中国城市用地增长极限规模测算

郑新奇 薛春璐 王 伟 杜 娟

(1.中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京100083;2.中央财经大学政府管理学院，北京100081;3.黄河水利委员会山东黄河河务局，山东济南250011)

中国城市用地增长极限规模测算

郑新奇1薛春璐1王 伟2杜 娟3

(1.中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京100083;2.中央财经大学政府管理学院，北京100081;3.黄河水利委员会山东黄河河务局，山东济南250011)

快速城市化出现的城市建设用地扩张问题，受到人们广泛关注，借鉴发达国家经验，我国需要测算一个极限区间值进行自上而下的总量控制，以促进最严格耕地保护制度和节约用地制度的落实。但是如何测算这个极限规模一直没有得到很好解决。本文提出了一个常规方法组合和关键指标相结合的技术思路来尝试解决这个问题。研究首先对城市用地扩展规模的影响因子进行了分析，讨论了城市人口数量和GDP分别与建成区面积相关性，确定了城市人口数量对建成区面积影响更大;在此基础上，采用逻辑斯蒂模型，依据我国1950－2010年经济数据，对城市化水平进行预测;用自回归分布滞后模型，依据1951－2010年全国人口数据对未来人口规模进行预测，并分为三个方案对结果进行了讨论;最后按照城市用地分类与规划建设用地标准，以节约集约用地为原则，将人均城市用地规模取值控制在65.0－115.0 m2，计算城市用地扩展极限规模。结果表明，到2045年，中国的城市化预测水平为79.99%，在中国人口增长控制较好的情况下，人口规模将达到14.97亿人，城市用地扩展规模为77 857.38－137 747.70 km2;若中国人口达到有关研究的预测峰值16亿人，中国城市化水平稳定在80%，城市用地扩展极限规模将会是83 200.00－147 200.00 km2。综合以上分析，未来我国的城市建设用地总量应在7.8万km2到14.7万km2之间。

城市用地规模;扩展极限;城市化;人口预测

改革开放以来，随着城镇数量和规模迅速增加，我国城市用地规模逐步增大。有关资料显示，2000年以来，我国的城镇化取得了巨大进展。城镇化率从当时的36.2%，提高到2010年的47.5%，年均提高1.13个百分点，而城镇人口增加了26%，这意味着，我国土地城镇化的速度比人口城镇化的速度基本快了一倍。1993－2010年间，中国城市建成区大致以每年1 332 km2的速度递增，建成区面积扩张了1.3倍，年均增长率5.05%。城市对土地的需求，是实现城市经济和社会发展目标的需求。但是在其发展过程中不可避免地出现了各种土地利用问题:如外延粗放式的城市用地增长，耕地减少过多过快，耕地总量动态平衡未能完全实现，只能在一定时期内发挥作用［1］;农用地与非农用地之间的矛盾日益突出，工业化、城市化过程中的非农建设用地占用耕地的比例过高，工业用地和生产用地偏高，导致土地利用结构和布局不合理;工业化和城市化引起的环境污染，致使生态环境恶化，土地质量和景观价值下降;很多地区在利用土地批租和规划权限，通过大规模建设新城区、开发区等方式推行跨越式城市发展战略，加快城市建设用地扩展。针对城市发展出现的城乡建设用地扩张问题，应该给城镇化发展设定一个用地极限，就是划定城市扩展边界。城市扩展边界是土地利用规划中分隔城市与农村地区的界限［2］。城市扩展边界可作为地方政府的规划工具，制约城市固定区域的发展［3］。通常，在高度发展区域需要划定城市增长边界，如沿美国西海岸大都市区。城市扩展边界可作为一种有效的手段和开放空间工具来维护大城市周边，以确保土地的有效利用［4］。1970－1990年，美国“精明增长”运动时期，出台“增加公共设施条例”政策，鼓励在本地内聚式发展，利用“城市绿带”来限制城市蔓延和保护开放空间，确定城市增长边界，确保城市用地增长避开需要保护的区域，抑制和纠正城市蔓延趋势［5－6］。美国俄勒冈州在上世纪70年代初为其所有的大城市划定了扩展的边界，是最为著名的“城市扩展边界”模式，该州规定禁止超过划定的边界新建居民区和公共交通系统，成功限制了城市的无限制扩展，提高了现有城市土地的利用效率［7－8］。城市扩展边界在加拿大被作为一种区域规划工具，在一些大都市区，如多伦多、渥太华和安大略省，设立城市扩展边界来限制城市增长，进而保护绿地［9］。在20世纪70年代，不列颠哥伦比亚省制定农业土地储备计划，其中包括城市扩展边界划定的内容，目的是为了保护农场土地不被转换为城市［10］。国内对城市扩展边界的研究尚处于起步阶段［11］。刘海龙［12］对美国“城市增长边界”的概念及相关内容进行了介绍与评述，然后针对我国城市规划现状中的一些问题进行了分析，提出关于城市空间发展的建议。俞孔坚［13］以“反规划”理念提出城市生态基础设施建设的景观安全格局方法，并通过EI的构建来制定城市扩展边界。何春阳等［14］在利用数学模型定量确定建设用地扩展边界内建设用地总量的基础上，以北京市为例，充分发挥GIS强大的空间分析功能，综合考虑区域环境敏感性和建设用地适宜性，定量地确定区域建设用地扩展边界，具有一定的可靠性和应用前景。李效顺等［15］用极限计量的方法，通过构建边际模型，计量建设用地增长的极限时点，剖析了时空变化规律。刘云刚等［16］以快速城市化进程中的部分确定性信息为基础，从目标入手创建了一种目标导向的、多尺度的城市建设用地规模预测方法。国务院研究室副主任黄守宏认为，要以城市人口预测与经济总量预测为前提，对城市的功能、空间等做出合理的整体规划，对现有的各类开发区进行升级和调整，提高使用效率和产出率。胡存智［17］在“十二五”城镇化发展战略规划高层论坛上的发言提出“城镇的发展规模往往不照人为的安排而控制”，“因此我们需要把一个城市发展的‘天花板’设定在一定的规模和范围上用地”。本研究在总结国内外研究的基础上，考虑了中国人口规模、GDP与建成区面积的关系，寻找其相关性，然后建立数学模型分别对中国人口和城市化水平进行合理预测，结合城市人均建设用地标准，测算出中国城市用地扩展极限总规模，并分3个方案进行了讨论。研究目的在于找到一个合理的方法测算中国城市最大范围，为确定用地界限提供参考依据，提高现有城市用地的利用效率和集约度，不再无限制的占用农用地，缓和土地供需矛盾，保护土地资源，维护生态环境平衡，对土地利用规划和城市规划起到一定的指导作用，实现城市可持续良性发展。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本研究区域是除中国台湾、香港和澳门地区之外的全国范围。其中东部地区包括北京、天津、河北、辽宁、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、广西和海南12个省、直辖市、自治区;中部地区包括山西、吉林、黑龙江、内蒙古、安徽、江西、河南、湖北和湖南等9个省、自治区;其余为西部地区，包括陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、四川、重庆、云南、贵州和西藏10个省、直辖市、自治区［18］。研究所涉及的人口数据、社会经济数据和土地面积数据来源于《中国统计年鉴》和《中国城市统计年鉴》。为使模型选择数据统计口径一致，我们分析了这些数据的统计口径。其中GDP采用历年年末数据，并将其转换成基期不变价。人口数和建成区土地面积采用年末数据。2010年全国城市市区人口为38 149.3万人，市区建成区面积达到30 138 km2，市区人均建成区面积为79.00 m2/人。研究依照城市用地分类与规划建设用地标准中的规划人均城市建设用地标准部分确定规划人均建设用地指标，进而测算城市用地极限规模［19］。

1.2 城市用地扩展规模影响因子分析

城市建设用地总量是对城市用地规模的直接反映。通过文献和实际情况分析，城市固定资产投资的增长和三产结构的变化都是由经济的增长引起的，为了避免多选指标可能存在的指标之间的非独立性或包含性，排除具有自相关性的驱动因子，城市用地扩展的主要影响因子应该是人口的增长和社会经济的发展［20－21］。我们认为这里的社会经济发展的关键指标就是GDP。这样实际上就将城市化用地扩展的关键影响因素缩减到三个:人口、GDP和用地。人口通过城市化水平反映到城市用地上，城市建设用地总量则通过人均建设用地量来测算。于是计算城市建设用地极限规模，就成了对这三指标的关系分析和数量计算。本研究首先对人口和GDP与建成区面积之间的相关性进行分析;然后采用Logistic模型预测全国城市化水平，考察未来哪年能达到饱和城市化;接着用自回归分布滞后模型对中国人口进行预测，得到饱和城市化那年的人口数;最后依据预测数据计算中国城市用地扩展极限规模。中国城市用地扩展极限规模的基本计算模型为:

其中，S为全国城市建设用地规模，当城市化水平达到饱和状态时就是极限规模;Yt为t年人口数量，达到总人口稳定时的动态人口总数量为极限人口;P(t)为t年城市化水平，I为人均建设用地指标。

首先考察中国城市总人口、GDP分别与建成区总面积的相关性，然后通过SPSS软件上的偏相关分析(Partial Correlation)控制可能产生影响的变量，来研究另两个变量之间的线性相关关系。本研究考察中国城市总人口和GDP哪个能更好的解释城市土地的扩张。对1993－2010年中国城市总人口与建成区总面积的相关性进行分析的结果表明:中国城市总人口与建成区面积扩张呈高度线性相关，它们之间的判定系数高达0.98。对中国GDP与城市建成区总面积之间的相关性进行分析，它们之间的相关性也很高，判定系数为0.96。

做偏相关分析时，为了保证建成区土地面积和全国GDP两个变量之间的关系是线形相关，对全国GDP取了自然对数，即ln(GDP)。

在控制ln(GDP)的情况下，城市总人口和城市建成区土地总面积偏相关系数是0.514，相关性较高。一般情况下，在0.01水平上是显著相关。城市人口与建成区面积的显著性为0.035，可见城市人口和城市建成区用地面积不相关的概率很低。相反，在控制城市总人口的情况下，ln(GDP)与城市建成区土地总面积偏相关系数是0.281，相关性很低。显著性为0.274，说明城市建成区用地总面积和ln(GDP)不相关的概率很高，而城市人口比ln(GDP)能更好地解释城市土地的扩张。因此，可以从人口规模的发展寻找突破口去测算城市用地规模。城市人口的增加对城市化和城市用地变化产生了最直接的影响［22］。

1.3 全国城市化水平预测模型

城市化是随着经济和社会的发展，城市用地规模不断扩大，人们生活质量不断提升，从而城市能够容纳更多社会生产力和居民，进而带动整个社会经济发展并使更多人口能够享受城市建设和城市文明的过程［23］。城市化水平可以反应一个国家或地区社会经济发展状况和城市规模发展情况。本研究根据影响因子分析结果，以非农业人口占总人口的比重作为估测城市化水平的标准。中国自1950年以来的城市化水平见图1所示，由图1中明显地表现出自上个世纪80年代以来，中国城市化水平在不断提高，尤其是进入新世纪以后城市化速度加快。其中，1970年以后的人口数据是以连续年份收集的，通过各种预测方法的比较，采用Logistic预测模型拟合度较好。Logistic曲线模型为:

P(t)为城市化水平，t为年份，b0、b1为系数，u是人口上限值。

1.4 全国人口预测模型

通过分析大量相关研究，发现更多人采用时间序列方法预测人口［24］。为使我们的研究结果更趋准确，我们采用以时间序列分析方法为基础的自回归分布滞后模型进行人口预测。自回归分布滞后模型的一般形式为［25］:

式中:Xjt(j=1，2，…p)是外生变量。这种模型是一个或多个被解释变量的滞后值作为解释变量加入的分布滞后模型，称为自回归分布滞后模型。m和n分别表示Yt和Xjt的最大滞后期，p表示外生变量个数，μt为随机扰动项，满足Gauss-Markov假定条件。为使人口自回归分布滞后模型有准确的预测功能，设外生变量的滞后期必须满足i≥1。

本文中的外生变量有人口年出生率和人口年死亡率，分别用 Bt、Dt表示，其滞后值分别表示为 Bt－i和 Dt－i。由于人口总量序列(Yt)是非平稳时间序列，我们通过一阶差分将其转化为平稳时间序列，即用人口差分序列(△Yt)作为被解释变量，△Yt－i作为解释变量，则(1)式就变为:

这样我们就用(2)式作为人口年增长量的自回归分布滞后预测模型。由于△Yt仅依靠滞后信息，因而也被称为“盲始”模型。通过下式:

得到人口总量序列，即计算出各年人口总量。

在(2)和(3)式中△Yt或Yt仅依靠滞后信息来预测，这样它们就有了预测的功能。不考虑人口年增长量的滞后值作为解释变量，只用人口年出生率的滞后值和人口年死亡率的滞后值作为解释变量时，(2)式变为:

图1 1950－2010年中国城市化水平变化图Fig.1 Changes in the urbanization level in China in 1950 － 2010

为了进一步探讨子集{Bt－i，Dt－i}可建立的模型，分别对 Bt－i和 Dt－i作对数变换后，使(4)式变为:

至此，可用Eviews软件的分布滞后模型分析功能，对滞后期i进行讨论，找到各项指标相对较好的一个滞后期，作为进行人口规模预测的最佳模型。

2 结果与讨论

2.1 城市化水平预测结果与分析

选取1970－2010年的连续数据作为样本数据对中国的城市化水平进行预测。拟合Logistic曲线如图2所示，分析结果见表1。

图2 逻辑斯蒂模型预测城市化水平拟合曲线Fig.2 Fitting curve of Logistic model to predict the urbanization level

表1 模型汇总和参数估计值Tab.1 Model summary and parameter estimate

拟合得到预测模型为:

模拟结果显示:模型对历史数据的拟合误差小于5%。说明模型精度高，可以用于城市化水平预测。我国在2021年城市化水平达到 59.89%;2031年达到69.23%;2045年城市化水平达到79.99%;2046年城市化水平达到80.64%。在城市化理论中，当一个地区的城市化水平达到50% 时，认为该地区初步进入城市社会;当城市化水平高于70% 时，认为该地区已经是一个成熟的城市社会，而当城市化水平达到80% 的时候，就可以认为是进入饱和城市化时期［26］。由预测结果可知，到2045年中国城市化水平即近似可达到80%。这个结果与文献［15］的计算用地极限到达时间相吻合。

2.2 人口预测结果与分析

整理1951－2010年全国人口数据，采用公式(5)对数据进行拟合，结果发现当滞后期i=15时各项指标最好，其相关系数为0.985 1，整体拟合度较好。参照已有研究的人口出生率和死亡率预测结果［27－28］，采用该模型对未来人口的发展进行预测，其结果见表2。

通过对全国未来人口的预测可知，到2032年人口数量开始超过15亿人，2039年人口将达到15.17亿人，到2050年人口将下降至在14.48亿人。这与一些欧美学者的研究一致，他们认为一般在城市化的后期，城市人口密度会加速下降。当然，这可能是因为中国计划生育政策的实施，控制了人口增长速度。有关研究预测中国人口峰值将达到16亿人［29］。针对所得预测结果，本研究将分为三个方案进行讨论:

表2 人口规模预测值Tab.2 Predictive value of population

方案1:预测2045年中国将近似达到完全城市化时期，此时中国人口将达到14.97亿人。

方案2:2039年人口达到本预测峰值15.17亿人，城市化水平达到75.76%，步入成熟的城市社会。

方案3:中国人口最终将达到最大峰值16亿人，超过这个人口规模可能对中国的社会经济发展造成严重不利。

2.3 城市用地规模预测与分析

按照城市用地分类与规划建设用地标准中规划人均城市建设用地标准的内容要求，以节约集约用地为原则，综合考虑各方面因素的影响，将人均城市建设用地规模高限确定为115 m2/人，将低限确定为65 m2/人。据统计，2010年中国人均城市用地为59.81 m2，规划人均城市建设用地规模最低取值为65 m2/人。因此，本研究将人均城市用地规模取值控制在65.0－115.0 m2/人之间。

在我国现行政策不变的条件下，当采用预测方案1时，在2045年，中国的城市化预测水平为79.99%，预测人口达到 14.97亿人，这种情况下，城市用地规模为77 857.38－137 747.70 km2，这个结果与文献［15］的结果基本一致;当采用预测方案2时，在2039年，中国城市化水平在75.76%，预测人口达到15.17亿人，这种情况下，城市用地规模将会是74 708.16 －132 176.00 km2，就是说人口达到本研究预测的峰值时，没有达到城市用地极限;当采用预测方案3时，中国城市化水平将稳定在80%，预测人口最大峰值为16亿人，此时城市用地规模为83 200.00 －147 200.00 km2。综合以上分析，当中国步入饱和城市化时期时，未来城市用地扩展极限规模将在77 857.38 km2以上;在人口达到峰值，人均建设用地指标最大的情况下，城市用地扩展边界为147 200.00 km2。由上分析可以看出，未来我国的城市建设用地总量应在7.8万km2到 14.7万 km2之间，约占我国国土总面积的0.81% －1.53%。

《全国土地利用总体规划纲要》中指出要保障科学发展的建设用地，严格控制新增建设用地规模，以需求引导和供给调节合理确定新增建设用地规模，提高存量建设用地利用强度，拓展建设用地新空间，合理安排中心城市的建设用地，提高城市综合承载能力，促进城市人口和经济集聚效益的发挥，加强城镇建设用地扩展边界控制，鼓励城市存量用地深度开发。该规划中指出到2020年中国建设用地规模将达到90 424 km2，其中城市建设用地占相当大的部分，到2020年中国城市建设用地规模在54 385.84 －96 221.10 km2之间，处于本研究预期的建设用地规模之内。

3结论

城市用地规模测算是比较复杂的，很多研究没有给出一个全面、合理的具体数值。目前有关城市用地扩展的研究多是扩展模式、模型和城市规模发展动力机制的研究［30－32］，而关于城市规模测算的研究不多，有的关于城市规模的研究仅从人口层面进行了讨论［33］;有些对城市用地水平进行研究，仅测算出城市用地达到极限的年份，最终没有给出未来用地规模［15，34］;有些研究虽然测算出了城市用地扩展规模，但只从地方层面进行了验证［16］;有的虽然从全国角度对城市用地规模进行了预测，但没能确定城市用地规模的数值［20］。本研究从全国层面上对城市用地扩展极限规模进行了测算，并得到极限规模的合理范围。结果表明采用成熟的计量方法，选择关键指标进行极限规模测算的技术思路可行，且可推广。

本研究选取了城市化水平和人口规模作为衡量指标，通过对中国城市化水平和人口规模进行预测，以节约集约利用为原则，结合人均城市建设用地标准，对中国城市用地扩展极限规模进行了测算，得出中国未来城市发展的规模是 77 857.38 －147 200.00 km2，约占我国国土总面积的0.81% －1.53%。研究结果表明，到2045年中国城市化水平将达到成熟期，在中国人口增长控制较好的情况下，人口规模将达到149 747.78万人，城市用地扩展规模为77 857.38－137 747.70 km2;若中国人口达到有关研究的预测峰值16亿人，城市用地扩展极限规模将会是83 200.00 －147 200.00 km2。

城市建设用地极限规模预测是一件复杂的事情，本研究只是假设目前我国现行政策不发生重大变化，也不存在不可抗拒的事件发生前提下的计算结果。如果政策发生变化，比如计划生育政策放宽等，那将要对本研究方法进行适当调整。下一步研究是如何将这些数量指标分配到具体的城市，就是城市发展规模的空间配置与优化问题，以避免全国各城市的城市规划面积大于国土面积笑话的出现。

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Growth of City Size in China:Estimate of the Limit Scale

ZHENG Xin-qi1 XUE Chun-lu1 WANG Wei2 DU Juan3
(1.School of Land Sciences and Technology，China University of Geosciences，Beijing 100083，China;2.School of Goverment Administration，Central University Finance and Economic，Beijing 100081，China;3.Yellow River Shandong Bureau，Jinan Shandong 250011，China)

As urbanization grows fast，more and more people pay attention to the extending reconstruction land in cities.To draw on the experience of developed countries，China needs to measure and calculate a limit interval value for the total control from the higher level to the lower level.This helps implement the farmland protection system and land conservation system.But how to measure and calculate the limit scale has not been solved.In this paper，combination of conventional methods and key indicators is used to solve this problem.First，this paper discussed the correlation of the urban population and GDP，respectively，with the built-up area and determine the number of the urban population of the greater impact of built-up area.Then，based on China's economic data from 1950－2010 and population data from 1951－2010，the paper predicted the level of urbanization by Logistic model and the future population by autoregressive distributed lag model and discussed the results divided into three programs.Finally，the paper calculated the limit scale of the urban land expansion，based on classification of urban land use and planning standards of urban constraction land land，the principle of economical and intensive land and urban land use scale which was set between 65.0 and 115.0 m2/person.The results showed that，by 2045，the level of urbanization in China will be approximately 80%.In the case of better control of population growth，population scale will be about 1 497 000 000 and the value of limit scale of the urban land expansion will be 77 857.38 －137 747.70 km2.If the Chinese population prediction peak reaches 1 600 000 000 and the level of urbanization is stable at 80%，the value of limit scale of the urban land expansion will be 83 200.00 －147 200.00 km2.Based on the above，the predictive value of limit scale of the urban land expansion in China will be 78 226.12 －147 200.00 km2.

scale of city size;growth of limit;urbanization;population projection

F293.2

A

1002－2104(2013)08－0055－07

10.3969/j.issn.1002－2104.2013.08.009

2013－03－29

郑新奇，教授，博导，主要研究方向为GIS开发与应用、土地评价与规划等。

国土资源部公益性行业科研专项经费项目(编号:201111014)。

(编辑:李 琪)