层建筑开发建设。本研究提出的指标体系、空间尺度选择、管控分区措施为中国城市立体形态的空间优化研究提供新的创新视角与实践方向。