公共地块地面、地下建设强度同步发展研究

2010-03-11 本站

王      瀚        王      嵩

      [摘   要]本文以城市地面交通问题为切入点，对目前城市“地面建设强度越高，地下建设强度相应越高”的现状进行了研究，提取出了影响公共地块地面、地下建设强度同步发展的基本因素，并对这些因素进行了定性(正向或逆向)研究和定量(影响量)分析，对于地下建设的强度分布有了新的认识，为今后开展的地下空间控规工作提供科学、合理的依据。
      [关键词]公共地块   地面建设强度   地下建设强度

      1  研究缘起
      为抢抓“两型”社会建设的重要发展机遇，开发和优化配置城市地下空间资源，我院于2008年底编制完成了《武汉市主城区地下空间综合利用专项规划》。在编制其中《地下建设强度分区》一节中，我们对目前存在的“地面建设强度越高，地下建设强度相应越高”的现状产生了疑问：地块，尤其是公共地块的地面、地下建设强度同步正向发展，是否会使地面交通组织更为复杂?是否某些公共地块的地面、地下建设强度应为同步逆向发展，即地面建设强度高而地下建设强度低或地面建设强度低而地下建设强度高?考虑到即将展开的《武汉市主城区地下空间控规导则》所重点关注的是具体地块，特别是公共地块的地下建设强度，我们对于公共地块地面、地下建设强度同步发展问题(下文简称强度同步发展问题)进行了研究。

      2  基本概念
      在研究之初，有三个基本概念需要说明：公共地块、地面建设强度和地下建设强度。公共地块：如果某地块上空间或建筑是为公众服务、并对公众开放，那么该地块即为公共地块。公共地块的用地性质主要包括公共设施用地、广场用地和绿地，地块下的用地功能主要为商业、办公、娱乐、文化、市政及地下停车。
      地面建设强度：主要反映地面以上的土地承载力，包括人口、环境及建设的承载量，其内容包括容积率、建筑高度、建筑密度、绿化率、空地率等方面。
      地下建设强度：主要反映地面以下的土地承载力，包括人口、建设的承载量，其内容包括地下容积率、地下层数等方面。

      3  研究过程
      我们的研究思路是先提取影响强度同步发展的基本因素，然后定量分析基本因素对于强度同步发展的影响量，最后对基本因素是导致强度成同步正向或逆向发展进行定性研究，从而对强度同步发展的规律有一个基本认识。
      3.1  强度同步发展影响因素提取
      强度同步发展问题的主体是地面建设强度和地下建设强度，而引起这个研究问题的主要动因是城市地面交通问题。因此，在强度同步发展因素提取的第一步，从两个主体和主要动因中提取粗选因素。
      涉及到地面建设强度的因素包括：区位、用地性质、周边道路情况、地块朝向、地块面积、地块长宽比、地价、房价等因素；涉及到地下建设强度的因素包括：工程地质、水文地质、地质构造、地下埋藏物、地下建筑用途、地下交通非交通空间比例等因素：涉及到交通的因素包括：道路组织形式、道路等级、交通出行方式、交通配套设施等因素。这些因素不仅数量众多，而且对强度同步发展的影响程度也有所不同。如何抓住主要矛盾，抽取出基本因素，就显得尤为重要。我们采用的方法是因子分析法。
      因子分析，是处理多变数据的一种数学方法。其主要目的是从为数众多的变量中概括出少数基本因子，用基本因子来概括和解释最大量的观测事实。
      首先进行的是开放式问卷调查，我们要求被试专业人员尽可能全面地写出“强度同步发展的因素”。经过分析，先剔除重复因子，在对剩下因子进行反复斟酌，得到10个主要影响强度同步发展的因子。然后将这10个因子随机排列，采取5等级综合评定，1为最高，5为最低。最后通过大量的量表值总结比较，最终得到平均量表值小于2的三个基本因素，分别是：地铁、地块周边路网等级和地块用地性质。
      3.2  基本因素对于强度同步发展的影响量赋值
      这三个基本因素对于强度同步发展都有着基础性的影响，但其影响程度会有所不同。而了解其具体的影响量，对于我们认识、修正地面地下建设强度之间的关系极为关键。对于其影响量的赋值，我们采用的是多元统计分析方法。
      多元统计分析方法(Multivariate Statistical Analysis)，主要研究客观事物中多个变量(或多个因素)之间相互影响的规律。如果每个客观事物有多个观测数据，则这种数据叫多元数据，而分析多元数据的统计方法，就叫多元统计分析方法。
      运用该方法计算三个基本因素影响量的步骤如下：首先请专家就这些基本因素对于地面建设强度和地下建设强度的影响分别进行估分，建立一个基本模型，估分结果如表1所示。
建立

      由于该模型存在共同未知协调差，故检验统计量为：

      其中：

      由此公式对三个基本因素的影响量逐一运算，我们最终得到了因素影响赋值（见表2）。
地铁对于强度同步发展的影响量为83.25，周边道路等级影响量为50.5，用地性质影响量为45.3。
      3.3  基本因素对于强度同步发展影响的定性分析
      在得到基本因素及其影响量之后，需要探究的问题就集中在了这三个基本因素对于强度同步发展究竟呈何种性质的影响，即它们究竟是导致强度同步正向还是逆向发展?
      3.3.1  地铁对于强度同步发展的影响定性分析
      (1)地铁对于地面建设强度的影响
      地铁，作为现代城市重要的大运量公共交通载体，以其低廉的交通成本，对地铁沿线、尤其是站点周边地区(主要是周边200米以内地区)的土地价值，带来显著影响。
      我们以运输成本变化越大，价格变动越大为假定条件，推导出交通成本与土地价值的关系表达式：
      P1＝pe-aTe                  (1)
      式中a，p-常数；Te-交通成本：P1-地价，P表示最高地价。
      参数估计假定为多元线性形式：
      Te=a0+b1x+b2y          (2)
      式中x-从居住区到最近地铁站的距离：y-最近地铁站到商业区的距离。结合公式(1)(2)，可以看到x和y的变化影响Te，变化，Te由大变小，P1由小变大，即居住地距地铁车站距离越远，交通成本越高，房地产价格受地铁影响增值越小，相反增值越大。该模型反映了地铁对于沿线土地增值的影响——地铁站点周边的房地产增值达到最高。
      房地产的高增值、人口的高密度、公共交通的高度可达，使得地铁周边地区、尤其是公共地块的地面建设强度得到大幅提升。
      (2)地铁对于地下建设强度的影响
      另一方面，地铁也是城市地下空间的骨干线，是地下公共空间的发展轴。地铁线网不仅串联地铁沿线众多车站，地铁站点也易与其周边公共地块连接成为地下连通的大型地下综合公共空间，形成巨大的地下公共空间集聚效应和网络效应，从而大幅提升地下公共空间综合价值，促使地下建设强度提升。
      例如，上海地铁1号线经过徐家汇副中心，与地铁车站相连的地下商业街将东方商厦、太平洋百货、第六百货商店连接起来，利用地铁折返线与地面间的空间，形成了22800平米的大型地下商场，极大提升了该地区地下建设强度。深圳1、3、4号地铁沿线公共地块下建设强度的预测也证明了这一点。
      (3)地铁对于城市交通的影响
      由上述分析可以看到地铁对于其沿线地区，尤其是地铁站点周边公共地块的地面、地下建设强度均带来大幅提升，同时也带来了大量的人流和交通流。而由于地铁本身是现代城市最主要的大运量公共交通方式，对于城市地面交通影响较小。同时，就地铁站点的交通衔接方式而言，步行是进出地铁的主要交通方式，常规公交是出站点后主导衔接方式。按照国内外城市的经验，常规公交线与快速地铁线衔接，形成以地铁为骨架、以市区线和郊区线大公交为辅、区域小公交为补充的“鱼骨”网络结构，是城市交通未来发展的方向。私人交通原则是不鼓励参与地铁衔接的。因此。地铁站点周边的主要交通衔接方式是大运量公共交通，相对于私人交通而言对城市影响较小。
      (4)地铁对于强度同步发展影响的定性结论
      地铁对于其沿线，尤其是地铁站点周边公共地块的地面、地下建设强度都带来提升，同时由于地铁本身是地下公共交通，且其主要出站衔接为地面公共交通。因此对于城市地面交通而言，影响较小。故地铁属于导致强度成同步正向发展的因素，即强度同步正向因素。
      3.3.2  地块周边道路等级对于强度同步发展影响的定性分析
      根据《武汉市主城区用地建设强度研究》的成果，地块周边道路等级对于地面建设强度有着显著影响，且地块强度同周边道路等级呈现出同步正向发展趋势。
      现在我们假设由于地块周边道路等级所带来的地面高强度直接导致了地下高强度的需求，那么对于地下建设的一个显著影响就是地下停车配套空间的增多，并由此带来了一个地面交通问题：地面交通与进出地下的交通在地下停车场出入口前冲突量激增。而我们关注的是地块周边道路等级与这种冲突量的关系。如果道路等级能接受交通冲突量，那么前面我们的假设就有了一个合理的结果——地块周边道路等级使得地面、地下建设强度同步正向发展，并且道路自身能够消化地下停车场出入口前的交通冲突量，那么我们可以称这种地块周边道路等级为强度同步正向因素。反之，则为强度同步逆向因素。
      我们构建这样一个基本模型：将地块周边道路(不管其在城市道路系统中是何等级)视作主路，将地下停车场出入的通道视作次路，研究的问题是交通冲突量与道路等级之间的关系。那么这种模型就可以视之为城市地面道路交通中的一个基本道路交叉口模型——T型无信号交叉口。
      我们规定主路上的车流流向，其下脚标用1～6标注；次路上的车流流向，其下脚标用7-12标注；行人交通流阻挠主路、次路上的所有交通流向下脚标用13～16标注，其中的各种冲突量的计算公式如图四所示。
      通过上述不同情况的交通冲突量分析，可以看到主要影响交通量的因素并非来自次路上的低速交通，而是与主路上的(理论)行车速度有极大关系。
      将主路左转、次路右转及次路左转的交通冲突量，结合主路交通流x的可能通行能力Cp，x(辆/h)，交通流向x的冲突流率Vc，x(辆/h)，次路交通进入交叉口的最短时间tc，x(秒)，次路相邻两车进入主路的平均相隔时间tF，x(秒)，我们得到主路通行能力的公式：
      CP，x＝Vc，x·e-vc，x·tC,x/3600/(1-e-VC,X·tF,X/3600)
      由此，我们可以看到主路行车速度、交通冲突量与主路通行能力之间的复杂联系：主路车行速度的增加决定了交通冲突量的增加，而交通冲突量的增加又直接降低主路的通行能力。因此由于次路(地下停车出入口)低速交通的存在，使得理论上主路通行能力达到最大的车行速度数值(40-50公里/小时)产生了偏移，根据我们采样和研究分析，发现该数值偏移至30-40公里/小时。
      由此，我们得到周边道路设计车速在30-40公里/小时之间时，其车行速度、道路通行能力以及其与地下停车出入交通的冲突量三者之间的关系达到最优。参照现行规范，城市道路中只有支路的设计车速在30公里/小时。因此，我们得到这样一个结论：若地块周边道路至少存在一条支路，且地下停车出入口设置在支路上，那么地下停车出入对于该地块的地面交通影响可以基本忽略，该地块周边道路等级属于导致强度成同步正向发展的因素，即强度同步正向因素。反之。若周边道路等级均在城市次干路及以上，或地下停车出入口未设置在支路上，那么其周边道路等级属于导致强度成同步逆向发展的因素，即强度同步逆向因素。
      3.3.3  用地性质对于强度同步发展影响的定性分析
      此次强度同步发展问题的研究对象是公共地块，其用地性质为公共设施用地、广场用地和绿地。由于这三类地块的地面建设强度存在较大差异，因此在探讨用地性质对于强度同步发展的影响性质时，需要对这三类用地性质进行分类讨论。
      (1)广场用地和绿地
      广场用地和绿地的自身功能，决定了这两类公共地块地面上主要为城市公共空间，其地面建设强度趋近于零，是城市地面开发强度极低区域。而近年来随着城市用地紧张的问题日益突出，将某些地面设施、特别是公共交通设施向绿地和广场地下转移，是国内外城市的共同选择。2006年编制的《武汉市主城区重点地段绿地复合利用规划》，结合绿地复合规划了56处地下停车场和5处地下环卫车辆停车场；北京的西单文化广场、东方广场则是广场地下复合利用的成功案例。因此，广场用地和绿地地块地下建设的高强度化是目前城市发展的趋势。
      从广场用地和绿地地下建设的主要模式来看，中心广场绿地下主要为“地铁车站+停车+少量商业”模式，公园绿地下主要为“停车+过街通道”模式，文化广场下主要为“地铁车站+停车+少量商业”模式，交通集散广场下主要为“地铁+大型地下公交换乘体+少量商业”模式。由以上广场、绿地地块下的主流建设模式可以看出，这两类公共地块地下建设的用途主要为公共动、静态交通设施，而这些设施是城市地面交通的重要补充，对于城市交通系统有着积极意义。因此，我们认为当公共地块用地性质为绿地、广场用地时，该用地性质属于导致强度成同步逆向发展的因素(地面建设强度低而地下建设强度高)，即强度同步逆向因素。
      (2)公共设施用地
      公共设施用地细分最为复杂，对于地面、地下建设的要求以及对于交通的影响差异最大，因此对于公共设施用地性质的定性分析，我们需要研究到中类甚至小类。
      鉴于公共设施用地的建设强度在城市建设用地中最高，我们的研究思路是以此事实为前提，假定其地下建设强度成同步正向发展，然后探究该地块的强度同步正向发展对于城市地面交通的影响。若影响较小，则可以判定这种用地性质为强度同步正向因素，反之。则为强度同步逆向因素。而对于城市地面交通影响的关键问题，是在于地面用地性质所决定的地下建设功能以及这种地下建设功能所带来的人车进出地下空间的运行特点。
      从地下建设功能看，行政办公用地、文化娱乐用地、医疗卫生用地、教育科研用地和商业金融用地(商业用地(C21)除外)地下建设主要为停车、市政及少量办公，体育用地地下建设主要为停车、市政和少量体育设施，商业用地地下主要为商业、娱乐、地下停车和市政。从地下交通功能和非交通功能的比例关系看，商业用地地下交通功能比例最低，体育用地次之，其它公共设施用地比例较高。因此，商业用地对于城市地面公共交通设施、特别是静态设施的需求量最大，相应的对于城市交通的影响也越大。
      从人车进出地下空间的运行特点看，行政办公用地、文化娱乐用地、医疗卫生用地、教育科研用地和商业金融用地(商业用地(C21)除外)人车出行规律、交通量相对较小、出行方式较简单，商业用地人车出行随机性强、交通量大、出行方式极为复杂，体育用地人车出行阶段性和突发性大，易形成瞬时大交通流量。因此，从人车运行特点看，商业用地和体育用地对于城市交通影响较大。
      综合地下建设功能和人车出行特点，我们可以得出结论：当公共地块用地性质为商业用地(C21)和体育用地(C4)时，该用地性质为强度同步逆向因素，其余公共设施用地为强度同步正向因素。
      (3)用地性质对于强度同步发展影响的定性结论
      通过对不同用地性质的公共地块地面建设强度的梳理，以及对其地下建设功能和带来的人车进出地下空间运行特点的研究，我们的结论是当公共地块的用地性质为广场用地、绿地、商业用地(C21)和体育用地(C4)时，该用地性质属于导致强度成同步逆向发展的因素，即强度同步逆向因素；当用地性质为行政办公用地、商业金融业用地、文化娱乐用地、医疗卫生用地和教育科研用地时，该用地性质属于导致强度成同步正向发展的因素，即强度同步正向因素。
      3.4  强度同步发展规律的总结
      经过定性分析和定量研究，我们对于强度同步发展的规律有了一个基本认识：影响强度同步发展的基本因素有三个——地铁、地块周边道路等级和用地性质。
      其中强度同步正向因素是地铁、部分用地性质(行政办公用地、商业金融业用地(不含商业用地)、文化娱乐用地、医疗卫生用地、教育科研用地)和地块周边至少有一条支路的道路组织形式，强度同步逆向因素是部分用地性质(广场、绿地、商业用地和体育用地)和地块周边均为次干路及以上等级的道路组织形式。
      此外，三个基本因素对于强度同步发展的影响量分别为：地铁83.25，周边道路等级50.5，用地性质45.3。

      4  实际应用
      我们以武汉市控规编制单元A0512为例，说明如何运用强度同步发展研究的结论来指导公共地块地下建设强度的分区。
      4.1  A0512片控规编制单元基本情况
      A0512片控规编制单元位于汉口城区中心地带。规划总用地面积741.22公顷，其中公共地块面积226.72公顷(公共设施用地面积139.56公顷，绿地面积75.65公顷，广场用地面积11.51公顷)。在《武汉市主城区控制性详细规划导则》中，该区片被定位为辐射华中地区的博览、金融中心。
      4.2  工作步骤
      对该区片地下建设强度进行分区的步骤是：首先对该区片的强度同步基本影响因素进行提取，并对因素影响性质进行细分(规定正向因素为“+”逆向因素为“-”)，再将正负号带入各因素的影响量赋值，然后对各公共地块的所有强度同步因素影响量进行代数运算，从而得到各公共地块强度同步影响量的总值。如果其数值在零以上，则判定该地块属于强度同步正向发展地块；数值在零以下，则判定该地块为强度同步逆向发展地块。最后结合各公共地块的地面建设强度，来进行地下建设强度的分区。
      4.3  操作工程
      (1)步骤1基本因素提取依据《武汉市轨道交通线网规划(修编)》，2020年，经过和穿越本区片的规划轨道线有3条，分别为轨道线E2、轨道线U2、轨道线E3，均为为地下轨道线路，该片区内设站5座；由于王家墩的规划定位为中心商业区(CBD)，区域内的交通可达性较高，城市支路较少。根据以上因素，确定该片区强度影响范围。
      (2)步骤2地块强度同步影响量的代数运算
      以A地块为例：用地性质为C23，在轨道站点周边(200m内)，周边道路等级均在城市支路等级之上。根据前文的结论，该地块强度同步影响量总值=83.25+(-50.5)+45.3=78.05>0，即该地块为该地块属于强度同步正向发展地块。与此类推，我们得到该片区的强度同步正向发展与逆向发展地块分布图。
      (3)步骤3地面建设强度
      根据《武汉市主城区用地建设强度研究》的成果，该片区位于地面强度一区。
      以用地性质、地块周边道路等级为主要基准容积率调整系数，计算出地面各个公共地块的的建设容积率，从而确定地面建设强度分区。
      (4)步骤4地下建设强度
      结合各地块地面强度的高低，来判断强度同步正、逆向因素是使地块地下强度增加还是减少。譬如，某地块地面建设强度极低，地块强度同步发展影响总量为负值，则该地块地下建设强度较高；某地块地面建设强度较高，地块强度同步发展影响总量为负值，则该地块地下建设强度较低。
      依此方法，得到该区片的地下强度分区图。
      5  结语
      地下空间的建设，源于地面建设但又不同于地面建设。公共地块地面、地下强度同步发展问题的根源即在于此。正是基于此种认识，我们对强度同步发展问题进行了深入研究，以期能对地下建设的强度分布有一个较为清晰的把握。同时，也能更好地指导城市地下空间建设的发展。

      参考文献
      [1]美国交通研究委员会.道路通行能力手册.北京：人民交通出版社，2007.
      [2]中国公路学会《交通工程手册》编委会.交通工程手册.北京：人民交通出版社，2001
      [3]北京市规划委员会.北京地下空间规划.北京：清华大学出版社，2006.
      [4]钱七虎，陈志龙等.地下空间科学开发与利用.南京：江苏科学技术出版社，2007.
      [5]武汉市城市综合交通规划设计研究院.武汉市轨道交通线网规划(修编)总报告.2008
      [6]武汉市城市规划设计研究院.武汉市主城区用地建设强度研究.2008
      [7]解放军理工大学地下空间研究中心.武汉市主城区地下空间开发利用需求量预测研究.2007

      作者简介
      王    瀚，武汉市城市规划设计研究院，规划师
      王    嵩，武汉市城市规划设计研究院，规划师