韓 瑞，周 鵬，潘 悅，王 麗，王申林

武漢工程大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430074

城市垂直維度的開發(fā)對于城市立體空間的發(fā)展和利用效率的提升具有積極意義，中國部分城市在不同時期對不同區(qū)域的高層建筑空間布局制定了相應的規(guī)劃和策略，但是城市高層建筑的數(shù)量和密集程度仍迅速提升，對城市立體空間形態(tài)的布局和優(yōu)化研究僅停留在起步階段。因此，要科學合理地對高層建筑進行控制與布局，才能促進城市立體空間健康合理的發(fā)展。

目前的城市規(guī)劃體系中，對于高層建筑空間控制分區(qū)的內(nèi)容比較少，缺乏一定的管理依據(jù)，研究方向和區(qū)域具有局部性，時點較近。大部分國家偏重部分因子的研究影響，如以美國為代表的城市從城市土地利用合理性上進行分析，以土地使用功能作為控制要素。一些歐洲城市，把以歷史文化保護為目的作為唯一的重要依據(jù)，在綜合全面性方面存在著不足［1-2］。我國對此方面的研究相對較晚，對比國內(nèi)城市高層建筑空間的布局規(guī)劃制定和研究區(qū)可發(fā)現(xiàn)，除北京1985 年開始制定相關高層建筑空間規(guī)劃以外［3-4］，其他城市的高層建筑空間規(guī)劃的制定時間都集中在2010 年左右［5-9］。上海和重慶基于城市天際輪廓線和路網(wǎng)街區(qū)層面分析中心區(qū)的高層建筑布局，提出控制高層建筑高度和密度的方法［10-11］；南京市結合城市風貌、歷史文化和交通可達性等因子研究老城區(qū)空間形態(tài)，利用綜合評價的方法劃定相應的建筑高度限制［12-13］；成都市研究交通路網(wǎng)對于城市高層建筑的空間格局影響［14］；溫州市根據(jù)城市密度控制規(guī)劃和城市發(fā)展規(guī)劃優(yōu)化整體城市空間形態(tài)，劃定高層建筑建設分區(qū)［15］；寧波市運用定量分析的方法研究三江片區(qū)，由高層禁建區(qū)逆向推導出允許興建高層建筑的區(qū)域范圍［16］；哈爾濱重點分析高層建筑布局結構，對高層建筑的高度進行嚴格控制。制定相應的高層建筑控制規(guī)劃分區(qū)，對城市開發(fā)節(jié)點的建設強度、密度和高度進行嚴格的控制，并提出一系列的城市控制規(guī)劃圖則［17］。

綜述其他城市的建筑高度控制分區(qū)規(guī)劃［18-21］，結合武漢市的城市景觀特色和城市空間結構，不斷發(fā)展武漢市立體空間高度控制分區(qū)的相關研究內(nèi)容［22-23］，評估城市垂直空間的高層建筑的開發(fā)潛力。利用單因子評估和多因子評估的方法，采集城市多源大數(shù)據(jù)，評估城市立體空間的開發(fā)潛力。根據(jù)潛力評估的結果劃分控制分區(qū)，基于剛性控制與彈性控制，提出相應的高層開發(fā)管控建議與措施，促進城市三維立體空間的合理規(guī)劃和健康發(fā)展，為武漢市城市健康快速發(fā)展和城市立體空間優(yōu)化布局提供有效的控制分區(qū)建議。

1 基于多源大數(shù)據(jù)的立體空間控制分區(qū)體系

1.1 構建基于多源大數(shù)據(jù)的控制分區(qū)評估體系

本研究主要運用多因子評價的方法進行城市立體空間的高度控制分區(qū)的劃分，具體方法如圖1所示。

圖1 基于多因子評價的立體空間優(yōu)化分區(qū)體系Fig.1 Optimizing zoning system in three-dimensional space based on multi-factor evaluation

1.2 多因子評價模型

多因子評價模型如下：

其中，wij為因子j 的權重，vij為評估單元i 具有的因子j潛力分值；Vi為評估單元i的潛力總分值。

2 武漢市立體空間控制分區(qū)

2.1 數(shù)據(jù)選取

本研究利用網(wǎng)絡爬蟲技術采集城市POI（Point of Interest）大數(shù)據(jù)、泛在網(wǎng)絡信息大數(shù)據(jù)進行城市地理信息數(shù)據(jù)庫構建，提取2012-2018 年武漢市主城區(qū)建筑空間數(shù)據(jù)，包含建筑高度、空間位置與分類用途等信息。

2.2 評價單元的選取

針對城市立體空間形態(tài)和城市空間結構的相關研究，不同的尺度單元劃分能夠解釋其對應的規(guī)劃和變化規(guī)律，或者說特性的空間分異規(guī)律是建立在某種特定的采樣尺度上的。因此，本研究對比不同特性的評估單元，對城市空間進行準確的高度控制分區(qū)。由不同尺度的分區(qū)單元示意圖可知，主城區(qū)規(guī)劃管控單元［圖2（a）］的研究尺度最大，無法表達城市內(nèi)部的微觀結構，也不能準確表達城市內(nèi)部的空間分異規(guī)律；主城區(qū)社區(qū)界限單元［圖2（b）］以社區(qū)進行劃分，但是由于社區(qū)的大小各異，尺度差異較大；主城區(qū)道路網(wǎng)絡單元［圖2（c）］以道路和街區(qū)相結合，更能微觀地表達城市空間規(guī)律。綜上所述，本文選取道路網(wǎng)絡單元作為高度控制分區(qū)的基本單元。

圖2 不同尺度的主城區(qū)分區(qū)單元示意圖：（a）規(guī)劃管控單元，（b）社區(qū)界限單元，（c）道路網(wǎng)絡單元Fig.2 Schematic diagrams of zoning units with different scales of main urban areas：（a）planning control unit，（b）community boundary unit，（c）road network unit

2.3 單因子分析

2.3.1 城市主干道因子 城市主干道是主要交通樞紐和公共場所的全市性干道。地塊距離城市主干道越近，建設高層建筑的可行性越大，周邊車流量和人流量越大所帶來的經(jīng)濟效益也非同小可，因而，城市主干道對高層建筑的布局規(guī)劃影響也越大。根據(jù)城市主干道評價分值圖［圖3（a）］判定，將整個城市地塊根據(jù)距離主干道的距離分為10 個等級，最高等級的地塊換算成1，剩下的等級分值則根據(jù)最高等級地塊比值取值。分值越高，距離城市主干道越近，地塊可達性越高，對高層建筑建設影響力越大。

2.3.2 歷史名城因子 高層建筑的建設和發(fā)展必須科學地進行，對歷史名城街區(qū)不僅要限制高層建筑的開發(fā)利用，更應該限制一切建筑的開發(fā)。根據(jù)《武漢市歷史文化名城保護規(guī)劃》將地塊分為2 類，得到歷史名城評價分值圖［圖3（b）］。分值為0 代表禁止建設高層建筑區(qū)，1 分則可以開發(fā)高層建筑區(qū)。

2.3.3 長江水域因子 長江中下游地區(qū)與上游地區(qū)相比，地形地貌、水流特征等均有所不同。長江中下游地區(qū)，不僅擁有豐富的水資源，而且在河流特殊區(qū)域形成了優(yōu)越的自然景觀旅游資源。此外，豐富的漁業(yè)資源、良好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件及便捷的航運條件，皆使長江中下游的經(jīng)濟效益比上游地區(qū)高一些。以距離長江遠近及經(jīng)濟效益的實際情況為依據(jù)，將地塊劃分為10 個等級［圖3（c）］。分值越高，代表地塊距離長江的位置越近，建設高層建筑的可行性也越高。

2.3.4 主城中心因子 主城中心附近，地段優(yōu)越，交通便利，周邊配套齊全，人流量密集，經(jīng)濟效益巨大。所以高層建筑距離主城中心越近，得到的經(jīng)濟效益越高。因此根據(jù)距離主城中心的遠近把地塊分為10 個等級，得出主城中心評價分值圖［圖3（d）］。分值越高，地塊距離主城中心越近，建設高層建筑的可行性越大。

圖3 不同因子的評估分值示意圖：（a）城市主干道，（b）歷史名城，（c）長江水域，（d）主城中心，（e）綜合商場，（f）綜合醫(yī)院，（g）中學，（h）湖泊，（i）一般公園Fig.3 Schematic diagrams of evaluation scores of different factors：（a）main road，（b）historical city，（c）Yangtze River，（d）main city center，（e）comprehensive shopping mall，（f）comprehensive hospital，（g）middle school，（h）lake，（i）general park

2.3.5 綜合商場因子 綜合商場附近人流集聚量較大，在附近建設高層建筑可以使土地利用最大化，可獲得更高的經(jīng)濟利益。以《武漢市商業(yè)設施空間布局規(guī)劃》中現(xiàn)有的6 個市級商業(yè)中心、20 個區(qū)級商業(yè)中心、28 條商業(yè)街以及社區(qū)商業(yè)的人口配置標準和未來商業(yè)集中用地為依據(jù)，按照商業(yè)發(fā)展?jié)摿?，把各個研究地塊分成10 個等級，得到綜合商場評價分值圖［圖3（e）］。分值越高，距離綜合商場越近，建設高層建筑的可行性越高。

2.3.6 綜合醫(yī)院因子 醫(yī)院一般建設在交通便利的地區(qū)，有利于患者前往以及急救的及時送達，或建設在人口比較密集的地區(qū)，以方便更多人就診。因此，綜合醫(yī)院附近應配套相應的高層建筑。由此為依據(jù)，把研究地塊劃分為10 個等級，得到綜合醫(yī)院評價分值［圖3（f）］。分值越高，地塊相對距離綜合醫(yī)院較近，建設高層建筑的可行性越高。

2.3.7 中學因子 中學一般建設在人流量集中、交通便利的地區(qū)。所以，距離中學的遠近對主城區(qū)高層建筑高度控制也有重要影響。高層建筑與中學的距離，包括基地退界、建筑間距等要素，只要符合城市一般規(guī)劃條件即可。因此把各個研究地塊劃分為10 個等級，得到中學影響評價分值［圖3（g）］。分值越高，地塊相對距離中學越近，建設高層建筑的可行性越高。

2.3.8 湖泊因子 武漢市水務局最近公布武漢市共有147 個湖泊，其中主城區(qū)湖泊有38 個。濱水周邊土地價格逐年升高，建設高層建筑有利于節(jié)約資金。高層建筑的興建，在不破壞生態(tài)環(huán)境的情況下，更有利于觀賞濱水景觀。所以，同樣根據(jù)距離湖泊的遠近把研究地塊劃分為10 個等級，得到湖泊影響評價分值［圖3（h）］。分值越高，距離湖泊越近，建設高層建筑的可行性越高。

2.3.9 一般公園因子 隨著城市中建筑高度的不斷增加，打破了城市的整體空間尺度。高層建筑不斷的以點狀、帶狀形式布局出現(xiàn)，慢慢改變了整個城市的三維空間形態(tài)。特色城市空間形態(tài)和城市面貌遭到了破壞。利用公園的開敞性可以有效地打破高層建筑帶來的圍合感，協(xié)調(diào)城市空間形態(tài)與高層建筑之間的關系。據(jù)此把研究區(qū)分為10個等級，得到一般公園影響評價分值［圖3（i）］。分值越高，距離一般公園越近，建設高層建筑的可行性越高。

2.4 多因子分析

通過一系列的定性定量分析，對每個評價因子逐一進行了評分，得到了對武漢市主城區(qū)高層建筑建設控制評析結果。

每個影響因子分值之間的算法根據(jù)具體情況來決定是“乘積”或者“加加”。根據(jù)文獻［5］，假設最高的高層建筑高度是H1=1，因為是不同性質(zhì)的評價因子，所以本文用“乘積”的方法：乘以某個單因子，分析了此因子對高層建筑分布的影響。例如，乘以城市主干道因子，分析了城市主干道對高層建筑分布的影響；乘以歷史名城因子，分析了歷史文化對高層建筑分布的影響；乘以長江因子，分析了長江對高層建筑分布的影響等。

把各個影響因子在ArcGIS 數(shù)據(jù)庫中加以運算得出數(shù)值作為高層建筑控制分區(qū)的憑據(jù)，整體數(shù)值分布處于0.00～1.00 中間。最終按照實際情況將這些數(shù)據(jù)劃分為5 個等級：0.00～0.48 做為第1 個等級；0.47～0.57 做為第2 個等級；0.57～0.65 做為第3個等級；0.65～0.72 做為第4 個等級；0.72～1.00 做為第5 個等級。因此等級越高，高層建筑開發(fā)建設的可能性越大，等級越低，則建造高層建筑的可能性相對較低，得到建設分級控制引導圖（圖4）。

2.5 城市立體空間的控制分區(qū)與布局建議

基于建筑大數(shù)據(jù)與規(guī)劃大數(shù)據(jù)挖掘城市三維空間的發(fā)展方向，指導城市三維空間利用潛力分區(qū)與管控策略制定。選取2012-2018 年建筑高度數(shù)據(jù)樣本的前5%，其平均高度為50 層；由此將城市高層潛力分為4 個層級，層數(shù)由低至高分別為0～10 層、11～16 層、16～31 層、32～50 層。結合生態(tài)保護規(guī)劃與國土空間規(guī)劃的相關要求，制定城市建筑高度管控分區(qū)。通過潛力評估，將城市高層控制分區(qū)分為以下幾類：

圖4 建設分級控制引導圖Fig.4 Guide map of grade-control construction

1）高層禁建區(qū)：嚴格禁止高層建筑的開發(fā)，是保護城市景觀視域功能、人居環(huán)境安全性能的重點管控區(qū)域；

2）開敞空間控制區(qū)：本區(qū)域是城市生態(tài)環(huán)境保護區(qū)的覆蓋范圍，不允許作為建設用地進行開發(fā)，從而嚴格保護城市內(nèi)部大型自然開敞空間；

3）高層慎建區(qū)：本分區(qū)主要是有條件高層建設區(qū)，以謹慎建設為管控原則，在符合歷史文化名城保護、生態(tài)保護與視線控制的要求下允許11～16層的高層建筑開發(fā)；

4）高層散點控制區(qū)：本分區(qū)的區(qū)位條件與土地價值良好，三維空間利用潛力較高。但是，此區(qū)域多圍繞湖岸與江岸，受到地形地質(zhì)條件與視線控制的約束，可進行16～31 層高層建筑開發(fā)，同時以散點控制與彈性控制為主，建議結合多層建筑進行混合布局；

5）高層集聚鼓勵區(qū)：本區(qū)域三維空間潛力最高，屬城市經(jīng)濟集中、環(huán)境適宜且無規(guī)劃約束區(qū)域，建議以32～50 層的高層建筑布局，鼓勵商業(yè)或商住用途的高層建筑集聚開發(fā)。

3 結 論

本研究利用網(wǎng)絡爬蟲技術采集城市地理信息大數(shù)據(jù)、泛在網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)，構建城市高層控制分區(qū)數(shù)據(jù)平臺。本研究構建城市三維空間利用潛力評估的指標體系，確定各指標與高層建筑開發(fā)潛力的關聯(lián)機制與作用機制；采用最優(yōu)的空間尺度——道路網(wǎng)絡單元，利用單因子評估城市主干道、長江水域、主城中心、綜合商場、綜合醫(yī)院、中學、湖泊、一般公園的可達度與歷史名城潛力分值；然后利用多因子評價計算綜合分值，進行潛力分區(qū)；最后，提出高層建筑控制分區(qū)與管控措施，指導城市高層建筑開發(fā)建設。本研究提出的指標體系、空間尺度選擇、管控分區(qū)措施為中國城市立體形態(tài)的空間優(yōu)化研究提供新的創(chuàng)新視角與實踐方向。