杨洋 徐子涵

[摘 要]推动城市集约紧凑发展，是新型城镇化高质量发展的关键路径。综合考虑城市社会经济活动的集中程度、建筑环境的高密度和土地利用模式的混合情况，利用夜间灯光数据、城市建筑轮廓数据、兴趣点数据等多源大数据，优化城市空间紧凑T模型，构建城市空间紧凑度指数（USCI），从市级、区级、街道/镇级多个尺度对青岛市城市空间紧凑度进行测度。结果表明：基于优化的T模型构建的USCI可以有效反映城市空间紧凑水平；青岛市的市南区、市北区等老城区的城市空间紧凑度明显高于西海岸新区、即墨区等新城区，街道/乡镇层级的空间紧凑度分异明显，有超过一半的街道/镇处于城市空间不紧凑的状态。为促进城市空间紧凑发展，需要在三个方面下功夫：一是因地制宜，提高土地开发利用效率；二是提前谋划，引导城市功能合理布局；三是供需匹配，提高城市交通运行效率。

[关键词]紧凑城市；空间形态；城市空间紧凑度指数；多源大数据；青岛市

[中图分类号]F292 [文献标识码]A [文章编号]1671-8372（2023）02-0028-07

Research on urban spatial compactness based on multi-source big data

— a case study of Qingdao city

YANG Yang， XU Zi-han

（School of International Affairs and Public Administration， Ocean University of China， Qingdao 266100， China）

Abstract：Promoting urban intensive and compact development is the key path to the high-quality development of new urbanization. Based on the comprehensive consideration of the concentration of urban socio-economic activities， the high density of building environment and the mixed situation of land use pattern， this paper uses multi-source big data， such as night light data， urban building contour data and point of interest （POI） data， to optimize the urban spatial compact T-model and construct the urban spatial compactness index （USCI）. Taking Qingdao as an example， the measurement of urban spatial compactness is carried out at municipal， district and street/town scale. The results show that the USCI constructed on the basis of optimizing the urban spatial compact T-model can effectively reflect the urban spatial compactness level. The urban spatial compactness of old urban， areas such as Shinan district and Shibei district in Qingdao city， is obviously higher than that of new urban areas， such as the West Coast New district and Jimo district. The spatial compactness of street/town level is obviously differentiated， and more than half of the streets/towns are in the state of urban spatial non-compactness. In order to promote urban spatial compact development， efforts should be made in three aspects： first， in accordance with local conditions， improving the efficiency of land development and utilization; second， pre-planning and guiding rational layout of urban functions; third， matching supply and demand and improving the efficiency of urban transportation.

Key words：compact city; spatial form; urban spatial compactness index; multi-source big data; Qingdao city

一、引言

我國的城市化率由1982年的20.91%提升至2020年的63.89%，城镇化实现了跨越式发展。然而，在我国城镇化过程中形成的平均粗放的城镇化发展模式使得我国部分城市用地呈现蔓延式扩张发展的倾向，也给我国城市实现可持续发展带来了极大挑战[1]。一方面，蔓延式的城市扩张会破坏生态环境，挤压动植物的生存空间，增加城市能耗，导致土地的低效利用，并引发城市中心衰落、居民生活质量下降等问题[2]；另一方面，我国的宜居面积小[3]，耕地、淡水等资源也不足以支撑此种蔓延式的城市发展模式。2015年12月中央城市工作会议召开，会议提出，“要坚持集约发展，树立‘精明增长、‘紧凑城市理念，科学划定城市开发边界，推动城市发展由外延扩张式向内涵提升式转变”[4]。2022年7月12日，国家发展改革委发布《“十四五”新型城镇化实施方案》，提出要优化城市空间布局，统筹布局各类市政公用设施和公共服务设施。因此，囿于资源环境的约束，我国城市发展必须采取集约紧凑的发展模式，以实现可持续发展[5-6]。

城市空间紧凑度是城市紧凑与否的判别门槛，也是“紧凑城市”从抽象概念到定量模型的关键，更是进行紧凑城市规划实践的前提和基础[7]。城市紧凑度的测算方法主要可以分为两类：第一类是指标体系法，主要从城市规模、人口密度、基础设施、土地利用、空间形态等多个维度出发构建指标体系，对城市的紧凑程度进行测度[8-13]。指标体系法能够充分考虑紧凑城市的多维内涵，但往往由于指标复杂、数据收集难度较大，可操作性较弱，在不同地区开展的实证研究之间往往缺乏可比性。第二类是指数法，主要从与紧凑城市核心内涵密切相关的城市空间形态紧凑出发，构建城市紧凑度指数模型来展开定量测度[14-18]。指数法由于计算相对简单，数据收集相对便捷，同时能够反映城市空间形态紧凑这一核心要素，在城市紧凑度的测度中发挥着日益重要的作用。其中，Thinh等提出的空间引力模型，被称为城市紧凑度测算的T模型[16]，此模型通过计算城市各个网格间的引力来反映城市的紧凑程度，是目前广泛应用于城市紧凑度的测量并在未来也极具应用前景的有效方法。当前，已有的量化城市空间紧凑度的实证研究主要是基于統计数据[16-18]或遥感数据[10-13]展开，而对新兴大数据的应用还相对较少。同时，现有研究大多集中于较为宏观空间尺度上的城市紧凑度的探讨[13-17]，鲜有研究涉及区、街道等微观尺度。

因此，本文综合利用夜间灯光数据、城市建筑轮廓数据、兴趣点（POI）数据等多源大数据，在对城市紧凑度T模型进行优化的基础上，以青岛市为例，从市级、区级和街道/镇级三个尺度出发进行城市空间紧凑度的测度分析。一方面，本研究提出了一种基于多源大数据优化城市紧凑度T模型的新方法；另一方面，实证研究结果能为促进青岛市空间紧凑发展提供决策依据，为推进其他地区的城市紧凑发展提供参考借鉴，具有积极的现实意义和一定的示范作用。

二、研究区概况与数据来源

（一）研究区概况

青岛市是国家沿海重要中心城市和滨海度假旅游城市。青岛市现辖7个市辖区（市南、市北、李沧、崂山、青岛西海岸新区、城阳、即墨），代管3个县级市（胶州、平度、莱西）。根据“七普”的数据，截至2020年11月，青岛市常住人口为1007.17万，常住人口城镇化率达76.34%，居山东省第一位。2011—2020年十年间，青岛市城市建成区面积增长160%，而城镇常住人口增长仅为31%，青岛城市的扩张步伐超过了城市人口增长的现实需求。城市建成区过度扩张的现象在中国城市发展过程中普遍存在。本文选取青岛市及其下辖7个市辖区、94个街道/镇分别为研究区域，从三个尺度对城市紧凑度进行测算和分析。

（二）数据来源

本文使用的数据主要包括覆盖研究区的夜间灯光数据、城市建筑轮廓数据和兴趣点数据。夜间灯光数据为经过校正的NPP/VIIRS夜间数据，其分辨率为500米，能够从空间上直观反映城市社会经济活动[19]。城市建筑轮廓数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心①，包含建筑基底面积、楼层高度等参数，与以往研究使用较多的城市不透水表面数据相比，能更好地反映城市建筑的密集程度。兴趣点数据来源于高德地图，共采集到数据588661条，包含经纬度、名称、类别等属性。为更好地反映城市功能，对照《城市用地分类与规划建设用地标准（GB50137-2001）》（以下简称《标准》）将兴趣点数据进行重分类[20]（见表1）。其中，《标准》中的公用设施用地被合并到公共管理与公共服务用地；物流仓储用地未能在兴趣点数据中得到有效反映，因此未在分类中。

此外，鉴于清华大学学者牵头完成的“中国基本城市土地利用类型制图”首次实现了全国地块尺度的城市土地利用制图，详细揭示了城市间的土地利用差异，本文拟结合此制图和《青岛市统计年鉴》《青岛市第七次人口普查公告》等统计数据，对青岛城市紧凑度空间分异进行分析[21]。

三、城市空间紧凑度的测算方法

（一）T模型

已有实证研究表明，Thinh等人在2002年提出的T模型能够较好地反映城市空间的紧凑水平，具有良好的应用潜力[20]。T模型先将城市划分为若干个长宽相等的网格，再将网格与城市建设用地数据进行叠加，生成基础数据图层，然后对每两个网格之间的空间联系强度进行计算，取平均值作为整个地块的空间联系强度，即整个地块的紧凑程度。T模型的公式为：

（1）

式（1）中，T为某城市空间的紧凑度，即城市空间作用的平均引力，Ai和Aj代表任意两个网格i和j内的建设用地面积（i≠j），d（i，j）为网格i和到网格j的几何距离，C为常数，N为城市划分的网格总数。T值的大小反映城市用地空间布局的紧凑程度，T值越大，表明城市各网格间的作用越强，即城市空间布局越紧凑。

（二）T模型的优化

需要注意的是，城市空间紧凑的内涵丰富，不仅包括建筑环境的高密度，还应考虑城市社会经济活动的集中程度和土地利用模式的混合情况[2]。然而，原始的T模型仅对城市建设用地的紧凑度进行测算，还需进一步优化。本文将青岛市辖区划分为500米*500米的网格，将每个网格中单一的城市建设用地指标Ai拓展为能够同时考虑城市空间形态、人口经济以及功能紧凑的综合贡献值Vi。公式为：

Vi ＝ Ai ＋ Pi ＋ Fi                               （2）

式（2）中，Ai、Pi、Fi分别为采用min-max极差标准化方法标准化至0～1的网格i的建筑密集程度、人口经济活动强度和功能混合度。其中，Ai是通过建筑轮廓数据中建筑基底面积和楼层数据计算得出的建筑面积标准化而来，Ai越大，表明网格i的建筑密集程度越高；Pi是基于夜间灯光数据中灯光亮度DN值标准化而来，Pi越大，表明网格i的社会经济活动强度越大；Fi是基于兴趣点数据计算得出的香农-威纳指数标准化而来，Fi越大，表明网格i的功能混合度越高。

具体而言，功能混合度Fi的计算公式如下[20]：

Fi ＝ －∑ Ri（x）× In Ri（x）             （3）

式（3）中，Ri（x）为网格i中第x类用地类型所占的比例，m为兴趣点数据中划分的用地类型数量，即m=6。

综上所述，本文综合利用建筑轮廓数据、夜间灯光数据、兴趣点等多源数据，通过对T模型进行优化，构建城市空间紧凑度指数（Urban Spatial Compactness Index，USCI）如下所示：

（4）

式（4）中，USCI为基于多源大数据综合考虑了人口经济活动强度、建筑密集程度和功能混合度的城市空间紧凑度指数，数值越大表明城市空间布局越紧凑；Vi和Vj分别代表任意两个网格i和j内同时考虑城市空间形态、人口经济以及功能紧凑的综合贡献值，d（i，j）为网格i和到网格j的几何距离，N为城市划分的网格总数，C为常数（本文结合青岛市的实际情况，取值为C=108）。城市空间紧凑度指数测算过程如图1所示。

四、青岛城市空间紧凑度分析

（一）城市空间紧凑发展的总体特征

城市空间紧凑度综合贡献值（V）总体上呈现由沿海向内陆递减的趋势，青岛城市环湾紧凑发展的特征显著。目前，青岛市已初步形成了东岸城区、西岸城区、北岸城区三大环湾紧凑发展区的空间格局。此外，即墨区组团紧凑发展的空间格局也已初步成型（见图2）。

（二）区级城市空间紧凑度分析

在区级尺度上，青岛市各市辖区之间的城市空间紧凑程度差异显著，紧凑度指数从高到低依次为市南区、市北区、李沧区、崂山区、城阳区、即墨区和西海岸新区（见图3）。其中，市南区和市北区的城市空间紧凑度指数远高于青岛市平均水平；李沧区紧凑度指数接近平均线，城市空间布局较为紧凑；崂山、城阳、即墨、西海岸新区的紧凑度指数低于平均线，城市空间布局总体上较为分散，崂山区紧凑度指数相对而言略高于其他三个市辖区。原因可能为：首先，市南区和市北区是青岛城市发展的起点，历史悠久，受早期城市规划的影响，城市土地开发利用强度大，城市土地节约集约利用程度高，因而城市空间紧凑度处于第一梯队。市南区是青岛的行政、旅游、金融中心，人口集中，经济活跃，建筑密集，城市功能丰富，旅游景点、文化娱乐设施、各类企业总部和金融机构密集分布；市北区是青岛近代工业的起源地，工商业发达，路网密布，其大港区域是青岛港重要的货运集散地。其次，作为青岛传统意义上的“市内四区”之一，李沧区空间紧凑程度较高，人口和商业活动较为密集，聚集了乐客城、利群、银座、万达等商业巨头的李村商圈已成为青岛最大的超级商圈。再次，崂山区发展历史较短，东部为崂山名胜风景区，受自然条件约束，其东部城市建成区在空间上较为分散，但其西南方位功能紧凑度较高，已逐渐形成了由青岛大剧院、青岛博物院、青岛国际会展中心等构成的大型功能设施承载区，由银行、投行等构成的金家岭金融区，由海尔、特锐德等企业与中国海洋大学、青岛大学等高校构成的科技创新区。最后，城阳区、即墨区和西海岸新区的人口、经济活动以及城市建筑的分布总体上均较为分散，目前尚未形成较强的集聚效应。

（三）街道/镇级城市空间紧凑度分析

测度青岛市市辖区内94个街道/镇的城市空间紧凑度指数，并利用自然间断点分级法将各街道/镇的紧凑度指数由大到小划分为紧凑、较紧凑、一般紧凑、较不紧凑和不紧凑5个级别。结果表明，街道/

乡镇层级的空间紧凑度分异明显，青岛市市辖区内有超过一半的街道/镇处于城市空间不紧凑的状态，仅有不到1/10的街道/镇处于城市空间紧凑发展的状态。具体而言，青岛市市辖区内城市空间处于紧凑、较紧凑、一般紧凑、较不紧凑和不紧凑状态的街道/镇所占比例依次为8.61%、13.97%、9.68%、12.89%、54.84%。

此外，各街道/乡镇的空间紧凑度呈现较强的空间相关性，空间紧凑度较高的街道/乡镇多集中分布于市南区、市北区等老城区，空间紧凑度较低的街道/乡镇多集中分布于西海岸新区、即墨区等新城区。其中，青岛市市辖区内城市空间紧凑度排名前10的街道/镇中，有6个集中分布于市北区，有3个分布于市南区；城市空间紧凑度排名后10位的街道/镇中，则有5个集中分布于西海岸新区，有4个分布于即墨区。

为进一步揭示街道/镇级城市空间紧凑度特征，结合“中国基本城市土地利用类型制图”结果[21]，选取青岛市市辖区内城市空间紧凑度排名第1和排名倒数的典型街道/镇进行分析。青岛市市辖区内城市空间紧凑度排名第1的即墨路街道，地处市北区且与市南区相邻，发展历史较早；街道面积较小，街道内路网密布，人口经济活动活跃，建筑也较为密集；街道内大鲍岛商圈、即墨路小商品市场、新街里等商业地块和居住区错落分布，公园、园地、草地等也离居住区较近，城市的功能混合度高。相对而言，在青岛市市轄区内城市空间紧凑度排名倒数的王哥庄街道位于崂山风景名胜区，形状狭长，受自然条件和规划的影响，王哥庄街道开发建设受到严重限制，城市建成区和居住区多散落分布在街道东部；街道内人口密度小，经济发展水平相对落后，农业在生产总值中仍占有较大比重；社区分散、人口经济不活跃，城市功能单一使得王哥庄街道的城市空间紧凑度处于较低水平（见表2）。

五、结论与启示

本文综合利用夜间灯光数据、城市建筑轮廓数据、兴趣点数据等多源大数据，从城市空间紧凑的内涵出发，在对城市空间紧凑T模型进行优化的基础上，构建基于多源大数据的城市空间紧凑度指数，进而以青岛市为例开展多尺度城市空间紧凑度测度分析研究。主要研究结论为：

第一，优化后的T模型能够有效地反映城市空间紧凑状况。从城市空间紧凑度贡献值来看，青岛市辖区沿胶州湾形成了东岸城区、西岸城区和北岸城区三个中心，即墨组团为青岛市向山东省内其他城市辐射的节点，优化后的T模型刻画出的青岛城市空间形态与青岛城市规划中的空间布局基本契合。

第二，青岛市老城区比新城区的城市空间紧凑度高。一方面，市南、市北等老城区发展历史早，受到早期规划的影响，老城区的道路狭窄，路网密度大，城市建筑密集，土地资源相比新城区更加稀缺，土地节约集约利用效率高，城市发展趋于饱和，城市空间布局紧凑；另一方面，我国快速城镇化过程中存在盲目扩张的情况，西海岸新区、即墨区等新城区新增用地的土地利用结构单一，公共基础设施不完善，城市空间紧凑度低。

第三，青岛市街道/乡镇层级的空间紧凑度分异明显。城市空间紧凑度指数是人口经济、建筑面积和城市功能混合度三个层面叠加的结果，城市空间紧凑度指数较大的街道往往发展历史较早，人口经济活动活跃，建筑密集且城市功能布局更合理；城市空间紧凑度指数较小的街道，往往人口数量少，经济水平低，城市功能布局分散。此外，在自然条件上可能受到地形地貌的限制，青岛城市建成区总体上破碎化和离散化现象突出，在社会条件上可能受到规划的影响，市南区等老城区的城市建成区相较于即墨等新城区过度集中。

综合以上研究结论，对于提升青岛市的城市空间紧凑度水平，促进青岛市空间紧凑发展提出以下对策建议：

第一，因地制宜，提高土地开发利用效率。一方面，要严格限制城市开发边界，控制城市建设用地规模，贯彻紧凑城市发展理念。即墨区、西海岸经济新区作为未来青岛城市空间发展的重点，存在建设用地的跳跃性扩张、用地规模分散化与破碎化现象。在制定城市新区发展规划时，需要综合考虑青岛城市发展的宏观区域背景以及长远发展的总体定位，判断不同阶段的城市空间发展特点，制定城市建设用地利用计划，通过对城市空间进行“供需评估”，判断建设用地增量的必要性和合理性，力求每一阶段的城市空间有效契合需求，发挥规划工作的指导作用。另一方面，要充分盘活存量城市用地，保护更新历史城区，开发建设低效片区，升级改造旧城旧村。对城市建设用地已经饱和的东岸城区，城市空间应当由“新开发”向“再开发”转变，即由增量开发转变为存量开发。通过推进城市低效建设用地再开发、整治闲置以及碎片化建设用地、推动城区土地用途更新，提升土地集约利用水平，加快城市向集约型、创新型城市转型升级。

第二，提前谋划，引导城市功能合理布局。一方面，要促进“港-产-城”深度融合。“港-产-城”融合是港口所在地依托独特的区位优势与港口资源发展临港产业集群，优化产业结构，建设港口城市发展体系。“港”是青岛产业和城市发展的基石，“产”是港口和城市发展的支撑，而“城”则是港口和产业发展的依托。海洋药物、生物制品等是最具青岛特色的战略性新兴产业，现代海洋产业是青岛在激烈的城市竞争中突出重围必须要打好的“王牌”。只有促进青岛港转型升级、拓展港口综合服务功能，发展现代海洋等战略性新兴产业，才能真正实现“港-产-城”深度融合。另一方面，要进一步完善配套基础设施。目前，以工业带动发展的即墨、西海岸等新城市组团存在着工业用地比重偏高、配套设施不完善、产城融合程度不足等问题。在调整优化中应当加快建设工业园区的配套设施，如金融、交通、仓储、物流等等；要突破工业园的功能定位限制，以产业新城作为新的定位，配套建设居民小区、商业楼、公园等设施，将工业园外围建设成为环境宜人的生态家园，进一步吸引工人、技术员等产业从业人员。

第三，供需匹配，提高城市交通运行效率。一方面，要完善城市公共交通规划。不断巩固青岛“公交都市”建设成果，完善以轨道交通为骨干、常规公交为主体的多层次公共交通出行系统；动态优化常规公交线网，加大公交专用道建设力度，有效衔接常规公交与轨道交通，扩大公共交通网体系覆盖范围；持续推进轨道交通发展，加速轨道交通成网，提高轨道交通利用效率；统筹城市轨道交通地上、地下空间开发，强化城市轨道交通场站与周边土地一体化规划建设；加强城市轨道交通规划、建设、运营协调衔接，探索推广灵活编组的运输组织模式，不断提升城市轨道交通服务能力。另一方面，要统筹优化各市区交通。三大环湾城区之间应当依托快速路、主干路形成相互连通、对外有机衔接的交通网络；城区内部结合各区城市空间特色和城市功能布局，形成以“小街区、密路网”为特征的次干路和支路网，完善交通微循环系统。

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[責任编辑 张桂霞]