城市軌道交通TOD區(qū)域 土地利用方式優(yōu)化定量研究

何德文，冷 森，薄純玉，周澤巖

（1. 西南交通大學(xué)公共管理學(xué)院，成都 610031；2. 中國城市軌道交通協(xié)會，北京 100038）

1 相關(guān)問題的提出

城市軌道交通引入TOD模式，實(shí)際上是在城市規(guī)劃與建設(shè)中引入以公共交通引導(dǎo)城市發(fā)展的新理念，重新詮釋城市發(fā)展與城市軌道交通間的關(guān)系。1993年，美國新城市主義代表人物、HDR的Urban Design & Planning Principal皮特·卡爾索普(Peter Calthorpe)，在其著作《未來美國大都市：生態(tài).社區(qū).美國夢》一書中提出TOD模式。他倡導(dǎo)以公共交通為導(dǎo)向，提出在公共交通站點(diǎn)周邊400～800 m(步行5～10 min)為半徑范圍內(nèi)，進(jìn)行高強(qiáng)度、多功能的混合土地開發(fā)利用，建立產(chǎn)業(yè)、娛樂、居住、教育及醫(yī)療為一體且適宜步行的活力新區(qū)[1]。TOD理念在城市軌道交通的應(yīng)用場景效應(yīng)表現(xiàn)為：一方面，城市政府在交通發(fā)展規(guī)劃建設(shè)時，以大運(yùn)量、高效率、低污染的軌道交通為骨干，配合軌道交通站點(diǎn)地下地上良好的立體步行系統(tǒng)，以及與城市地面其他公共交通方式接駁的換乘系統(tǒng)，形成城市綜合立體公共交通體系，引導(dǎo)城市居民在出行時減少對地面交通(尤其是私家車)的需求；另一方面，政府相關(guān)部門在城市總體規(guī)劃和區(qū)域規(guī)劃時，應(yīng)以軌道交通站點(diǎn)為中心，有效地引導(dǎo)和推進(jìn)高強(qiáng)度的商貿(mào)、商務(wù)、居住、服務(wù)等功能的綜合開發(fā)，使居住、就業(yè)、交通、休憩等城市四大主要功能集中在城市軌道交通站點(diǎn)輻射范圍內(nèi)，最大限度地吸引市民使用城市軌道交通。通過城市軌道線路沿線交通站點(diǎn)間的聯(lián)系和軌道交通線網(wǎng)形成的城市軌道交通TOD廊道，對城市區(qū)域的交通效應(yīng)產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)公共交通引導(dǎo)城市發(fā)展的TOD模式效應(yīng)。經(jīng)典的TOD模式場景效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)，最為核心的是以軌道交通站點(diǎn)為核心的一定半徑范圍內(nèi)的土地利用方式，是否按高密度開發(fā)(density)、多樣性利用(diversity)和行人導(dǎo)向設(shè)計(design)等3D原則進(jìn)行土地功能用途的混合配置優(yōu)化[2]，是否達(dá)到城市功能與資源配置的高效運(yùn)用?？梢姡鞘熊壍澜煌═OD模式的應(yīng)用，應(yīng)以軌道交通站點(diǎn)輻射范圍內(nèi)的土地利用方式是否符合TOD本質(zhì)內(nèi)涵的要求作為價值判斷。

2 相關(guān)實(shí)踐與研究

近年來，國內(nèi)包括北京、上海、深圳、成都等城市在內(nèi)的40多個城市，應(yīng)用TOD模式進(jìn)行城市規(guī)劃建設(shè)。實(shí)踐表明，各城市間在城市軌道交通TOD模式發(fā)展水平方面的效果差異較大，應(yīng)重視城市軌道交通TOD模式應(yīng)用的發(fā)展質(zhì)量。2020年度《中國城軌TOD指數(shù)報告》表明，北京、上海、深圳、廣州、廈門等城市軌道交通站點(diǎn)800 m范圍內(nèi)的人口覆蓋率均超過了35%，其城市 TOD 指數(shù)表現(xiàn)也較為優(yōu)秀，而天津、武漢、重慶、成都、杭州等軌道交通發(fā)展規(guī)模較大的城市的人口覆蓋率卻相對較低；全國37個軌道交通城市的TOD指數(shù)平均得分為59.5，其中最高的深圳市得分為90.9，最低的溫州市得分僅為33.2[3]。各城市軌道交通TOD發(fā)展質(zhì)量水平的差異既折射出各城市在軌道交通規(guī)劃與建設(shè)引導(dǎo)政策制定中對TOD理念的認(rèn)知差異，也反映了各城市軌道交通站點(diǎn)土地混合開發(fā)利用的實(shí)踐過程與效果在符合TOD模式內(nèi)涵要求上的水平差異。

相關(guān)專業(yè)人員對如何認(rèn)識軌道交通TOD區(qū)域土地混合利用及其優(yōu)化方法進(jìn)行了探討。楊萬波等認(rèn)為，保證TOD實(shí)施效果的關(guān)鍵有3個方面：一是在城市規(guī)劃設(shè)計層面，要始終遵循TOD原則和發(fā)展理念；二是在規(guī)劃實(shí)施層面，要堅持科學(xué)合理的建設(shè)時序引導(dǎo)；三是政府部門要高度重視，通過有效的體制機(jī)制保障促進(jìn)TOD落實(shí)[4]。陸化普認(rèn)為，TOD模式是實(shí)現(xiàn)土地利用和交通系統(tǒng)互動的重要途徑[5]。莫一魁等從政府角度出發(fā)，以提高軌道交通運(yùn)量、提高規(guī)劃區(qū)域環(huán)境品質(zhì)和均衡利用土地為目標(biāo)，定量優(yōu)化上海徐家匯軌道交通車站周邊的土地利用，確定土地的利用類型和容積率[6]。陳威等從研究城市軌道交通TOD廊道內(nèi)多個站點(diǎn)的TOD區(qū)域土地利用視角，提出了城市軌道交通的可達(dá)性最大化、土地開發(fā)的經(jīng)濟(jì)回報最大化和環(huán)境影響最小化，并使用遺傳算法確定范圍內(nèi)土地利用的種類和容積率[7]。Han等基于TOD理論，根據(jù)Frank-Wolfe和Dial相結(jié)合的MMAS算法，提出了一個土地利用優(yōu)化綜合模型[8]。崔敘等針對中國城市特點(diǎn)研究認(rèn)為，應(yīng)充分發(fā)揮站點(diǎn)、站群、站區(qū)在不同尺度下TOD的作用，建立公共交通導(dǎo)向的發(fā)展機(jī)制與規(guī)劃模式，從而促進(jìn)城市高質(zhì)量和健康發(fā)展[9]。但是，通過經(jīng)濟(jì)效益最大化來確定TOD內(nèi)部的土地利用方式，與TOD模式的圈層土地混合利用理念并不完全相符，而合理的圈層劃分是發(fā)揮TOD規(guī)劃作用的重要方法[10]。向曉琴等通過文獻(xiàn)分析研究發(fā)現(xiàn)，TOD在中國已初步形成研究體系，演化傳承連續(xù)性強(qiáng)，具有理論方法、城市化、規(guī)劃與實(shí)踐、城市空間結(jié)構(gòu)、開發(fā)模式、公共交通體系、土地利用、交通管理與控制、人性化等多研究領(lǐng)域，各領(lǐng)域聯(lián)系緊密，共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，其中公共交通體系和開發(fā)模式亟待加強(qiáng)理論研究，而規(guī)劃與實(shí)踐、人性化、交通管理與控制存在發(fā)展瓶頸，未來研究應(yīng)重點(diǎn)突破[11]。

既有研究比較重視軌道交通TOD區(qū)域土地混合利用優(yōu)化時的要素及關(guān)系配置研究，但既考慮獨(dú)立的城市軌道交通站點(diǎn)土地混合利用、又兼顧軌道交通站點(diǎn)間聯(lián)系構(gòu)成的TOD區(qū)域或廊道土地混合利用的研究較少，以量化方法進(jìn)行的相關(guān)研究就更為薄弱。

筆者認(rèn)為，從城市發(fā)展的目標(biāo)看，在規(guī)劃城市軌道交通站點(diǎn)的土地混合利用方式時，應(yīng)兼顧考慮相鄰軌道交通站點(diǎn)TOD區(qū)域土地利用的相互影響。城市軌道交通線網(wǎng)導(dǎo)致在同一區(qū)域內(nèi)存在多個軌道交通站點(diǎn)，通過軌道交通線的相互連接，居民可以快速便捷地到達(dá)任意一個在地鐵線網(wǎng)內(nèi)的TOD站點(diǎn)，并形成土地利用方式間的相互影響，所以應(yīng)將它們視為互有關(guān)系的整體統(tǒng)籌考慮。在實(shí)際情況下，居民也確實(shí)會通過乘坐地鐵，到其他站點(diǎn)的軌道交通TOD區(qū)域的商業(yè)區(qū)、政府部門或是醫(yī)院等進(jìn)行相關(guān)的活動。基于此，需要嘗試從城市軌道交通TOD模式的本質(zhì)內(nèi)涵出發(fā)，研究TOD區(qū)域土地混合利用時涉及的變量及關(guān)系，使用粒子群算法，探討城市軌道交通TOD區(qū)域內(nèi)的土地使用方式，以及開發(fā)強(qiáng)度的優(yōu)化開發(fā)方法，以提高軌道交通站點(diǎn)TOD區(qū)域的發(fā)展水平。

3 TOD優(yōu)化評價模型

3.1 優(yōu)化對象選擇和優(yōu)化目標(biāo)確定

為研究觀察方便，選取軌道交通城市站點(diǎn)TOD區(qū)域，在這里以軌道交通站點(diǎn)為核心，確定周圍適當(dāng)半徑距離范圍的土地為研究對象①。在此范圍內(nèi)，居民通常步行時間在4～10 min內(nèi)。

城市軌道交通TOD區(qū)域發(fā)展核心目標(biāo)屬于公共利益目標(biāo)，應(yīng)從TOD的3D理念出發(fā)，以城市區(qū)域公共功能的實(shí)現(xiàn)、以城市區(qū)域土地利用規(guī)劃和城市的空間形態(tài)優(yōu)化為內(nèi)容進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)化，其軌道交通站點(diǎn)TOD區(qū)域優(yōu)化評價指標(biāo)體系一般涉及居民生活質(zhì)量、城市空間布局、環(huán)境質(zhì)量、公共交通系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)效益等[12-13]。

根據(jù)我國城市用地分類[14]，結(jié)合TOD的特點(diǎn)和本研究的實(shí)際情況，將城市軌道交通站點(diǎn)TOD區(qū)域用地類型確定為5類，包括待開發(fā)土地、居住用地、商業(yè)用地、公共用地、綠地和廣場用地(包括公共停車場等對容積率不敏感的用地方式)。待開發(fā)用地為閑置的地塊，可進(jìn)行開發(fā)但還未確定土地利用方式；商業(yè)用地為商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地，承載TOD區(qū)域內(nèi)的商業(yè)、金融業(yè)、工作就業(yè)等等設(shè)施設(shè)備；公共用地包括公用設(shè)施用地和公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地，承載醫(yī)療衛(wèi)生、政府機(jī)構(gòu)、文化科研、體育教育宗教等設(shè)施設(shè)備，滿足居民的日常生活需求；綠地和廣場用地包括綠地、道路用地、廣場用地，同樣需要滿足居民日常生活的需求，但是此類用地對容積率并不敏感。

3.2 TOD區(qū)域土地利用優(yōu)化模型構(gòu)建 3.2.1 土地混合利用優(yōu)化的指標(biāo)體系選擇

基于TOD模式理念及TOD區(qū)域土地利用的3D原則，對軌道交通TOD區(qū)域土地混合利用優(yōu)化指標(biāo)確定為TOD區(qū)域可達(dá)性、環(huán)境品質(zhì)、土地利用的功能多樣性、土地利用層級結(jié)構(gòu)4個指標(biāo)。

1) TOD區(qū)域可達(dá)性?？蛇_(dá)性在交通規(guī)劃中是一個非常重要的概念，反映城市居民利用軌道交通達(dá)成出行目的的程度。目前，雖然不同學(xué)者對于可達(dá)性有不同的理解，但本質(zhì)上是指該地區(qū)在整個區(qū)域中所處的地位[15]。

在計算可達(dá)性的空間相互作用模型中，最常用的是Hansen提出的潛力模型[16]。第i個城市軌道交通TOD區(qū)域的可達(dá)性可表示如下：

式中：Dj為區(qū)域j的機(jī)會(學(xué)者陳威曾使用區(qū)域商業(yè)用地面積作為機(jī)會[7])，這里與j區(qū)域各土地(商業(yè)、公共與綠地和廣場用地)的建筑加權(quán)面積成正比(權(quán)重由該類土地的交通吸引人數(shù)確定，綠地和廣場用地假設(shè)容積率為1代入計算)；Tij為從區(qū)域i到j(luò)所需要花費(fèi)的時間；γ為反映距離阻抗影響程度的指數(shù)參數(shù)。

軌道交通TOD區(qū)域可達(dá)性越大，說明該TOD區(qū)域?qū)用竦某鲂形υ酱螅瑢⒃撝党艘栽摰貐^(qū)的居住面積，可以得到該軌道交通TOD區(qū)域的居民的出行潛力[17]如下：

式中，Oi為第i個區(qū)域的居住用地建筑總面積。

通過計算，可以得到第一個規(guī)劃目標(biāo)如下：

2) TOD區(qū)域環(huán)境品質(zhì)。環(huán)境品質(zhì)是軌道交通站點(diǎn)TOD區(qū)域內(nèi)的自然環(huán)境和社會生活環(huán)境的質(zhì)量水平，直接影響區(qū)域內(nèi)居民的幸福感。Forouhar等的研究表明，德黑蘭納斯?fàn)柹鐓^(qū)的部分公共設(shè)施用地、公共服務(wù)用地、公園等用地轉(zhuǎn)化為商業(yè)辦公用地后，78%的受訪居民認(rèn)為生活質(zhì)量明顯下降，其原因是商業(yè)用地等增加后，吸引了大量區(qū)域外的人員進(jìn)入，區(qū)域服務(wù)被大量占用，也就是人均公共設(shè)施設(shè)備量減少[18]。環(huán)境品質(zhì)可以由城市軌道交通TOD區(qū)域內(nèi)各類公共設(shè)施用地面積與居住和商辦類用地的總建筑面積的比值來表示，其值越大表示環(huán)境品質(zhì)越佳[19]。

因?yàn)楣P者的研究對象是多個關(guān)聯(lián)的城市軌道交通TOD區(qū)域構(gòu)成的整體，假設(shè)TOD區(qū)域居民有時會從一個TOD區(qū)域到達(dá)另一個TOD區(qū)域去享受公共服務(wù)，如乘坐地鐵去公園或者去醫(yī)院等地，所以定義TOD區(qū)域環(huán)境服務(wù)品質(zhì)如下：

式中，Sib為第i個城市軌道交通TOD區(qū)域中商業(yè)用地的總建筑面積，Sir為第i個城市軌道交通TOD區(qū)域中居住用地的總建筑面積，areaip為第i個TOD中公共用地的總用地面積，areaig為第i個TOD中綠地和廣場用地的總用地面積，α為調(diào)整參數(shù)。

考慮到TOD區(qū)域內(nèi)的居民去公共設(shè)施采取的是步行方式，且時間一般在4～8 min，而去TOD區(qū)域外是乘坐地鐵，所以α取f(4)。可以得到第二個規(guī)劃目標(biāo)如下：

3) TOD區(qū)域土地利用功能多樣性。在城市軌道交通TOD區(qū)域土地利用混合度較高的情況下，居民的休閑娛樂出行將以非機(jī)動出行方式為主，小汽車出行率較低[20]。因?yàn)榫用窨梢栽诋?dāng)?shù)亟佑|到休閑娛樂設(shè)施，可以減少小汽車尾氣的排放量，符合“公園城市”的理念[21]。土地多樣性可以說明城市軌道交通TOD區(qū)域土地利用的混合程度，該土地利用的混合程度可以引入信息論中熵的原理表達(dá)[22]，并通過土地利用結(jié)構(gòu)信息熵反映城市用地的有序程度，熵值越高各類土地的面積相差越小，計算公式如下：

式中，σk為第k類土地面積所占比例，不考慮未開發(fā)土地。

由此，可以得到第三個規(guī)劃目標(biāo)如下：

4) TOD區(qū)域土地利用層級結(jié)構(gòu)。城市軌道交通TOD區(qū)域土地利用層級結(jié)構(gòu)，可滿足居民的居住、娛樂、購物等需求[23]。與國外不同，我國的城市軌道交通TOD區(qū)域規(guī)劃并非以控制郊區(qū)蔓延為直接目的，而是更注重對內(nèi)部核心區(qū)的建設(shè)。廣州、深圳、成都等地對城市軌道交通站點(diǎn)TOD區(qū)域范圍進(jìn)行了詳細(xì)的層級劃分。根據(jù)《成都市軌道交通TOD綜合開發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃》，成都的城市軌道交通694個站點(diǎn)被分為四級五類，不同類型的城市軌道交通TOD區(qū)域設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)圈層式功能布局，以保證TOD內(nèi)部結(jié)構(gòu)與站點(diǎn)自身的定位相適應(yīng)。因此，定義土地利用層級結(jié)構(gòu)如下：

式中：Lj表示理想情況下TOD區(qū)域第j類用地類型處于軌道交通站的距離范圍的計算值，lij表示TOD區(qū)域第j類土地利用方式的第i塊土地距離軌道交通站的距離，Sij表示第j類土地利用方式的第i塊土地的面積。

L的取值根據(jù)當(dāng)?shù)豑OD劃分的圈層，以城市軌道交通車站為原點(diǎn)做平面直角坐標(biāo)系，可以得到TOD區(qū)域內(nèi)某一塊土地到軌道交通車站的距離l如下：

例如，按照理想的城市軌道交通TOD區(qū)域規(guī)劃，對以軌道交通車站為核心的各個圈層設(shè)置不同的功能用地，如果某地塊在距軌道交通車站200～400米的圈層(見圖1)被規(guī)劃設(shè)置為居住用地，則此處的L1為

圖1 TOD圈層示例 Figure 1 Example of TOD circle

城市軌道交通TOD區(qū)域內(nèi)一塊土地D是一個以軌道交通車站原點(diǎn)為圓心、半徑為200 m的圓及一個以原點(diǎn)為圓心、半徑為400 m的圓，斜率為tan(1/8pi)的直線和斜率為tan(3/8pi)的直線圍城的圖形(見圖2)，則有

圖2 TOD區(qū)域中地塊 Figure 2 Land of TOD areas

如果TOD區(qū)域內(nèi)D地塊為居住用地，則按照式(8)計算值為0，說明該土地的使用完全符合理想TOD模式內(nèi)涵的土地開發(fā)規(guī)劃，由此可以得到第4個規(guī)劃目標(biāo)如下：

5) TOD區(qū)域土地利用容積率。城市管理當(dāng)局會規(guī)定TOD區(qū)域不同種類土地利用方式的容積率的最大值和最小值，以使城市不同區(qū)域土地的使用符合城市管理規(guī)范要求，如成都市各類城市土地利用的容積率規(guī)定如表1所示。

表1 成都市不同用地類型容積率上下限規(guī)定② Table 1 The upper and lower limits of the floor area ratio of different land types in Chengdu

3.2.2 TOD區(qū)域土地混合利用優(yōu)化的算法

粒子群優(yōu)化算法(PSO)是一種進(jìn)化計算技術(shù)(evolutionary computation)，1995 年由Eberhart 博士 和kennedy 博士提出，最初是受到飛鳥集群活動的規(guī)律性啟發(fā)，進(jìn)而利用群體智能建立了一個簡化模型。粒子群算法在對動物集群活動行為觀察的基礎(chǔ)上，利用群體中的個體對信息的共享，使整個群體的運(yùn)動在問題求解空間中產(chǎn)生從無序到有序的演化過程，從而獲得最優(yōu)解。這里，將粒子群優(yōu)化算法引入城市軌道交通TOD區(qū)域土地混合利用優(yōu)化。

1) DPSO。在本模型中，城市軌道交通TOD區(qū)域土地利用的類型值取整數(shù)，而土地利用容積率一般也是精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，因?yàn)槠淙≈狄彩请x散的，所以本研究采用離散粒子群算法。在每一次迭代中，利用理想解法找出TOD區(qū)域土地地塊利用適應(yīng)度最高的個體(評價分?jǐn)?shù)最高的方案)，作為群體最優(yōu)位置[23]，如表2所示。

表2 土地種類與容積率映射到編碼 Table 2 Map of land types and plot ratios to codes

在TOD中，待開發(fā)用地可能取編碼1～N中的一個，也就是粒子某一維度的位置能取得的值。

①粒子的位置與速度，與PSO相同，用數(shù)字表示如下：

式中：c1、c2是學(xué)習(xí)因子，Xpbest是個體歷史最優(yōu)位置，Xgbest是群體歷史最優(yōu)位置。

修改后的位置、速度計算方式的操作類似遺傳算法里交換基因片段，但PSO的記憶性是GA不具有的優(yōu)點(diǎn)。

⑦排斥算子。PSO算法收斂速度較快、易早熟，而對于缺乏慣性的DPSO更是如此。為了解決這個問題，定義排斥算子(repulsion operator)：對位置中的每一維數(shù)據(jù)，如果它與歷史最佳值(或全局最佳值)相同，則以一定的概率為其隨機(jī)生成一個新的速度，用來置換原來的速度。

2) TOPSIS。在DPSO算法中，每一次迭代都有大量的粒子，這些粒子的位置就代表了不同的方案。采用理想解法來評價不同粒子的位置好壞程度，并找到最優(yōu)的粒子位置記錄為群體最優(yōu)位置。每一個編碼翻譯后，填入完整的TOD土地混合利用表格，可以算出評價矩陣。假設(shè)算法產(chǎn)生500個粒子。

其中，max(fi*)記錄為粒子群群體的最優(yōu)位置評分，對應(yīng)的方案為粒子群的群體最優(yōu)位置。

3.2.3 TOD區(qū)域土地混合利用優(yōu)化算法流程

通過CAD內(nèi)的現(xiàn)狀用地圖，獲得土地的數(shù)據(jù)，作為優(yōu)化模型的輸入。優(yōu)化模型完成迭代后，輸出優(yōu)化的土地利用方案，將結(jié)果通過CAD轉(zhuǎn)化為規(guī)劃用地圖，算法流程如圖3所示。

圖3 算法流程 Figure 3 Algorithm flow

4 土地混合利用實(shí)例研究

4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

用地類型：0，待開發(fā)用地；1，居住用地；2，商業(yè)用地；3，公共用地；4，綠地和廣場用地。選取成都市城市軌道交通的騾馬市站、人民北路站、光華公園站和東郊記憶站以及周圍地塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。根據(jù)成都市城市軌道交通TOD規(guī)劃，這4個站均為城市商圈核心站。其中，騾馬市站與人民北路站相隔較近，通過成都地鐵1號線連接，通勤時間為7 min，且兩站都靠近市中心。

因?yàn)?個軌道交通TOD區(qū)域都是商圈核心型TOD，所以4個TOD的權(quán)重都相同，由專家填寫的AHP判斷矩陣，得出4個指標(biāo)的權(quán)w=[0.4896，0.1579，0.2230，0.1295](見表3)，并且根據(jù)成都TOD圈層規(guī)劃，其L值也相同，L=[5450/9，650/3，1225/3，1225/3]。在存在其他類型的軌道交通TOD區(qū)域時，只需由專家打分得出其權(quán)重，并且根據(jù)該TOD區(qū)域類型的圈層，用式(9)算出相應(yīng)的L值即可，算法流程如圖3所示。

表3 權(quán)重值 Table 3 Weights

4.2 結(jié)果分析

計算軟件使用Matlab，學(xué)習(xí)因子c1、c2取0.2與0.3，考慮帶粒子群算法收斂較快，排斥算子的個體多樣性下限取0.8。4個粒子群在經(jīng)歷了5 000次迭代后，獲得了評分較為接近的結(jié)果，且在最后1 500次迭代過程中群體最優(yōu)解沒有發(fā)生變化(見圖4)。

圖4 土地利用方案評分趨勢 Figure 4 Land use scheme scoring trends

圖5為現(xiàn)狀用地，也就是本次實(shí)例的優(yōu)化對象。算法設(shè)置了4個粒子群，輸出4個方案。選取其中一個方案，將得出的規(guī)劃結(jié)果返還到CAD上(見圖6)。該方案由初始評分0.607 32，經(jīng)5 000次迭代后達(dá)到0.657 88。剩余3個方案的最終評分為0.658 66、0.657 59、0.650 58，結(jié)果非常接近。

圖5 現(xiàn)狀用地 Figure 5 Current land use

圖6 規(guī)劃后用地 Figure 6 Planned land use

表4為優(yōu)化對象內(nèi)待開發(fā)土地的使用方案。待開發(fā)土地(土地種類0)根據(jù)模型，分為居住用地(土地種類1)、商業(yè)用地(土地種類2)、公共用地(土地種類3)、綠地和廣場用地(土地種類4)，并規(guī)劃容積率。

表4 算法尋優(yōu)后土地利用規(guī)劃 Table 4 Land use planninge after algorithm optimization

將表4的4種土地類型面積分別求和，得到每個TOD站點(diǎn)的待開發(fā)土地總體規(guī)劃情況，也就是每個TOD站點(diǎn)的待開發(fā)用地規(guī)劃為4種用地的面積，如表5所示。

表5 各個站點(diǎn)增加的用地面積 Table 5 Increased land area for each site m2

4.3 結(jié)果評價

光華公園站本身就有公園，廣場和綠地面積足夠，所以算法沒有增加廣場和綠地的面積。規(guī)劃后公共用地占13.2%，綠地和廣場用地占12.5%。同時，站點(diǎn)周圍有極高容積率的商業(yè)用地，還有一般容積率的住宅用地。站點(diǎn)周圍只有一個市政用地屬于公共用地，缺乏醫(yī)院、學(xué)校等公共設(shè)施來保障居民的生活質(zhì)量。算法提高了公共用地的面積，使該TOD成為環(huán)境較好的地區(qū)，并增加了適量的居住和商業(yè)用地，以保證該地產(chǎn)生的公共交通量。

東郊記憶站本身商業(yè)發(fā)達(dá)，擁有高容積率的商業(yè)用地和居住用地。為保障該地的環(huán)境，規(guī)劃了大量的公共用地、廣場和綠地。只是在靠近站點(diǎn)的位置增加了少量高容積率的商業(yè)用地，在較遠(yuǎn)處增加了一塊居住用地。規(guī)劃后公共用地占17.7%，綠地和廣場用地占18.1%。

騾馬市站和人民北路站都在靠近市中心的位置，且兩站只需要花費(fèi)7 min就可以到達(dá)。根據(jù)勞瑞模型，兩地的公共設(shè)施是能夠互相產(chǎn)生較大影響的。以上4個TOD的H值分別為0.582、0.538、0.540和0.317。騾馬市站TOD本身有大量的公共用地，擁有醫(yī)院、學(xué)校、運(yùn)動場、博物館等完善的公共設(shè)施，且擁有高容積率的商業(yè)用地，同時因?yàn)榭拷兄行?，綠地的收益明顯較低，算法增加了大量的居住用地。同理，人民北路站靠近市中心，且有大量的居住用地和商業(yè)用地，因?yàn)殡x騾馬市站較近，可以方便、快速地到達(dá)騾馬市站周圍的學(xué)校、運(yùn)動場等，所以即使本地公共設(shè)施不算完善，也僅有的一部分待開發(fā)用地規(guī)劃為商業(yè)用地，另一部分規(guī)劃為公共用地，這也解釋了為什么人民北路站TOD的H值較低。

5 結(jié)語

TOD在全國乃至世界都成為一個熱點(diǎn)話題，這是因?yàn)樗睦砟罘峡沙掷m(xù)發(fā)展、精明增長和新城市主義，也匹配城市促進(jìn)模式轉(zhuǎn)變，減少對汽車移動的依賴，減少出行距離，達(dá)到創(chuàng)造宜居、有意義、 機(jī)會誘導(dǎo)、社會刺激性和包容性社區(qū)的目的。TOD本身強(qiáng)調(diào)交通導(dǎo)向，城市內(nèi)每個TOD并非獨(dú)立的空間，地鐵線路的連接、居民的流動使TOD之間產(chǎn)生聯(lián)系；相同類型的TOD，因其交通地位不同，土地的利用也會不同。利用交通模型，將城市里面的TOD連接起來整體定量規(guī)劃，而不是以往那樣將每個TOD單獨(dú)規(guī)劃。利用離散粒子群算法，得出了成都4個TOD統(tǒng)一規(guī)劃的多個方案，并討論其中一個方案。從結(jié)果可以得出，可達(dá)性較高的TOD擁有比例更高的居住和商業(yè)用地，這與實(shí)際相符，往往越靠近市中心，商業(yè)用地占比越高，居住用地占比次之。

本模型可以將數(shù)量更多的TOD統(tǒng)一規(guī)劃，TOD所處的交通位置影響將會更加明顯，得出的方案也更加科學(xué)。模型的結(jié)果受4個指標(biāo)權(quán)重的影響較大，以上4個站的TOD類型都是商圈核心型TOD，針對不同的TOD類型，需要分別確定權(quán)重。本研究的4個TOD的半徑都為700 m，但是對于其他任意的TOD，算法依然適用。模型只考慮了地鐵對TOD的連接，實(shí)際上公交車等公共交通方式也會對TOD之間的連接產(chǎn)生影響。確定各類公共交通對于可達(dá)性的影響，是后續(xù)的研究方向。TOD的內(nèi)涵不斷豐富，在復(fù)雜且不斷變化的環(huán)境下，不斷產(chǎn)生新的建設(shè)目標(biāo)。在諸多的因素、龐雜的關(guān)系下，土地利用方式成為一個需要多方面考慮的問題。通過定量分析構(gòu)建這樣一個描述框架，把握內(nèi)外層影響，是研究的一個新的角度。

注釋

① 如成都市在《成都市軌道交通TOD綜合開發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃》中明確提出軌道交通TOD“137”模式，即軌道交通站點(diǎn)周邊100、300、700 m范圍的土地為TOD區(qū)域的各個圈層。

② 容積率為成都自然資源和規(guī)劃局官網(wǎng)能找到的最大、最小容積率，綠地和廣場用地不需要容積率這個數(shù)據(jù)，但是為了保證其在算法中有一定的“寬度”，故設(shè)計了容積率上下限。