本文为中国城市规划设计研究院城市设计研究分院顾宗培在“2021年度中规院学术交流会”上做的报告，感谢作者授权发布。感谢会议主办单位总工室等部门提供的资源支持！
2021年，依托“中规智库”建设，我们首次发布了《中国主要城市建成环境密度报告》，今天很荣幸能代表课题组，向大家汇报我们在研究过程中的一些发现和思考。
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随着城市发展进入存量时代，对城市建成环境的评价愈发引起城市管理者和规划师的重视。2016年，中共中央、国务院在《关于进一步加强城市规划建设管理的若干意见》中，提出要“改变城市中过分追求高强度开发、高密度建设、大面积硬化的状况。”2020年，习近平总书记在《国家中长期经济社会发展战略若干重大问题》中，指出“目前我国超大城市和特大城市人口密度总体偏高……长期来看，全国城市都要根据实际合理控制人口密度。”然而，如何理解人口密度、建设密度的“高”和“低”，当前却没有清晰的标准，甚至缺少可靠的比较研究。在此背景下，如何准确认识我国城市的现状建设强度，正确理解人口密度的空间分布，从而有效支撑城市更新行动，是当前城市规划领域中迫切需要研究的内容——这正是我们开展城市建成环境密度研究的缘起。另一个原因，则是在存量时代，规划的科学性正在变得愈发重要。城市更新，意味着我们的规划对象从增量变为存量，在这个过程之中，规划面临的挑战不仅仅是对象的转变，也有对方法的挑战。如果我们想要对已建成空间进行调整和改造，就需要付出巨大的成本，而只有基于对城市建成环境现状的准确把控和充分尊重，才能明确目标，提出有效的方案，进而协调各方主体达成共识。在宏观尺度，我们结合多源大数据对多个城市的建成环境密度进行比较研究，就是希望能够形成评价和认识城市建成环境的基础指标，支撑规划科学性的不断提升。密度是一个比值，得出密度指标的关键就是这个比值的“分子”与“分母”——“分子”是规模，“分母”则是空间范围。一般而言，城市建成环境密度的“分子”，包括人口和建筑规模两类不同的统计对象。其中，人口涉及的指标就是人口密度，包括到居住人口、就业人口等。在《报告》里，我们使用的指标是“在地活动人口密度”（万人/ km2），这里的“在地活动人口”，是以百度LBS数据为基础，识别在100m*100m栅格范围内、满足一年中超过六个月时间在居住用地内连接Wifi属性单一或连接非公共Wifi的人群。建筑涉及的指标会更丰富，比如规模、强度、密度、高度等。为了避免指标的误用。我们在讨论与建筑相关的密度指标时，重点定义了“建设强度”（万m2/hm2）和“建筑基底覆盖率”（%）两项指标，以区别于常用的“容积率”、“建筑密度”等指标。因为城市建成环境密度讨论的并不是地块的开发情况，而是城市宏观尺度下的整体密度，它对应的空间范围会包括地块之外的城市道路、公园绿地等建设用地。
与“分子”相比，定义城市建成环境密度的“分母”——空间范围——是更为复杂的。《报告》结合七普，选取了国内十二座主要城市作为研究对象，包括全部7座超大城市，14座特大城市之中的4座，同时也选择了1座大城市作为参照。样本城市的选取除关注城区人口规模以外，还综合考虑了地理区位、城市群分布等因素，如南方和北方城市各占一半，京津冀、长三角、珠三角等城市群均选取了代表性城市等。在每一座城市之中，我们划定了两个范围——建成区和核心建成片区。首先，我们利用多源大数据，综合统计数据、在地活动人口密度、道路网密度、科教文卫等公服设施密度数据以及高分辨率遥感影像，划定了“建成区”范围。以北京“建成区”范围为例，我们通过解译遥感影像、识别道路密度、POI数据等方法进行划定，总面积大约是1506平方公里。需要特别说明的是，为了保证城市与城市之间的可比性，《报告》没有直接引用各地的总体规划或国土空间规划，而是采用统一的方法划定了12座城市的建成区范围。由此，我们获得了12座城市在宏观尺度上进行城市建成环境密度比较的空间范围，从340平方公里到1958平方公里不等。
在此基础上，我们从中进一步选择了尺度相似的城市片区进行比较，通过客观与主观划定相结合的办法，划定各个城市的“核心建成片区”，它的尺度大约在90-170平方公里之间。
在完成对“分子”和“分母”的统计和划定之后，就可以得到《报告》中的两项主要的指标成果——在地活动人口密度和建设强度。
很明显，不论是人口密度还是建设强度，范围更大的建成区密度都显著低于核心建成片区。这说明了研究城市建成环境密度的一个重要前提——在比较两个城市密度高低的时候，首先要先划定可比的范围。比如，从直觉来说，纽约的建设强度比武汉高，如果我们指的“纽约”只是不到60平方公里的曼哈顿岛，这个结论是正确的，而如果我们比较的是两个城市750平方公里左右的建成区尺度，武汉的建设强度反而会略高。另一个现象是，当我们以一个城市的建设强度为横坐标，在地活动人口面密度为纵坐标进行关联分析时，可以得到趋势线。通过比较各城市与趋势线的相对位置，可以发现一些有意思的结论。对于建设强度相似的城市，在地活动人口密度可能会有一定的差异，比如深圳市和武汉市在建成区尺度有着相似的建设强度（分别为0.89万m2/hm2和0.88万m2/hm2），但深圳建成区的在地活动人口密度（1.9万人/km2）远高于武汉市（1.2万人/km2）；又如北京市和武汉市的建成区有着相似的在地活动人口密度（分别为1.26万人/km2和1.24万人/km2），而北京的建设强度（0.73万m2/hm2）明显低于武汉（0.88万m2/hm2）。
可见，倘若一座城市明显处于趋势线之上，则意味着该城市与样本城市中其他建设强度相当的城市相比，吸引了更高的在地活动人口密度，城市建设的使用效率更高，深圳、广州和成都的建成区属于此类；而明显位于趋势线之下的城市，则表现出该城市与样本城市中具有相似在地活动人口密度的城市相比，其建设强度更高，武汉市和天津市属于此类。在整体比较的基础之上，我们依托500米*500米的栅格数据，对每一座城市的密度空间分布特征进行了更为深入的研究。一方面，我们可以从建设强度、在地活动人口密度的空间分布图，直观地看到城市建成环境密度的空间分布情况。但如果想要比较不同城市的密度分布特征，就需要进一步对栅格的数据分布进行统计分析，我们尝试了直方图、散点图等不同的方法，并且进行了更深入的统计分析。在研究刚开始的时候，小组内部曾进行过好几轮讨论，《报告》最终的发布是采用“指数”还是“指标”？“指数”会更多融入研究组的判断、形成更清晰的导向；但对于城市建成环境密度这个课题，我们更希望它能够成为一项基础研究，后续可以支撑更多的学术和应用拓展。因此，最终我们选择了发布可验算的“指标”，形成更为开放的研究框架。未来，我们将会延续2021年的报告，进一步拓展样本城市，结合统计数据和其他多源数据，对密度指标不断进行更新、校核和比较。比如，使用同样的空间范围划定方法，可以对一些国际城市进行测算，包括纽约、旧金山、东京、巴黎、首尔、伦敦等。我们发现在建成区尺度，国内外的密度总体相当，而在核心建成片区尺度，国内的建设强度和人口密度略高于国际城市。当然，由于人口和建筑规模的数据来源不同，对国内外城市进行比较的结论只能作为参考。
部分世界城市建成区、核心建成片区划定及核心建成片区密度比较
在数据的统计分析方面，我们也在尝试进行更深入的拓展。比如通过对不同城市在地活动人口密度和建设强度标准差的关联分析，可以将不同城市的密度分布特征进行归类。广州、深圳、重庆和西安的密度分布可能会更多元；而北京、上海、天津、青岛、石家庄的密度分布则更均好。更详细的内容，可以参考《报告》里的具体篇章。
最后，非常感谢朱子瑜老总和院里各位领导对这个课题一直以来的帮助和指导，也要特别感谢信息中心和设计分院小伙伴一直以来的努力，谢谢！
基于GIS平台的大尺度空间形态分析方法——以特大城市中心区高度、密度和强度为例