多中心城市轨道交通典型站域的土地利用特征演化研究——以日本东京为例

胡 昂，刘 杰，李 想，干晓宇，吴俣思

(1.四川大学 建筑与环境学院，四川 成都，610064；2.东京大学 生产技术研究所，日本 东京，153-8505； 3.四川大学 经济学院，四川 成都，610064)

当前，中国城市化率刚刚超过60%并呈现加速增长态势，城市化正处于单中心扩张转向建设区域城市结构的发展阶段.以区域中心城市为核心，带动外围城镇推动建设多中心城市，或连结同等级的城市形成广域的都市圈、城市群的区域结构模式，将促进各级城市迈入社会高质量发展，带动区域经济循环与协调.立足新发展阶段，在城市化转型的重要节点上，中国亟须前瞻性地借鉴全球城市尤其是以东京为代表的多中心城市建设与发展的经验，顺应城市建设规律，明确城市发展方向，这对于中国区域城市结构与地区经济发展具有重要现实意义.

0 引言

在19世纪末期到20世纪中叶的日本快速城市化过程中，伴随着极化与扩散效应，东京的城市结构由“一级集中”[注]一极集中指经济要素向主中心不断聚集，要素的过度集聚将使区域不同城市间形成发展不平衡的格局。转变为多中心，直至发展为成熟的分散型网络的都市地域结构，使其成为多中心城市的重要范例.在日本政府的多轮次规划下，东京多中心城市建设依托轨道交通体系，实现高端要素聚集与转移、产业结构重组与升级、土地利用高效与集约等方面，为应对大都市“一极集中”提供了解决的思路与依据.其中，轨道交通与土地利用的一体化发展的模式，尤其是以轨道交通站点周边区域(以下简称站域)为核心，科学合理地配置不同土地利用类型，吸引了大量人流与商流，促进了区域中心城市社会经济与资源的整合，实现了站域公共服务、职住、商业的功能趋于平衡，成为东京多中心城市建设的关键点.因此，在中国推进区域多中心城市过程中，必须把握并借鉴东京城市发展的本质特征，重视轨交站域土地利用开发与建设的经验.

目前，学界和业界对城市的轨交站域范围没有统一的界定，大部分研究是以到站点的步行时间与距离为划分依据[1].其中，Peter Calthorpe提出站域尺度为400～800 m，且600 m是比较合理的范围，被多数北美学者采用[2]，同时大多数欧洲学者界定为700 m[3].国内规划建设中多采用5～15分钟步行距离，界定站域为400～1 000 m不等[4]，一些学者将500 m视为较适宜的站域尺度[5]，也有学者认为1 000 m是轨道站点可辐射的直接影响区[6].此外考虑到公制和英制在距离界定上的差异，站域的范围也可划定为500～1 000 m[7]，如有学者将哥本哈根和东京的站域步行尺度界定为1 000 m[8-9].参考既有研究中站域的界定，鉴于本研究的对象为东京的典型站域，其存在特定的地区属性，因此选定半径1 000 m为站域的范围.

在多中心城市建设方面，国内外学者多从城市结构与功能两方面分析东京多中心建设带来的社会与经济效益，针对人口、产业、经济、政策等方面探讨东京多中心结构演变的机制，分析副中心在疏散主中心密集人口及承担城市职能等方面的作用[10-12].或者是从经济绩效的角度，探究轨道交通系统对城市功能绩效与时空转换能力的驱动成效，分析东京人口与产业的转移以及广域的城市经济综合体的形成[13-14].此外，针对于轨交站域土地利用的相关研究，较多学者结合TOD(Transit Oriented Development)理论，一方面集中于以轨交站点为案例，分析东京多中心城市站点周边的土地再生事业的建设模式，如站点的商业功能布局方式以及容积率转移等[15]，另一方面关注于从政府融资机制、企业管理以及轨道交通的营运状况等角度，探究站城土地利用一体化建设的策略与启示[16-17].同时，国内外学者在站域土地利用的结构特征方面也进行了大量研究.一些学者结合土地利用数据，从容积率及开发强度[18]、用地类型的变化与转移[19]等方面，分析数个典型站域[20]或数条轨交沿线的多个站域[21]的土地利用情况及结构特点.近些年来，以时空演变的角度探究站域土地利用变化过程与空间差异规律成为趋势.如采用历史图纸还原的方法，或结合POI数据及遥感历史影像解译土地利用[22]，通过GIS分析并评价站点建成前后土地利用的均衡度与优势度等[23]，或者横向比较不同站点建设过程中土地利用的复杂演变机制[24]，揭示站域土地利用与空间组织的演进规律[25].然而，却鲜有研究从东京多中心城市建设过程的角度出发，综合多种有效研究方法深入分析区域中心城市轨交站域的土地利用的结构特征演变.

基于此，本文从一百多年的时间尺度，探讨东京一主三副中心[注]一主三副中心指东京都心，涩谷、新宿、池袋副中心。典型站点半径1 000 m的站域土地利用均衡性、主导性以及空间拓扑关系的特征演变，旨在揭示土地利用这一要素对于城市发展的驱动作用，明确城市问题产生的缘由与解决方法，以期对国内区域多中心城市、城市群建设在站域土地利用与空间组织方面提供理性的思考.

1 研究区域城市发展概况

1.1 东京多中心城市与轨交站域土地利用

1.1.1 从一级集中到多中心城市

东京都心兴起于日本明治时代.随着1872年东京第一条铁路京滨线的开通，东京新桥与横滨港间的贸易往来与人口流动大幅增加.之后，日本展开了铁路建设高潮，东京站于1914年竣工，其紧邻东京皇居[注]皇居为日本天皇的住所，位于东京千代田区。，建成后成为全国性交通枢纽.此时，环绕皇居及东京站的周边地区发展成为了东京都心，其中千代田区、港区和中央区被称为“都心三区”[26].直至1923年，山手环线建成通车，环状轨道枢纽体系在东京初步建成.在轨道交通系统的支撑下，生产要素与生产资料不断向东京都心集聚，域内以政府机关、大公司总部、全国性经济管理机构和商业服务设施为主，从而形成了“单中心”的城市结构.与此同时，土地资源要素约束趋紧、人地关系矛盾激化、交通环境问题不断恶化等问题突显，“单中心”的城市结构已经无法与经济社会的发展潮流相契合，如何疏散城市功能、优化城市结构，成为城市转型升级中面临的必然问题.为此，20世纪50年代以后，日本政府先后颁布了5次首都圈基本规划，以推进多中心城市建设、提倡土地利用集约化、实现区域中心城市产业转型，规划具备“分散型网络”结构特点的东京都市圈[27-28]，从而达到区域城市间人流、物流与信息流的高效运转，消除人口与经济活动在空间上向东京都心“一极集中”的弊端[29].

1.1.2 轨交站域土地利用集约化

多“中心”是“分散型网络”结构的本质特征，这些“中心”即是以轨道交通站点为中心发展的“城市中心”.因此，如何围绕这些“城市中心”展开合理的土地利用与开发，就成为多中心城市建设无法回避且至关重要的问题.土地利用能够直观反映城市建设与规划的模式及特征，合理的土地利用能够提升地区的综合功能与经济效益[30].东京一主三副中心的建设过程中，政府通过规划高建筑密度、高容积率以容纳高密度的人口，结合便捷的城市交通系统，形成车站与周边地区土地集约利用的一体化建设模式，实现效益最大化.

然而，由于开发建设时序和地缘因素的不同，主中心与副中心城市轨交站域的土地利用状况必然有所差异，有必要从时间变化的维度分析土地利用的演变特征，才能客观地揭示城市建设的动态变化中产生的问题.

2 材料与方法

2.1 数据来源及处理

研究选取东京一主三副中心城市的四个轨交站点，即东京站、涩谷站、新宿站、池袋站，以站点为中心[注]站点中心是以2016年土地利用现状图原始数据上标注的站点位置为参照，将其余时期各站域站点中心进行统一。半径1 000 m的站域作为研究对象，并根据不同的时代，选定1860、1916、1966、2016年作为研究的时间尺度.

本研究的主要基础数据为东京四个时期的土地利用图，数据来源于日本地图学会会刊《地图》中的地图集，包括《江戸の都市的土地利用図》[31]、《震災前東京の土地利用復元図》[32]、《東京23区の土地利用》[33]以及来源于东京都都市整备局公布的《2016年东京都土地利用现状图》[34].通过CAD对各时期四个站域的土地利用进行转绘，再导入ArcGIS10.2中进行可视化分析，得出四个站域的土地利用图(如图1所示).

土地利用图沿用原始数据中日本政府的用地分类，其与中国的城市土地利用分类情况不尽相同.为使研究具有更高的参考借鉴价值，依据中国住建部《城市用地分类与规划建设用地标准GB50137-2011》的土地利用分类标准，将基础数据集中土地利用性质相同的小类合并为一类，得到十种用地大类(如表1所示)，将用地大类的土地利用面积占比数据用于计算与分析.其中，根据东京住宅与商业混合的土地利用特征，将基础数据的土地利用类型中住宅商业等混在、小壳店铺、住商并用建筑划分为单独一类，即住商用地.

图1 四个站域不同时期的土地利用图Fig.1 Land use map of the four station areas in different periods

表1 合并后四个站域的土地利用分类Tab.1 Land use reclassification of the four station areas

2.2 研究方法

2.2.1 信息熵与均衡度

土地利用信息熵可以衡量一定区域内土地利用的类型丰富度和稳定程度.熵值越大，表明不同职能的土地利用类型数越多，面积占比相差越小，用地结构越稳定，计算公式为

(1)

式中，Hj为j站域土地利用信息熵，Hj≥0，Pij是j站域的第i类土地利用面积比例，ln(Pij)是面积比例Pij以常数e为底的自然对数，m为土地利用类型总数.

当站域内各用地类型的面积占比相等，即：P1j=P2j=…=Pnj=1/m时，熵值达到最大Hjmax，此时土地利用处于最均衡状态[35].因此，可以计算信息熵与最大信息熵之比，得出站域土地利用的均衡度Jj为

(2)

式中：0≤Jj≤l.当Jj=0时，土地利用处于最不均衡状态；Jj=1时，则处于最均衡状态.

2.2.2 Weaver-Thomas组合系数

本研究应用Weaver-Thomas组合系数来计算四个站域土地利用占主导的组合类型，其主要原理是计算每一个假设分布与实际分布差的平方和(即组合系数)，通过找出最小的组合系数来确定最佳的分布拟合，以确定占主导的土地利用组合[36]，计算公式为

(3)

式中：WTi为第i类土地利用的Weaver-Thomas组合指数；n为假设分布中土地利用类型总数，本研究中n=1，2，3…10；Xi指实际分布中依据面积占比从大到小重新排序后的第i类土地利用的面积占比，Yi指假设分布中第i类土地利用的面积占比.

2.2.3 空间句法

空间句法是对经过漫长历史演化而来的城市道路网络连接及空间组构关系的重要分析方法，能够探索空间组织与人类社会之间的关系[37].站点路网可达性反映出城市土地利用空间上的连接关系，考虑到1966～2016年间东京的城市建设更具典型，本研究构建1966与2016年四个站域路网的轴线模型，应用DepthMapX-0.50软件进行句法计算，包括整合度、可理解度.

整合度可以描述空间之间的聚集程度[38].计算公式为

(4)

式中：Ic为整合度表示空间c和其余空间的聚集程度,分为全局整合度与局部整合度；MDi为平均深度值；n为站域道路与交通用地形成的空间个数.

可理解度表示的是全局整合度与局部整合度之间的相关性，是衡量从局部空间识别整个空间结构的难易程度，可理解度越高说明空间系统组织性强，可达性高[39].计算公式为

(5)

2.3 研究思路

本文的研究思路是以东京多中心城市为背景，四个典型站域为对象，利用信息熵与均衡度模型、Weaver-Thomas组合系数及空间句法，从时间尺度定量分析站域土地利用特征演变，从而为区域城市建设、站域土地利用提供建议(如图2所示).

图2 研究思路Fig.2 Research route

3 土地利用特征演化与句法分析

3.1 土地利用特征演化分析

3.1.1 整体特征分析

根据四个时期各站域的信息熵、均衡度变化情况，从1860—1916年，东京站站域的居住用地占比下降，居住用地转移成其他用地，均衡度达到最大值0.77；而涩谷站、新宿站、池袋站站域的非建设用地在1916年都显著下降，均衡度有所上升，且都是在1966年分别达到最大值0.68、0.79、0.67(如表2所示).

表2 四个站域不同时期的土地利用类型面积比例及评价指标 Tab.2 Area proportion and evaluation index of land use types in different periods of the four station areas

四个站域土地利用的均衡度都经历先上升后下降的变化过程，呈现倒“U”变化趋势，变化特征大致可以描述为:非均衡到相对均衡再转变为非均衡(如图3所示).

图3 四个站域不同时期土地利用均衡度变化Fig.3 Changes of land use equilibrium degree in the four station areas in different periods

从四个站域的土地利用与均衡度变化的角度来看，主中心和副中心站域的城市建设与站点开发在时序上存在明显先后关系，东京站为城市建设先于站点开发，涩谷站、新宿站、池袋站为城市建设与站点开发并行，其中涩谷站与新宿站由于站点建设早于池袋站，二者土地利用的均衡度也一直高于池袋.

此外，四个站域不同时期土地类型以两类或四类用地为主，从1860—2016年主导类型数都有所增加(如表3、表4所示).其中，居住用地、公共服务用地、道路与交通用地占据主导地位后，地区产业结构走向高级化，利于形成职住、公共服务一体化的城市空间形态.

表3 四个站域不同时期土地利用类型的组合系数Tab.3 Combination coefficient of land use types in different periods of the four station areas

表4 四个站域不同时期用地主导类型Tab.4 Dominant types of land use in different periods of the four station areas

3.1.2 各个站域的特征分析

(1)东京站站域

自江户时期，东京都心的城市核心地位已经逐渐凸显，城市增长极的聚集与扩散效应显著.1860—1916年阶段内，东京站站域不断接收外围城镇送达的人才、资本、技术等生产要素，工业、物流、仓储用地开始迁出，站域内产业升级与工业转移带来了土地的全面开发利用.因此，住商、商业、公共服务、交通设施等第三产业用地类型的比重上升，土地利用信息熵和均衡度上升.随着站域土地资源趋紧，地区开放性提升，1966—2016年间，站域居住职能转移，只留存公共服务、商业及道路交通用地，形成服务业、商业、交通运输连结一体的高效城市用地模式(如表4所示).

(2)涩谷站站域

由于涩谷站的接入，为涩谷地区带来了人流与商业，1860至1916年间，涩谷站站域居住、商业用地增加，土地开发兴起.直到2016年，金融、商业、事务所银行等服务业异军突起，此时站域的居住用地、道路与交通用地、公共服务用地三类用地的面积占比总和为66.4%，占据主导地位，土地利用的结构也趋于稳定.站域土地被分割为更加细小的空间单元，不同功能的用地分散在站域的各区域，满足了地区医疗、教育、办公及生活的需求，引导站域形成以人为本的城市格局.

(3)新宿站站域

新宿站站域在1966年达到土地利用信息熵与均衡度的最大值，分别为1.83和0.79，此时居住用地占16.28%、公共服务用地占11.13%、商业用地占9.58%、住商用地占8.61%、工业用地占12.21%、道路与交通用地占31.55%、绿地与广场用地占10.63%，土地利用均质性非常高(如表2所示).工业用地、绿地广与场用地占比相对较高，直到2016年站域的工业用地才下降至0%，居住、公共服务、商业成为土地利用主导地位，产业结构得到完善与升级.其中，站域西侧一直留有城市绿地，不仅是站域公共休闲的重要资源，还能够凸显地区综合功能，发挥城市的最大效能.

(4)池袋站站域

1860年池袋站站域的非建设用地占78.22%，因交通阻隔使得池袋一直是以农业为主的资源型地区，在建设时序上滞后于其他三个站点.1914年池袋站建成，随即带动了站域地区城市开发，地区资本不断积累，完成经济转型，发展成为东京专一化职能的副中心.一方面，池袋位于东京西北部，拓展了城市结构向北扩张的可能性，成为东京北向人口流动与转移的重要节点；另一方面，教育、医疗、文化事业的聚集使得池袋地区成为外国人在东京的聚集地，承接了东京主中心的居住职能.

综上所述，东京站位于东京主中心，站域城市建设早于其他三个站点，属于资源汇集地，1916年就完成了工业用地转移，城市产业得到升级，用地更均衡.而三个副中心轨交站域城市建设因轨道交通而迅速发展，土地利用逐渐均衡，因为承接了不同的城市职能，不同时期的主导用地的类型也有所差别，最终居住、公共服务以及道路与交通用地占据主导，推动地区形成职住一体化城市形态.

3.2 站域路网空间分析

东京站与其他三个站站域形成了两种成熟的路网结构，分别为格网状与放射状，自1966至2016年，东京站站域的路网格局基本没有太大变化，秩序性强，路网愈加密集(如图4(a)所示)，在站点东侧汇集诸多城市商业街道.涩谷站、新宿站、池袋站站域路网交错纵横，划分出很多形状不等的破碎化的城市建设空间，形成城市地块高度细小化的格局(如图4(b)、(c)、(d)所示).

图4 1966、2016年四个站域的整合度Fig.4 Integration of the four station areas in 1966 and 2016

从1966和2016年站域路网的可理解度来看，R2约在0.56～0.84之间而且都呈现上升态势(如表5所示)，表明各站点地区的路网结构自组织性强，能够从局部较好理解整体的城市空间，尤其是东京站站域的空间可理解度趋近于0.84，具备良好的连接度与可达性.这五十年中，东京的都市再生事业向着公共服务业转型，靠近站域中站点的路网可达性相对较高，四个站域的资源要素愈发向轨道交通站点集中，道路系统趋向合理化，以实现公共服务的均等分配.

表5 1966、2016年四个站域的可理解度Tab.5 Understandability of the four station areas in 1966 and 2016

4 结论

本文将纵向历史变迁与横向站域对比有机结合，通过探究1860、1916、1966、2016年四个时期，东京站、涩谷站、新宿站、池袋站四个典型站域的土地利用特征演化，得出的主要结论如下：

(1)由于城市中心的聚集与分散效应，四个站域土地利用的均衡度经历由上升转为下降的过程，地区职能更加专一化.因此，站域开发必须明确区域中心城市站域地区的土地利用主导组合类型，优化土地利用结构，实现高级配置.一方面，推进城市开发建设中土地利用的集约化、调整各类型土地利用的比例.另一方面，更加注重土地利用主导效应，关注主导用地的产业先进性、高增长性、扩散性，促进土地利用与产业相互融合，实现区域知识与技术密集化，促进地区经济社会的高质量发展；

(2)站域城市建设与站点开发的时序先后，将影响各个区域中心城市在城市结构中的能级地位，工业用地转移促使站域地区走向职住、公共服务、商业为主导的一体化城市格局.在未来建设中，要以明确站点规划与建设的目的为第一要义，既要充分考虑站点开发与区域城市建设的时序先后性，关注站域不同土地利用类型的社会与经济效益，又要合理配置相关生产要素以实现地区产业的差异化发展；

(3)站域路网与土地利用结构愈加成熟，城市结构与功能愈加稳定.路网较高的可达性能够增强不同土地利用类型在空间上的联系，促进区域中心城市的核心区域实现各类土地利用在空间上相互转换，提升区域协调性和空间可达性，激发城市的创新活力与发展潜力；

(4)区域多轮次规划调整与落实，利于明确各个区域中心城市在结构与职能上的定位.城市发展乃百年大计，当协调多方力量，不断调整区域城市规划，兼顾功能和结构的合理性，遵从要素分工、地域分工，培育中心与副中心，实现同等城市之间错位发展，各个区域中心城市间互补协作，推动形成优势互补高质量发展的区域经济布局.[40]

本研究的创新点在于从多维度、多角度分析并探究了东京一主三副中心4个站域土地利用变化特征，为国内多中心站点开发建设提供依据.其中，区域中心城市的土地利用及路网结构走向稳定与成熟是城市走向高质量发展的关键.在探究东京多中心城市建设的过程中，须要明确主中心与副中心城市轨道交通站域土地利用特征的异同，才能够为国内多中心城市及城市群建设提供重要依据.与此同时，囿于中国不同城市之间发展模式以及阶段的不同，在借鉴东京这一类全球城市的建设经验之时，应当把握发展的宏观性，通过更多站域实践案例进行支撑佐证，用微观视角探究相似问题的本质特征，以解决现今城市发展面临的切实问题.