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2021 1 - 14

DOI: https://doi.org/10.13284/j.cnki.rddl.09.师浩辰-2020-0417土地混合使用视角下的地块间兼容度测度（排版稿）

土地混合使用视角下的地块间兼容度测度

  • 师浩辰 , a, b ,
  • 赵渺希 a, b ,
  • 陈佩谦 a
展开
  • a. 华南理工大学，建筑学院，广州 510640
  • b. 华南理工大学，亚热带建筑科学国家重点实验室，广州 510640

师浩辰（1993―），男，广东惠州人，博士研究生，研究方向为城市多样性理论、游憩轨迹线路提取，（E-mail）。

收稿日期: 2020-08-03

  修回日期: 2020-12-21

  网络出版日期: 2021-07-15

基金资助

广东省科技计划“基于大数据的城市商业游憩区（RBD）规划勘察技术集成应用”(2016A040403041)

收起

Measuring the Functional Compatibility of Land from the Perspective of Land-Use Mix: A Case Study of Xiangtan

  • Haochen Shi , a, b ,
  • Miaoxi Zhao a, b ,
  • Peiqian Chen a
Expand
  • a. College of Architecture, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
  • b. State Key Laboratory of Subtropical Building Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China

Received date: 2020-08-03

  Revised date: 2020-12-21

  Online published: 2021-07-15

Fold

本文亮点

在梳理已有土地兼容度的测度思路后，基于社会分隔的空间测度算法提出了一种从地块和街区双尺度测度地块间兼容度的新方法。与既有方法相比，新算法一方面将所有建设与非建设用地均纳入计算，力求更好地体现用地兼容度格局；另一方面也充分考虑了诸如相邻边长，领域面积等土地利用格局的重要空间几何特征，避免了传统算法无法量化距离衰减的缺陷，从而更加科学地描绘土地利用兼容度的分布特征。以湖南省湘潭市市辖区作为案例，在地块和街区2种尺度上进行实证研究。结果发现，湘潭市土地利用现状整体较为兼容，但仍然存在部分兼容度较低的聚集区域。这类区域基本位于城市郊区的工业园区和村集体用地上。其主要原因有二：其一，在工业园区中，过分重视工业企业的招商引资而忽视了规划管理，导致土地的真实利用情况与既有规划不符，一定程度上造成用地的不兼容现象；其二，在城边村的集体用地上，部分村级工业地块的无序扩张加剧了与宅基地、耕地等环境敏感用地的交织，继而形成不兼容的用地景象。最后，基于测度结果，从街区尺度上对湘潭市不兼容区域提出了对应的完善策略，以求在后续空间规划中提升湘潭市土地的混合利用程度。

本文引用格式

师浩辰 , 赵渺希 , 陈佩谦 . 土地混合使用视角下的地块间兼容度测度[J]. 热带地理, 2021 : 1 -14 . DOI: 10.13284/j.cnki.rddl.09.师浩辰-2020-0417土地混合使用视角下的地块间兼容度测度（排版稿）

Highlights

Land-use mix is regarded as an effective method to improve urban quality and optimize built-up areas. In urban studies, this theory is usually defined in terms of diversity. Methodological approaches rely heavily on diversity in land use, but they often fail to consider functional compatibility as another critical characteristic, thus providing only a partial picture of land-use patterns. Although quantitative frameworks of land-use mix are mature and comprehensive, methods to measure functional compatibility are seldom discussed. Thus, by reviewing the literature on functional compatibility measurements, this paper proposes three new indices to gauge the degree of compatibility between land uses based on the quantitative approaches of social segregation. After considering existing methodologies, the paper first focuses on all land-use types, including undeveloped land, in order to capture hidden incompatibility; second, it considers all possible geo-features and includes them in the measurement process; and third, it attempts to interpret the functional compatibility of blocks and parcels of land to provide a basis for the district-level planning at scale of a block of land. To provide empirical evidence, this paper uses Xiangtan city as a case study—a typical medium-sized city in China, and representative of other third-tier cities—to evaluate the proposed indices. The general findings suggest that, overall, current land-use compatibility in Xiangtan is relatively good, but there are still some incompatibilities between neighboring lands. Most of the land has been developed for industrial purposes in a suburban industrial park. Industries, especially Class II industries, often generate pollutants such as noise, wastewater, and air pollution that have a huge negative environmental impact on the surrounding areas. These impacts can be effectively minimized through zoning and planning schemes that restrict industries to allocated areas, such as industrial parks or industrial zones. However, this is not always possible, partly due to the imperfect process of land acquisition that invalidates the intended benefits of planning schemes. Over time, the cumulative effect of these compromised planning schemes is an absence of scientific land-use management and a fragmented, complex, and incompatible pattern in land use. Based on the block-level indices we developed, we created a map of bivariate scatter plots for strategy making to improve the land-use mix in Xiangtan city through spatial planning.

新世纪以来，伴随我国城市化进程的不断加速，城市土地资源日益紧缺，传统的城市圈层式扩张难以为继，城市发展方式需要逐步由粗放式转变为精细式（Zhao et al., 2020）。在2018年的机构改革中，国家成立了自然资源部，意在全要素、统筹化地管理国土资源，这也昭示着我国城市空间发展的重点开始由空间扩张向空间品质提升转变。因此，如何优化城市建成区、提升城市用地品质和产出效率成为当前亟待解决的重要课题（王卉，2018；Zhao et al., 2020）。多数学者认为（钱林波，2000；鲍其隽 等，2007；Andrés, 2018），土地混合使用是解决该课题的重要手段，这一方式也在“新型城镇化”的土地利用政策中得以体现（王佳宁，2011；Zhuang et al., 2011）。土地混合使用（Land Use Mix）最早由雅各布斯（Jacobs, 1961）在《美国大城市的生与死》一书中提出，她认为这一做法是产生城市活力和促进城市空间发展的必要先决条件。后续该理论也广泛地被城市规划设计者和管理者所认可（Herndon, 2011; Zhao et al., 2020），包括精明增长（Smart Growth Network）、新城市主义（New Urbanism）等在内的学说均延续并发展了这一理念（Smart Growth Network, 2006; Congress for the New Urbanism, 2001）。在实际项目中，伦敦国王十字车站改造和韩国首尔车站周边城市设计等均在其理论的影响下提升了区域的城市活力和空间品质（Sung et al., 2015; Adelfio et al., 2020）。
当前，多数土地混合使用理论的研究从兼容性和多样性2个视角出发，其中，兼容性侧重于不同用地之间互相协调的特性，是表达不同类型用地之间“关系”的属性（姜涛 等，2014；王卉，2018）；而多样性则侧重于不同用地之间种类的多少，是表达用地类型丰富度的属性（Yue et al., 2016）。相比多样性，兼容性更多地考虑用地性质本身是否具有排他性。本质上，兼容性是土地混合使用的基础，多数的土地利用类型都有其特定兼容的地类，如果相互排他的地类邻接排布，在一定程度上会导致城市生产生活的混乱（钟力，2011）。例如，假设给定2个相邻地块，其功能分别为居住和重工业，基于兼容性视角而言，土地的混合使用会存在一定的问题；而基于多样性视角，则并不会暴露出两者之间相互排异的特性。这种区别同样可以在多样性和兼容性的量化方法中体现。对于多数测度多样性的公式，如香农熵（Shannon Entropy）、辛普森指数（Simpson Index）、不相似系数（Dissimilarity Index）（郑泽爽 等，2009；Bordoloi et al., 2013; Song et al., 2013; Comer et al., 2015），类型之间的排他与否并不会纳入公式，它们更关注的是土地类别的多少和不同类别土地的占比；而对于兼容度的测度而言，排他与否会在测度中起举足轻重的作用（Tian et al., 2017）。综上，土地用途兼容性研究的核心在于通过研究不同类别土地相互排斥或兼容的关系，确保城市用地规划的合理性，进一步优化和调整城市用地结构、提升城市空间品质（王卉，2018）。因此，其测度是衡量当前土地使用合理度的重要参考，也是未来土地性质调整的重要依据。
目前，兼容度作为土地混合使用中兼容性的直接体现，其量化研究相对较为匮乏。现有研究大部分以定性为主，且多数聚焦于单块用地内的功能兼容情况。这类研究主要从2个视角展开：1）以规划管理的政策或标准为依据判断兼容性，多数根植于国家或者地区的政策文件，在已有条款的基础上对不同地类的兼容度展开探讨，形成带有地域特色的地类兼容度体系（吴贤文，2005；赵渺希 等，2008；贺炜，2006；姜涛 等，2014）。2）以城市居民行为特征的角度为依据确定兼容性，该类研究立足于土地混合使用是城市居民行为的空间映射这一理论（钟力，2009），通过居民行为公共化和私密化的区分来确定土地使用的兼容与否，如庄宇（1993）的基于行为环境和形态构成的空间混合使用研究。但值得注意的是，基于行为特征的兼容性判断具有较强的主观性且行为间的兼容性会在不同情况下有所变化（赵燕菁，2004），因此在一定程度上难以较为准确地描述兼容度。
关于地块间兼容度的定量测度，现有分析相对较少，方法也相对单一。早期Taleai等（2007）通过特尔斐法、准则评价分析法和层次分析法等方法，结合地理信息系统平台，建立了一套多步骤的用地兼容性评估模型。但该模型的基础是当地特色化的用地分类，具有较强的地域性，对我国兼容性测度的借鉴意义不大（郑红玉，2018）。后续田莉（2014）、Tian等（2017）等在量化研究居住和工业用地相互排他特性的基础上，总结出了混杂度指数MDI（Mixed Degrees Index）。该方法是将用地网格化后，判断单个网格是否与周围8个网格的用地相兼容，最后整合网格来观测整体结果。Zhuo等（2019）则在MDI的基础上加以改进，提出了VMDI（Vectorized Mix Degree Index）和WVMDI（Area-Weighted Vectorized Mix Degree Index）2个指数测度矢量数据，在避免网格化导致信息丢失的同时，也充分考虑了邻域地块面积这一因素。
尽管用地兼容性的定量分析已经相对完善，但依旧存在以下尚待探讨的议题：1）在测度用地相互影响范围时，多数情况下会采用缓冲区划定，那么缓冲区外的用地完全不纳入考虑是否足够科学，是否可以用别的方法代替传统的缓冲区计算方式？2）尽管发生土地功能矛盾的地块多数位于城市建成区内，但伴随城市的快速扩张，城市建成区边缘“城-田”交错地带极易产生很多隐性的不兼容现象，比如因重工业而被污染的耕地（徐涛，2009；Rajchandar et al., 2017）。因此，在自然资源部门成立，山水田林湖草统一管理的当下，应该将城市建成区边缘地带的未利用地和农用地也纳入兼容度作考虑，以求对用地进行全要素、统一化兼容度测度，为后续的规划调整打下坚实的基础。鉴于此，本文以湖南省湘潭市市区为研究对象，结合土地利用数据，从兼容性视角对其土地混合使用进行量化测度，并对完善土地混合使用量化测度框架进行若干思考，以期为后续国土空间规划的策略制定提供依据。

1 研究区域、数据与方法

1.1　研究区域与数据来源

研究区域为湘潭市市辖区内（包含雨湖区和岳塘区2个区级行政单元）《湘潭市土地利用规划（2006—2020）》（下称“土规”）2016修订版中划定的城市建设用地区（030），即土规中城镇因发展需要划定的土地用途区（图1）。选取该地区主要原因有：1）本文的研究对象主要为城市建成区及其边缘地带，一般会被最新土规中的城市建设用地区（030）所囊括。2）从城镇化率（湘潭62.9%、全国59.6%）、人均生产总值（湘潭78 575元、全国70 892元）等指标看（湘潭市统计局，2020；国家统计局，2019），湘潭在全国城市属中等水平，在城市发展上具有一定的代表性。3）湘潭市市辖区内现状城市建设用地区处于扩张阶段，在九华工业区、湘潭高新区等正在建设的新区中，“城-田”交错地带的隐性不兼容现象频繁出现，可以说是全国中小城市土地扩张浪潮的缩影。4）湘潭市曾是湖南省重要的工业城市，在发展重心不断转移的过程中，老城中留存下了许多零散分布的小微工业地块，如何评估它们的负面影响也是许多老工业城市面临的问题之一。总的来说，以湘潭为案例，其结果对于全国大多数中小型城市和老工业城市具有一定的借鉴意义。此外，所用数据为第三次国土调查地类图斑数据，该数据的真实性和时效性较强、地类详细且国土全覆盖，可客观地反映当前土地利用现状的实际情况。由于图斑数据的类别较多，本文重新整合了功能类似的地类；同时考虑到讨论的重点在城市建成区和建成区边缘地带，且农用地地类基本上处于相互兼容的情况，故归并了大部分农用地地类，默认其相互兼容，最终形成了归并地类关系（表1），地类整合结果如图2。
图1 研究范围区位

Fig.1 The location of research areas in Xiangtan

表1 地类图斑归并映射关系

Table 1 The mapping relations between categories of the third national land use survey and categories used in this paper

原始地类 归并地类 原始地类 归并地类
农村宅基地 住宅用地 广场用地 绿地与广场用地
城镇住宅用地 公园与绿地
物流仓储用地 物流仓储用地 公用设施用地 公用设施用地
特殊用地 特殊用地 一类工业用地 一类工业用地
沼泽地 水域及水利设施用地 二三类工业用地 二三类工业及采矿用地
养殖坑塘 采矿用地
水工建筑用地 竹林地 耕园林草用地
内陆滩涂 沼泽草地
坑塘水面 水田
湖泊水面 乔木林地
河流水面 其他园地
沟渠 其他林地
干渠 其他草地
商业服务业设施用地 商业服务业设施用地 旱地
设施农用地 其他土地 果园
裸岩石砾地 灌木林地
裸土地 茶园
空闲地

农村道路

交通服务场站用地

公路用地

港口码头用地

城镇村道路用地

 道路交通用地
科教文卫用地

公共管理与公共服务

设施用地

机关团体新闻出版用地
高教用地
铁路用地 轨道交通用地
广场用地 广场用地
图2 湘潭市街区划分及地类整合

Fig.2 The Blocks and Land Categories of Research Areas in Xiangtan

1.2　研究方法

1.2.1　划定研究单元

以街区作为研究的基本单元整合地块间兼容度（以下称“地块兼容度”），原因有二：一方面，街区作为城市生活的基本单元（Jacobs, 1984；陈锦富 等，2012），能够充分反映城市用地的基本特征；另一方面，其尺度大小也适中，能从中观尺度上对城市用地的兼容度做出较为准确的测度，既避免了过于聚焦单个地块的影响，也避免了因过于宏观考虑从而忽略了一些地理分布上的细节。本文以路网为基础数据划定街区，其中，城市中心区以主干道作为划分依据，城市边缘地区则综合考虑街区大小与形态，结合农村道路/公路/铁路划定街区范围。特别地，在划分街区的过程中，需根据行政边界、工业园区和开发区管理边界、控规单元、城市更新单元等用地管控边界对划分结果进行二次修正，确保街区不会横跨2个管理单元，从而强化后续提出策略的可实施性和可操作性。结果共划定街区556个，城市中心区街区相对面积较小而边缘地区街区面积相对较大。

1.2.2　构建兼容关系矩阵

首先需要构建不同用地间的兼容关系矩阵，为后续的测度运算打下基础。参考赵渺希（2008）、Zhuo（2019）等构筑兼容关系矩阵的思路，将兼容关系分为兼容（0）、半兼容（0.5）、不兼容（1）三类，并通过40位规划相关背景人员（15位专业老师、15位从业者和10位政府部门人员，其中包含湘潭本地人员8人）的打分结果（以平均值计算）对研究地类做出兼容与否的判断，最终的用地兼容关系矩阵见表2。
表2 用地兼容关系矩阵

Table 2 The Compatibility Matrix of Land Use

道路

交通

用地

二三类

工业及

采矿用地

耕园

林草

用地

公用

设施

用地

广场

公园

用地

轨道

交通

用地

其他

土地

商业服务

业设施

用地

水域及

水利设

施用地

特殊

用地

公共管理

与公共服

务设施用地

物流

仓储

用地

一类

工业

用地

住宅

用地
道路交通用地 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
二三类工业及采矿用地 0 0 0.64 0.40 0.75 0 0.15 0.95 0.54 0.74 0.98 0.06 — 0.99
耕园林草用地 0 0.64 0 0.49 0.03 0 0 0.05 0.09 0.05 0 0.10 0.08 0
公用设施用地 0 0.40 0.49 — 0.44 — 0.04 0.51 0.15 0.08 0.45 — 0.10 0.05
广场公园用地 0 0.75 0.03 0.44 0 — 0.06 0 0.29 0.20 0 — 0.45 0
轨道交通用地 0 0 0 — — — — — 0.29 — — 0 — 0.65
其他土地 0 0.15 0 0.04 0.06 — 0 0.23 0.06 0.05 0.15 0.03 0.09 0.13
商业服务业设施用地 0 0.95 0.05 0.51 0 — 0.23 — 0.40 0.65 0.03 0.08 0.19 0
水域及水利设施用地 0 0.54 0.09 0.15 0.29 0.29 0.07 0.40 0 0.15 0.51 0.55 0.35 0.54
特殊用地 0 0.74 0.05 0.08 0.20 — 0.05 0.65 0.15 — 0.50 — — 0.61
公共管理与公共服务设施用地 0 0.98 0 0.45 0 — 0.15 0.03 0.51 0.5 0 0.53 — 0
物流仓储用地 0 0.06 0.10 — — 0 0.03 0.08 0.55 — 0.53 — 0.01 0.68
一类工业用地 0 — 0.08 0.10 0.45 — 0.09 0.19 0.35 — — 0.01 — 0.45
住宅用地 0 0.99 0 0.05 0 0.65 0.13 0 0.54 0.61 0 0.68 0.45 0

注：“—”代表不存在相邻情况。

1.2.3　测度地块兼容度

从Tian等（2017）的MDI、Zhuo等（2019）的VMDI和WVMDI算法（表3）可知，相邻边长和利用缓冲区画出的邻域面积已被认定为影响兼容度的重要量化参数。但是，一般认为地块间的相互影响是随着距离而衰减的平滑函数，而非类似缓冲区计算的分段函数（图3），故利用缓冲区计算兼容度存在着一定的误差；此外，既有算法会将不同影响要素分靠考虑，缺乏对相邻用地兼容与否的统一量化口径。因此，需要寻找新的思路来描述邻域地块对给定地块的影响。
表3 用地兼容度测度公式汇总

Table 3 The conclusion of methodology for measuring compatibility of land use

指数名称 公式 文献 简介

MDI （Mixed

Degrees Index）

M D I j = 1 n × 25 ∑ i = 1 n n i （1）

式中：ni代表给定网格i的用地混杂情况，取值范围为［0，25］，

越靠近5表示用地混杂度越高。

 Tian等 （2017）

1）用于测度2种地类间的相互影响；

2）需要将用地网格化后计算。

VMDI （Vectorized

Mix Degree Index）

V M D I i = 1 - ∑ j n c i j n （2）

式中：Cij表示给定地块i与地块j之间的兼容度［存在兼容（0）；

半兼容（0.5）；不兼容（1）3种情况］；n表示与i相邻地块的总数。

 Zhuo等（2019） 1）用于测度多种地类间的相互影响；2）可直接用于测度矢量数据，避免网格化；3）存在兼容、半兼容和不兼容3种用地相互影响关系。

WVMDI （Area-Weighted Vectorized

Mix Degree Index）

W V M D I i = 1 - ∑ j n ( c i j × A j A b u f ) ∑ j n ( A j A b u f ) （3）

式中：Cij与n的变量解释与VMDI相同，而Aj代表i地块缓冲区在

j地块之内的面积；A buf代表i地块缓冲区的总面积。

 1）用于测度多种地类间的相互影响；2）可直接用于测度矢量数据，避免网格化，但需要划定缓冲区（影响）范围；3）存在兼容、半兼容和不兼容3种用地相互影响关系；4）缓冲区内的邻域面积是兼容度重要的量化参考。
图3 缓冲区算法与距离函数算法

Fig.3 The Buffer Algorithm and Distance Function Algorithm

考虑到地块兼容度量化是在兼容关系的基础上参考地块本身所具有的几何特征属性所做出的量化测度，其内在逻辑的本质是衡量一个地块内的影响要素能够在多大程度上通过邻接边长影响另一地块。这与Wong（1993）在空间社会隔离测度研究中参照的原理本质上存在共通性。他指出与周边地块相邻边长长度、周边相邻地块面积、被测地块与周边相邻地块的平均形状指数是区分不同地块相互影响大小的3个几何特征，并以此为基础改进了非相似系数的测度公式：
D ( s ) = D - 1 2 ∑ i j w i j × Z i - Z j × 1 2 P i / A i + ( P j / A j ) m a x ( P / A )
式中：D表示原始的不相似系数； 1 2 ∑ i j w i j， Z i - Z j和 1 2 P i / A i + ( P j / A j ) M A X ( P / A )分别代表长度、面积、形状指数的影响。
参考Wong（1993）的研究，认定相邻边长长度和相邻地块面积为地块兼容度量化过程中不可或缺的重要几何特征，李亚萌等（2019）的成果同样印证了这一观点。事实上，这2个特征的大小与地块间相互影响的强弱具有非常直接的关联，根据Kennedy等（1983）的总结，2个地块之间相互“交流”的强弱不仅与其相邻边长的长度在一定程度上呈正相关，也与2个地块的面积大小呈正比例关系（Susan et al., 1983）。举例来说，根据Ⅰ与Ⅱ地块的邻接边长比Ⅱ与Ⅲ地块的长这一事实，推断Ⅰ与Ⅱ地块之间的相互影响比Ⅱ与Ⅲ之间的大（图4-a）。同理，对比图4-a、b，同样可得出结论：Ⅰ与Ⅳ地块之间的相互影响比Ⅰ与Ⅱ之间的小。
图4 地块间相互影响方式的图示1（a）和图示2（b）（Wong, 1993）

Fig.4 The Diagram of Interaction between Parcels 1(a) and Parcels 2(b)

至于平均形状指数这一几何特征，因为Wong（1993）研究的特点是着眼于整体，即多对多的关系；而兼容度的测度则需要优先考虑2个地块之间的相互影响，是一对一的关系。因此Wong（1993）的算法无法准确描述地块间的相互影响是随着距离而衰减这一重要特征。如图5所示，以A、B和C三个地块为例，其面积相等，相邻边长也一致，但明显B地块对A地块的影响要大于C地块（除去浅灰色部分，B地块的深灰色部分相较C地块距离A地块更近，影响更大）。为了更加清晰的表述这一几何特征，参考Batty（1971）城市引力模型研究中“A地块质心—B地块质心”这一度量距离影响因素的方法，以“地块质心—相邻边中点—相邻地块质心”的距离（后文称质心几何距离）代替平均形状指数来量化兼容度。在图5中，明显看到A地块与B地块的质心几何距离小于A地块与C地块，因而B地块对A的影响相较C地块更大。特别地，考虑到地块距离无限接近时相互影响趋近于常数而非无穷大，建议采用地理学中较为常见的高斯空间分布来描述影响因素随距离衰减的这一特征（陶卓霖 等，2016），具体公式见后文的式（6）。
图5 地块间质心几何距离影响方式的图示

Fig.5 The Diagram of Interaction Caused by Distance between Parcels

综合Wong（1993）、Zhuo等（2019）的研究，确定影响兼容度量化的3个核心几何特征属性：1）与周边地块相邻边长长度；2）相邻地块面积；3）“地块质心—相邻边中点—相邻地块质心”的距离。为统一描述兼容度的特征，参考Wong（1993）对于不同几何要素的整合方法，提出单个地块与周边地块兼容度（Compatibility Degree Index）的量化测度公式：
C D I i = 1 - ∑ j C D I i j m a x ( ∑ j C D I i j )
C D I i j = C i j × L i j ∑ j L i j × A j ∑ j A j × 1 2 π e ( - D i j 2 2 σ 2 ) ∑ j 1 2 π e ( - D i j 2 2 σ 2 )
式（5）中，假定被测度地块为i，与其相邻的地块为j，CDI i表示给定地块i与周边地块的兼容度；CDI ij表示地块i与地块j的相互影响程度；而max（CDI ij）表示CDI ij的最大值。式（6）中共计分为4部分，各部分之间以乘号相连。第一部分为Cij，代表地块i与地块j之间的兼容关系，详细数据可参考表2；第二部分为 L i j ∑ j L i j，代表与相邻边长长度这一影响要素，相邻边长长度越长，地块间的相互影响越大，其中Lij为地块i与地块j之间的相邻边长长度。第三部分为 A j ∑ j A j，代表相邻地块面积这一影响要素，相邻地块面积越大，地块间的相互影响越大，其中Aj代表地块j的面积；第四部分为被测地块与周边相邻地块的“质心—相邻边—质心”距离，距离越远，地块间的相互影响越小，其中Dij代表地块i与地块j的“质心—相邻边—质心”距离，σ代表所有的Dij标准差。从统计结果看，CDI i越接近1代表地块与周边地块兼容性越好；反之，越接近0，代表越不兼容。

1.2.4　计算街区兼容度

本文以街区作为研究落位单元，提出街区整体兼容度（Total Compatibility Degree Index of Block，简称TCDIB）和街区平均兼容度（Average Compatibility Degree Index of Block, ACDIB）2个描述街区兼容度的指数，其公式分别为：
T C D I B = 1 - ∑ a ( 1 - C D I a ) m a x [ ∑ a ( 1 - C D I a ) ]
A C D I B = T C D I B M / m a x ( T C D I B M )
式中：CDIa指代a地块的地块兼容度；M指代给定街区中的地块总数。为方便统计，统一对2个指数进行归一化处理。从统计结果看，二者数值越大，代表地块兼容度越好。

2 湘潭市市辖区用地兼容度评估

2.1　地块/街区兼容度指数的数量分布特点

综上，CDI、TCDIB和ACDIB三个值的范围都在0~1之间，且均是越接近1，地块/街区的兼容性越好。首先考察CDI（地块兼容度）、TCDIB（街区整体兼容度）和ACDIB（街区平均兼容度）的数量分布情况（如图6），不难发现，这3个指数的值均集中于（0.8, 1.0］，呈现比较明显的重尾分布（Head and Tail Distribution）（Jiang, 2013）。换言之，从微观（地块）和中观（街区）尺度而言，湘潭市市辖区整体兼容度较好，土地使用较为合理。
图6 地块兼容度（CDI）、街区整体兼容度（TCDIB）和街区平均兼容度（ACDIB）的数量分布

Fig.6 Statistic Distribution of Compatibility Degree Index, Total Compatibility Degree Index of Blocks and Average Compatibility Degree Index of Blocks

2.2　地块/街区兼容度指数的空间分布特点

2.2.1　地块维度下的兼容度空间分布

从基于Natural Jenks分隔算法下的3个指数空间分布情况（图7）来看，湘潭市大部分用地的功能都相互兼容，整体兼容度呈现良好的态势。其中，雨湖老城区（A区域）和岳塘老城区（B区域）是2个相对具代表性的片区，二者作为湘潭市近20年来的城市中心区，承担着众多的城市职能，功能也相对多样化；在此背景下，用地兼容度依然保持相对较高的水平，得益于湘潭市老城区相对良好的发展模式。此外，除去不兼容的零散小地块，同样发现CDI指数出现C、D、E三个较为不兼容且聚集的区域。其中，C区域是九华工业园区的西部片区，该区域内存在众多大型机械生产和化工制造等重工业企业，但在其主要工业地块的周边却存在众多面积不小的居住地块，且分布情况呈犬牙交错状（见图7），这直接导致该区域的不兼容度偏高。而D、E区域是湘潭市国家级高新区的一部分，功能是以机械加工业为主导的重工业。其中，D区域位于高新区北部，毗邻沪昆铁路；而E区域位于高新区西部，紧邻湘潭市岳塘区的中心片区。与C区域类似，D、E两个片区兼容度较低也是由于二三类工业及采矿用地（因研究范围内基本无采矿用地，下文统称“二三类工业用地”）与其他不兼容用地的交错式相邻（见图7）。但不同的是，D区域的不兼容关系相对单一，主要为二三类工业－居住和二三类工业－耕园林草（半兼容）2种；而E区域的不兼容关系相对多样，包括二三类工业－居住、二三类工业－商业服务业、二三类工业－耕园林草等等。
综合来看，湘潭市现阶段兼容度相对较差的地块均为二三类工业用地，原因有二，其一，二三类工业用地本身存在兼容性问题。从用地兼容度矩阵关系（见表2）可看出，二三类工业用地作为城市的生产用地，其本身的邻避性属性较强，会对周边产生较大的负外部性影响（田莉 等，2014；Tian et al., 2017），诸如产生噪音、废水、废气等等。所以一般规划语境下会将二三类工业用地，尤其是重工业用地以工业集中区的形式落地，在提升工业规模化生产效应、节约成本的同时，尽量减小二三类工业用地对周边用地的影响。湘潭市亦采取类似的做法，但在实际实施上却出现了问题，这也引申出了第二个原因，即工业园区用地的不合理排布。理论上，产业园区在规划制定和用地审批中应该尽量避免二三类工业与居住功能相邻。即便因为种种原因难以做到不相邻，在两者用地的交界处至少应用隔离绿带或者次干道做一定程度上的阻隔，但根据湘潭市的用地现状，C、D、E三个区域均未采取上述措施。此外，值得注意的是需区分“产城融合”和本文不兼容定义的内涵。“产城融合”并不代表居住用地和二三类工业用地混合交错排布，而更注重的是工业园区整体功能的多样化，通过引入居住和服务片区增加工业园区的活力，减少通勤时间（钟睿，2018），其本身也同样注重对二三类工业地块负外部性的处理。总体而言，在湘潭市现状工业园区中，部分二三类工业用地的排布存在着一定的问题，这也集中导致这些地块出现兼容度较差的情况。

2.2.2　街区维度下的兼容度空间分布

依据图8、9，对比上文提及的地块维度下兼容度的分布情况，不难发现无论是TCDIB（街区整体兼容度）还是ACDIB（街区平均兼容度）对于不兼容的情况均有一定程度上的放大作用。对于街区平均兼容度而言，其空间分布结果与地块兼容度类似，在上文提及的C、D、E三个区域中同样存在街区尺度上的低兼容度聚集区域；而A、B两区域内街区平均兼容度同样相对较高。街区整体兼容度的测度结果则与街区平均兼容度和地块兼容度略有不同，呈现出城市中心区和经过规划的工业园区相对较高，而城市边缘地区和半开发的工业园区相对较低的现象。如图9，F、G、H、I是街区整体兼容度相对较低的4个区域，其中F和I分别位于雨湖老城西南部的窑湾地区和湘潭钢铁厂周边区域，从区位上看是典型的城市建成区边缘地带；而G、H则是湘潭市国家级高新区的在开发区域，路网走向已经确定但尚未修筑完成，属于典型的半开发工业园区。形成这种现象的原因主要有二：其一，城市边缘的街区尺度较大，内含地块较多，不兼容地块的累积几率相对较大。其二，结合地块兼容度来看，导致城市边缘街区总体不兼容度较高的因素是一些零散分布的二三类工业地块，这些地块主要可分为两类：一类是园区早期开发的二三类工业地块，由于园区尚未完全建设完成，这类地块难免和园区内未拆迁的农村宅基地相邻，形成二三类工业－居住的不兼容关系，从而影响街区整体的不兼容度；另一类则是村集体用地上零星的二三类工业地块，这类地块小、散、碎，且地块上工业企业规模也相对较小。相比于工业园区高企的用地价格，城市边缘的村镇闲置空地是小型工业企业的优先选择，因此这类企业往往集中于城市边缘地区，这也从侧面反映了不兼容度高的街区容易出现在城市边缘地区的原因。
图8 湘潭市ACDIB（街区平均兼容度）空间分布

Fig. 8 The Spatial Distribution of Average Compatibility Degree Index of Blocks in Xiangtan

2.3　街区视角下的土地兼容度的提升建议

综合来看，湘潭市现状土地的兼容度相对较好，不兼容的地块占比较低，但仍有少部分地块对周边产生较大的影响，功能亟待调整。现阶段正值国土空间总体规划的编制时期，借此契机，文章提出从街区视角对不兼容的地块进行功能整合或置换的方法，力求在空间规划编制中落实提升湘潭市土地利用兼容度的策略。值得一提的是，以街区为出发点的优势有二：其一，对街区视角下的不兼容度可视化过程有一定程度的放大作用，可以更方便地定位整体兼容度较差的区域；其二，类比于更新规划中的更新单元，以街区为基本单元能够更加方便地在提升过程中对土地做出诸如腾挪、补偿等处理方法。因此，基于TCDIB（街区整体兼容度）和ACDIB（街区平均兼容度）2个街区视角下的测度指数，通过二元散点图法对556个街区进行分类，继而针对每一类街区提出对应的策略。如分类结果所示（图10），以0.5为分界线，556个街区被分为4类。其中，①类街区TCDIB和ACDIB指数均＞0.5，整体兼容情况良好，多数位于城市中心区，在策略上建议维持现状；同时参考CDI（地块兼容度）的分布情况，对某些半兼容或者不兼容的关系做出诸如增加隔离带等微改造处理；②类街区是TCDIB＞0.5但ACDIB＜0.5，一般位于城市建成区边缘且街区面积相对较大，内部地块数量较多，其特点是街区内多数地块相对兼容度较好，但有少部分地块兼容度很差从而影响整体情况。因此，建议对于少部分地块进行搬迁或者整合，诸如零散的二三类工业地块、公用设施用地可以进行集中入园处理。③类街区是TCDIB＜0.5但ACDIB＞0.5，一般位于工业园区内，面积不大且街区内部地块数量较少，街区内的功能存在一定的相互排斥。因此，建议对街区的整体定位做一定调整，重新梳理街区的主要功能，腾挪其他次要功能。如图6中C片区（九华工业区西部）的一部分街区，可将居住功能调整出街区并安置于其他街区；④类街区是TCDIB和ACDIB均＜0.5，不但内部地块数较多，而且内部多数地块在功能上均存在相互排斥的现象。因此，建议进行规划调整，结合上位规划重新安排街区的定位与功能，在此基础上对用地进行一定程度的更新与修整。此外，对于②、③类街区而言，园区早期开发的二三类工业地块这一特殊情况需要引起注意，尽管其与周边用地存在功能上的相互排斥，但由于园区尚未开发完成，现阶段相互不兼容的关系也只是暂时的。因此对于这类用地的处理要结合园区具体的开发计划进行调整。
图10 基于街区整体兼容度（TCDIB）和街区平均兼容度（ACDIB）指数的二元散点图

Fig. 10 Bivariate scatter plots of Total Compatibility Degree Index of Blocks and Average Compatibility Degree Index of Blocks

3 结论与讨论

本文提出“土地使用兼容度”概念，尝试在土地混合利用的视角下对地块间兼容度进行测度。在总结既有测度公式后，指出了利用缓冲区测度兼容度的不足之处，通过借鉴空间社会隔离的测度方法，提出了基于兼容关系和地块重要几何属性（与周边地块相邻边长长度，相邻地块面积和“地块质心—相邻边中点—相邻地块质心”的距离）来测度兼容度的方法，并通过地块（见CDI测度结果）和街区（见TCDIB，ACDIB测度结果）两个尺度对土地兼容度情况做出量化描述。后续，基于此方法，在山水田林湖草统一管理的背景下，以湘潭市市辖区为例，对其城市建成区和边缘区的兼容度进行了整体测度。结果发现，从地块尺度（CDI）来看，湘潭市现有兼容度较低的聚集区域主要位于工业园区，且用地的不合理排布是导致兼容度低的重要原因；而从街区尺度看，ACDIB指数的分布结果与地块相类似，而TCDIB指数的分布结果展现了城市边缘地区和半开发的工业园区兼容度相对较低。最后，根据ACIDB和TCDIB指数，从街区尺度上对湘潭市现状兼容度进行了分类，并对每一类提出相应的兼容度提升策略。
本文是从兼容度视角对土地混合利用的一次有益探索，为土地使用兼容度提供了一种新的量化思路与测度方法。在适用性方面，本文提出的指数基本适用于大部分土地利用情况，可以较为准确地做出兼容性的判断，但当部分地块形状指数较大时（如细长的线性地块），比较容易产生较大的计算误差，因此建议将这类地块按照一定依据分割后再计算，以保证指数的准确性。综合来看，本文仍有一些不足：1）量化兼容度的测度公式还缺乏足够科学的支撑，对于已有影响兼容度要素的整合有待提升；2）兼容度关系矩阵的构建是基于规划从业者的通识认知，缺乏对于地方性元素的思考；3）土地混合利用需要从多角度辩证思考，本文缺乏对于多样性的认知与讨论。对此，未来可以从以下方面深入：1）通过引入地理学、拓扑学等学科的相关知识，更加科学地量化地块本身几何属性对于兼容度的影响；2）考虑借鉴类似樊钧等（2019）的研究，通过引入机器学习机制，让包括当地规划从业者、管理者在内的更多专业人士加入兼容度关系矩阵的构筑，从而让兼容度测度更具地方性和特色化。3）通过整合多样性和兼容性两个视角的测度方式，如CDI和香农熵，CDI和Hill指数等，全面地量化描述土地使用混合度。

脚注

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