佛山市禪城區形態演變特征及驅動機制分析

何麗麗

1佛山市測繪地理信息研究院，廣東 佛山，528000

改革開放以來，中國在取得快速發展的同時，也面臨著建設用地過度擴張和生態環境遭受破壞等問題［1，2］，利用遙感、GIS技術對城市擴張過程進行研究，有助于揭示城市空間形態的演變特征和規律，為城市可持續發展提供科學依據。在已有的城市擴張研究中，主要選取衛星影像等中低分辨率影像為研究數據［3-5］，利用高分辨率航空影像研究的較少；研究內容主要以建設用地為整體，對城市擴展的整體特征、擴展模式與模型預測等進行研究［6，7］，對建設用地主要功能用地的內部形態演變特征研究深度不夠；研究對象主要選取大中比例尺的區域，比如經濟發達的珠江三角洲、長江三角洲［8，9］，或是北京、上海、長沙等城市發展的典型區域［8，10-12］，針對中小城市或城市的某個轄區進行研究的較少。

自2002年佛山市行政區劃調整后，禪城區由原來的78 km2調整為154 km2，近年來通過舉辦省運會、開展城市升級改造，使禪城區城市面貌發生了顯著變化。利用高分辨率航空影像，采用人工目視解譯方法，研究禪城區空間形態演變特征及驅動因素，對政府決策和城市可持續發展具有重要意義。

1 研究區概況與數據來源

禪城區地處東經113°00′41″～113°05′40″，北緯22°35′01″～23°02′24″，是佛山市人民政府駐地，佛山市政治、金融、文化、交通和信息中心，行政區面積154.09 km2，轄祖廟街道、石灣鎮街道、張槎街道、南莊鎮共3個街道和1個鎮。近年來禪城區發展迅速，2018年禪城區GDP總量為1 855.06億元，常住人口118.40萬人。

本文研究區數據為2006年、2012年、2014年、2017年航空影像數據，分辨率為0.5 m，數據格式為JPG格式。輔助資料為歷年土地利用現狀數據、行政界線。借助ENVI與ArcGIS軟件，采用目視解譯方法，將禪城區4期影像數據提取為居住用地、工業用地、服務設施用地、綠地與廣場、道路用地和非建設用地。

2 城市空間擴展分析方法

2.1 擴展強度和擴展速度

利用擴展強度指數和擴展速度指數分析城市建設用地擴展的強度和速度。其計算公式為：

1）擴展強度指數。

式中，Iue為城市擴展強度指數；U n+1為n+i時刻的建設用地面積；U i為i時刻的建設用地面積；T為時間間隔。

2）擴展速度指數。

式中，Mue為城市擴展速度指數；ΔU ij為i時刻到j時刻建設用地面積變化量；ΔT ij為i時刻到j時刻的時間跨度。

2.2 擴展形態指數

本文采用緊湊度指數、分形維度指數、Boyce-Clark形狀指數分析城市外部形態的演變特征。

1）緊湊度指數。

式中，BCI為城市緊湊度指數；U為建設用地面積；P為城市輪廓周長。緊湊度越高，說明城市形狀越緊湊；反之，城市形態緊湊性越差。

2）分形維度指數。

式中，St為t時期城市斑塊的分形維數指數；Pt為t時期城市斑塊的周長；A t為t時期城市斑塊的面積。分形維度變大，說明城市以向外擴展為主；其值變小，說明城市以內部填充為主；其值不變，說明城市進入相對穩定的發展階段。

3）Boyce-Clark形狀指數。

式中，SBC為Boyce-Clark形狀指數；ri為從圖形的優勢點到圖形周界的半徑長度；n為具有相等角度差的輻射半徑數量。形狀指數是將城市形狀與標準形狀進行比較，得出一個相對指數，根據相對指數確定城市的平面輪廓形狀。

2.3 等扇形分析法

以建設用地的重心為中心，把城市分為2n（n=1，2，3，…，n）個夾角和面積相等的扇形區域，并與各時期建設用地矢量數據進行空間疊加，判斷各時期各扇區用地擴展強度。本文以22.50°為間隔，將禪城區分為16個夾角和面積相等的扇區，與不同時期建設用地矢量數據進行疊置分析，如圖1所示，統計各年份、各扇區建設用地面積和用地增量，判斷城市的擴展方向。

圖1 禪城區城市空間等扇形分析圖Fig.1 Isosector Analysis Chart of Urban Space in Chancheng District

2.4 Kernel核密度分析法

獲取主要功能用地地塊的質心并生成點集數據，根據地塊面積進行Kernel核密度分析，再采用自然斷裂（nature break）分類法，將城市主要功能用地的集聚程度分為3類：低密度區、中密度區、高密度區，生成各時期各功能用地面積密度柵格圖，根據柵格圖顯示的用地密度變化揭示主要功能用地的空間形態演變特征。

3 城市空間擴展與演變特征

3.1 擴展強度特征

從表1可知，2006年禪城區建設用地面積為99.32 km2，占城市總面積的64.46%；2012年建設用地面積為103.19 km2，占總面積的66.97%；2014年建設用地面積為108.98 km2，占總面積的70.72%；2017年建設面積為111.82 km2，占總面積的72.57%?？傮w來看，禪城區城鎮化水平高，土地開發強度大。

表1 2006年至2017年禪城區城市擴展情況Tab.1 Urban Expansion of Chancheng District from 2006 to 2017

根據各時期擴展強度指數和擴展速度指數，將禪城區城市擴展分為3個階段。

1）2006—2012年緩慢擴展期，這一時期是行政區劃調整后城市發展的第一階段，城市擴展強度指數為0.65%，擴展速度指數為0.64km2/a，相對另外兩個時期，這一時期的擴展強度和擴展速度最低，是擴展的相對緩慢期。

2）2012—2014年高速擴展期，這一時期城市擴展強度和擴展速度分別是前一時期的4.32和4.53倍。2010年后，佛山市開始打造國家制造業創新中心，走“世界科技+佛山智造+全球市場”的創新之路，不僅出現了像祖廟商業文化中心、鄱陽奇槎商務圈等擴建、改造項目，還出現了像南莊陶瓷商務會展中心、禪西新興產業基地、綠島湖片區等新型的產業基地和智慧綜合體，各類功能用地在這一時期都迅速發展起來。

3）2014—2017年穩定擴展期，這一時期城市擴展強度指數為0.87%，擴展速度為0.95 km2/a，建設用地總數在提高，但擴展強度和擴展速度下降，禪城區進入相對穩定發展階段。

3.2 擴展方向特征

由圖2可以看出，禪城區2006—2017年主要往西、西北方向擴展，但各時期仍然存在一定的差異：①2006—2012年，城市主要集中在W-NWW和SSSE方向上擴展，西和東南方向是這一時期城市的擴展翼。②2012—2014年，數據波動范圍最大，離散程度也最高，表明這一時期城市空間擴展最為劇烈，W-NWW-NW是城市空間擴展的方向翼，西和西北部方向空間擴展明顯。③2014—2017年，城市繼續往NWW方向擴展，西北方向擴展明顯。

圖2 城市空間擴展方向圖Fig.2 Urban Space Expansion Direction Chart

3.3 外部形態演變特征

禪城區擴展形態指數計算結果如圖3所示。2006—2017年期間，城市緊湊度指數從0.34增加至0.39，處于平緩上升趨勢，表明城市越來越緊湊；分形維數從1.35降至1.33，微量下調，表明城市形狀進入相對穩定的發展階段，城市擴張主要以內部填充為主；形狀指數從42.67降至30.74，變化明顯，城市在擴展過程中內部斑塊逐漸被填充、聚集，城市形狀越來越趨于矩形?；谝陨辖Y果可看出，禪城區城市發展主要是以內部填充為主，城市斑塊越來越緊湊，土地集約利用程度越來越高。

圖3 擴展形態指數變化趨勢Fig.3 Change Trend of Extended form Index

3.4 內部形態演變特征

2006—2017年，居住用地、工業用地和服務設施用地變化較大，如圖4所示，在城市發展過程中具有較大差異的行為特征，對城市形態演變起到了不同程度的影響。

1）居住用地空間分異特征。2006年，禪城區居住用地高密度區主要位于祖廟和石灣鎮街道的老城區，其他區域呈散狀布局，未出現明顯的空間集聚現象；2006—2012年，居住用地在原高密度區域向外擴大，一是向祖廟商業文化區東方向擴展，二是隨著鄱陽奇槎商務圈的建成，石灣鎮街道的居住用地向東南方向高密度擴展。2012—2014年，居住用地一方面以城市綜合發展主軸線為中心繼續向外擴展，另一方面，由于舊城改造升級等原因，張槎有部分工業用地轉換成了居住用地，同時，受禪西新城中心發展規劃的影響，南莊鎮東北方向的居住用地也有所增加，郊區化趨勢初步顯現。2014—2017年，禪城區城市空間形態基本穩定，祖廟、石灣鎮、張槎街道填充式擴展，南莊鎮由于綠島湖片區的開發建設，季華路以北方向居住用地持續增加，出現居住的郊區化現象，居住用地在空間上的均衡性加強。

2）工業用地空間分異特征。2006年，工業用地主要集中在張槎街道，石灣鎮街道和南莊鎮工業用地分布相對分散。2006—2012年，工業用地的增長點主要是分布在張槎街道和南莊鎮。作為工業大鎮的張槎街道，工業用地在大江村、上朗村等片區有高密度擴展；南莊鎮在這一時期第二產業得到快速發展，工業用地在各片區中有高密度擴張。2012—2014年，工業用地面積開始遞減，主要是張槎、石灣鎮街道舊工業廠房通過拆除、整治或復墾復綠，轉換成了居住用地或未建設用地，另一方面由于新型工業園區的建設，工業用地在在張槎智慧新城片區和二橋北沿線片區、南莊鎮禪西新興產業片區等有中密度擴展。2014—2017年，工業用地拆除力度持續加大，工業用地面積持續減少，同時在南莊鎮與張槎街道接壤處，出現新的工業用地增長點。

3）服務設施用地空間分異特征。2006年，服務設施用地高密度區位于城市重要節點，具有明顯的集聚特征。2006—2012年，服務設施用地變化不大，但由于建設用地的擴張，服務設施用地密度有所降低。2012—2014年，祖廟商業文化中心、石灣鎮高校區的服務設施用地有所增加；同時，隨著西部工業區和禪西新城中心的建設，該區域的配套服務設施用地也有所增加。2014—2017年，服務設施用地擴展明顯。隨著前一時期新增居住用地和工業用地的建設完成，這一時期的服務設施用地擴展迅速，且擴展點與居住用地和工業用地在前一時期和這一時期的增長點基本一致。

3.5 城市擴張影響因素分析

禪城區作為土地高度開發的區域，政府調控是城市發展的主要驅動力，其中，“三舊”改造、規劃協調、交通引導對城市擴展的影響尤為顯著。

1）“三舊”改造。佛山市的高速發展帶來了城市用地的不斷擴張，而城市內的一些舊村居、廠房卻存在土地利用粗放、低效無序、城市基礎設施落后等問題，在此背景下，佛山市政府于2007年出臺了《關于加快推進舊城鎮舊廠房舊村居改造的決定》和3個相關配套文件，禪城區開始進入土地資源整合階段；2011年初，佛山市政府印發了《關于通過“三舊”改造促進工業提升發展的若干意見》，禪城區緊接著也印發了相應的實施細則和工作方案，自此禪城區進入“三舊”改造的高潮階段，改造模式從過去零打碎敲轉變為推進連片項目改造，這與各類用地的實際發展趨勢相一致。

2）規劃協調。城市規劃是協調城市功能布局的有效措施，也是政府調控社會、經濟和環境等資源合理配置的重要手段之一。為適應2002年行政區劃調整后城市發展建設的需要，佛山市編制了《佛山市城市總體規劃（2005—2020）》，到2010年城市發展規劃是“多級、網絡化、組團式”的空間發展結構，目的是加強各區之間的聯系，構建廣佛都市區的基本架構，因此，2006—2010年，城市擴張是分散式的。為適應新形勢下城市的建設與發展，佛山市編制了《佛山市城市總體規劃（2011—2020年）》，目標是將佛山市打造成制造業創新城市，因此2010—2017年，禪城區一方面向新型工業、智慧社區發展，另一方面，通過產業轉型，將舊廠房、舊村莊進行拆除、整治，釋放城市發展空間。

3）交通引導。交通是城市的基本骨架，是城市空間擴展的主要內在適應性因素，對城市空間結構的優化和城市空間擴展具有巨大的影響。2010年廣佛地鐵1號線各段線路的陸續開通，強化了禪城區與南海區和廣州市的交通聯系，使得城市向東方向有一定的擴張；同時，隨著“八橫、七縱”快速路網的完善，禪城西部的主干道兩側開始出現產業集聚區，城市出現郊區化發展。

4 結束語

本文利用禪城區2006年、2012年、2014年和2017年高分辨率航空影像，結合政府調控相關因素，對禪城區城市空間擴展形態及其驅動機制進行分析，得出以下結論。

1）2006—2017年，禪城區經歷了緩慢-高速-穩定3個發展階段，擴展方向由“南、西”方向向“西、西北”方向，再向“西偏北”方向發展；擴展模式由分散式擴張逐漸轉變為填充式擴展。

2）2006—2017年，居住用地和服務設施用地平穩增長，工業用地先增加后減少，城市由單一功能的“生產型”逐漸向多功能的“綜合型”轉變。

3）禪城區2017年建設用地比例已超過70%，土地開發強度遠超世界高密度發展國家和地區，在經濟高速發展和新增建設用地日漸短缺的矛盾下，禪城區通過“三舊”改造、規劃協調、交通引導等措施引導城市可持續發展，提高城市競爭力，優化城市內部空間結構。