城市建筑高度变化时空特征研究
——以大连市沙河口区为例
2020-09-27刘又嘉王方雄
刘又嘉，王方雄
（1.辽宁师范大学辽宁省自然地理与空间信息科学重点实验室，辽宁大连116029；2.辽宁师范大学地理科学学院，辽宁大连116029）
引言
随着城市建设速度加快，城市人口增加，人们对于土地资源需求上升，因此，城市土地利用模式迅速从平面向立体发展[1，2]。目前国内的研究多基于二维平面来研究城市空间扩展。然而，随着城市现代化的发展，二维平面[3]已不足以反映城市的三维立体体征，因此如何利用城市建筑反映城市三维景观已成为学者们关注的热点[3-6]。
目前，国内较多不同空间尺度三维建筑变化及因子进行定量描述[7]。QIN Jing 等以江苏省扬州市为例，采用建筑分类、建筑加权平均高度等指标分析来评估城市三维扩张[8]。杨俊等以大连市中山区为例，以城市三维景观指标分析城市空间扩展特征，分析城市天际线，建筑分类分布的时空分异特征[9，10]。因此，本文以大连市沙河口区为研究区域，以城市建筑数据为基础，基于ArcGIS 空间分析方法来探讨沙河口区5 年间城市建筑景观格局的时空分异特征。
1 数据来源
本文借助Google Earth、DEM 高程数据结合资源3卫星解译提取沙河口区的建筑高度作为研究数据。同时，研究还用到沙河口区2012 年、2016 年建筑矢量数据，由于建筑的矢量数据没有楼层信息，所以按照每层楼3 米的高度进行求取。
2 研究方法
本文选取了城市建筑的建筑体积、建筑覆盖率、容积率三个指标来分析大连市沙河口区2012～2016 年城市高度变化特征。基于ArcGIS 空间统计分析对沙河口区9 个街道5 年间的三维景观进行对比分析。
3 结果分析
3.1 城市三维景观统计分析
采用表1 中指标计算公式，得到2012 年和2016 年沙河口区建筑景观指标信息统计结果（表2）。2012～2016年沙河口区建筑体积增加1602.88×104m3，其中白山路街道的建筑体积增长最大，增加了653.18×104m3，而李家街、春柳街、马栏街道建筑体积表现为负增长，分别负增长了 763.06×104m3、253.53×104m3、51.12×104m3。
同时，5 年间建筑覆盖率增加0.31%。2012 年兴工街街道地处商业区，以建筑覆盖率24.14%居首位；其次是中山公园，白山路街道。而沙河口区容积率总体攀升0.28，2012 年容积率最高为兴工街街道，容积率为3.08，第二位为李家街道；而2016 年容积率和增长均居首位的为李家街道，容积率高达5.46 且增加了2.73，兴工街街道容积率负增长1.12。
表1 指标表达式及意义表
表2 2012 年和2016 年沙河口区三维景观指标统计
同比2012 年，2016 年前三名仍为兴工街、中山公园与星河湾街道。其中覆盖率增长最多为李家街道，相较增长了2.56%。因此，沙河口区各街道5 年间城市在垂直和水平方向均呈现扩张趋势，其中变化最大的地区主要为李家街、白山路、南沙街及中山公园街道；容积率整体为2.34 左右，不拥挤且较宜居，仍有增长空间。
3.2 容积率分析
本文基于沙河口区道路与街道边界，将研究区划分成194 个地块，采用表1 中容积率公式来统计各地块容积率的情况。同时便于分析其空间分布状况，将容积率划分为极低、低、中、高以及极高五个等级。
从地块容积率的分布空间状态（图1）可以看出：沙河口区地块容积率主要以低等和中等级地块为主，高等级占比低。整体上，地块呈西北与东部高、西南低的状态。其中极高和高等级容积率地块主要集中在李家街的西北路、春柳街的西南路、中山公园的五一路以及星河湾街道的星河街附近；极低和低级主要分布在李家街道南部、南沙街道西部、黑石礁、星河湾、白山路街道；中等级则较为均匀分布在沙河口区内。5 年间，沙河口区低、极低和极高容积率地块分别减少了5.15%、14.43%和0.52%，中和高容积率地块分别增加了15.46%和4.64%。
4 结论与讨论
运用城市三维景观指标，从多方面分析沙河口区各街道三维空间特征的演变差异。2012 年至2016 年白山路街道建筑体积增长占比最大，达到了31.99%，李家街街道建筑体积与容积率均处于首位。李家街和春柳街街道建筑体积下降、覆盖率上升，充分说明其由垂直向水平方向扩张；中山公园与马栏街道建筑覆盖率下降、容积率上升，说明其由水平向垂直延伸；黑石礁街道建筑体积增加、覆盖率降低，说明其向垂直方向发展；而沙河口区建筑覆盖率与容积率均有不明显增长，其扩展方向不明显。
运用容积率分析城市5 年间三维景观空间分布特征，得出城市三维景观特征最显著的区域主要集中在李家街、兴工街、中山公园街道。同时沙河口区容积率在空间上呈现“西北和东部高，西南低”的状态，低和中等级容积率占比大，分别为21.13%和47.42%，高和极高容积率地块占比较少且主要分布在李家街、春柳街、兴工街、中山公园与星河湾街道。
图1 2012 年和2016 年沙河口区建筑容积率空间布局
本文采用三维景观指标，利用建筑体积、容积率、覆盖率从多个角度分析沙河口区5 年间三维景观格局分异特征，在一定程度上表明了城市的三维演变。但城市三维不仅由城市建筑构成，所以该分析缺少其他部分三维景观的研究。城市演变受其地势地貌、社会经济、政府规划、生态等各方面因素的影响，是一个复杂的动态演变过程。
