国内外城市空间扩展的研究进展及其述评

张荣天，张小林

(南京师范大学地理科学学院，江苏 南京 210046)

国内外城市空间扩展的研究进展及其述评

张荣天，张小林

(南京师范大学地理科学学院，江苏 南京 210046)

根据国内外城市空间扩展研究内容变化和理论进展，从演变模式、驱动机制、模拟预测和优化调控四个方面对国内外城市空间扩展的研究内容体系进行归纳与总结。在此基础上对国内外城市空间扩展研究趋势进行述评。本文旨在通过大量的文献资料分析，系统梳理国内外的研究进展和发展趋势，对比国内外相关研究，以期能对国内城市空间扩展的研究发展提供理论借鉴和实践指导。

城市化;城市空间扩展;研究进展;述评

1 国内外城市空间扩展的研究进展

1.1 城市空间扩展演变模式

国外对城市空间扩展演变模式研究可追溯到19世纪末城市地理学对城市空间形态结构的研究，较早进行研究的以E.W.Burgess、H.Hoyt、C.D.Harris为代表的芝加哥人类生态学派采用历史形态学方法归纳出城市形态的同心圆模式、扇形模式与多核心模式三大经典模型。J.L.Berry通过大量的实证案例分析，归纳出城市空间扩展呈轴向增长、同心圆式增长、扇形增长以及多核心增长等多种方式，并认为“圆形城市 (Circular city)”是城市空间形态增长的最为理想模式;Leorey等从景观生态学的视角出发，提出城市用地增长主要有三种类型:紧凑(compact)、边缘 (edge)和廊道 (corridor);Ca-magni等指出城市空间扩展的五种基本类型:填充、外延、沿交通线扩展、蔓延、卫星城式，并根据不同的组合方式划出10个小类。

国内最早对城市空间扩展进行系统研究与归纳总结的武进指出我国城市空间形态演变方式主要有四种模式:由内向外的同心圆式连续扩展、沿主要对外交通成放射状扩展、跳跃式组团扩展和低密度蔓延扩展;段进认为城市空间扩展是城市内部各种功能演替的结果，主要有同心圆扩张、星状扩张、带状生长与跳跃式生长四种演变的方式;有些学者对北京、上海、合肥、广州、重庆等［1－3］(见表1)城市扩展空间模式演替规律进行实证研究;还有些学者从定量化的视角，采用凸壳原理［4］、夜间灯光数据［5］识别城市扩展空间演变模式。

表1 我国部分城市空间扩展模式

目前，国内外学者对于城市空间扩展演变模式的研究基本还处于定性化的探讨阶段，通过城市在时间序列的变化来研究城市用地在空间上呈现出扩展模式演替规律。采用凸壳原理与夜间灯光数据定量化的识别城市空间扩展模式，这是定量化的开始，但仍需要深化，更多的新技术、新方法应该应用于城市空间扩展模式的定量化识别。

1.2 城市空间扩展驱动机制

国外对于城市空间扩展驱动机制的研究，不同的研究学派作出了不同的解释，主要从经济、政治、土地、制度等方面阐述其驱动机制。Form W.H从政治学的视角出发，将影响城市空间扩展的动力分为市场驱动力与权利行为力;Muth从区域经济的角度，指出地方农产品的需求弹性、城市工资水平、离城市中心的距离和技术水平共同决定了城市空间扩展的进程;Amott从土地开发成本收益均衡的角度，指出城市空间扩展的均衡点是土地价格、利率、预期的租金和地产价值共同决定的;Ding［6］从土地利用与管理制度视角，解释城市空间扩展的内在驱动机制。

国内对城市空间扩展驱动机制众说纷纭，刘盛和［7］则全面总结了国外学者在这方面的研究成果，认为城市空间扩展动力机制总体上可以分为5大类:动力因素、自然机制、市场机制、社会价值机制和政治权力机制。国内更多学者则选取单个城市进行实证研究，通过大量的实证研究可以发现，城市空间扩展驱动机制具有较多的相同之处，如自然条件、经济发展、产业演替、交通等因子。此外，部分研究者针对特殊地形的城市(山地城市、港口城市)进行了研究;还有学者从城镇群组空间的角度，分析了长三角［8］、珠三角［9］等城市群体空间扩展的动力机制;最近还有学者从物联网发展［10］等新的视角，探讨城市空间扩展的动力机制。

城市空间扩展是在特定的地理环境和一定的社会经济发展阶段中，人类活动与自然因素相互作用的综合结果。城市空间扩展过程受到了不同时空尺度下的自然、人文、社会、经济、文化等多种因素的综合作用，是一个复杂的人地系统相互作用的动力学过程。在进行不同类型城市空间扩展的动力机制分析和探讨时，往往需要因地制宜的综合考虑其地理特征，采用某一种或者几种的组合来有针对性地定性或者定量分析。

1.3 城市空间扩展模拟预测

国外学者从不同角度建立了多种数学模型和空间模型，用来模拟和预测城市空间扩展。Tobler在20世纪70年代首次正式采用CA模型来模拟美国五大湖区底特律城市用地空间扩展;80年代，CA模型在西方的地理学中的应用得到长足发展。Batty等人应用分形理论和元胞自动机模型对城市空间扩展进行了深入细致地研究;Clarke等利用城市发展的历史数据，根据城市的交通、地形条件等设定适当的参数，建立SLEUTH模型，对旧金山和华盛顿都市区进行了成功模拟和长期预测;Waddell［11］结合了 CA和多主体模型 (MAM)，集成发展了城市仿真Urbansim预测模型;Deal［12］等运用城市生态学的方法，综合集成生态学模型、CA模型和环境影响评价模型，提出了城市土地利用演化和评价的LEAM模型。

国内城市空间扩展模拟预测的研究与应用起步较晚，受国际研究的推动，20世纪90年代末城市地理学界才开始类似的研究。周成虎［13］等在Batty和Xie的CA模型的基础之上，构建了面向对象的、随机的、不同构的和两个CA模型耦合的GeoCA—Urban模型;黎夏［14］等通过构建约束性单元自动演化CA模型，结合主成分分析和神经网络等技术成功地对东莞市的城市用地空间扩展进行了模拟;国内许多学者应用SLEUTH模型，对中国各个大中型城市用地空间增长进行了成功地模拟与预测。此外，国内学者等也开始尝试CA与MAM的集成一体化的研究。

总的来看，国外城市空间扩展的模拟预测研究取得了长足发展，提出很多城市模拟预测的新方法与新模型，为我国城市空间扩展模拟预测的理论与实证研究提供有益参考。这些基于CA模型的城市空间动态模型主要集中在两个方面:一是对虚拟城市空间发展演变过程的模拟;二是对城市实际发展过程进行重建与城市未来可能的发展趋势进行预测。虽然CA模型可以有效地模拟城市空间增长的趋势，但目前CA与GIS的空间模型结合不够以及和MAM的集成也不够，仍需不断深化。

1.4 城市空间扩展优化调控

1898年英国社会活动家霍华德 (Edbenezer Howard)提出了“田园城市” (Garden City)理论，核心思想为通过重塑城市空间形态，建立了城市内部各种各样的动态平衡，通过限制面积、人口、居住密度等措施，对城市空间扩张进行控制。1925年法国人勒.柯布西埃 (Le Corbusier)提出了“光明城”的规划，反对霍华德通过分散主义手法来解决“城市病”的主导思想，主张用全新的规划和建筑方式来改造城市。二战以后，随着城市空间扩张的不断加剧，生态环境问题越演越烈，抑制城市过快的蔓延成为研究城市最主要的焦点问题。在这种背景下应运而生了紧凑城市 (Compact City)、精明增长等可持续发展的理念。1989年，欧洲社区委员会 (CEC)首次公开提出“紧凑城市”的城市形态;1997年美国马里兰州州长PN.G Lendening首次提出了“精明增长”(Smart Growth)的概念，它强调环境、社会和经济可持续的共同发展，是一种较为紧凑、集中、高效的发展模式，其中“城市增长边界”(Urban Growth Boundaries)是精明增长实践中最著名的措施，核心思想是通过划定城市周边的自然保护区和生态敏感区将其作为限制建设区，从而划定城市可建设区。目前，国外城市精明增长组织网络日益庞大，并且精明增长的核心内容日益丰富。

国内对于城市空间扩展优化调控的研究起步较晚，到21世纪初才开始借鉴“精明增长”的理论。陈雯［15］等介绍了精明增长概念的提出背景、主要内容及其基本实践，系统阐述目前国内外广泛研究的“城市蔓延”和与之相对的“精明增长”，提出我国城市空间具有“城市蔓延”趋势，呼吁借鉴国外所采用的“精明增长”战略，为制定更为科学合理的城市规划进行理念更新;国内还有学者借鉴美国“精明增长”的理论，以特定区域城镇为研究对象 (浙江省、兰州市等)［16－17］，提出科学合理的城市空间发展模式，制定适合中国国情的精明增长策略 (见表2)。

整体来看，国外“精明增长”的理论与实践已比较成熟，而我国对精明增长的相关研究历史短，基本上处于对国外城市“精明增长”概念的学习、内涵的分析和策略技术的引介阶段。目前，国内对精明增长的研究已经开始逐渐向城市空间合理扩展的城市规划、设计与管理调控等方面展开，但对如何将精明增长与城市空间扩展系统地结合研究甚少，仍需深化。

2 国内外城市空间扩展研究述评

2.1 研究评价

纵观国内外城市空间扩展的相关研究进展，对于城市空间扩展的理论与实践研究大致经历了由定性到定量、静态到动态、由小尺度到大尺度、由结构分析到机制探索等过程。国外学者关于对城市空间扩展的研究不仅在技术方面，同时也在理论方面取得了较为积极的成果，为国内的城市空间扩展研究提供了大量可供参考的经验，为我国的城市空间扩展动态研究有所借鉴。国内外关于城市空间扩展的研究呈现出以下几个方面的特征:

表2 精明增长策略工具箱

(1)从研究尺度来看，国外关于城市空间扩展的研究呈现出从单一城市尺度向区域尺度乃至全球尺度的发展;对单一中心城市的空间格局演变规律的研究逐渐转向区域更宏观尺度的探讨，如对城市群、城镇密集区、都市带、都市连绵区等宏观尺度的探索，研究的空间尺度不再是某一单一中心城市，而是城镇群体空间，这是近些年来国外城市空间扩展研究呈现的新特征;国内对城市空间扩展研究基本从20世纪80年代中期开始，研究的时间较短，并以大量的个案为主，局限于单一城市的空间扩展研究，缺乏“区域”的宏观视角，系统归纳和总结的不多，不能十分有效地指导当前我国城市化进程加速的时代要求。

(2)从研究内容来看，国外研究重点经历了单一城市内部空间扩展的结构变化与形成机制的研究到城市与区域互动关联的空间扩展模式与机制研究，再到全球化跨国跨区域城市体系研究的转变，国外城市空间扩展研究处于不断转型与重构之中，研究内容体系较为完整;国内对城市空间扩展的演变模式、动力机制、模拟预测及优化调控等方面作了全面地研究，取得了积极的成果，但目前国内对于城市扩展的动力机制与空间机理分析不尽全面，扩展模式识别偏向于定性化的描述，优化调控策略研究仍处在借鉴与讨论之中，个案研究往往更多是针对某一角度而言，不具有普适性与系统性。

(3)从研究方法来看，国外城市空间扩展研究方法呈现出从定性描述研究转向定量模型研究、从个案研究转向区域城市实证研究、从单因素单学科分散研究转向多学科综合研究，国外的研究方法一直不断在创新，研究视角十分全面;国内研究也呈现出从定性描述研究转向定量模型研究、从单一学科分散研究转向多学科的综合研究，借鉴景观生态学、系统动力学及社会科学等学科，多学科相互交融，拓宽了城市空间扩展研究的深度;但是目前国内城市空间扩展研究的视角仍不够全面，缺乏宏观、中观、微观系统化的综合研究，基于各学科的交叉研究多停留在定性描述的层面上，需要进一步深化。

2.2 研究展望

基于中国快速城市化的时代大背景，关于城市空间扩展研究的理论与实践也会进一步丰富，未来中国城市空间扩展研究主要有以下几个方面的趋势:

(1)研究尺度更侧重于对城市群、城镇密集区 (长三角、珠三角、环渤海、长株潭、皖江城市带、中原城市群等)“区域”尺度城镇群体空间格局演变规律的探讨，揭示城市空间在大时空尺度上扩展的特征与群体之间相互作用的形式;同时更加关注对中西部经济欠发达地区城市空间扩展深入研究，探讨与总结欠发达地区城市空间扩展的扩展特征、演变模式及其内在机制，并且深化与发达地区城市空间扩展规律的对比研究，提出更适合欠发达地区城市空间发展模式，更好地指导中西部城市化的可持续发展;

(2)建立城市空间扩展宏观 (政策、规划、制度等)、中观 (经济、人口、社会、文化等)、微观(地形、交通、区位等)的多尺度综合驱动机制研究范式，探讨城市空间扩展不同尺度的综合驱动机制，并且揭示不同尺度机制内在的相互作用机理，深入地解释城市空间扩展的内在驱动机制;

(3)借鉴其他学科的理论与方法，加强城市空间扩展与其他学科的交叉研究，拓宽城市空间扩展研究的视角，不断完善国内城市空间扩展的研究内容体系。更多的新技术、新方法应用于城市空间扩展研究之中，如加强CA模型与GIS空间模型的耦合、CA模型与MAS模型的综合集成的研究，不断提高城市空间扩展模拟预测的精度;

(4)深入对国外“精明增长”理念与技术的研究与探讨，提炼出更具普适性和系统性的城市空间扩展的优化调控策略。当前我国东中西部城市空间扩展仍处于不断深化阶段，基于区域之间发展的差异，制定相应的城市空间扩展的优化调控策略，引导城市空间向更加科学、合理的方向发展;

(5)随着城市空间扩张的不断加剧，对地区耕地资源的侵占力度也不断加强，区域生态环境问题越演越烈，也将会危及到区域粮食安全。加强城市空间扩展与区域生态、粮食安全的关系研究，重点在于探讨它们之间内在的耦合关系，以及制定相应的政策响应机制，这是未来研究城市空间扩展的重要落脚点，体现研究为政策服务的社会性。

以城市空间扩展研究为切入点，结合当前中国城市化的实际情况，对国内城市空间扩展的特征、动力机制、典型模式进行归纳与总结研究，不仅有助于构建一个系统的城市空间扩展的理论研究体系，丰富城市地理学的研究成果，也可以为政府制定城市空间规划策略与政策提供科学的决策与依据。

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(责任编辑 刘传忠)

Research Progress and Review of Urban Spatial Expansion

Zhang Rongtian，Zhang Xiaolin
(School of Geography Science，Nanjing Normal University，Nanjing 210046，China)

According to the change of urban spatial expansion research content and the progress of theory both at home and abroad，the paper summarizes the urban spatial expansion research content system as follow:evolution mode，driving mechanism，simulation forecast and optimizing adjustment.This article analyzes the system sort of foreign research and development trends for the domestic research in contrast with a view to the domestic research and development of urban expansion to provide theoretical and practical reference guide.

Urbanization;Urban spatial expansion;Research progress;Review

F293.2

A

国家自然科学基金项目“发达地区乡村聚落空间格局转型与重构研究——以苏南为例”(41071114)

2011－12－20

张荣天 (1987－)，男，江苏溧水人，硕士研究生;研究方向:城乡规划与区域发展。