基于城市PREE系统评价的UGB划定方法研究

柴海龙，程 艾，余小芳



基于城市PREE系统评价的UGB划定方法研究

柴海龙1，程 艾1，余小芳2

（1. 西南交通大学 建筑与设计学院，成都 611756；2. 四川农业大学风景园林学院，成都 611130）

城市增长边界（UGB）是当代学者探索遏制城镇空间盲目拓展的手段之一，有利于保护城市生态安全，优化城镇空间格局。目前，UGB已在我国大中城市广泛实践，UGB的划定方法已成为研究的重要内容。在城乡用地规划中，将PREE系统评价理论用于划定UGB，通过城镇PREE系统耦合协调度的空间呈现，一定程度上可以改善传统UGB划定方法中目标偏限制轻重组、指标偏生态轻社会、预测偏理想轻变化等问题，促进UGB划定方法的平衡性。

城市增长边界；UGB；PREE系统；城镇空间拓展

一、UGB理论研究

（一）UGB的概念及内涵

UGB是“Urban Growth Boundary”的缩写，译为“城镇增长边界”“城镇增长边界”或是“城镇生长界限”等，最早在1976年由美国的塞勒姆市（Salem）提出，定义为城镇土地和农村土地之间的分界线。[1]综合国内外理论学者研究，UGB是指以城镇发展趋势、区域承载力及生态安全性为依据，用以引导城镇空间拓展、指导城镇建设时序的阶段性界限与促进土地综合利用、加强城镇科学管理等综合性发展策略（见图1）。[2]

UGB不同于城市总体规划中对“四区”的划定，“四区”是在总体规划范围内对适宜建设区域、禁止建设区域等建设空间做出的整体安排与部署，UGB与我国城镇规划体系相衔接，可作为城市总体规划编制的主要依据之一。UGB也有别于生态红线，生态红线是在自然生态空间基础上，基于生态安全性对生态环境做出的保护。UGB分为弹性与刚性，一方面引导建设空间的有序、高效、集约化拓展，一方面限制城镇空间盲目拓展，保护生态安全性，作用上是“四区”与生态红线的结合。

图1 UGB范围示意图

（二）传统UGB划定方法弊端

1. 定性的UGB划定方法

定性的UGB划定方法主要基于用地评价，其过多偏重于对城市外部空间拓展的控制，即增量土地指标的限制，忽略了UGB对城市内部空间重组的引导，即存量土地的集约于高效利用；同时，刚性与弹性的分离式划分，忽略了城乡用地的双重属性，即刚性UGB划定忽略了土地的社会价值，弹性UGB划定则忽略了土地的自然价值，导致指标体系与评价因子具有片面性。

2. 定量的UGB划定方法

定量的UGB划定方法主要基于各类数学模型对城市发展进行预测，如放射线预测法、基于元胞自动机（CA）[3]模拟等。定量的UGB划定方法以城市现状发展速度及影响因子为模拟对象，然而城市不平衡的发展速度与多变的影响因子，为预测带来了不确定性。

UGB的划定本质是空间的竞争，载体则为地权的争夺，[4]因此，城镇空间平衡的核心在于城乡用地的平衡。因此，本文以城乡用地为载体，探索引入PREE系统评价，将建设用地与非建设用地分离式处理，将刚性UGB与弹性UGB整合划分，达到城镇增量空间的可持续性发展与存量空间的集约化利用的双重目的。

二、理论模型的建立

（一）PREE系统的定义与内涵

1996年我国冯玉广、王华东等学者率先采用了“人口—资源—环境—经济”系统来表达城市的系统构成（简称PREE系统），建立了定量描述PREE系统发展的协调度公式，[5]用PREE系统协调度来评价城镇空间发展协调与否（见图2）。

图2 PREE子系统关系示意图

PREE系统是以城市系统论为基础，将城市看成人口、资源、环境、经济自组织系统，子系统之间相互作用、相互影响，体现出一种非线性的演化过程，最终形成一种高度协同发展的自组织的系统。

（二）PREE系统与UGB划定的适应性研究

1. 城市空间与城市系统的共轭关系

共轭关系源于数学、物理及化学术语中，是指在某种特定规律下，用于引申指事物与事物之间在某些领域存在相互配对、相互影响、相互补充的一对关系。

城市空间与城市系统是一对共轭关系。城市内部各系统协调发展，对城市空间的合理布局起到推动作用；相反，城市空间的拓展与压缩，可以直接反映出城市各系统健康与否。城市空间变化主要体现为城乡用地的此消彼长，城市系统则是对城市内部各关联组织间的整合。[6]社会经济与资源环境因素的关系，直接影响到城市系统是紊乱还是健康，城市空间是拓展还是收缩，共轭关系显而易见（见图3）。

图3 城市空间与城市系统的共轭关系示意图

2. PREE系统与UGB的交叉框架构建

UGB是研究城市空间的主要理论之一，其内涵也是为城市空间增长提供科学的理论依据，因此UGB与PREE系统也是一对共轭关系。分析二者的技术路线特征，可以建立PREE系统评价与UGB设定的“交叉框架”，交汇点就是城镇空间拓展潜在土地供给评价与辨识（见图4）。

图4 PREE系统评价与UGB设定的“交叉框架”

而该方面的关键问题则是约束性指标体系的构建以及对土地的定量评价。城镇空间拓展潜在土地供给主要来源于两个方面，一方面是拓展式的增量土地，即位于建成区外的、城郊的农业或未利用土地，同时也是PREE系统耦合协调度较低的洼地；另一方面则是建成区内部的存量土地，该性质用地位于建成区内，通常是因种种原因未进行开发利用，或是通过旧城更新所整理出的存量土地，需要功能的混合利用及高密度开发。因此，将PREE系统指标体系与UGB传统约束指标体系相结合，将PREE系统耦合协调度与UGB传统用地评价相结合，建立起交叉框架体系，即可为城镇空间拓展提供供给，也可提高城镇建设的可持续性，划定的UGB更具辨识性。

3. 技术路线设定

UGB设定与PREE系统的“交叉框架”是以城镇土地保护和开发的协调为研究线索，以建立资源特性与土地利用方式的关联从而实现一定时间尺度的城市空间增长，强调资源特性与价值与土地利用方式的耦合。本文将小城镇空间划分为城镇建设空间与非建设空间，并分别对建设用地与非建设用地进行评价，并最终将存量空间与潜在增量空间划分为弹性UGB，其他作为刚性UGB，具体研究技术路线如下（见图5）：

图5 UGB划定技术路线图

（三）模型建立

基于上文探讨，运用MATLAB、ARCGIS等辅助软件建立模型，利用遥感图像建立栅格数据，并引入PREE系统耦合协调度进行评价与辨识。

本模块是在前两个模块研究的基础上，将基础数据与图层资料建立起一一对应的关系，并最终将评价成果呈现出来。本研究参照国内外各种综合指数分级方法，采用多级分级标准，结合实际需要，将PREE系统协调度划分为极不协调、不协调、一般协调、协调四个等级（见图5），并分别在城镇建设用地与非建设用地上赋予颜色进行呈现，并作为UGB划定的最终依据。

三、案例研究

（一）研究区概况

石板滩镇位于成都市新都区东南部，是成都重要的工贸型城镇，是全国重点镇，也是成都市重点建设特色小城镇，行政区划面积43.74平方公里。2015年，石板滩镇城镇建成区面积3.75平方公里，居住人口2.79万人，城镇化率49.1%，主导产业以轨道交通、农机制造为主，配套产业有物流、建材、制造等。

（二）指标体系的建立

结合石板滩镇实际，初拟指标体系，运用德尔菲法最终筛选出城乡建设用地评价指标14个（见表1），非建设用地评价指标12个（见表2），并运用层次分析法，确定了各指标权重。

表1 城乡建设用地PREE系统评价指标体系表

（三）PREE系统综合评价图的呈现

根据石板滩镇现状，从数据精度、数据采集等因素考虑，将石板滩镇全域以150×150米的格网进行划分。首先将获取的TM影像，通过卫星所应用的光学原理将石板滩镇地表的不同物体进行识别，最后将获得的影像导入ArcGIS软件，得到2 088个网格，并按照二级块式编码对其进行编号。

表2 城乡非建设用地PREE系统评价指标体系表

整理收集相关数据，运用MATLAB进行数据处理，最终得到石板滩镇PREE系统综合评价图（见图6），可作为石板滩镇UGB划分依据。

图6 石板滩镇PREE系统综合评价图

城镇总体规划是法定的城镇可建设空间，本文将石板滩镇总体规划边界作为城镇建设用地评价界限，本次评价面积为9.54平方公里，评价单元424个。城镇建设用地协调度评价分为四个等级，颜色越深分值越高，说明协调度越高。农村非建设用地为总规范围以外至行政区划边界的范围，评价面积为37.44平方公里，评价单元1 664个。农村非建设用地协调度评价分为四个等级，颜色越深分值越高，说明协调度越高。

（四）石板滩镇UGB的划定

根据上文论述，结合石板滩镇PREE系统综合评价图，将农村非建设用地不协调与极不协调范围内的区域划为弹性UGB范围，一般协调与协调范围划为刚性UGB范围。同时，结合石板滩镇总体规划，将总体规划范围作为阶段性（2015-2030）弹性UGB范围（见图7），及范围统计（见表3）。

表3 石板滩镇UGB范围统计表

四、小结与讨论

城镇空间拓展是一个复杂的过程，涉及了人口、资源、环境、经济等多方面因素，基于PREE系统的UGB划定方法研究，为我们构建了多视角、多维度的评价指标体系，结果基本具有客观性和实用性，并对城镇空间拓展方向具有前瞻性的意义。同时也可以看到，该方法存在以下几点缺陷需要改进，一是指标选取与空间拓展的关系性上有待完善，二是UGB边界控制的可行性上有待进一步论证。

[1] 张润朋, 周春山. 美国城镇增长边界研究进展与述评[J]. 规划师, 2010, 26(11): 89-96.

[2] Myung-Jin Jun. The Effects of Portland’s Urban Growth Boundary on Housing Prices. Journal of the American Planning Association. 2006(4): 239-243.

[3] 龙瀛, 韩昊英, 毛其智. 利用约束性CA制定城镇增长边界[J]. 地理学报, 2009, 64(8): 999-1 008.

[4] Nelson A C, Moore T. Assessing Urban Growth Management: The Case of Portland, Oregon, the USA’s Largest Urban Growth Boundary[J]. Land Use Policy, 1993, 10(4): 293-302.

[5] 冯玉广, 王华东. 区域PREE系统协调发展的定量描述[J]. 中国人口资源与环境, 1996(2): 42-46.

[6] 蒋芳, 刘盛和, 袁弘. 城镇增长管理的政策工具及其效果评价[J]. 城镇规划学刊, 2007(1): 33-38.

[7] 丁成日. 城市增长边界的理论模型[J]. 规划师, 2012, 28(3): 5-11.

The UGB Demarcation Method based on Urban PREE System Evaluation

CHAI Hailong1, CHENG Ai1, YU Xiaofang2

（1. School of Achitecture and Design, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China; 2. School of Landscape and Gardern, Sichuan Agriculture University, Chengdu 611130, China）

The Urban Growth Boundary is a contemporary scholars who explore the one of the means of curbing urban space expands blindly, conducive to the protection of the urban ecological security, to optimize the urban space structure. At present the UGB has been widely practiced in large and medium-sized cities in China, and the delimitation method of UGB has become an important part of the research. For the target partial limit light restructuring traditional UGB delimit method and index of partial ecological problem such as light society, it predicts partial ideal light changes. This article puts forward to urban and rural land as the carrier, the introduction of UGB delimit the PREE system evaluation method, by means of the town space of PREE system coupling coordination degree, it draws UGB line, taking stone beach town of Chengdu as an example it is simulated, it aims to provide reference for UGB delimit method and using for reference.

urban growth boundary; UGB; PREE system; urban space expansion

2018-01-08

柴海龙（1988-），男，四川蓬安人，硕士研究生，主要从事城乡规划设计研究；程艾（1990-），女，四川温江人，风景园林学工学硕士，主要从事风景园林规划设计研究；

余小芳（1982-），女，四川德阳人，副教授，博士，硕士研究生导师，主要从事园林生态、景观规划研究

TU 984

A

10.3969/j. issn. 2096-059X.2018.05.017

2096-059X(2018)05–0098–05

（责任编校：彭 萍）