基于gis的兰州城市建筑空间分布研究

基于gis的兰州城市建筑空间分布研究

近20年来，城市建筑领域的研究主要集中在建筑文化和风格、建筑环境、（生态、高科技化、人文化、后现代人）的建筑设计、（小型或小型）建筑空间（组合）等上。在建筑设计领域,P·克莱芒等国内外学者主要探讨了建筑设计的概念、战略、规划等相关内容;在城市文化与风貌研究领域,学者们主要研究了城市建筑与空间、城市建筑文化的特征、影响因素和地域特点、建筑特色与风貌、城市形态等相关内容,而且研究了城市建筑(空间)环境、我国城市传统景观特质和“日常生活空间”等。关于城市建筑(持续)发展问题也做了一定程度的研究,如建筑设计的犯罪防控效应等。学者们还研究了高分辨率遥感影像建筑容积率信息,以及基于压缩数据维城市建筑用地遥感信息的提取方法等。但是,前述城市建筑领域研究工作对整个城市建筑空间分布规律涉及较少,仅涉及城市中小尺度空间的建筑组合与空间分布问题。虽然城市建筑大尺度的空间分布显然与城市功能区分布、建筑年代、经济基础、土地利用结构等因素相关,但国内外城市空间结构研究主要从城市景观、土地利用与土地覆盖变化,以及功能区、社会经济动力、生态环境等角度研究。因为建筑空间分布不但能体现城市空间的功能特征和演变趋势,还能反映经济基础和历史背景,以及投资积累与更新状态,所以城市大尺度的建筑空间分布研究能显示投资状态和空间结构特征。改革开放以来,我国城市在快速转型中实现了空间功能转化和结构调整,土地利用结构发生了很大变化,这必然从建筑构成与空间分布中反映出来。所以,有必要利用遥感技术和GIS手段,采用大规模的野外实地调查(访谈式)方法获取原始资料,对城市建筑大尺度空间分布规律进行研究,为与其相关问题的解决提供可靠证据。1城市空间数据采集选择兰州市建成区所在的黄河河谷盆地为研究对象,范围为东经103°31′—104°00′,北纬36°00′—36°10′,包括城关、安宁、西固和七里河等四区位于兰州河谷盆地内的地区,与兰州市2003年版城市规划区的范围大致相当,总面积22798ha,总人口约180万人。以2004年分辨率为0.61m的卫星像片为基础,首先利用GIS软件将相关内容数字化;其次进行了大规模野外调查工作;最后,将相关调查数据进行统计分析、成图等。文中建筑分为住宅、商务、工业、市政、医疗、教育、其它等几类(以建筑实际用途为准不受单位制影响)。因兰州市属于典型的狭长河谷盆地型城市,也是一个多中心城市,在空间统计分析中,分别以西关十字(传统市级中心)、西固城(传统区级中心)、培黎广场(传统区级中心)作为城关—七里河(城关区和七里河两区)、西固区、安宁区的中心,并各以前述中心为圆心,依次向外,每间隔1km运用类似同心圆方式进行相关数据统计(后文中1km、2km……分别表示距离各中心的0—1km,1—2km……范围)。随后,还统计了各中心区、混合区、老工业区、新开发区的相关数据。2建筑类型和空间分布2.1以“6.4.3”为主导类型的工业建筑分布住宅、工业、商务、市政、教育、医疗、其它等类建筑分别占相应总面积的60%/72.3%(“/”前数字为建筑占地面积比例,后为建筑面积比例,以下同)、22.20%/11.3%、10.36%/9.39%、2.00%/1.34%、3.35%/3.43%、0.5%/0.56%和1.50%/1.50%。其中,住宅、工业、商务三类建筑之和为92.56%/92.99%,明显是城市建筑的核心类型。住宅建筑容积率最高,工业、市政等类建筑容积率较低。1980—2005年、1960—1979年、1960年以前的现存建筑分别占78.3%/86.7%、13.5%/9.6%和8.2%/3.7%,1950年以前的建筑已凤毛麟角;1960年以前建筑主要是工业建筑(73.4%/64.6%),其次是住宅建筑(15.3%/21.6%),商务、教育、市政、其它类型建筑分别仅占4.65%/4.8%、3.03%/6.4%、0.7%/0.46%、2.62%/1.74%,主要分布在西固区和城关—七里河两区;1960年代,工业建筑(62.9%/65.3%)依然是主导类型,主要分布在西固(52.7%/40.4%)和城关—七里河(7.5%/5.5%),而住宅建筑(24.2%/22.0%)主要分布在城关—七里河(18.2%/15.4%)和西固区(5.0%/5.3%)。商务、教育、市政、其它等类建筑分别仅占9.59%/9.66%、0.83%/0.82%、1.57%/1.24%、0.91%/0.98%;1970年代,工业建筑(41.3%/28.94%)和住宅建筑(41.7%/55.6%)几乎是平分秋色。城关—七里河、西固和安宁的工业建筑各占10.9%/7.54%、14.6%/11.1%、15.8%/10.3%,住宅建筑各占20.7%/33.5%、12.7%/15.8%、8.3%/6.3%。商务、教育、市政、医疗、其它等类建筑分别占9.11%/8.2%、3.47%/2.61%、2.98%/2.84%、1.08%/0.73%、0.34%/0.38%;1980年代,住宅建筑(56.3%/70.7%)居于绝对主导地位,城关—七里河、西固、安宁各占46.4%/58.9%、5.5%/7.1%和4.4%/4.7%。工业建筑(19.5%/10.4%)主要分布在城关—七里河(10.5%/5.8%)和西固区(7.8%/3.8%),而商务建筑(13.84%/11.1%)主要分布在城关—七里河(12.73%/10.35%)。市政、教育、医疗和其它等类建筑各占3.99%/2.46%、4.12%/3.34%、0.73%/0.73%和1.52%/1.27%;1990—2005年主要为住宅建筑(75.7%/80.6%),城关—七里河、西固和安宁各占49.3%/58.9%、16.2%/11.8%和10.2%/9.0%。商务建筑(9.79%/9.12%)主要分布在城关—七里河(7.90%/8.11%),工业建筑(8.2%/3.63%)主要分布在城关—七里河(5.4%/2.31%)和西固区(1.9%/0.81%)。市政、教育、医疗、其它等类建筑分别占1.01%/0.86%、3.31%/3.53%、0.44%/0.49%、1.55%/1.77%。因此,兰州市1970年以前的现存建筑主要以工业建筑为主,住宅建筑为辅。1970年代时两者的比例基本接近。1980年以后,明显以住宅建筑为核心,工业建筑比例大幅度降低,而商务、教育、市政、医疗等类建筑比例均有不同程度增加。而且,年代较老的住宅建筑主要为“城中村”民居。2.2多中心城市商务服务中心功能的特征城关—七里河、安宁住宅建筑分别占66.9%/76.3%和66.4%/72.6%,西固区仅为45.0%/57.3%。与此相反,西固区的工业建筑为44.4%/32.8%,城关—七里河、安宁仅分别占14.2%/6.1%和18.8%/11.7%。城关—七里河的商务建筑占12.8%/11.1%,安宁、西固分别占3.4%/2.8%和7.5%/6.4%,充分显示了组团多中心城市的商务服务功能,尤其是城关—七里河作为市级商务服务中心的功能特征。安宁区作为兰州市大学校区集中分布区,其教育建筑比例高达到9.3%/11.0%,而城关—七里河、西固仅分别为2.5%/2.4%和2.8%/2.9%。同时,城关—七里河、安宁、西固的市政建筑分别占0.7%/1.3%、0.8%/0.9%和0.1%/0.3%,前两者相差无几,后者明显偏低,市政设施较为缺乏。医疗建筑与市政设施特征相似,因此,西固区作为工业区,其市政、医疗、住宅等建筑类型的比例明显低于城关—七里河和安宁区,而城关—七里河的商务活动、安宁区的教育服务较为显著。在年代构成上,城关—七里河、安宁区显然以1990—2005年的建筑为主体,分别占该区建筑总数的56.0%/67.0%和61.1%/70.9%,如再加上1980年代建筑,分别达到了87.9%/92.4%和78.1%/86.5%。1970年以前各时期建筑均小于8%。然而,西固区各时期建筑分别为17.8%/9.5%、16.4%/15.8%、10.3%/10.8%、15.5%/15.4%和40.0%/48.5%,年代构成最陈旧。2.3建筑年代分布情况城关—七里河、西固、安宁区的中心区以1980年以来建筑为主,均超过了78%。其中,1990—2005年分别占49.2%/62.2%、59.2%/68.1%、53.0%/63.6%,都超过了49%。但西固、安宁的中心区1970年代建筑分别达到了18.2%/13.5%和13.3%/6.4%。城关—七里河、西固的中心区1970年以前各时期都小于6%,安宁中心区都超过了8%。城关—七里河混合区1980年代、1990—2005年分别占28.4%/21.7%和60.9%/72.0%,两者之和超过了89%,显示了比其中心区还新的建筑年代构成,而其它时期基本相当,都不超过5%。城关—七里河和安宁老工业区建筑年代构成显示了相似特点,即1980年以来建筑超过了76%/85%,其中两地1990—2005年建筑分别占49.6%/54.9%和58.9%/70.3%。西固区老工业区建筑年代较为陈旧,年代分布也相对比较均匀,比例最小的1970年代为11.0%/11.3%,比例最高的1990—2005年为33.6%/44.0%。西固和安宁新开发区1990年以来建筑分别占94.7%/90.0%和97.5%/97.0%,其余年代主要是“城中村”或少量乡镇企业建筑。3不同建筑世代的组成和空间分布3.1绝对优势空间分布1980年以来建筑占90.3%/93.3%,1990—2005年为66.0%/71.2%,1970年以前仅有4.6%/2.3%,年代构成最新。而且,城关—七里河、西固、安宁1990—2005年建筑分别占该区的62.7%/70.1%、73.9%/72.2%和72.8%/78.1%,1980年代也分别占29.2%/24.4%、12.4%/15.4%和15.5%/14.6%,即1980年以来各区均超过了86%。同时,该类建筑在各圈层的空间分布也显示了数量的绝对优势,最为现代的建筑年代,最为均衡的空间分布。住宅建筑除城关—七里河在8—9、11km处分别占49.46%/63.03%、56.84%/69.51%、45.36%/52.41%,西固区在2—5km处分别占59.66%/77.66%、28.86%/45.76%、24.84%/24.24%和47.22%/47.26%,安宁区在1、4km处分别占58.31%/60.63%和51.68%/66.63%外,其余地段均高于60%/60%,甚至达到了90.55%/88.82%。而且,城关—七里河住宅建筑在1—7km稳定在80%左右,8—12km也保持在60—80%,显示了很高的空间占有率和均衡分布态势。就各功能区的年代构成而言,除西固、安宁中心区在1980—2005年为80%左右外,其余各功能区住宅建筑同期均接近或超过90%。而且,城关—七里河住宅建筑主要分布在混合区(57.4%/53.2%)和中心区(31.9%/40.0%),其余分布在老工业区。相反,西固、安宁两区住宅建筑主要分布在老工业区,分别占76.9%/81.8%和84.7%/87.1%,而两区新开发区同类建筑分别占16.9%/9.2%和8.2%/5.0%。但是,西固、安宁两区中心区住宅建筑仅占6.2%/9.0%和7.1%/7.9%,且主要建设于1960—1989年。3.2典型建筑的设置各时期工业建筑分别占同类建筑的26.8%/21.4%、17.6%/22.4%、13.6%/14.6%、22.7%/20.8%、19.3%/20.8%,建筑更新速度最为缓慢,却是空间分布最为广泛的建筑类型之一,即除城关—七里河在1km没有工业建筑外,其余地段均有分布。而且,城关—七里河工业建筑由内向外呈增加态势,年代却越来越老;而西固、安宁两区由内向外工业建筑两头低、中间高。城关—七里河工业建筑在8、11km处分别占35.01%/24.03%和41.66%/35.75%,其余地段都在25%左右,表明该区虽是城市中心(城)区,工业分布迄今依然十分广泛。作为重化工业基地的西固区在2—5km处分别占25.89%/11.53%、63.39%/46.53%、66.65%/65.90%和38.61%/37.08%,明显是该区工业建筑分布的核心地区。因此,西固区1km主要分布1970—1980年代工业建筑,2—5km以1970年以前建筑为主,1970—1980年代建筑为次(兰炼、兰化厂区所在地)的区域。安宁区工业建筑分布明显分为两大区域,一是1—2km处分别占6.22%/3.15%和6.66%/4.35%,二是3—7km处分别占22.05%/12.61%、42.23%/28.13%、17.91%/10.91%、21.93%/18.50%和11.72%/12.56%,分布较为均匀。就各功能区同期工业建筑的空间分布而言,城关—七里河、西固、安宁工业建筑主要分布在各自的混合区和老工业区。城关—七里河混合区各时期工业建筑占该区同期同类建筑的总比例达到62.5%/63.7%,而老工业区相应总比例为23.3%/23.9%,仅次于混合区。另外,中心区工业建筑仍较高,1980年代高达30.5%/29.2%,土地利用空间结构调整任务依然艰巨。西固和安宁两区工业建筑主要分布在老工业区,新开发区仅分别占1.6%/1.7%和6.1%/6.2%,发展效果很不理想。各区或功能区工业建筑年代构成差异较大。城关—七里河建筑主要以1960年以前(19.8%/20.7%)、1980年代(32.0%/30.3%)和1990—2005年(33.3%/34.3%)为主,西固区主要以1960以前(36.6%/26.1%)、1960年代(28.4%/39.0%)和1980年代(17.3%/15.0%)为主,安宁区以1970年代(55.4%/49.8%)、1980年代(14.9%/14.5%)和1990—2005年(22.2%/29.0%)为主。除城关—七里河中心区外,各功能区建筑普遍相对陈旧。城关—七里河中心区1980年代和1990—2005年建筑分别占68.8%/71.3%和20.7%/20.6%,混合区1960年以前、1980年代、1990—2005年建筑分别为20.1%/20.8%、26.2%/26.6%和40.9%/41.3%,老工业区1960—2005年各时期分别占25.3%/28.2%、24.2%/25.9%、25.1%/18.9%、20.8%/22.3%,工业建筑显示了由中心区到混合区、老工业区越来越旧的趋势。西固区中心区建筑1970—1980年代分别为54.0%/32.5%和40.4%/26.4%,老工业区各时期分别占37.3%/26.7%、28.92%/39.7%、9.2%/11.1%、16.6%/14.0%和8.0%/8.5%,新开发区1980—1989年、1990—2005年分别为68.6%/65.8%和31.4%/34.2%(包含部分原有工业企业),表现出老工业区建筑最旧,中心区、新开发区较新的特点。安宁中心区建筑1960年以前、1990—2005年分别为48.0%/43.9%和50.8%/53.1%,老工业区1960—2005年各时期分别占6.8%/6.1%、60.3%/54.3%、16.1%/15.6%、16.8%/24.0%,新开发区1990—2005年为91.0%/92.2%,大致呈现与西固区相似格局。总之,城关—七里河各功能区的工业建筑更新速度快于西固、安宁两区。3.3建筑的多样性商务建筑空间分布最为普遍,城关—七里河最高,各圈层大致稳定在10—20%,由内向外均衡分布,只在11—12km处突然降低,年代最新。西固区次之,1—2km、6—8km在10—20%之间,3—5km低于10%,由内向外为两头高、中间低,年代也是两头年轻,中间老。安宁区各圈层均低于10%,由内向外均衡分布,其年代结构1—5km较为均衡,6km处最为年轻。城关—七里河、安宁区建筑都以1980年以来为主,且超过了86%,1950—1960年代建筑小于5%。而西固区商务建筑主要以1960—1970年代和1990—2005年为主。在圈层分布上,城关—七里河商务建筑2—6km分别占15.61%/14.63%、12.15%/12.57%、13.23%/8.40%、18.41%/12.70%和10.17%/10.06%,8—9km分别占12.65%/10.40%和14.60%/10.18%,空间分布较为均衡。西固区分布却极不均衡,1km、5km、7—8km分别占23.81%/17.12%、11.51%/12.15%、25.24%/20.93%和14.06%/0.32%,2—4km、6km分别为6.88%/4.64%、2.85%/2.84%、7.47%/8.56%和1.72%/3.25%,中心区和新开发区的商务建筑较高。安宁区的新开发区缺乏商务建筑,其它各处空间分布大致均衡。但城关—七里河商务建筑主要分布在混合区(58.2%/45.8%)和中心区(31.0%/48.0%),老工业区仅占10.8%/6.2%;而西固、安宁两区则主要分布在老工业区里,分别为72.9%/74.8%和83.9%/86.4%,中心区仅分别占13.2%/18.2%和12.8%/11.5%,显然与区级中心地位不相称。3.4教育建筑1949年以来,我国城市市政、教育、医疗等类建筑的公共性和规划控制较为严格,从理论上说,其空间分布应较为均衡,兰州市此类建筑的圈层空间分布规律有力地证明了这一点。除医疗建筑在10km处空缺外,市政、教育、医疗等类建筑在城关—七里河其余地段均有分布。其中,市政建筑在1—7km、9km处在1.29%/0.75%(7km)—4.89%/4.89%(4km)之间,10—12km和8km处在0.38%/0.31%(12km)—0.60%/0.48%(10km)之间,其建筑比例由内向外降低。而且,城关—七里河市政建筑以1980年以后为主。医疗建筑在0.05%/0.04%(8km)—2.23%/2.05%(12km)之间,仅在4km、12km处超过了1%,由内向外先逐渐降低、在外围突然升高,建筑在空间上同步更新。教育建筑1—7、9、11km处在1.92%/1.47%(7km)—3.43%/3.77%(6km)之间,由内向外大致逐渐降低,建筑年代越来越新。西固区市政建筑1—5km分别为3.67%/2.61%、1.91%/1.54%、1.32%/0.94%、0.78%/0.78%、1.71%/2.04%,医疗建筑1—3km分别为0.38%/0.28%、0.13%/0.22%和0.09%/0.09%,教育建筑1—5km分别为3.93%/2.92%、5.10%/3.71%、3.49%/3.82%、0.25%/0.53%和0.95%/1.47%,由内向外大致逐渐降低,且都是1960年以来建筑。安宁区市政建筑1—6km比例相对较高,仅在6km处偏低,其它地段相差不大,且都是1970年以来建筑;医疗建筑1—2km分别为0.22%/0.10%和2.21%/1.57%,由内向外逐渐降低;教育建筑1—5km分别为28.56%/31.79%、14.32%/16.66%、3.50%/3.88%、1.05%/0.59%和11.84%/12.42%,很好的体现了高等教育学校分布位置。总之,西固、安宁两区医疗建筑以点状空间分布为主,且建筑皆是1970年以后的建筑;教育建筑低于2.60%,只有安宁区的1—2km和5km因高校集中,教育建筑在10—20%之间。城关—七里河中心区、混合区和老工业区的市政建筑、教育建筑以及医疗建筑等相对于各自建成区面积而言,建筑的空间分布都相当均衡;而西固、安宁两区的此类建筑主要分布在老工业区;安宁分别为89.4%/88.1%、75.4%/72.6%、97.7%/92.2%,都几乎集中了所有时期的大部分建筑。而新开发区的此类公共设施极其薄弱,除西固区新开发区的教育设施较高外,其余类型建筑要么没有,要么比例极低。其余同类建筑分布在中心区内,相对于中心区的土地面积而言较为集中。4建筑年代分布首先,无论是在各(功能)区和各圈层,兰州市各类建筑在空间上都呈现出快速更新态势,城市建筑年代越来越新,并以1980年以后,尤其是1990—2005年建筑为主。各(功能)区、各圈层1970年以前现存建筑主要以工业建筑为主,住宅建筑为辅。1970年代时两者比例基本接近。1980年后,明显以住宅建筑为核心,工业建筑大幅度减少