武汉市主城区空间形态演变研究

武汉市主城区空间形态演变研究

1背景总结1.1第三、湖北省城市发展阶段3个月,城市在武汉在过去的30年里，武汉现代社会相对缓慢增长，历史上具有重大意义的快速增长期有三次。第一次是汉口自1858年《天津条约》后开辟为通商口岸,得到迅速发展,1888年人口达到18万,市政设施达到了当时先进的水平。第二次是清朝末年张之洞任湖广总督时期,先后修筑、重修了张公堤、武青堤和纸金堤,使“泽国化为陆地”,市区范围迅速扩大,成为武汉市至今城市发展的基本范围。1929年武汉市人口已有83万,其中汉口50万、武昌25万、汉阳8万。第三次是建国初期的“一五”、“二五”时期,国家先后在武汉重点投资兴建了武汉钢铁厂、武汉重型机床厂、青山热电厂、武汉锅炉厂、武汉造船厂等规模巨大的现代化工厂,迅速形成多个分散的综合组团,形成今日之大武汉的基本布局框架。1949年武汉市人口94万,修建范围34.7km2;1957年人口190万,修建范围107.97km2。1.2从“改革”到“发展”的过程阶段20—建国以后四个增长阶段建国以后,武汉市城市建设受国家政治经济形势影响,起伏很大,可分为四个阶段。1949—1960年:建国初期10年的城市建设以国家重点投资工业建设为契机,获得了重大发展,在空间布局上执行了“大分散小集中”的指导思想,跳出原有旧城范围,形成多个分散的工业区和配套居住区,以跳跃式发展为主,城市空间格局发生了重大变化。1960—1980年:大跃进后至文革期间的20年,城市规划被削弱,基础设施建设滞后,城市建设以工业建设为主,空间形态上以轴线推进的自然增长为主,三镇分别沿着已有主要干道和新修道路两侧发展,中间留下大片空地,呈现“手指状”的总体形态。1980—1990年:改革开放后,城市规划工作开始得到重视和加强,城市建设以居住区建设为主,空间形态上除沿新修建道路轴线推进发展外,开始转向在原有用地周边蔓延和在前一时期伸出的发展轴之间进行填充发展,城市形态的“指状”逐渐变粗,因过分填充而演化趋向于饱满的“折扇状”。1990—2000年:1990年代随着深化改革的发展,城市建设迎来了高潮,沌口、东湖开发区的成立和发展成为新的跳跃式发展的动力。空间形态上,轴向推进仍在继续,但力度开始减弱;填充式发展的余地也所剩无几;跳跃式发展成为重点,形成汉口常青组团、汉阳沌口组团、武昌关山组团3个大的新发展区,突破了原有用地框架的束缚,在“一五”分散式重点工业建设之后维持了近30年的用地结构,得到重大调整,为三镇获得新的发展空间。2资环境格局的变化建国以来,武汉市城市建设经过“一五”、“二五”国家重点投资的跳跃式发展、“大跃进”后近20年的轴线延伸发展、1980年代近10年的填充扩散发展和1990年代关山、沌口、常青组团的大规模扩张4个增长阶段,城市格局不断发生着重大变化。2.1汉、汉、武地区向北向西发展的空间演变1949—1960年:汉口地区主要是以旧城为依托,在解放大道沿线向两侧填充扩展和向两端轴向延伸,形成堤角工业区和易家礅工业区,总体上形成从解放大道到长江、汉水之间狭长的带形空间。汉阳地区主要是在旧城与汉阳大道、拦江堤间相对紧凑地填充发展。武昌地区一方面从旧城出发,向东沿武珞路、民主路轴线推进;另一方面重点企业远离旧城进行建设,形成相对分散的空间布局,特别是武钢及其配套生活区形成了一个规模巨大的独立组团,与旧城之间保持着广阔的农林空地和生态空间(图1)。1960—1980年:汉口地区继续沿解放大道两端轴线推进发展,同时沿新修道路向北腹地纵深发展,形成唐家墩工业区,呈现“手指状”的发展态势。汉阳地区以主城为基础,沿鹦鹉大道向南发展,在拦江堤和长江之间形成鹦鹉洲工业区,同时沿汉阳大道向西发展,形成七里庙工业区,呈现“L”形的发展形态。武昌地区向东沿武珞路—珞瑜路大幅度推进发展,形成石牌岭工业区和关山工业区;向南沿武咸公路发展,形成白沙洲工业区;向北沿中南—中北路形成中北路工业区,沿和平大道形成余家头工业区;总体上形成旧城、青山两大核心,分别由南、北向中间推进,向东形成一条文化生长轴,为以后科技一条街的形成奠定了基础(图2)。1980—1990年:汉口地区旧京汉铁路外移以及北侧腹地建设大道、发展大道、青年大道的修建,使城市得以大规模向北纵深腹地发展,形成鄂城墩、北湖、花桥等规模巨大的居住组团。汉阳地区主要沿汉阳大道继续向西推进,形成大规模的二桥居住组团。武昌地区配合青山工业区修建了钢花居住组团,配合中北路工业区修建了东亭居住组团,空间形态整体上呈现轴向变粗、组团靠拢的趋势(图3)。1990—2000年:汉口地区以发展大道为轴线向两侧发展,向内、向外迅速填满了与建设大道、新京广铁路线之间的空隙,以常青路、姑嫂树路组成轴向发展走廊,向北连片发展到张公堤,并跨越张公堤开发形成规模巨大的常青居住组团,开始向铁路线以外寻求发展空间。汉阳地区以汉阳大道为轴线继续向西发展,武汉经济技术开发区形成规模巨大的“飞地”组团。武昌地区,东湖高新科技开发区的成立促进了向东的大发展,形成关东、关南工业园为主的关山组团,南湖机场搬迁后开发了规模较大的南湖花园居住区,北部以徐东路——和平大道——冶金街为轴线,分别由南、由北向中间推进,开始填满青山组团与武昌旧城之间的空隙(图4)。2.2基本格局改变的原因武汉市建国50多年的城市建设用地变迁,基本上遵循着跳跃式发展、轴线推进、环状填充、圈层扩展等4种基本方式,在城市发展的各个阶段同时或交替地出现。建国初期以重点建设导向的跳跃式发展为主,之后较长时间建设速度趋缓,以沿主要道路等基础设施的轴线推进为主,并在各个轴线之间进行环状填充;1990年代沌口、东湖开发区作为新的生长点迅速增长和扩大,与主城间的联系道路成为新的生长轴线,持续生长并加宽,趋向于与主城联结成为整体。城市最终表现为一层一层交错地向外扩展,各个圈层内多种用地互相混合,整个空间形态呈现出“摊大饼式”的发展。从全市及三镇各时期的主要建设用地统计表及柱状图上,可以看出全市居住用地虽然总量上持续增加,但1949—1980的31年间所占比例持续下降,一直到1980年以后开始上升;工业、仓库用地比例在1980年前持续上升,到1980年以后开始下降;公建用地比例则一直处于下降的趋势(图5、图6)。3空间增长的规律用地变迁分析描述了具体的增长内容,细胞自动机模型(简称CA)则可以进一步分析各种增长方式作用的大小,定量地分析空间增长的规律。CA模型属于分形模型的分支,是一种自下而上的方法,根据简单的局部规则可以模拟出复杂的动态系统,为模拟城市演变过程提供了一种新的研究方法,也是对传统自上而下的规划方法的重要补充。3.1细胞状态转换规则英国数学家康威于1960年代末提出了非常经典的细胞自动机模型,包括四个标准特征:细胞、状态、邻域和转换规则。细胞空间为n维欧氏空间网格,这里划分了250m×250m的等间距方格网,每个单元面积6.25ha;细胞状态为细胞在特定时刻有限的、离散的状态集合,生命细胞只有生与死两种状态,土地细胞设定为建设用地(1)与非建设用地(0)两种状态,土地性质的转变就是细胞状态从0到1的转变;细胞邻域是围绕细胞的一定区域,细胞的状态取决于邻域的状态和结构,采用摩尔型邻域(上、下、左、右、东北、东南、西南、西北8个相邻细胞);转化规则就是系统状态转移的函数,根据细胞当前状态及邻域情况决定下一时刻细胞的状态,是系统演化的关键,细胞未来的状态决定于细胞本身、细胞的邻居和系统转移规则。根据城市模拟需要,设定了包围填充、扩散生长、交通延伸、交通连接、交通吸引和优势生长6种转换规则。3.2形貌对比分析运用人工判读方法将1949年城市建成区用地的矢量图形模拟成栅格图形,单元50%以上落在建成区范围内的,即认为是建设用地。在此基础上,对1949—1957—1980—1990—2000年四个阶段的空间增长过程进行模拟。1949—1960年:汉口以依托旧城的蔓延增长为主,扩散生长单元占80%,跳跃式增长和局部轴向生长单元占20%。汉阳与汉口情况相同,扩散生长单元占84.4%,飞地生长单元占15.6%。武昌由于重点工业项目、省直机关和高等院校分散选址,导致空前的跳跃式飞地发展,已超出了CA模型的范围,只能用人工判读方式将其作为现状转换过来(图7)。1957—1980年:汉口以主城为基础,向外蔓延扩散和轴线推进,呈现“手指状”态势,扩散生长占37.8%,轴线生长占51.7%,跳跃式生长占10.4%。汉阳以主城为基础,沿鹦鹉大道和汉阳大道延伸发展,呈现“L”形发展形态,交通延伸生长占94.5%,飞地增长只占5.5%。武昌沿武珞路—珞瑜路、武咸公路、和平大道及中南路—中北路大幅度轴线推进,同时以武昌旧城、青山组团为依托扩散发展,呈现“丁”字形发展态势,交通延伸占80.1%,扩散生长占12.9%,跳跃式占7.0%(图8)。1980—1990年:汉口以填充发展为主,同时形成3个局部发展轴,由“指状”变成“扇形”,填充生长占51.8%,扩散生长占22.0%,轴线生长占22.4%。汉阳继续沿鹦鹉大道向南和沿汉阳大道向西发展,填充生长占25.7%,扩散生长占28.4%,轴线生长占31.7%,飞地生长占14.2%。武昌整体形态呈现轴向变粗、组团靠拢的趋势,填充生长占17.7%,扩散生长占37.6%,轴线生长占28.1%,飞地生长占16.6%(图9)。1990—2000年:汉口以发展大道为轴线向内外填充,以常青路、姑嫂树路为轴线向北跨越张公堤形成常青组团,填充生长占16.5%,扩散生长占23.5%,轴线生长占50.0%,飞地生长占10.0%。汉阳沿汉阳大道向西发展,南部形成沌口组团,填充生长占11.0%,扩散生长占23.6%,轴线生长占10.0%,飞地生长占55.5%。武昌南湖机场的约束条件被解除,东湖开发区促进了沿珞瑜路和雄楚大道向两侧的填充和扩散生长,填充生长占38.1%,扩散生长占51.1%,轴线生长占6.7%,飞地生长占4.1%(图10)。从表1可以看出,1949—1957年汉口、汉阳以扩散生长为主,武昌以跳跃生长为主;1957年至1980年长达20年间,汉口扩散生长和轴向生长并驾齐驱,汉阳、武昌以轴向生长为绝对优势;1980—2000年三镇轴向生长力度开始减弱,转而在前一阶段伸出的生长轴间进行大规模填充发展,主城城市空间总体上呈现出饱满、密实、“摊大饼”式的发展态势。4纵向对比分析以上对于城市演变的分析,还停留在定性层面上,形象生动,但难以进行横向及纵向的对比分析。数理统计方法的运用有助于从大量数据中发现不易直接观察到的内在规律性,将城市形态、结构、功能等特征提取成抽象的参数,以数字信息描述城市状态和演变过程,增强城市形态评价的准确性、可比性和深刻性。4.1偏离度评估4.1.1城市功能中心城市几何中心是城市各项用地的平均中心,也是建成区几何形状的形心,是数理统计上的抽象概念,反映了城市地理上的中心位置。城市功能中心则较为复杂,商业中心、交通中心倾向于人们感知认识一般意义上的城市中心。人口分布中心、就业岗位中心、公共设施分布中心则需要做复杂的数理计算才能得到,一般可以其形心为代表点,以其面积为权重参与平衡计算得到。4.1.2创建后的重心外移情况城市几何中心随着建成区范围的扩大和形状的变化而变化,功能重心随着城市建设的扩展和功能布局的变化而变化。从图11可以看出,汉口地区几何中心从解放大道附近推进到发展大道,50年向外推移了3km,平均每年推移60m,建成区由狭长的L带形演变成饱满的折扇形。工业重心优先外移,居住重心滞后约3km。汉阳地区几何中心和居住、工业重心沿着两个方向的夹角线平稳外推,1949—1990年40年外移了2.8km,平均每年70m。1990年代以后,随着沌口开发区的“飞地”建设,几何中心与工业重心迅速外移,至2000年10年间外移了2km,移动速度达到每年200m,而居住重心外移则严重滞后。武昌地区有向东、向北两个发展方向,重心移动有很大波折。1950年代初青山组团的“飞地”发展,导致几何中心和居住、工业重心大幅度北移,其中几何中心8年间北移了13.4km。后来随着东湖开发区的建设,东向发展成了主导方向,几何中心和居住、工业重心由北向南折返。4.1.3功能重心到几何中心的距离以上重心变迁分析只是重心的绝对位移,还需要以特定时期建成区几何形状为背景,进行相对位移的分析,才能深入比较各时期重心分布的合理性。偏离度是以特定系统功能重心到其几何中心(形心)的距离与包络边界半径的最大值之比,来描述特定系统功能重心对应于几何中心分布的偏离程度,可以建成区最长轴的半径代替包络边界半径的最大值。从表2可以看出,商业中心远离居住重心,并没有沿居住重心移动轨迹形成一条相应的商业走廊,导致商业设施过于集中和分布不均衡,三镇的偏离度都很大。中学、小学、医院重心与居住重心同步移动,但有一定滞后和偏离,相对于居住重心的偏离度在1990年后开始上升,暴露出市场经济机制下房地产开发过程中公共设施的滞后和空缺。4.2紧凑度评估紧凑度广义上指城市建成区用地的紧凑、饱满程度,具体上又分为基于最长轴的形状率法、基于周长的圆形率法和基于外接园的紧凑度法。4.2.1类型以区域面积与区域最长轴的比值作为衡量标准,将圆形区域视为最紧凑的特征形状,并作为标准度量