弹性空间研究的知识图谱分析与重点方向展望

罗艳华，李平星

（1. 中国科学院南京地理与湖泊研究所，南京 210008；2. 中国科学院大学，北京 100049）

空间规划对土地开发利用和经济社会发展提供了支撑，但“终极蓝图式”的刚性规划难以应对社会经济发展的不确定性，如何增强空间规划的弹性与适应性、减少规划失效风险，是学术界长期以来的热点话题。“弹性”最初是物理学概念，指物体受外力冲击后恢复到冲击前状态的能力，后被引入工程学、生态学、地理学等领域，衍生出工程弹性、生态弹性、区域弹性、城市弹性等概念，核心内涵是指系统在受到外界干扰时的适应能力、应变与创新能力。在规划学中，弹性是指规划对不确定性市场经济发展的适应程度，主要包括数量结构层面的弹性和空间优化层面的弹性。针对土地利用结构不确定优化的研究起步较早，学者们在理论探讨的基础上引入随机优化模型（Lu et al.,2014）、区间优化模型（Wang et al.,2010）、粗糙优化模型（于苏俊等，2006；Zhou et al.,2015）、以及其他混合不确定优化模型（Zhou,2015）等测算土地利用结构弹性区间。这种结构弹性区间传递到空间上即形成弹性空间，弹性空间的划定是弹性规划在空间优化上的重要技术手段：尹奇等（2006）认为弹性用地分区是弹性规划的重要内容之一，指为应对规划期内难以预测到的土地需求与用地位置变化，在原有土地规划分区的基础上划出的一部分弹性区域；赵哲远（2007）在土地利用规划调控技术研究中，建议设置与农村建设用地缩小相挂钩的城镇建设“弹性发展区”，起到空间置换的作用；李鑫等（2016）更明确提出通过弹性空间划定来解决不确定条件下的土地资源空间优化问题。总体而言，弹性空间研究在概念演进（辜寄蓉等，2019）、重要性与研究方法探讨（刘堃等，2012）、国外经验借鉴（张群等，2017）与实践案例研究（胡瑜芝等，2017；傅丽华等，2020）等方面已取得一定成果，但缺乏系统全面的梳理与总结，缺乏对该领域的研究脉络、现状、重点与趋势等的可视化分析。

国土空间规划是对一定区域国土空间开发保护在空间和时间上做出的安排，是空间治理体系中极其重要的政策工具，也是全社会开发保护国土空间的遵循（余亮亮等，2016；樊杰，2019）。在当前经济社会转型发展和全国国土空间开发保护“一张图”的规划要求下，经济社会发展的不确定性不断增强、可预测性不断弱化，对增强国土空间规划的适应能力提出了更高的要求，亟需从弱化刚性、强化弹性的角度对国土空间规划开展理论归纳和案例总结，以更好地完善理论、总结经验、避免教训，并促进鉴往知来。CiteSpace引文可视化分析软件广泛应用于分析某一主题的研究历史与研究前沿（张宇星等，2021），可满足综述弹性空间研究进展的需求。因此，在对近30 年（1990—2020 年）弹性空间与弹性规划的国内外文献收集整理的基础上，运用CiteSpace 总结国内外近30 年来该领域的前沿研究特点和相关研究进展，并探析其未来的发展趋势，以期为构建国土空间规划的弹性理论和方法框架提供参考借鉴。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

国际文本的样本数据来源为“Web of Science”核心集合，以“TS= (land use planning OR spatial planning)AND TS=( flexible space OR flexible plan‐ning OR spatial optimization OR land use allocation)”检索式进行高级检索，选择文献类型为“Article”和“Review”，检索时间范围为1990－2020年，并去除医学、法学等无关领域的Web of Science 类别，最终去重分析后共计697 条文献记录；国内文本的样本数据来源为中国知网的核心期刊，主题词为“弹性空间”或“弹性规划”或“战略留白用地”或“灰色用地”或“有条件建设区”进行检索，数据库选择“SCI来源期刊”“EI来源期刊”“核心期刊”“CSS‐CI”与“CSCD”索引期刊，时间设置不限，并对不契合研究主题的文献条目进行手动剔除，最终去重分析后共计139条文献记录。检索时间为2021-01-28。

1.2 研究方法

利用CiteSpace 5.6对国内外弹性空间与弹性规划文献进行文献可视化分析，包括文献载文量趋势与研究领域分析、发文国家或地区、研究机构合作分析，进而通过关键词共现时区图谱和关键词突现图谱总结国内外研究热点和前沿问题，最后运用文献阅读法对弹性空间概念内涵、弹性规划方法、管控措施等主要热点知识群组进行深入研究。

2 可视化分析

2.1 载文量趋势与研究领域分析

对弹性空间与弹性规划领域的载文量进行趋势分析，以了解该领域文献研究的发展程度和发展趋势，具体文献数量见图1。

图1 国际与国内弹性空间与弹性规划研究文献载文量Fig.1 The quantitative changes of international and domestic literatures on flexible space and flexible planning

国际文献载文量呈明显上升趋势，可粗略分为3个阶段：一是1993－2007年，起步阶段；文献数量处于较低水平。二是2008－2016 年，发展阶段；国际文献数量直线上升。三是2017－2020年，扩散阶段；文献数量激增（从50 到101 篇）。国内文献数量从2009年开始显著增多并持续维持在相对较高水平，2017－2020年文献数量略有减少，但相对稳定。学术界对弹性空间研究领域的关注度不断提高，其中根据Web of Science 的检索报告可知，弹性空间的主要研究领域为“生态环境科学”和“工程学”，其次是“公共管理”“城市研究”和“运输”，接下来是“科技及其他专题”“地理学”“自然地理”和“发展研究”等方向。

2.2 国际发文国家与研究机构合作分析

鉴于国际合作研究的重要性，分别对发文国家（地区）和科研机构进行可视化分析，得到国际科研机构合作网络图谱（图2）、和国际排名前十的发文国家（地区）和发文机构及其中心性分布表（发文量并列的发文机构按中心性排名）（表1）。美国和中国的发文量显著高于其他国家（地区），且中心性（中心性超过0.1 的节点称为关键节点）分别为0.22和0.18，其余国家（地区）按发文量递减分布依次是：澳大利亚、德国、荷兰、英国、加拿大、伊朗、西班牙和意大利。

图2 国际科研机构合作网络图谱Fig.2 Network map of international cooperation among related research institutions

在合作单位方面，发文量最高的是中国科学院（Chinese Academy of Sciences），中心性最强的科研单位是澳大利亚的昆士兰大学（University of Queensland）（见表1）。科研单位合作网络图谱整体的合作网络密度为0.004 2，合作程度相对较低，呈现以中国的中国科学院（Chinese Academy of Sci‐ences）、伊朗的德黑兰大学（University of Tehran）、美国亚利桑那州立大学（Arizona State University）和澳大利亚的昆士兰大学（University of Queensland）等几个科研综合实力较强的单位为中心的分块式合作关系网络，其中以中国科学院为中心的合作网络的次节点为北京大学、清华大学、中山大学、北京师范大学、南京大学、香港理工大学等中国知名大学，中国与国际科研单位的合作力度有待加强。

表1 国际排名前十的发文国家（地区）与发文机构及其中心性分布Table 1 Top 10 countries(regions)and institutions and their centrality distribution

3 研究热点与前沿

对弹性空间研究热点与前沿的分析主要借助关键词共现时区图和关键词突现图实现。中心性、频次高的关键词代表一段时期内的研究热点（梁宇哲等，2019），而从时区视角分析关键词共现，能够展现弹性空间研究热点发展的时间脉络；关键词突现能展现某个时期弹性空间研究中的新领域和新视角，因而能够代表一定时期的学术前沿（杨洋等，2020）。

3.1 关键词共现分析

分别进行国际和国内文献关键词的可视化分析，生成关键词共现的时区图谱（图3、4）。在国际层面，关键词共现的特征主要有3 点：1）20 世纪90 年代开始出现的核心关键词有“manage‐ment”（管理）、“conservation”（保护）、“impact”（影响）、“biodiversity”（生物多样性）、“model”（模型）、“op‐timization”（优化），这是国际上对弹性空间研究的起步阶段；2）2000 年之后开始出现了“land use”（土地利用）、“climate change”（气候变化）、“genetic algorithm”（遗传算法）、decision support system （决策支持系统）、“conservation planning”（保护规划）、“sustainabili‐ty”（可持续性）、“cellular automata”（元胞自动机模型）等核心关键词，说明气候变化与可持续发展问题逐渐引起规划界重视，弹性规划方法与技术的研究逐渐增多；3）“agent based model”（基于主体的模型）一词在2012年出现，基于主体的模型在空间优化的应用研究开始增多。

图4 国内关键词共现时区图谱Fig.4 Keywords co-occurrence relationship of domestic literatures

在国内研究中，“弹性规划”在2003年间出现，此后“土地利用规划”“不确定性”“弹性”“刚性”“城市规划”“区域规划”“建设用地”等核心关键词不断涌现，表明为应对不确定性而产生的弹性规划从2003年开始成为研究热点。“灰色用地”“有条件建设区”等与弹性空间类似的概念在2009年首次出现，直到2013年出现“弹性区间”，2016年出现“弹性空间”，与此同时，“多目标模糊线性规划”“灰色关联分析”“情景规划”“区间优化模型”等弹性规划手段和方法逐渐成为研究热点。2018年—2020年出现的“现状地表”“适宜性评价”“生态安全评价”“生态风险”等关键词反映了学术界对国土空间开发适宜性评价的重视。总体上，中国对弹性空间的研究不断深入，对弹性规划方法和手段的探讨贯穿始终。

3.2 关键词突现分析

利用CiteSpace 共得到国际突现词13个（图5），国内突现词7个（图6）。就国际文献而言，“design”（设计）是突现时间最早的词，“ecosys‐tem service”（生态系统服务）是该领域内突现强度最高的词。随着国际对生态环境重视程度的日益提高，将生态系统服务纳入弹性规划过程已成为最新研究动向。

图5 国际文献关键词突现图谱Fig.5 Yearly distribution and strength of burst terms of international literatures

图6 国内文献关键词突现图谱Fig.6 Yearly distribution and strength of burst terms of domestic literatures

就国内文献而言，突现强度最高的词是“弹性城市”和“灰色用地”，“有条件建设区”次之，说明“弹性城市”和“弹性空间”是“弹性”领域研究的重要内容。同时弹性城市是突现时间最长的词，在2014—2018年间较多学者对弹性城市进行研究。“国土空间规划”从2019年开始突现，是最新出现的突现词，其突现强度为1.846 9。2019年作为国土空间规划元年，国家层面的顶层设计有序构建，基于多规合一的国土空间规划也迅速成为研究热点。

4 主要知识群组与进展

结合国际与国内关键词共现时区图得出3个热点知识群组：1）弹性空间概念层研究（灰色用地、有条件建设区等与弹性空间类似的概念）；2）弹性规划方法（包括模型构建和具体规划方法）；3）弹性规划管控措施（对刚性与弹性管控的探讨）。结合前文分析结果，通过文献阅读法对3个热点知识群组进行深入研究。

4.1 弹性空间概念内涵

弹性空间作为克服刚性规划弊端的手段而引入规划界，国外学者对弹性规划的相关研究开展较早，新加坡的“白地”是弹性空间的早期应用，主要指预留当时功能无法确定的用地（张群等，2017）。虽然国际上明确使用“flexible space”（弹性空间）概念的文章很少，但以“spatial optimiza‐tion”（空间优化）和“land use allocation”（土地利用分配）为主题的研究成果丰硕（Metropolis et al.,1953;Santé-Riveira et al.,2008;Lu et al.,2015）。近年来，有国外学者提出将弹性空间作为专家主导式和程序参与式规划之外的“第三条道路”，认为弹性空间是为计划外用途而设计的非永久性的土地使用形式（Carr et al.,2017）。而国内学者进行弹性空间研究时多使用“灰色用地”（郑皓等，2009；王震等，2014）、“战略留白用地”（沈迟等，2020）、“有条件建设区”（黄逸鸣等，2016）、“规划弹性区”（张群等，2017）、“弹性用地区”（王卉等，2012）等弹性空间相关概念，“弹性空间”一词尚无明晰的定义方式，泛指一种现状与未来混合的用地模式，表现出不同属性用地分区之间的空间叠合（辜寄蓉等，2019）。总体上，国内外表征弹性空间的概念较多，主要内涵为：土地预留、混合利用和空间置换，另外国外更强调弹性空间的公众参与。

4.2 弹性规划方法

弹性空间划定方法与弹性规划方法、技术联系紧密。部分规划方法涉及弹性空间在数量、分布方面的内容，而数量结构的确定是空间确定的前提和基础；规划决策支持技术能帮助规划者进行土地需求预测、土地规划决策，是弹性空间划定的技术支持。因而，综合考虑弹性规划方法与规划决策支持技术等方面的研究，可以更为全面地把握弹性空间划定问题。

国外对土地利用数量结构分配的研究开展较早，相较国内更为成熟：早期主要利用模拟退火算法（Simulated Annealing,SA）和遗传算法（Genet‐ic Algorithm, GA）进行土地利用优化配置（Me‐tropolis et al.,1953;Santé-Riveira et al.,2008），但二者的计算程序比较繁琐，且需要预先确定分配给每一种用途的土地面积。也有学者探索移除定量限制土地利用类型面积的改进遗传算法，允许各土地利用类型进行自由的空间竞争（Li et al.,2016）。为更好地处理不同土地利用类型之间的竞争关系，有学者将遗传算法与博弈论结合，利用多利益相关者博弈来协调土地利用竞争（Liu et al.,2015）；除此之外，Liu 等研究了基于多类型蚁群优化算法（MA‐CO）的大面积土地利用优化配置问题，并指出改进后的蚁群算法比模拟退火和遗传算法具有更高的运行效率和更好的性能（Liu et al.,2012）。早期国内学者多从规划的目标、时序、期限、规划指标的预留与浮动等方面对弹性规划方法进行定性研究（张友安等，2004；尹奇等，2006），随着研究的不断深入，规划编制理念逐渐从经验判断走向方法与数据支撑，众多决策、测算与优化模型被引入到土地利用数量结构的弹性区间划定中（表2），这是弹性空间划定的前提条件。

表2 国内弹性空间划定相关方法Table 2 Method for delimiting flexible space in China

在确定数量结构弹性区间的基础上，如何把一定数量的用地优化配置在空间上是划定不同用地类型弹性空间的关键技术，学者们对此进行了积极有益的探讨。如杨忠伟等（2014）在进行短期型和长期型产业用地划分之后，通过“灰色用地”动态规划方法引导短期型产业用地弹性开发。傅丽华等（2020）以系统弹性区间和基于适宜性评价的弹性空间测度分析为依据，借助ArcGIS 分析得出了湖南省茶陵县建设用地、农业用地与生态用地的弹性空间分布。但目前弹性空间划定方法尚处于理论探讨与个案研究阶段，缺乏衡量标准与权威性评估体系，存在与规划实践脱节的问题。除了针对具体用地类型的弹性空间划定，沈迟等（2020）还对未知用途用地的战略留白机制进行理论分析。值得注意的是，国内外学者在土地利用配置中普遍注重空间优化与开发适宜性评价，资源环境承载力和国土空间开发适宜性评价（“双评价”）已经成为国内优化国土空间开发与保护格局的重要参考依据（辜寄蓉等，2019；傅丽华等，2020）。

就决策支持技术而言，根据国际关键词共现时区图（见图3）和进一步的文献阅读得出（表3），规划支持系统（the Planning Support System, PSS）和基于主体的模型（Agent-Based Model,ABM）是国际上的两个研究热点，二者对于规划技术体系的革新起重要作用：1）PSS是基于地理信息系统的交互式信息系统框架，其在美国等国家已被应用于城市规划的未来情景预测、规划成果的可视化与评估，成为辅助规划决策的重要支持系统（宋彦等，2017）。但目前国际上使用的PSS 软件众多，存在缺乏设计标准、选取依据与流程示范等问题，而如何提高应对复杂规划任务的能力是PSS在规划实践中的主要关注点（Wang et al.,2014）。中国目前的PSS 应用尚处于探索阶段，规划从业人员对PSS 的接受程度较低。2）ABM因其自下而上的仿真模拟能力而受到学界的重视（Ghavami et al.,2016），其提供了解决复杂适应系统中学习、适应、交互作用和人类行为的不确定性等相关问题的可能性，能够模拟人类等主体的活动对土地利用的影响，因而也被用于土地资源管理政策评估（Milner‐gulland et al., 2012）。但该模型仅以理性人等经济理论为主要依据，理论基础薄弱，且对代表人类决策的特征缺乏系统研究，适应性和拓展性有待加强。

表3 国际弹性空间划定方法Table 3 Method for delimiting flexible space from international literatures

总的来看，关于弹性空间的划定已从最初的定性划定研究为主逐渐转变为定性研究与定量研究相结合，并且在定量研究时，高度重视空间优化与适宜性评价，众多数学模型被应用到弹性规划中，弹性空间划定的方法和手段逐渐丰富。此外，地理信息技术和空间技术的迅猛发展也大大地提高了规划的效率和应变能力，国际上对决策支持技术的应用已经较为广泛，但决策支持系统和基于主体的模型都存在理论基础薄弱和缺乏结构化指导框架等问题。国内对其探讨多停留在理论层面，应用能力不足，未来需要借鉴国际经验进一步促进规划信息化，深化对人类决策复杂性的研究，以寻求协调利益各方的平衡机制，增强应对复杂问题的能力。

4.3 管控措施

“弹性空间”并不意味着可以任意而为，只有设定合理的准入条件与底线管控，才能真正发挥弹性的作用。国外的规划体系与中国无法一一对应，但也可大致分为宏观发展引导和开发控制2个层面，其中“开发控制”相当于中国控规层面（胡瑜芝，2017）。就弹性控制而言，法规及标准会对适用弹性的内容和范围进行明确，但不追求全要素和全范围的控制，更多考虑“自下而上”市场需求，根据地方发展目标选取灵活的控制方式。其项目实施的弹性体现在协商和博弈过程中，土地出让方式并非价高者得，而是选择符合政府开发意图的开发主体共同参与控规编制。甚至有西方学者倡导对“弹性空间”进行必要管控前提下的最低限度管控，使其成为空间实验场地或永久性项目的启动点（Carr et al.,2017）。

与西方规划对物质空间的弱干预不同，中国的规划具有强干预的传统，但随着刚性规划弊端的显现，如何寻求“刚弹平衡”已经成为研究热点，学者们对弹性控制区范围、控制要素、弹性幅度和管理程序等展开了有益的探讨（王卉等，2012；杨忠伟等，2014；蔚芳等，2019）。在弹性空间划定面积上，大部分学者所建议的弹性空间划定面积在总用地的10%～20%，具体比例视具体规划对象而定（许景权，2016；尹奇等，2006）。此外，学者们还对中国代表性城市的现行规划文件进行了深入研究：如上海的控规编制中强调政府意志，采用弹性控制方法的项目并不多，对新增建设用地规划指标的赋予以贯彻上位规划指标为主要导向，与实际建设项目的衔接不充分；注重刚性指标的分解，对控规实施中在何种范围内可进行弹性调整的引导较少（胡瑜芝，2017）。北京已经初步建立起战略留白的管控体系：在底线管控与指标约束的基础上，注重规划引导与程序监督，确立“存、控、收、养、启”的管控体系，从弹性用地的预留与入库管理、过渡期管控、规划编制启动与审批方面进行战略留白的动态调整与全流程把控（沈迟等，2020）。香港地区在制定全港发展策略和次区域发展策略时，在用地供给时序、地块功能和强度上留有足够的弹性（顾翠红等，2006）。

可见，国际对弹性管控的研究与应用相较国内更为成熟，中国弹性管控措施的基本考量和总体框架已大体确立，也在逐步应用于城市规划实践中，但目前刚性有余，弹性不足的宏观规划局面依然没有改变，主要表现在：1）缺乏公众参与机制，“自上而下”的规划与实际建设项目的衔接不足；2）指标弹性主要体现在由唯一值转为区间控制，注重对刚性指标的分解，而缺乏允许调整规划指标浮动范围的条件；3）现实中因弹性管控措施不明确、不到位、不精准而导致的问题时有发生。另外，缺乏完整的效应分析体系对弹性管控措施进行评估与约束也是弹性管控措施难以充分发挥作用的重要原因。

5 结论与展望

经过多年的理论探索和案例实践，弹性空间与弹性规划领域的相关研究取得了明显的进展，相关概念与内涵、技术方法、管控措施成为最受研究者关注的领域。美国和中国是发文量最高、研究成果最多的地区，研究领域主要集中在“生态环境科学”“工程学”等相关学科。国内外学者在土地利用配置中普遍注重空间优化与开发适宜性评价，国际上注重对决策支持系统和基于主体的模型的研究，且将生态系统服务纳入弹性规划过程中已成为最新研究动向。而国内则将基于“双评价”的国土空间规划作为优化国土空间开发与保护格局的重要参考依据。尽管相关研究在理论、方法方面进行了探索，在案例研究方面也进行了拓展，但是依然存在诸多问题：一是理论建构与研究尚不成熟，主要体现在弹性空间概念不够明晰，且现有研究模型多基于经济学理论，忽视了心理学、社会学等其他学科。理论体系上的问题使得土地利用冲突在“多规合一”、土地多功能性的背景下更加明显。二是技术方法体系尚未建立健全，现有弹性规划方法以理论研究居多，实践案例缺乏，欠缺对利益各方协调问题的考虑，用于衡量弹性空间划定方法适用性的案例支撑和权威性评估体系缺失。三是管控措施与效应研究有待深化，规划上刚性过强的问题依然存在，“自上而下”规划与实际建设项目的衔接、规划指标浮动范围调整与弹性管控的效应评估体系等方面的问题制约弹性规划效能的发挥。四是规划实践有待拓展，现有研究案例多为单体城市和新城、开发区等空间板块，对城市群、都市圈等组合型城市空间的研究较少，对盆地、山区或水网密集区等特殊地形地貌区域的案例研究缺乏。结合以上问题对弹性空间研究做出如下展望（图7）。

图7 未来重点研究内容的总体框架Fig.7 General framework for future research priorities

1）明确重点研究方向。弹性空间划定研究应进一步加强与“三区三线”划定的有机结合，加强城乡发展弹性空间等的划定和管控研究，协调城乡发展。尤其经过新冠肺炎疫情等的经验教训，基于生态与安全等的弹性空间研究需要重点突破，对于暂未确定合理空间用途的用地进行科学留白研究也是未来方法研究的重点方向。在此基础上，需要对弹性空间基本范式进行重点研究，针对具体问题进行重点突破，从弹性空间的概念内涵到弹性规划方法，再到管控措施与效应分析，构建一套综合性的弹性空间理论体系和框架结构，以方便指导规划实践。

2）完善研究理论和方法。一方面，深化对“弹性空间”概念与内涵的探讨与完善，基于人地关系研究、可持续性科学、土地利用科学、资源经济学等相关理论，构建弹性空间研究和弹性规划实施的理论框架。另一方面，依托国土空间开发适宜性、资源环境承载力等相关方法，聚焦空间模拟与分析，加强对先进规划决策支持技术的应用，并引入合作博弈与纳什均衡等作为协调各方诉求的手段。

3）强化管控措施及其效应分析。未来应继续探寻“刚”与“弹”的平衡管控机制，基于项目实施需要，确定开发控制深度，并强化实施主体与公众的深度参与；在区间控制的基础上，有条件地调整规划指标的浮动范围，例如容积率奖励；将用途管制与奖罚措施、用地数量－质量双重管控措施等纳入弹性空间的综合管控措施体系，增强管控效能；从经济社会发展、土地高效利用、生态环境保护与空间形态功能等维度进行效应分析，将对弹性规划实施的综合效应评估作为未来优化管控措施的基础和依据。

4）拓展弹性规划的实践领域。弹性规划研究服务于规划实践，其完善和提升也离不开大量实践案例的支撑，除单体城市之外，还需要针对城市群、都市圈、山地城市、绿洲城市等特殊地形地貌区域空间规划和管制的现实需求，进一步拓宽案例研究的类型和领域。