城市性视角的城镇开发边界空间量化分析

摘 要：城镇开发边界划定是国土空间规划的核心要义，但目前尚没有公认的解决方案。任何行政区域包含城市性和乡村性两类属性，城乡属性集合存在着Ust+Rst=1关系。城市性是区域经济社会发展程度的标志，城市性强则乡村性弱，反之亦然。尝试以城市性视角，构建多元化城乡要素指标体系，按照地理综合区划思路，运用GIS空间分析划定武汉市城镇开发边界，提出武汉城镇空间治理对策。研究发现，城市性和城镇开发具有目标及内涵上的相似性，利用城市性可科学划定城镇开发边界;建议武汉市城镇开发空间通过“三生互嵌”、“刚柔并济”、“城乡融通”进行优化完善。研究成果可为政府城镇开发边界合理划定和治理提供决策参考依据。

关键词：城镇开发边界;空间量化;城市性;城乡要素;GIS;武汉市

中图法分类号：TU984                                             文献标志码：A

1  研究背景

“底线约束”是国土空间规划基本遵循，而划定城镇边界界线则是空间规划的关键。为应对城市无序蔓延，霍华德在《明日的田园城市》提出要在中心城区外围设立永久性绿带，以抑制城市无序生长[1]。1973年，美国提出UGB（Urban Growth Boundary，城市增长边界），通过明确城乡空间界限，将城市增长引向最合适的地区，随后UGB内涵不断深化，并得到了广泛的运用[2-3]。日本通过城市化政策区 “划线”，将区域划分为城市化促进区、城市化控制区和城市规划区三类空间，以此作为各类规划层次需要遵守的空间框架[4]。1978年以来，我国城镇化迅速推进，城镇空间边界扩张带来的系列问题日益凸显[5-6]。为应对人居环境恶化，2017年，我国在吉林等7个省份开展省级空间规划试点，通过划定城镇、农业、生态空间和生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界（三区三线），围绕开发强度管控和主要控制线落地开展编制省级空间规划。在后续的城市管理中，空间规划管理得到了广泛认同[7]。2019年5月，《中共中央 国务院关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》提出，要求划定生态保护红线、永久基本农田保护红线、城镇开发边界，为可持续发展预留空间[8]。

当前，城镇开发边界划定已成为社会关注的热点和学术界研究的重点。有学者认为，城镇开发边界（Urban Development Boundary，UDB）是指在一定时期内为合理引导城镇居民点、产业区和城镇设施建设、防止城镇无序扩张、有效保护耕地和生态环境而划定的城镇建设用地最大范围，是规划期内城镇规划建设布局的刚性约束条件[9]。城镇开发边界应引导界内高效的土地开发，抑制界外建设，保护界外的农林用地、开放空间与自然资源[10]。学术界对此进行了深入研究。杨昔等[11]从城镇开发边界划定规模逻辑、形态逻辑、治理逻辑等三方面探讨城镇开发边界划定的可行性、必要性和紧迫性。郑颖等[12]以福建长汀南部新区为例，提出运用移动格网法进行破碎用地集聚优化，以实现自动化划定城镇开发边界。何波等[13]采用改进的FLUS模型，模拟生态约束条件下的城镇空间增长趋势，初步尝试划定了重庆市域的城镇开发边界。汤燕良等[14]综合运用耦合神经网络与元胞自动机两种方法，通过定总量、定边界、定形态的方式划定城镇开发边界。胡飞等[15]利用土地系统模拟与优化模型（LANDSCAPE），以武汉市为例，开展了权衡城市扩张与永久基本农田保护的城市增长边界划定研究。钟珊等[16]以空间适宜性评价、人口承载力、城市规模预测、两规衔接和空间形态控制等方法倒逼缩减建设用地，从而划定城市发展的刚性和弹性增长边界。

综上，现有的城镇开发边界划定研究，从边界划定原则、路径和技术方法进行了探索，对完善城镇开发边界划定机制具有积极意义，但城镇开发边界划定在具体实践上并未形成统一的理解和认识，研究设定的指标体系各自独立，多以统计数据为基础，要素选择、权重设置等存在较多经验值，且多元要素综合区划考量不够，通用的城镇开发边界划定研究范式尚未建立。城鎮开发边界划定的本质是协调解决人地关系矛盾，目的是构建人与自然和谐共生的城市生态，城镇开发边界的“最外边界”就是人化自然[17]所界定的地理范围。本文以武汉市为例，首次尝试以城市性视角，通过综合构建包含“自然”和“社会”的城乡属性关系量化指标体系，运用GIS软件有效划定武汉市城镇开发边界，以期为国家城镇开发边界划定和治理提供决策参考。

2  理论假设与研究方法

从城乡属性角度看，国家通过划定城镇开发边界，将城镇开发限定在城镇空间内，通过各种经济、政策以及技术手段，提高城镇空间内城市性，引导城镇集约发展;与此相反，对界限外的非城镇空间的城市性进行严格管控，防止非城镇空间区域城市性过快增长威胁生态安全。城镇开发边界划定实质上就是通过一定的科学方法找到城镇空间中城乡属性合理的裂变边界。

2.1  理论假设

2.1.1  城市性及乡村性及其关系

凡是存在着人类活动的地表空间，都存在城市和乡村两大聚落空间。阿斯顿和邦德认为城市由人、并且为人而建的[18]。亚里士多德则认为，人们为了生活来到城市，为了更好地生活而居留于城市[19]。伊利尔·沙里宁认为，凡是按人类的本性和需要来建设城市都符合城市发展规律，否则都是违背城市规律的[20]。罗伯特·帕克则强调人性是探求城市本质的最重要线索，城市产生于人性的驱动，是人类文明的象征，目的是为了满足人类的不断增长的物质和精神需要[21]。城市的本质强调了人是城市的主体，人的需要驱动了城市的产生和发展[22]。

随着城市的发展，城市的传统概念已不能囊括城市的全部属性，城市性的理念开始出现。城市性的最早论述来源于1938 年路易斯·沃思的论文《作为一种生活方式的城市性（Urbanism as a Way of  Life）》[23]。安德森定义城市性为“现代城市的生活方式”[24]。克利纳德将城市性定义为包括非人格性、高度流动性和差别化的联系在内的一系列社会关系特征[25]。城市性的一个重要前提是充满生机的功能混合[26]，是塑造具有城市特色的生活模式的一套特性[27]，也是区域经济社会发展程度的标志。城市化本质上是人类经济活动区域城市性不断提高的过程，即在城市化发展过程中，农村地区和城市地区的城市性都处于不断提高的发展状态[28]。

城市和乡村是一个有机整体，也是一个极其复杂的特大系统，该系统中各部分均存在两种属性，一是城市性，二是乡村性。城市性是一个地区经济和社会发展水平满足人类美好生活追求程度的重要综合度量指标。每个地区都可以看作是城市性（Ust）与乡村性（Rst）的统一体，乡村性强的地区就是乡村地区（Ust<Rst），城市性强的地区就是城市地区（Ust>Rst）。假设乡村性与城市性合计为1，其城乡属性关系满足：

Ust+Rst =1  （1）

式（1）中：Rst为t时段s区域乡村性程度值;Ust为t时段s区域城市性程度值。

2.1.2  城乡属性空间界定模型

托布勒地理学第一定律——“任何事物都相关，只是相近的事物关联更紧密”，阐述了距离对于地理现象的影响[29]。在空间交互中，随着距离的增长，交互强度相应减弱，这种现象称为距离衰减。康弗斯的“断裂点”理论表明，从城市中心区到偏远农村地区的空间分布上，城市性程度值呈现出距离衰减规律，在远离城市的农村地区变化不明显，越靠近城市中心区变化越快[30]。根据空间作用力距离衰减规律，以城市中心为原点，以城乡之间的距离为横坐标，以城乡属性指数为纵坐标，可以作出城市性指向性指标的变化趋势曲线（见图1）。

图1中，f（x）为地域城市性程度变化曲线，沿城市中心区向偏远农村地区逐渐降低;v（x）为相对应的乡村性程度变化曲线，沿城市中心区向偏远农村地区逐渐升高。城乡属性程度值存在此消彼长的特征，城市中心区城市性主导，城市性程度Ust≈1，乡村性程度Rst≈0;但在城乡之间，城市性程度和乡村性程度Ust≈Rst;在偏远农村地区，乡村性主导，乡村性程度Rst≈1，城市性程度Ust≈0。

2.2  研究方法

2.2.1  城乡要素量化指标选择

城乡地域系统是一个复杂的系统，城市性程度越高的地区相对应的城市特性越明显，乡村性程度越高的地区相对应的乡村特性越明显。本文选取城乡土地利用现状、产业用地类型、土地利用规划、人口密度、永久基本农田、土地权属空间、土地市场交易等七类指标构建识别要素体系。根据城市性程度差异对每类城乡要素进行类型划分及分级赋值，赋值越大，对应该要素类型的城市性越强、乡村性越弱（见表1）。

2.2.2  城市性量化度量

渔网分析法是一种经典的地学分析方法，学术界已将其作为增长边界划定的一种基本方法 [31]。本文采用渔网法来确定基本研究单元，并参考传统土地利用程度计算公式，结合城乡地域多要素特征及要素的城市性程度，综合确定研究单元各要素城市性度量公式如下：

式（2）中：u为研究单元内某类要素城市性程度;Ci为某种要素第i级城市性指数分级面积百分比;Xi为某种要素第i级城市性指数分级指数。其数值越大，城市性程度越高，城市属性特征越明显。

将获得的各类城乡属性矢量化图件分别按照表1的城市性赋值在ArcGIS环境下完成空间分类赋值;利用GIS软件得到各类城乡要素城市性网格数据及图件。为保证各要素权重确定的科学性，本文选取熵权法确定各要素城市性权重。

3  武汉市城镇开发边界划定

3.1  研究区概况及城市性程度计算

武汉是湖北省省会城市，全境面积8 494km2，下辖12个行政区，3个国家级开发区。研究数据包括公开的武汉地理国情普查数据、土地利用总体利用规划、城市用地现状，土地利用数据（土地征收、土地供应）以及人口空间分布数据。数据均采用统一的坐标系统和投影方式，地理坐标系：GCS_Xian_1980;投影：Gauss-Kruger;基準面：D_Xian_1980。原始数据采用矢量shp格式，根据武汉市实际情况，采用500 m×500 m网格进行分析，共有35 200个网格。根据城市性度量计算公式，首先计算研究单元土地利用现状（uTDXZ）、土地利用规划（uTG）、产业用地类型（uCY）、人口空间（uRK）、永久基本农田（uJBNT）、土地权属（uTDQS）、土地供应市场（uTDSC）城市性数值。之后根据熵权法计算公式，计算得出各要素相应权重值（WTDXZ、WTG、WCY、WRK、WTDSC、WTDQS、WJBNT）（见表2）。

3.2  城市性程度计算及空间表达

根据各要素权重计算结果，运用GIS软件得到武汉市城市性综合程度值空间分布。

可以得出，城市性综合程度数值最高为0.9227，数值较高区域位于沿长江、汉江一带，主要是武汉市传统的老三镇——汉口、汉阳、武昌，还包括近几年发展比较快速的武汉经济技术开发区、武汉东湖高新技术开发区、武汉临空港经济技术开发区和江夏区、黄陂区、新洲区区政府所在区域;而城市性程度综合数值较低区域主要位于基本农田分布区域，远离城市中心区。

3.3  城镇开发边界划定及验证

为了引导城镇集约发展，城镇开发边界中不宜包含现状城镇建成区外围过于细碎或过于分散的土地斑块。为此，本文运用GIS中空间统计分析工具中的热点分析功能[32]，以“城市性指标值”为输入要素及字段，选择对邻近要素环境中的每个要素进行分析，确定距离法为两点间的直线距离，最终识别城市性程度指数具有统计显著性的高值（热点）和低值（冷点）的空间聚类，如图2（a）所示。

图2（a）中城市性程度指数冷热点优化分七级，反映置信度为 99% 、95% 、90%的城市性程度指数指标高值统计显著性（高值空间集聚）和反映置信度为99%、95%、90%的城市性程度指数指标低值统计显著性（低值空间集聚）。根据城市性程度指数优化热点分析结果，本文将图2（a）中城市性程度指数高值集聚区中置信度超过 90% 以上的区域划定为城镇开发区范围。利用GIS提取图2（a）中城镇开发区全部边界，得到武汉市城镇开发边界，如图2（b）所示。武汉市城镇开发空间主要包括武昌区、江岸区、硚口区、江汉区、汉阳区行政区全域，武汉经济技术开发区、东湖高新技术开发区、武汉临空港经济技术开发区、阳逻港经济技术开发区、天河机场片区等开发区的部分区域，新洲区邾城、黄陂区前川街集镇、江夏区集镇等区域。其开发空间界限受水系分割等原因限制，较为破碎零散（见表3）。

4  空间治理建议

本文基于城乡属性关系及其地理空间变化规律，合理选定多元城乡要素指标，运用GIS软件划定武汉市城镇开发边界。结合本文研究成果，对完善武汉市空间治理提出以下建议：

（1）“三生互嵌”解武汉城镇空间拥堵顽疾。武汉城镇开发边界受辖区内长江、汉江、府河、东湖等水系制约，其城镇开发边界较为破碎、零散。基于此，建议武汉市引入“斑块-廊道-基质”理念，发挥各类“斑块”在生态环境以及物种迁徙过程中的中继作用，通过各类廊道（包含水廊道、山体廊道、交通廊道等）的合理布局，打破生产、生活、生态三类空间的物理阻隔，构建“三生”空间相互嵌入的空间形态，达到城中可见“麦浪”，城内随处可见山，显绿观水的“你中有我，我中有你”的空间嵌入关系，从而有效疏解武汉城市中心拥堵顽疾。

（2）“刚柔并济”促武汉经济可持续发展。在武汉城镇开发边界以内，存在大量生态用地，如武汉市内分布的长江、汉江、府河、东湖等河湖湿地水系，九峰山、蛇山等自然山脉。这类区域应划定为城镇开发边界内的刚性边界，用于区分城市内可建设用地和不可建设用地。为保障城市可持续发展，在城镇开发区域内的可建设区范围内，应结合经济社会发展规划的空间用地需求，建立应变弹性合理的城镇空间结构，确定最佳城市空间开发时序，有节有度有序利用城镇空间，通过刚柔并济的边界红线管理方式，促进武汉市经济社会生态的可持续发展。

（3）“城乡融通”助武汉乡村振兴提档升级。武汉城镇开发边界之外，分布着大量优质基本农田，有景观特色的蔬果农业用地，也有传统风貌保留完好的村落。为此，可在城镇开发边界外划定永久农村地区，确保该区域粮食生产、景观农业、乡愁文化等得到永久保护，进而反向约束城镇开发边界的扩张。充分发挥城镇开发边界和永久乡村边界两界“融通”媒介功能，通过实施一系列优化土地资源、完善权籍管理、布局乡村产业、激发集体经济活力等政策，形成合力，促进融通，从而推进更高层次的城乡融合。

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Spatial Quantitative Analysis of Urban Growth Boundary under

Urban Attribute：A Case Study on Wuhan

Huang Qi

（Institute of Economic Research on Changjiang River Valley，Hubei Academy of Social Sciences，Wuhan 430077）

Abstract：The delimitation of urban growth boundary is the core of land spatial planning which yet lacks an acknowledged solution. Any administrative region has urban and rural attributes which meet the relationship of Ust+Rst=1. Urban attribute is the symbol of the degree of regional economic and social development. Strong urban attribute leads to weak rurality，and vice versa. In the paper we attempt to construct a diversified urban and rural elements index system from the perspective of urbanity. According to the idea of geographical comprehensive zoning，we delimit the urban development boundary of Wuhan city using GIS spatial analysis，and put forward the countermeasures for urban spatial governance of Wuhan city. We found that the goal and connotation of urban attribute and urban development are similar，and the boundary of urban development can be defined scientifically by urban attribute. We suggest that the urban development space of Wuhan should be optimized and improved through “inter-embedding production-living-ecological space”，“combining and coordinating rigid and flexible boundaries”，and “integrating urban and rural areas”. The research results can provide decision-making reference for reasonable delimitation and governance of urban growth boundary.

Key words：urban growth boundary;spatial quantification;urban attribute;GIS;Wuhan city

收稿日期：2021-12-23

作者簡介：黄琦，男，助理研究员，博士，研究方向为土地利用与信息管理、区域经济。E-mail：397730973@qq.com