城镇兼顾发展的道路规划讨论

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本文作者：李 乐 张新花 宋 伟 林 伟 关小克 单位：东营市国土资源局 中国农业大学 土地资源管理系 中国科学院地理科学与资源研究所 青岛市勘察测绘研究院

1引言

道路作为连接城镇与农村之间的媒介，承担着加速信息、技术、资金和劳动力在城乡之间迅速流动的功能，有助于促进“以工促农、以城带乡”的城乡一体化发展模式的建立［1～3］。道路建设应与未来城镇发展和村庄整治的规划相结合，促进城乡空间布局和道路建设协调发展，充分发挥道路系统对城乡建设用地空间布局和村庄建设的引导作用，实现土地集约节约利用。在道路设计当中，由于土地利用类型和地形控制着水文空间分异、土壤发育、植被类型及人类的活动情况，因此最优路线是受土地利用类型、地形或其他土地利用政策限制最低的路线，即在作为道路起始点和终点的源（Source）和汇（Sink）之间，利用成本表面（Costsurface）形成的成本加权距离表面（Costweighteddistancesur-face）计算出的最低累计成本路线。最低累计成本路线是建设成本最低、耗时最少或最符合土地利用政策以及设计者倾向的路线，因此广泛的应用于动物迁徙、路线选择和管线选址等研究和实践当中［4~7］。为丰富城乡统筹的道路规划模式及相关理论、促进城乡一体化建设，本文依据现有道路规划理论，结合现状土地利用类型、城乡建设用地规划、现状道路对道路建设的影响，选取顺义区中干渠规划公路进行优化，并对优化道路和原规划路进行比较分析，以期为我国的道路建设提供的理论参考与指导。

2研究区概况和数据

2.1研究区概况顺义区位于北京市东部区域与河北省毗邻，其地理位置在北纬40°01′~40°18′，东经116°28′~116°59′之间，总面积为1019.53km2，约占北京市土地总面积的6.22%。顺义区除东北部有少量的低山丘陵外，大部地势平坦，城镇发展与道路建设受地形影响较低。2006年当地的地区生产总值293.8亿元，三次产业比例调整到6.2∶55.6∶38.2，为顺义城乡统筹发展提供坚实的经济基础。为加强城镇与农村区域的联系，道路建设中作为促进交通基础设施区域共享和区域交通一体化的重要途径和手段在顺义区城市规划（2005~2020）得到了充分的体现。本研究结合顺义区的土地利用和社会发展情况，选取城市规划中的中干渠路进行优化。中干渠路中南起于顺平路、北止于顺密路，设计标准为三级公路，主要用于促进顺义区内部城镇与农村之间，以及顺义区与周边区县和北京中心城区之间农产品、资金、技术的流动（图1）。

2.2数据来源和数据处理本研究所用数据包括：1∶10000顺义区土地利用现状数据来源于2006年顺义区第二次全国土地调查数据阶段成果按照我国第三轮土地利用总体规划地中土地规划分类要求形成的规划基数；土地利用规划数据来源于顺义区第三轮土地利用总体规划（2006~2020）；道路数据来源于与顺义区城市规划（2005~2020）。从土地利用类型对道路影响程度和研究的需要，对顺义区土地利用现状数据进行合并，形成耕地、园地、林地、牧草地、建设用地、道路用地、其他土地等七个土地利用类型（表1和图1）。最后利用ArcGIS9.2对各空间数据进行格式转换和栅格化处理（10m×10m），并利用其空间配准模块把各空间数据统一在一个投影带和坐标系下。

3研究方法

土地利用类型是水文空间分异、土壤发育、植被类型及人类活动的综合反映，决定道路建设的难易程度和成本问题。同时道路作为城乡统筹发展的重要方面，应符合土地利用总体规划中确定的城市发展布局和潜在发展空间，以及农村居民点整治模式，实现土地资源的集约节约利用和道路的通达性和安全性设计。本研究的主要思路是：（1）首先，对在土地类型、现状道路和土地利用总体规划确定的规划城镇建设用地、有条件建设区和规划保留村进行空间分析，并在这些分析的基础上形成道路建设的成本表面；（2）其次，选取中干渠路的起始点和终点作为道路规划的源和汇，闭关借助加权表面形成成本加权距离表面并计算出最优路线；（3）再次，对优化道路和原规划路进行比较分析；（4）最后，对有关基于城乡统筹道路建设的相关问题进行总结和进一步的探讨。

4成本表面分析与构建

地表是一个具有生态、经济、社会、政治过程的多元化实体。这些过程形成的成本直接影响到人类活动、物种迁移、灾害蔓延情况。根据起源的不同，这些成本可以分为资源型和结构型两大类［8］。资源型成本取决于资源属性，如土地利用类型、现状道路等；而结构型成本取决于成本对水平经济、政治、社会或生态过程的影响，如土地利用规划、生态保护等政策。这两种成本综合作用于源和汇之间的直线距离，从而形成成本加权距离。结合顺义区的现状特征和规划要求，本研究选取顺义区土地利用类型、规划城乡建设用地、现状道路三类成本进行道路优化分析，并构建权重表面。

4.1土地利用类型成本分析土地利用类型是水文、土壤和地质的综合反映，决定了道路建设成本的高低。从道路生态学的角度来看，道路分割周围景观、影响水文格局，对周边形成噪音、空气和重金属等多种形式的污染［9～13］。因此必须结合不同土地利用类型对于人类生产生活的重要程度，以及抵抗道路影响的能力大小进行土地利用类型对道路建设的影响分析。耕地是粮食生产的主要载体，道路建设不仅分割耕地斑块，而且来往汽车形成的汽车尾气、噪音固体垃圾都会对作物生长和农田生态系统造成负面影响。顺义区的园地除了能够提供水果以外，更重要的是随着旅游农业、采摘园等产业的兴起，其功能也呈现多元化发展，道路建设对于发展多元化农业的作用十分重要。林地对于汽车尾气、噪声有较强的吸收能力，有利于生态型道路建设。在牧草地上进行道路建设的成本较低，是道路建设的理想地类。虽然道路主要是实现不同功能的建设用地之间的连接，但对于建设用地自身而言，拆除改建的成本较高，因此不是进行道路建设的理想地类。从资源节约的角度来看，充分利用现有道路或对现有道路改建升级是集约节约利用土地的有效手段，在道路设计时，尽量考虑现有道路。顺义的其他土地以水域、滩涂、自然保留地为主，它们的生态调节功能较强，且道路建设成本还是土地利用管制政策都不利于道路建设，在道路建设时应注意避让这些地类。由于成本最低的路线是各种影响因素综合累计成本值最低的路线，因此对于不利于道路建设的土地利用类型的成本设定应高于适于建设的土地利用类型。依据这个原则，结合顺义区当地的实际情况，通过专家打分确定各土地利用类型的成本分值（表2）。

4.2规划城乡建设用地成本分析顺义区是北京市东部发展带的重要节点，是北京中心城区人口与压力疏解的主要载体，顺义区在第三轮土地利用规划中强调顺义区城区部分发展空间。通过规划有条件建设区，实现在用地指标控制的前提下调整城区和产业用地布局，保证按照轻重缓急的顺序合理利用有限的土地资源进行社会经济建设［14～18］。为实现农村土地的集约节约利用、实现农村居民点集中管理、为城市和产业发展提供富余用地指标，顺义区政府在第三轮土地利用规划结合城市规划中农村居民点规划，以及与当地镇政府和农户沟通，对发展潜力较弱、资源匮乏、区位优势不明显的农村居民点进行搬迁（图2）。在此，选取规划城镇和产业用地、有条件建设区和保留农村居民点进行道路建设成本分析，并利用熵权法确定的权重对以上分析结果进行综合，并形成规划城乡建设用地对于道路建设的综合成本表面［19,20］（表3）。从顺义区的社会经济发展与建设用地需求的关系出发，城镇用地和产业规划用地属于刚性需求，道路建设不宜在这些区域选址，道路建设成本最大，为100。但从这些土地周边进行规划可以提高城镇、产业、农村居民点之间资金、技术劳动力的转移和互动，因此道路建设成本随着距规划城镇和产业用地距离的增加不断增加，成本值的计算公式如下：式中，Gi为规划城镇和产业用地对于道路的成本作用在栅格i上的分值；ri为栅格i距离规划城镇和产业用地的空间距离；d为规划城镇和产业用地具有阻力作用最远距离，在此取距顺义行政界线最远距离。有条件建设区作为未来城镇和产业用地的调整区域，则可以在内部进行道路规划以提高道路对区内建设用地的通达程度。因此，有条件建设区内对于道路建设的成本最小，为0。以外区域道路建设成本随着距有条件建设区距离的增加不断增加，阻力值的计算公式如下：式中，Ki为有条件建设区对于道路的成本作用在栅格i上的分值；ni为栅格i距离有条件建设区的空间距离；l为有条件建设区具有成本作用最远距离，在此取有条件建设区距顺义行政界线最远距离。保留的农村居民点用地主要包括重点建设和内部整治两大发展类型，因此从土地集约利用和安全性的角度考虑，道路只有与农村居民点保持一定的距离可以兼顾安全、高效、宜居、低耗的特点［21］。研究中，设定保留农村居民点的100~250m缓冲区为道路建设成本最小区域，即赋值为0；100m缓冲区以内区域道路建设成本最大，赋值为100；250m以外区域道路建设成本采用式（3）进行量化（图3．式中，Zi为保留农村居民点对于道路的成本作用在栅格i上的分值；mi为栅格i距离保留农村居民点100m缓冲区以内土地的空间距离；q为保留农村居民点100m缓冲区以内土地具有成本作用最远距离，在此取距顺义行政界线最远距离。

4.3现状道路成本分析道路建设不仅要尽量充分利用现状道路，更重要的是规划道路的空间布局要与现有道路保持适当距离，以实现道路网的空间均衡分布。在此，对顺义区三级以上现状道路进行影响衰退分析。由于封闭式高速公路对道路两侧的农村居民点、产业用地功能外溢性差，因此在分析过程中对于高速公路进行排除。现状道路所占据的区域道路建设成本最低，赋值为0。对于现状道路缓冲区域采用式（4）进行量化。式中，Hij为道路j对栅格i的成本分值；sij为栅格i距离道路j的空间距离；fi为道路j的影响距离，在此设定为现状道路距离顺义区最远行政界限的距离。4.4构建综合成本表面在分别土地利用类型、规划城乡建设用地、现状道路这三类成本进行分析的基础上，利用式（5）进行汇总形成综合成本表面（图4）。Ci=Max（Gi，Ki，Zi，Hij）（5）式中，Ci为特定栅格i的最高成本分值，利用Ar-cGIS中栅格最大值提取功能进行计算。

5道路优化道路优化的目的在于以规划路的两个端点作为源和汇，实现两点之间路径的最优化。

在此，选取中干渠路北部靠近顺密路的端点为规划道路的源，南部靠近顺平路的端点为汇，结合前面生成的综合成本表面，利用ArcGIS9.2的空间分析模块计算成本加权距离表面和最优路线（式6）。首先利用源和综合成本表面生成成本加权距离表面（图5）。成本加权距离表面每个栅格的分值表征该栅格到源的最低累计成本。然后利用空间分析模块的ShortestPath功能，对汇和成本加权距离表面进行空间运算，计算出连接源和汇之间累计成本最低路线（图5）。S=mini=nj=mΣ（Dij×Ri）（6）式中：S为最低累计成本路线的总成本值；Dij为第i个栅格距源地j的空间距离；Ri为第i个栅格的成本值；m为源地j至第i个单元经过的栅格数量；n为总栅格数。

6优化道路与原规划道路的对比分析

道路的功能的溢出效应对于道路两侧的商业、工业、居住等用地类型产生聚集作用，而道路通达性作为道路功能外溢的计量手段广泛的应用于土地评估、土地规划、景观格局分析等多个领域。Whittaker等学者发现道路通达性具有显著的空间特性，道路周边的景观随着距离道路的远近呈现出梯度变化，由人文景观逐渐向自然景观过渡。在此，利用ArcGIS9.2的缓冲功能以100m、300m、500m、700m为缓冲半径，对优化道路和原规划道路进行缓冲。然后利用空间分析功能对比分析各缓冲带内土地利用类型、规划城乡建设用地、有条件建设区、保留村庄的数量，以及它们随着缓冲距离的递增所呈现出来的变化趋势（图6）。优化道路两侧的林地随着距道路距离的增加呈现先增后减的趋势（图6-林地）。100～300m缓冲带内的林地面积最高，为177.16hm2，这有助于充分利用林地的生态功能对过往车辆排放的尾气、噪音进行吸附，减缓道路生态负效应的扩散，对周边居民的生产生活环境、农田和自然生态系统的保护和维持起到积极的作用。相比之下，原规划路两侧的林地面积随着距离的增加呈现逐步递增的趋势。临近道路区域内的林地由于规模较小，难以有效发展林地的规模生态效应，不利于周边生态系统的保护和道路景观的营造。优化道路两侧建设用地面积随着距道路距离的增加整体呈现递增的趋势，与原规划路两侧建设用地面积变化趋势相似（图6-建设用地）。但是建设用地在优化道路的100～300m缓冲带内的面积最高，为288.51hm2。从优化道路穿越和经过的建设用地类型看，以木林镇、杨镇地区、北务镇的镇区和农村居民点为主，既符合100～250m的安全距离，又符合统筹城乡的目的。园地在优化道路300~500m缓冲带内的面积较原规划路高18.62hm2，这种距离既能够提高道路的通达程度，也可以减少行驶车辆的排放物对水果质量和园地生态系统的影响（图6-园地）。原规划路和优化道路两侧的耕地面积变化趋势基本一致，但优化道路两侧缓冲带内耕地面积均少于原规划路缓冲带内的耕地面积，平均每个缓冲带内耕地面积减少147.38hm2（图6-耕地）。优化道路两侧的其他土地除了0～100m缓冲带的面积低于原规划路的面积外，其余缓冲带都略高于对应的原规划路的缓冲带，有效降低了道路对于两侧自然保留地和水面滩涂的直接影响（图6-其他土地）。道路用地在原规划路和规划道路两侧的分布情况受到其他道路的影响而产生差异，因此仅对0～100m缓冲区内的道路用地面积进行比较。可以看出优化道路0～100m缓冲带内的道路用地面积较原规划路多52.56hm2，反映出优化道路能够充分利用现有道路进行规划。顺义区的牧草地面积较低，而且多数位于距离道路、居民点等人文景观较远的位置。即便建设道路的成本较低，但由于区位限制，道路选线也距牧草地的空间距离较远（图6-牧草地）。优化道路较原规划路两侧保留村的空间距离合理。从图6-保留村中可以看出，优化道路各缓冲带内保留村的面积都高于原规划路缓冲带内保留村的面积。尤其是100-300m缓冲带内的保留村面积比原规划路对应缓冲带内的保留村高出26.69hm2，在保证道路建设安全的前提下，有效促进了城镇发展与未来农村建设之间的互动性。优化道路从分利用了土地利用总体规划中确定的有条件建设区，使得道路建设能够与未来城镇发展和产业建设协同发展，体现了土地利用政策的综合性（图6-有条件建设区）。相比之下，原规划道路0～700m缓冲带内有条件建设区总面积仅为35.69hm2，难以体现道路建设与未来社会经济发展之间的综合性。优化道路与原规划路缓冲带内的规划城镇和产业用地分布情况基本一致，反映了道路建设服务于城市化建设和产业发展的主导思想（图6-规划城乡建设用地）。优化道路不仅综合考虑现状土地利用类型与道路规划之间的相互关系，兼顾安全、高效、生态等特征，更重要的是根据土地利用总体规划中土地刚性需求和弹性需求之间的差异，提高了道路建设与社会经济发展之间的协同性，加强了城乡之间的联系，为实现城乡统筹、发展与保护等可持续发展模式提供了基础支撑。

7结论

文章以顺义区的规划中干渠路为例，在对土地利用类型、规划城乡建设用地、现状道路进行道路建设成本分析的基础上，构建道路建设综合成本表面，并对原规划路进行优化。通过对比分析优化道路和原规划路各缓冲带内现状土地利用类型、规划城镇和产业用地、保留村、有条件建设区的面积和分布特征，可以看出优化道路较原规划路更加能够综合考虑道路建设对现状各土地利用类型的影响，而且更加能够兼顾未来城市建设、产业发展、农村发展之间的相互性和各种土地需求的刚性与弹性，体现了城市、产业、农村发展的统筹性和一体化。道路建设是一个包含土地利用政策、生态保护、信息和资源流动等因素的综合工程。道路规划不仅要从区域尺度分析现状土地利用方式、产业发展、生态保护、居住环境与道路建设之间的相互关系来确定道路路线，而且要在微观尺度根据规划道路不同路段两侧的社会、经济、自然因素进行调整，以满足微观层次的需求。另外，建筑技术的改进和规划理念的更新对于道路规划也影响深远，这也是在未来道路规划的研究和实践中需要关注的重要方面。