高密度城市研究綜述與量化指標(biāo)分析

王 輝，楊 眉

（1.陜西綠色建筑規(guī)劃設(shè)計院有限公司，陜西 西安 710049； 2.西安交通大學(xué)，陜西 西安 710049）

高密度是當(dāng)今全球城市化進(jìn)程中的重要趨勢。由于城市化、人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素的影響，越來越多的城市正在面臨高密度化的挑戰(zhàn)。以低密度為傲的歐洲，近年來在中心城市出現(xiàn)了密度的加速增長[1]，而對于中國和絕大多數(shù)高密度人口的亞洲國家來說，就人口密度和適宜居住的有限用地這兩項制約因素來考慮，必須接受緊縮的城市空間和發(fā)展模式[2]。依據(jù)上海市2022 年鑒，黃浦區(qū)土地面積20.46k㎡，人口密度28451 人/k㎡，高層建筑總面積2542 萬㎡，占總建筑面積的64.2%，八層以上高層建筑數(shù)量1360 幢[3]。像黃浦區(qū)這樣的高密度城區(qū)普遍存在于我國大城市，給城市管理帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文回顧全球高密度城市研究成果，梳理觀點與脈絡(luò)，旨在更好的推動高密度城市健康可持續(xù)發(fā)展。

1 高密度城市概念與現(xiàn)狀

1.1 高密度城市概念

“城市密度”是城市各要素在空間分布上的疏密特征及配置強(qiáng)度，在一定程度上不僅衡量土地資源供需的協(xié)調(diào)度，更是城鎮(zhèn)化水平的重要指標(biāo)，以綜合評判城市的發(fā)展態(tài)勢。高密度城市定義為：建成區(qū)范圍內(nèi)，由集聚效應(yīng)的顯著作用乃至加劇推動而引起以人口集聚為核心，伴隨土地利用、經(jīng)濟(jì)、交通等高密度的要素交錯復(fù)合，呈現(xiàn)出緊湊、集約運營狀態(tài)的城市[4]。

1.2 全球高密度城市

全球化和城市化的進(jìn)程加速了人口向城市的流動。根據(jù)聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)社會事務(wù)部數(shù)據(jù)，截止2020 年，全球人口總量為75 億多，約55%的人口居住在城市；預(yù)計2050 年，全球人口總量將超過97 億，68%的人口將居住在城市。4000 萬人口的超級城市將出現(xiàn)[5]。GaWC 全球城市分類等級中 （程遙等，2018），倫敦、紐約等Alpha++級城市以及香港、新加坡、上海、北京等Alpha+級城市均被歸類為高密度城市（表1）。在排名前十中，八個城市的市域平均人口密度均超過每平方公里1,300 人。

表1 城市密度及基礎(chǔ)設(shè)施Table1 Urban density and infrastructure

2 不同尺度空間的高密度表現(xiàn)

2.1 城鎮(zhèn)群層面

城市化的一個集中體現(xiàn)即是密度的激增（張為平，2009），高密度是我國快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中城鎮(zhèn)群發(fā)展的重要特征。早在2015 年中國社會科學(xué)院發(fā)布的《城市藍(lán)皮書No.8》中就提出中國實行多中心網(wǎng)絡(luò)開發(fā)戰(zhàn)略，積極培育壯大世界級、國家級和區(qū)域級城市群，推動形成全國三級城市群結(jié)構(gòu)體系。包括長三角、珠三角、京津冀、長江中游等4 個世界級城市群，山東半島、海峽西岸、遼中南、哈長等10 個國家級城市群，以及冀中南、東隴海、太原、呼包鄂等9 個區(qū)域級城市群。這些城鎮(zhèn)群以一個或兩個超大城市為中心，多個不同性質(zhì)、類型和等級規(guī)模的城市在一定區(qū)域范圍內(nèi)高度集聚而形成的規(guī)模龐大、彼此緊密聯(lián)系的城市網(wǎng)絡(luò)群體。以北京、天津為中心的京津冀地區(qū)、以上海為中心的長三角地區(qū)、以廣州、深圳為中心的珠三角地區(qū)和以重慶、成都為中心的成渝地區(qū)這4 個最重要的世界級城鎮(zhèn)群地區(qū)，巨型化、高密度的特征非常突出，城鎮(zhèn)連綿發(fā)展帶來巨大的空間壓力。2021 年中科院發(fā)布的《城市藍(lán)皮書： 中國城市發(fā)展報告No.14》指出，中國城鎮(zhèn)化水平由1949 年的10.64%提高至2020 年的63.89%，資源約束趨緊、公共健康問題加大等挑戰(zhàn)日益突出。預(yù)計該數(shù)據(jù)在2030 年將達(dá)到70%。

圖1 中國城鎮(zhèn)化率走向圖Figure1 China's urbanization rate trend chart

2.2 城市層面

城市是中國高密度人口聚集和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心。中國的一線城市，其城市化率已超過85%[6]，出現(xiàn)眾多圍繞著“北上廣深”等頭部中心城市和“長三角”“珠三角”“京津冀”等現(xiàn)代化都市圈的高密度城市和高密度都市帶[7]。當(dāng)前我國共有21 個城市市域人口密度超過1000 人/km2。十大人口密度最高的城市：深圳、東莞、上海、廈門、佛山、廣州等，前8 個城市的市域平均人口密度超過了2000 人/km2[8]。這些數(shù)據(jù)描述了未來中國城市與人口發(fā)展的預(yù)期，以高密度為特征的城市藍(lán)圖呼之欲出。

2.3 行政區(qū)劃層面

北京東城區(qū)人口密度 23414 人/km2（2021 東城區(qū)年鑒），高層建筑數(shù)量眾多。上海黃浦區(qū)人口密度28451 人/km2（2022 上海年鑒），高層建筑面積占64.2%。這些數(shù)據(jù)表明，節(jié)約資源、效益最大化的高密度空間形態(tài)是我國城市發(fā)展的必然選擇，而高密度空間引起的綠地環(huán)境緊缺、生態(tài)質(zhì)量下降是大城市發(fā)展最棘手的問題。

綜上，高密度已成為我國城鎮(zhèn)群、城市、行政區(qū)劃三級物理空間的現(xiàn)實特征與未來趨勢。按照高密度城區(qū)界定標(biāo)準(zhǔn)，城市市區(qū)人口大于500 萬人，且單個行政區(qū)劃常住人口密度大于15000 人/km2的雙重指標(biāo)要求，中國符合這一標(biāo)準(zhǔn)的高密度城區(qū)超過45 個（包括港澳臺地區(qū)），涉及14 座以上的超大城市。城市化破壞生態(tài)系統(tǒng)，制約城市競爭力提升，解決這些問題是高密度城市研究的重要內(nèi)容。

圖2 城市人口密度分布圖（第一太平戴維斯& 華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計研究總院）Figure2 Urban population density distribution map (Savills& ECADI)

3 國內(nèi)外高密度城市研究成果和趨勢

3.1 國內(nèi)而言，香港地區(qū)關(guān)于高密度的研究起步較早，完成了早期“高密度”的定性研究及實踐應(yīng)用。

香港規(guī)劃署潘國城分別在1988 年和1996 年在《城市規(guī)劃》期刊發(fā)文，提出了高密度發(fā)展的含義，討論高密度發(fā)展的利弊，從定性角度對高密度的概念和名詞進(jìn)行界定和厘清。他提出高密度發(fā)展對香港這座人多地少的國際大都市而言是唯一出路，沒有選擇余地[9]。提出要建立有權(quán)利的機(jī)制，謹(jǐn)慎制定各項發(fā)展計劃，來確保高密度城市發(fā)展的優(yōu)勢。吳恩融身為香港建筑師、香港中文大學(xué)建筑系教授，也一直關(guān)注高密度發(fā)展問題，他在2007 年《世界建筑》中發(fā)文“香港的高密度和環(huán)境可持續(xù)性”提出了若干個人設(shè)想。其一是高密度城市必須從單一二維尺度轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)滲透的三維尺度。其二，建筑師和規(guī)劃師必須展開合作，創(chuàng)造生態(tài)建筑和環(huán)境友好的街區(qū)，將城市看做有機(jī)的生命體。再者從節(jié)能、管網(wǎng)、采光等角度探討了高密度城市發(fā)展路徑，當(dāng)時香港也正在制作世界第一個都市氣候地圖[10]。他還編著了《高密度城市設(shè)計》一書，在潘國城的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了“高密度”的含義。在前者的引領(lǐng)下，更多的學(xué)者開始利用數(shù)字平臺展開更為精確高效的量化設(shè)計研究，例如2010 年香港中文大學(xué)建筑學(xué)院袁超聚焦香港這座典型高密度城市，利用ArcGIS 分析熱島效應(yīng)與城市形態(tài)的關(guān)系，提出通過建筑密度和高度的控制，來緩解熱島效應(yīng)[11]。陳弘志（2012）從多尺度視角，對綠色基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行評估，提出高密度城市綠地管理策略。吳家穎（2014）研究香港步行系統(tǒng)的基本元素和設(shè)計策略。也有眾多大陸學(xué)者參與到香港的高密度研究，例如費移山（2004）、郭巍（2011）、林展鵬（2008）、凌曉紅（2014）、陳可石（2011）、鄭穎生（2016）、張靈珠（2019）等，對香港的城市形態(tài)與交通、步行體系、防災(zāi)公園綠地規(guī)劃、緊湊空間發(fā)展、商業(yè)中心與公園的互補(bǔ)模式、區(qū)域通風(fēng)、三維空間網(wǎng)絡(luò)等主題展開研究。

3.2 北上廣一線城市中，科研院所、設(shè)計機(jī)構(gòu)等眾多學(xué)者結(jié)合所在城市的實踐發(fā)展，對高密度問題展開多維、多視角的研究論證，成果較為豐富。

依據(jù)國務(wù)院發(fā)展研究中心提供的城市藍(lán)皮書數(shù)據(jù)，到2050 年，城鎮(zhèn)化率將超過80%，逼近城鎮(zhèn)化率85%的峰值飽和度。而北京作為首都，除了政府機(jī)構(gòu)，還有眾多高校和科研院所將目光聚焦于這座中國高密度城市的發(fā)展研究。例如北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院趙海月等以北京五環(huán)路以內(nèi)地區(qū)為研究對象，展開藍(lán)綠空間的冷島效應(yīng)及其影響因素研究。這一地區(qū)是典型的高密度中心城區(qū)，問題具有代表性，地段也最具發(fā)展?jié)摿?。研究利用遙感影像，采用相關(guān)算法，量化了該區(qū)域藍(lán)綠空間冷島效應(yīng)的指標(biāo)，并探究其背后影響因素[12]。北京工業(yè)大學(xué)鄭善文等（2021），對北京城市核心區(qū)的生態(tài)空間進(jìn)行界定，將其生態(tài)空間從藍(lán)綠空間拓展至全域、全要素空間，同樣是采用高精度衛(wèi)星影像和多源數(shù)據(jù)，繪制出核心區(qū)城市生態(tài)空間格局，并識別問題，提出優(yōu)化建議[13]。中建院潘磊等（2015）從產(chǎn)品設(shè)計實踐角度，對高密度城市的住宅區(qū)提出精細(xì)化設(shè)計途徑[14]。北京交通大學(xué)周輝宇（2015）將北京和東京作為對照，探析交通系統(tǒng)的異同，提出高密度城市形態(tài)和功能布局的最優(yōu)化方案[15]。

上海同濟(jì)大學(xué)以建筑學(xué)院為基礎(chǔ)，整合校內(nèi)外科研平臺，成立了高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點實驗室。實驗室以資源高效利用為重要導(dǎo)向，為我國高密度城市的發(fā)展提供決策與技術(shù)支持，城鎮(zhèn)密集區(qū)發(fā)展預(yù)測和動態(tài)監(jiān)控技術(shù)、既有建筑/歷史建筑診斷與生態(tài)改建技術(shù)、城市建筑群生態(tài)化模擬集成技術(shù)，是其三大研究方向。高密度實驗室中，劉濱誼、王云才、劉頌、王敏、董春方、劉悅來等教授學(xué)者們，從不同視角研究上海高密度問題。劉濱誼教授在2002 年完成上海陸家嘴中心區(qū)道路綠化調(diào)整規(guī)劃時，就對高密度城市空間特點與綠地景觀規(guī)劃方法展開深入研究[16]。董春方教授出版《高密度建筑學(xué)》一書。劉悅來（2017）專注于社區(qū)花園研究，將參與式的公共空間營造理論不斷的應(yīng)用于社區(qū)實踐項目[17]。張德順（2017）以上海創(chuàng)智天地廣場為研究對象，提出高密度地區(qū)廣場冠層小氣候效應(yīng)，并對人體熱舒適度進(jìn)行研究[18]。王云才（2017）等對高密度城區(qū)微綠地設(shè)計開展設(shè)計探討與實踐應(yīng)用[19-20]。干靚（2018）進(jìn)行了高密度城區(qū)生物多樣性研究。同濟(jì)大學(xué)作為滬上建筑領(lǐng)域強(qiáng)校，為高密度城市發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。此外，滬上其他高校和設(shè)計院也對這座城市展開多維度探索，例如牛爽（2021）、周玲娟（2021）等對上海核心區(qū)域開展綠地公平性、微氣候環(huán)境等主題研究。

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)李敏教授，立足廣州城市發(fā)展特點，長期關(guān)注高密度城市研究，他在2015 年《世界地理研究》雜志中發(fā)表了“高密度城市的門檻標(biāo)準(zhǔn)及全球分布特征”[21]一文，確定了高密度城市的門檻標(biāo)準(zhǔn)為15000人/km2,并篩選出76 個全球高密度城市，提出這些城市的主要研究方向是空間利用、交通組織、公共衛(wèi)生、生態(tài)承載力等問題。中山大學(xué)閆小培（2004）以廣州為例，進(jìn)行交通與土地利用關(guān)系研究，采用3S 技術(shù)進(jìn)行定量分析[22]。華南理工大學(xué)黃大明（2016）等以廣州國際金融城為例，展開高密度城市空間設(shè)計策略研究[23]。中山大學(xué)管東生（1998）等，提出廣州老城區(qū)行道樹的問題與對策[24]。華南師范大學(xué)陳怡冰（2021）等以天河區(qū)為例，展開高密度城市聲景質(zhì)量研究，剖析其背后影響因素[25]。此外，還有許多學(xué)者、規(guī)劃師、設(shè)計師對高密度展開不同視角的研究。

3.3 以新加坡、荷蘭等為代表的國外高密度城區(qū)的相關(guān)研究也逐漸豐富起來。

3.3.1 新加坡提出“垂直城市”模式，鼓勵高層高密度高混合度的緊湊城市使用方式。

新加坡國立大學(xué)環(huán)境與設(shè)計學(xué)院院長王才強(qiáng)在與我國城市發(fā)展學(xué)術(shù)交流中多次提及“垂直城市”理論，提出新加坡要發(fā)展成為全世界的城市實驗室，要將城市功能一體化。新加坡致力于研究如何在有限的用地內(nèi)容納更多的人口，同時還要提升生活環(huán)境品質(zhì)。他們主張的立體不是簡單的拔高，而是功能上的綜合利用。王才強(qiáng)2012 以香港為案例提出高層高密度高混合度的緊湊城市使用方式，主張高密度城市必須將傳統(tǒng)的城市使用方式推向“向高空的延續(xù)”。亞洲土地發(fā)展城市研究中心由國立大學(xué)環(huán)境與設(shè)計學(xué)院成立，針對城市高密度空間特點，展開大量的研究，為新加坡城建局提供了重要技術(shù)支撐。此外，中國學(xué)者也常將新加坡與香港等特大城市比較，分析城市建設(shè)的經(jīng)驗和問題，例如金甌卜（1982）、張?zhí)鞚崳?013）等，對新加坡的新城建設(shè)、多目標(biāo)綠道網(wǎng)絡(luò)等展開過深度研究[26-27]。

3.3.2 荷蘭是歐洲高密度國家代表，關(guān)注“擁擠文化”，倡導(dǎo)一種基于研究的設(shè)計方法，對城市的密度做出了獨特的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)。

源于地理條件和人口密度，荷蘭長期關(guān)注高密度問題，眾多建筑師和設(shè)計團(tuán)隊展開了高密度研究和實踐。代表人物之一是荷蘭建筑師魯?shù)稀W恩哈克，他致力于高密度可持續(xù)設(shè)計的理論研究與實踐[28]。身為教授，他也創(chuàng)辦了自己的建筑師事務(wù)所，教學(xué)和實踐主要涉及密度、類型學(xué)以及建筑材料等，他完成的項目超過70 個，使用數(shù)學(xué)模型和大量數(shù)據(jù)研究空間形式、空間密度和空間質(zhì)量，研究如何提高建筑和規(guī)劃密度，專著《充滿空間的城市》是他多年實踐的成果。另一位代表人物是庫哈斯，他早年曾是記者與電影劇本撰稿人，對高密度的研究有著犀利的獨特視角，正因為基于研究的設(shè)計方法以及世界各地的建筑創(chuàng)作，他獲得了2000 年第二十二屆普利茲克獎，并在第12 屆威尼斯國際建筑雙年展中獲得終身成就金獅獎。荷蘭建筑師小組MVRDV 是高密度研究代表設(shè)計師團(tuán)隊，成立于1991 年，由韋尼·馬斯，雅各布·凡·里斯和娜莎莉·德·弗里斯創(chuàng)建，就密度問題做過一系列研究，也出版了多部著作。

可見，為了應(yīng)對高密度城市的挑戰(zhàn)和問題，世界各國的政府、學(xué)者和專業(yè)人士開展了大量的研究工作，試圖探索高密度城市的規(guī)劃、設(shè)計和管理方法。人們逐漸認(rèn)識到，高密度城市的發(fā)展需要綜合考慮各種因素[29]，如人口密度、建筑密度、用地利用率等。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，人們嘗試運用3S 技術(shù)、多源數(shù)據(jù)、不同算法、計算機(jī)建模等方法來解決高密度城市發(fā)展中的問題，內(nèi)容涉及交通網(wǎng)絡(luò)、空間布局、綠地系統(tǒng)、口袋公園、生物多樣性、熱島效應(yīng)、冷島效應(yīng)、微氣候等多層面多視角。未來研究將更多關(guān)注生態(tài)設(shè)計、數(shù)字設(shè)計、智能交通系統(tǒng)、智能建筑設(shè)計等，不斷為高密度城市研究帶來新思路和新方法。

圖3 我國高密度的含義和量度方法Figure3 The meaning and measure of high density in China

4 高密度的定量化指標(biāo)已達(dá)成共識

盡管我國對高密度環(huán)境沒有規(guī)范或法律層面的界定，但從行業(yè)來看，是有約定俗成的觀點的。廣義的密度包括物理密度、社會密度、感覺密度等內(nèi)涵。就本專業(yè)而言，高密度主要指城市的高物理密度。高密度城區(qū)包涵高環(huán)境密度和高人口密度兩層含義，這樣的城區(qū)往往市政設(shè)施密集、公共資源密集、交通系統(tǒng)密集，特別是建筑密度較高。垂直向度上，表現(xiàn)為高建筑容積率或高平均層數(shù)；而水平向度上，呈現(xiàn)出高建筑密度或低開放空間率。當(dāng)容積率低于0.75，城市空間主要由低層建筑組成，屬于低密度環(huán)境；容積率介于0.75-1.6 之間時，主要是多層建筑，可定義為中密度環(huán)境；而容積率高于1.6 時，建筑層數(shù)大于7 層，屬于高密度空間。這樣的量化界定觀點受到廣泛的認(rèn)同，也與國外常用的以居住單元密度來界定高密度的數(shù)據(jù)比較接近。

圖4 中，以英國為例，每公頃凈居住用地上的居住單元大于60 個時，屬于高密度。若每個居住單元按250～300 平米計算，容積率是1.5～1.8。與我國高密度容積率的界定也較為接近。隨著未來高密度城市建筑設(shè)計不斷進(jìn)行“空中城市”與“挑戰(zhàn)重力”的實踐，將釋放出更多的地面空間。所以，高建筑容積率、高建筑密度、高人口密度是高密度的決定因素，這3 個條件可以協(xié)同考量但并不需要同時具備，某些情況下，單項指標(biāo)偏高即可界定高密度。

圖4 國外對密度的量化評價(董春芳《高密度建筑學(xué)》2013)Figure4 Quantitative evaluation of density abroad (Dong Chunfang, High Dense Architecture, 2013)

圖5 高密度決定因素Figure 5 Determinants of high density

4.1 建筑密度

建筑密度是指在一定的范圍內(nèi)，建筑物的基底面積總和與占用地面積的比例（%），高密度城市通常具有高建筑密度，可以通過計算建筑物數(shù)量除以土地面積來測量。

4.2 建筑容積率

建筑容積率是指建筑物總建筑面積與用地面積的比值。建筑容積率越高，建筑物所占用的城市三維空間就越大，城市或建筑物的密度也就越高?？梢杂糜谥贫ǔ鞘泻徒ㄖ锏囊?guī)劃標(biāo)準(zhǔn)和限制，以保證城市的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 人口密度

人口密度是指在一定的區(qū)域內(nèi)居住人口的數(shù)量。高密度城市通常具有高人口密度，這可以通過計算人口數(shù)量除以土地面積來測量。

這些定量化指標(biāo)可以用于評估城市的空間效率和可持續(xù)性，以及指導(dǎo)城市規(guī)劃和設(shè)計。但并不是絕對的標(biāo)準(zhǔn)，不同城市和不同國家的情況會有所不同，需要結(jié)合實際情況進(jìn)行綜合評估。

5 總結(jié)

綜上所述，荷蘭、新加坡、香港、北京、上海、廣州等特大城市中的高校研究機(jī)構(gòu)、學(xué)者、設(shè)計師團(tuán)隊長期關(guān)注高密度發(fā)展課題。這些城市形態(tài)領(lǐng)域的高密度有兩層含義，一是較高的建筑密度，二是較高的人口密度。二者在通常情況下是吻合的。城市環(huán)境密度的主要依據(jù)是城市物理空間環(huán)境，不一定與高人口密度直接掛鉤，但高密度的城市物理空間環(huán)境總是伴隨著高人口密度。我國城市發(fā)展已邁入高密度城市行列。更甚者，很多大型城市發(fā)展速度之快、密集程度之高遠(yuǎn)超世界一線發(fā)達(dá)城市。

針對高密度人居環(huán)境涉及的不同層面問題，空間效能的優(yōu)化成為促進(jìn)高密度城區(qū)健康發(fā)展的核心問題，而空間效能優(yōu)化技術(shù)是多層次的，從整體結(jié)構(gòu)到重點地區(qū)，從發(fā)展空間布局到城市環(huán)境和城市綠化，涉及多要素角度研究，而集約化和生態(tài)化將是空間效能優(yōu)化技術(shù)的突破點。未來對于高密度城市的研究還需要注重可持續(xù)發(fā)展、區(qū)域差異、人居環(huán)境等方面。同時，需要注重理論創(chuàng)新和實踐應(yīng)用的結(jié)合，提高研究的科學(xué)性和實用性，引導(dǎo)高密度城區(qū)走一條資源節(jié)約、環(huán)境友好型的發(fā)展道路。