城市建设强度分区规划支持系统的研发与应用——以宁波市中心城为例

Original 2017-12-11 薄力之宋小冬等 规划师杂志

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导语

同济大学城市规划系博士研究生薄力之，同济大学城市规划系、高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室教授、博士生导师宋小冬，上海同济城市规划设计研究院规划师徐梦洁在《规划师》2017年第9期撰文，建设强度分区规划支持系统旨在解决目前建设强度分区实践中遇到的问题，提升规划编制的效率与准确性。该系统以ArcGIS 10.2为软件平台，选取了模型构建器、Add-Ins插件和人机交互式操作并存的方式来进行二次开发，由强度分布、分级赋值和目标检验三大模块组成。强度分布模块可以生成指定目标导向下的强度空间分布；分级赋值模块可以对强度分布结果进行分级，并对各级赋予相应的容积率指标；目标检验模块可以检验建设强度分区备选方案对目标的达成情况。文章以宁波市中心城建设强度分区规划为例，检验了系统针对不同导向产生建设强度分区规划方案的应对能力，以及提高规划编制效率和透明性、促进多方参与等方面的优势。

[关键词]建设强度分区规划；规划支持系统；容积率

[文章编号] 1006-0022(2017)09-0052-06 　

[中图分类号] TU984 　

[文献标识码] B

[ 引文格式 ]薄力之，宋小冬，徐梦洁．城市建设强度分区规划支持系统的研发与应用 — 以宁波市中心城为例[J]．规划师，

2017(9)：52-57．

一

建设强度分区规划与现有方法存在的问题

（一）建设强度分区规划

在城市规划体系中，建设强度分区规划是衔接总规层面建设强度管控原则与控规层面地块具体建设指标的中间层次，具有“承上启下”的重要作用：通过分级分片划定不同建设强度的空间范围来给控规指标的制定提供必要的依据，以满足城市发展总体导向的要求。深圳(2002年)、上海(2004年)和武汉(2006年)等主要的大城市均已展开了建设强度分区规划的编制工作，在经历了多轮修编后，取得了显著的成效，但仍然存在一些不足，并且在实际的实施过程中经常受到质疑。而重新编制建设强度分区规划，不但耗费极大的人力、物力，而且在时效性上也无法满足城市快速发展的要求，使规划管理部门陷入进退两难的境地。

（二）现有方法存在的问题

现有的建设强度分区方法主要为多因子叠加评价法，也就是将与强度有关的各项因子进行汇总，分别划定不同的范围、影响半径及权重，然后在空间上进行叠加评分，以此为依据划定4～6级的分区，并按照一定的规则(如总量分配)给每个分区赋予一定的强度数值或区间。

通过对已经实践的几个城市进行跟踪调查发现，这种方法存在一定的问题：①强度数值和空间分布不仅与城市各系统之间存在复杂的关联，还同时跨越时间、空间等多个维度，受到多项影响因素的叠加影响。②强度的数值和空间分布无法兼顾全部影响因素，必然存在“顾此失彼”。③建设强度分区规划的目标通常涉及到强度以外的城市系统，具有模糊、多元的特点；而强度政策制定的手段往往局限于强度系统自身，具有清晰、单一的特点，两者具有显著的不对应性。④强度指标具有从属性的特点，其对城市各系统的影响作用并非决定性的，或至少不是唯一决定性的，所以很难判别建设强度分区“手段”与“结果”之间的对应关系。⑤影响建设强度分区规划制定的各要素 (如决策者的价值观、外部环境等 ) 均具有不确定性的特点。⑥建设强度分区的各影响因子之间存在复杂的“叠加替代”作用，很难清晰界定彼此之间的边界，其两两之间本身存在正相关性的可能。

因此，规划管理部门在面对建设强度分区规划决策问题时，必须处理大量的决策信息，理清各因素间复杂的关系，并考虑各限定条件变化的可能，而这些内容却大大地超出了决策者个人能力所能达到的范畴。

（三）规划支持系统是应对问题的有效工具

对于简单并可量化的决策问题 (结构化决策问题 )，决策科学包含了成熟的数学方法。借助简单的计算工具，决策者便可做出决策。然而在现实的决策活动中，有一部分决策问题往往比较复杂，相关因素不但数量多，而且难以全部量化，呈现出半结构化或非结构化的特色。建设强度分区规划就是一种典型的半结构化决策问题，决策者很难单独具备分析处理全部决策信息的能力，这个时候就需要决策支持系统的协助。决策支持系统是通过数据、模型和知识，辅助决策者以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的方法和工具，它为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，并调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。建设强度分区规划支持系统(Density Zoning Support Systems，简称“DZSS”)基于地理信息系统，通过计算机模拟不同备选建设强度分区规划方案的实施结果，验证不同结果对于规划目标的达成情况，并进行综合评分排序，以此作为辅助决策者决策的依据。

本次研究对于建设强度分区规划支持系统的开发，主要依托 ArcGIS 10.2自带的模型构建器(Model Bulider)以及基于.net平台的Visual Studio 2010/C#语言开发的Add-Ins插件。

二

建设强度分区规划支持系统的整体流程设计

（一）系统流程设计

建设强度分区规划作为一项公共政策，其政策手段非常简单，就是强度的“分区”及“赋值”，但是影响强度的相关因素多，且相互之间存在复杂的干扰，造成规划目标不明确。此外，强度的空间分布与数值无法最优地匹配所有影响因素，必须做出“取舍”，而这些“取舍”不能单靠规划师等技术人员来确定，需要行政决策者、技术专家及公众的多方参与。因此，不存在“最优”的，只存在“满意”的建设强度分区规划方案，而判断“满意”的标准就是是否符合大多数决策者的诉求。基于计算机技术构建规划支持系统，可以快速、高效和透明地在参与决策的各方之间展开充分的讨论，最终形成一定程度的妥协，找到各方基本满意的方案。

基于以上基本思路，建设强度分区规划支持系统的工作流程包括“一大基础、三大模块”(图1，图2)：

(1) 系统构建基础。创建数据库，并构建基础底图 ( 包括路网、用地、强度影响因子等 )，完成初始设置 ( 包括规划范围、年限、控制的用地类别等)。

(2) 强度分布模块。首先，确定各影响因子的范围与权重；其次，生成因子专题地图，再将各专题地图进行叠加( 采用栅格数据转矢量点再进行属性叠加计算的方法 )，根据计算规则生成基础建设强度分区；最后，对特别区进行修正 ( 上调或下降 )，得到最终的建设强度分区。

(3)分级赋值模块。通过总量分配、案例城市比较等方法确定城市的总体平均强度和各强度分级间的级差，然后将各级强度数值归入各建设强度分区中，并对特别用地(如保障性住房等)进行修正。

(4) 目标检验模块。首先，进行外部环境的输入，在建设强度分区规划中，外部环境指对强度起作用的范围，具体包括新建设用地的面积及旧城更新的面积；其次，检验在当前外部环境下各备选方案对于规划目标的达成情况。本次研究提出的决策支持系统是初期版本，目前仅包括可容纳人口核算、新增居住用地面积需求计算和可建设量统计三个目标检验内容。

用户依次运行各功能模块，生成备选方案，然后检验各备选方案生成的建设强度空间分布对各项目标的达成情况，并对各备选方案做出排序。如果排序靠前的方案基本满足决策群体的价值导向，则做出决策；如果不满足，则需要调整备选方案的生成规则 (方法或参数)，再重新运行各功能模块，循环往复，直至做出决策。

（二）数据存储设计

建设强度分区规划支持系统数据可以分成三部分 (图3)：①原始数据，指在系统运行之前需要准备好的数据，具体包括各类范围线和对建设强度分区产生影响的各影响因子；②中间数据，指系统运行产生的过程数据，具体包括由各影响因子生成的栅格数据集、由栅格数据集提取的矢量点等；③结果数据，指系统运行结束后，最终生成的各层面建设强度分区图、各种可视化专题图等。

（三）功能模块设计

1.强度分区模块

(1) 因子专题图生成方法。常规因子采取欧氏距离法；对于一些分散的商业、绿地和工业等因子，采用焦点统计法；对于不希望产生突变的因子，采用模糊分类法。

(2) 数据处理方式。采用矢量、栅格互为补充的处理方法，优势在于可以实现矢量点中多重属性的存储，处理效率高，稳定性好，数据精炼；当规则、权重产生变化时，便于修改。

(3) 叠加方式选择。对于不同类别因子之间可以取叠加值，如小学、医院和火车站之间；对于同类别因子之间可以取最大值，如轨道交通枢纽站与轨道交通普通站。

2.分级赋值模块

(1)分级方式选择。①正态分布法：控制各级强度分区的面积比例，使位于三级强度分区的地块总面积最大，二级、四级强度分区的地块面积略小并形成对称，一级、五级强度分区的地块面积再略小。该方法适用于轨道交通线网密度较高的城市 ( 如上海，三至五级强度分区均能受到一定程度的轨道交通覆盖，五级强度分区通常位于枢纽站点周边)。②等面积分布法：按相等的面积间隔对控制街坊或地块进行分级，保证每级强度分区所包括的街坊或地块面积之和大致相等。该方法适用于轨道交通线网密度居中的城市 ( 如杭州 )。③面积递减法：由决策者自定义各分区所占的面积比例，通常来说强度数值越高，其所在区间所占的面积比例越小。该方法适用于轨道交通线网密度较低的城市 (如宁波市一至四级强度分区的面积比例分别为40％、30％、20％和10％)。

(2)确定平均强度。平均强度的确定需要从多个方面来综合考虑。首先，需要依据城市总规确定的人口规模，乘以人均居住建筑面积计算居住面积总量，扣除存量后进行总量分配；其次，需要分析统计近年审批强度数值，新的平均强度数值不宜与现有实施情况差异过大；最后，需要考虑近似案例城市的情况。

3.目标检验模块

(1) 可容纳人口。将建设强度分区规划落实到拟新建设和拟更新的居住地块，再与未来需要保留的居住地块进行拼合，就可以模拟规划期末的住宅用地强度空间分布。根据地块的面积、强度指标及人均居住面积标准，可以反算可容纳人口。

(2) 新增居住用地需求。根据以上原理，可以预测出某一期限内的人口规模，也可以计算出未来需要新增的居住用地面积。

三

应用实例：宁波市中心城建设强度分区规划支持系统

（一）基本情况

宁波市中心城面积约为2560km2，包含海曙区、江北区、江东区、镇海区、北仑区和鄞州区6个行政区。其建设强度分区规划支持系统主要针对矛盾比较突出的居住用地。此次规划提出了“美丽宁波、山水宜居、疏密有致、高低错落、公交优先、强化中心”的规划目标。建设强度分区模型分为主体模型和修正模型两个部分：①主体模型主要包含公共中心、公共交通两项主要的影响因素。其中，公共中心一方面代表了未来城市的主要就业中心，另一方面又代表了城市公共服务设施集中的区域，在公共中心及其周边的高强度开发，不仅可以使更多人便利地享受到服务设施，还可以促进就近就业，避免长距离的通勤或购物出行，便于缓解城市交通压力。靠近公共交通设施的高强度开发可以使更多的人摆脱对私家车交通的依赖。②修正模型重点考虑三江六岸地区的景观风貌控制对建设强度的影响。在涉及城市主中心、城市副中心及沿江节点的单元提升建设强度，在涉及风貌及视线保护的单元降低建设强度。

（二）规划支持系统运行流程

1.基础底图构建

将建设强度分区规划需要的各类数据导入GIS数据库，可以构建基础底图。这些数据包括总规用地数据，历史风貌保护区范围、生态山体等数据，以及各影响因子及范围线等数据(图4)。

2.影响因子选择

公共中心因素包括公共主中心、公共副中心和片区中心三类影响因子；公共交通因素包括轨道交通枢纽站、轨道交通换乘站和轨道交通普通站三类影响因子 ( 表 1)。因子专题图的生成采用模糊分类法(图5)。不同的备选方案可以选用不同的影响因子，也可以设置不同的权重体系。

3.因子叠加计算

系统将栅格文件转化为100m×100m的矢量点，并将各栅格数据集的属性提取至矢量点的属性表中；运行综合评分计算插件，得到每个点的综合评分，并再次转化为栅格后形成基础模型叠加结果(图6)；将每个点的综合评分以平均数的形式统计入用地矢量文件，采用自然间断点法将其分为四级，得到基础建设强度分区图。

4.特别区模型修正

依据三江六岸沿线的具体情况，规划提出对用地强度分级的调整建议，然后落实到建设强度分区上。此外，规划还考虑了慈城地区的历史保护要求和东钱湖风景名胜区的景观视线保护要求( 图 7)。

5.强度赋值

系统按照表2进行赋值，对拆迁安置区、经济适用房用地、廉租房用地、旧城改造地区和棚户区改造地区等特殊用地按照相关政策调整容积率数值，得到最终的建设强度分区图(图8，图9)。不同的备选方案可以采取不同的平均容积率及不同的强度级差。

6.目标检验

系统根据目标检验的情况对各备选方案做出选择。目前现有的规划支持系统只能支持有限的目标，其他目标需要通过其他方式进行人为检验。最终选择的方案：总规中的住宅用地按照建设强度分区规划全部进行开发建设后，总建筑面积为 20496 万 ( 考虑保留 ) ～23181万(不考虑保留)平方米，换算成人口规模，为488万～552万人(人均 35～42m2)。考虑实施率后，换算的人口规模与总规中的人口规模基本相符(图10)。

（三）规划支持系统的作用

目前国内已有的规划支持系统多为某个单项决策问题的计算机辅助分析，考虑的问题比较局部，大多与规划编制的关系并不紧密。而本文提出的宁波市中心城建设强度分区规划支持系统不但针对的是一项综合性的规划决策问题，而且本身也是真实规划项目的核心组成，通过规划支持系统的使用，缩短了每一种备选方案生成、分区赋值计算和目标达成评估工作的周期，更快地使决策者能够了解到不同备选方案的特点，降低了参与决策的门槛。与几乎同时期开始编制建设强度分区规划的杭州、舟山等城市相比，宁波市在采用了规划支持系统后，大大缩短了建设强度分区规划编制的周期，比较迅速地获得了决策群体的认可，并在 2015 年正式通过规划审批，结束了其没有建设强度分区规划的历史。

四

实际使用效果总结

建设强度分区规划支持系统是辅助决策者进行建设强度分区的工具，解决了传统方法在建设强度分区方案生成和目标检验过程中存在的耗时长、机械工作量大、需要经常反复及易出错等问题，同时便于不熟悉规划编制和计算机软件的决策者使用，降低了规划参与的门槛。该系统具有以下优点：

(1) 提高建设强度分区规划编制的效率。

建设强度分区规划的编制是一个复杂的过程，必须综合考虑人口增长、房地产市场等外部环境的变化，以及与公共设施、交通设施、景观环境和生态保护等因素的匹配，同时要充分尊重城市的现状，并符合城市总规及其他各类专项规划的要求，且要与已经执行的控规相衔接。一个完整的建设强度分区规划编制过程需要多轮不同前置条件下的循环，是一个各种信息和条件相互适应、交织，各决策者的价值观相互妥协的漫长过程。这个过程如果仅靠手工或简单人机交互 ( 传统的 GIS 分步操作 ) 的方式，则决策的周期较长。在使用规划支持系统后，不仅可以使每一轮的规划编制周期明显缩短 ( 由 2 ～ 3 周缩短为 2～3天)，还可以明显提高准确性。

(2)适应不同规划导向。

在建设强度分区规划中，不同的决策者拥有不同的价值观，不同价值观体现为不同的规划导向，且规划方案可能是多种价值导向的组合，在多价值导向下得出方案无疑增加了规划的难度。采用传统方式编制规划，受限于咨询人员的精力，只能“覆盖”到一定数量的导向，部分可能的导向或导向组合无法得到有效的验证。通过规划支持系统，可以快速显示出不同分区赋值方案与不同规划导向的对应关系，并且在城市总体发展导向发生变化时能减少规划师的无效劳动，更好地应对多价值导向下的规划决策问题。

(3)提高规划决策的透明性。

在决策支持系统中，输入条件 ( 不同的分区方案 ) 与输出结果 ( 不同分区方案能达到的目标 )之间的过程由计算机完成，可以避免人为干扰，保持透明性与公平性。

(4)为多方参与提供便利。

城市规划学科的发展目标正由“为公众规划”逐步向“与公众一起规划”转变。如何做到“多方参与”而不是仅听“一家之言”，是我国现阶段规划决策的重要任务。对于决策的各参与方而言，建设强度分区规划中大量的决策信息以及必要的专业知识形成了一道无形的屏障，降低了其参与规划决策的积极性。因此，需要有能够快速建立备选分区方案与参与者自身诉求之间联系的新工具来支持多方参与，并为参与规划的各方提供一个互动的、用于讨论的平台。规划支持系统可以很好地扮演这一角色，未来随着进一步开发，其可以与互联网系统结合，形成基于网络的规划支持系统。