基于GIS石河子市建筑密度空间分布规律的分析

刘琳，张正勇，唐泽君

（石河子大学理学院地理系，石河子832003）

建筑密度指一定地块内所有建筑物的基底总面积与占用地面积的比例（%）［1］，是城市规划的定额指标之一［2］，间接反映城市用地效率，是影响建设单位经济利益的重要技术参数［3］，同时也是衡量一个城市居住、交通和绿化等环境的综合性指标，与城市生态环境保护密不可分。目前，关于建筑密度的研究主要有两个方面：一方面探讨建筑密度与城市规划和建设的关系及其影响因素［3－4］，认为高建筑密度往往与绿地缩水、城市空气质量恶化［5］、交通拥挤［6］等问题伴生，提出不可盲目提高建筑密度和容积率以提高用地效率，而应在保证适宜的绿地、交通和公共设施的前提下因地制宜、科学规划，兼顾经济效益、环境效益和社会效益。另一方面的研究主要探讨建筑密度的定量计算的方法和技术，其中基于GIS［7］和 RS［8－9］的大范围快速提取技术日益受到重视。

新疆石河子市地处西北内陆干旱区，是一个典型的人工绿洲城市。目前，石河子正处于社会经济快速发展阶段，经济结构、土地利用方式、城市规模、城市功能、城市形态及城市与区域的关系等都在发生着深刻变化。城市发展必然对城市用地提出更多的要求，如增加城市用地、提高用地效率等，石河子市土地资源利用形势日趋严峻。同时，由于地理位置、气候条件等因素，石河子市生态系统比较脆弱，因而在城市发展的同时还必须格外重视生态环境保护，科学规划城市绿地，建立生态型、可持续发展的石河子市。建设用地的空间分布与城市人口、经济的空间分布具有较强的空间相关关系［10］，城市发展在很大程度上反映在建筑物的空间分布上。

本文借助RS技术提取建筑物，采用GIS技术进行格网化处理、定量计算和可视化表达，分析石河子市建筑密度的空间分布及梯度变化等，以准确掌握石河子市城市发展状况及土地利用情况，为城市规划、土地利用和生态建设等提供科学指导，为解决提高用地效率和改善生态环境这对矛盾提供重要参考依据。

1 数据及研究方法

1．1 数据说明

以石河子市2005年Quickbird正射影像为主要数据源，从中提取建筑物基底图，同时辅以行政区划图、道路格网图和城市绿地分布图等基础地理空间数据。

1．2 研究方法

以格网作为统计单元，格网建筑密度＝［格网中建筑物基底面积］／［格网面积］，利用ArcGIS9．3空间统计、空间分析和可视化等功能研究石河子市建筑密度空间分布特征。

1．2．1 生成格网及格网中心点

空间地物在不同空间分辨率下空间分布特征往往呈现较大差异，只有在特定的尺度范围内才能被有效、完整地观察和测量［11］。为了在保证研究精度的同时控制计算量，结合石河子市规整的棋盘式规划格局，以各小区面积为参考和依据，采用ArcGIS 9先后试验了边长0．15、0．3、0．5、0．7km 四个正方形格网尺寸方案，最终确定0．3km×0．3km格网作为基本统计单元，同时计算各格网中心点坐标并输出格网中心点文件。

1．2．2 建筑物密度计算

将格网和建筑物基底图空间叠加，分别得到各格网单元上的建筑物基底面积和非建筑物面积，再利用上述公式求得各格网建筑物密度，并通过属性联接将其赋给对应网格中心点。

1．2．3 空间插值及可视化

空间插值是用已知点的数值估算其他点的数值的过程。在考虑网格中心点数量及特征、对比各插值方法优缺点和插值结果的基础上，选定样条函数法进行空间内插，生成的建筑密度数字模型使梯度曲线更接近样本点，并保留了其细部特征。

2 石河子市建筑密度空间分布特征的分析

石河子市建筑密度空间分布如图1所示。

研究区格网总面积为64．8km2，其中建筑物总面积为5．571km2，平均建筑密度仅为8．6%，与发达城市差距较大［2］。

2．1 等级分布特征

由表1可见：石河子市建筑密度在0．00%～54．91%之间，按其数值范围划分为四个等级。其中，低建筑密度格网（一等）占绝对优势，高建筑密度格网（四等）仅占3．05%，说明石河子市建筑密度水平整体较低。同时，现有建筑以6层以下（含6层）的低层建筑为主，6层以上的中、高层建筑很少，即以低容积率的建筑为主。说明石河子市城区土地利用集约程度不高，尚有较大的提升空间，可以向“高容积率”发展。

表1 石河子市建筑密度等级分布Tab1．The scale distribution of Shihezi＇s building density

2．2 总体空间分布特征

图1显示：石河子市建筑密度总体呈现中心分布特征，即以幸福路和西小路为骨架，由东一路、西二路、乌伊公路和北三路围成的区域是石河子市高建筑密度区，平均建筑密度为24．24%。该区是石河子市规划的老中心区，主要为商贸、文化和居住区，分布着石河子市主要的商业中心（街）、公共设施、公共建筑和集中住宅区，密集的人口、便利的交通条件和优越的公共设施条件为经济发展奠定了坚实的基础，各类建筑较为密集。另外，在厂、矿建筑物集中分布的西工业区及城乡结合部的农村居民点也零散分布有少量的高建筑密度格网。

中心区外的建筑密度递减，城区外围主要为大面积的低建筑密度区，东工业区部分区域和城郊大片土地为未利用土地或耕地，零建筑密度格网共224个，占总网格数的31．11%。

石河子市老的中心区建筑密度在今后将大体维持现状。随着石河子市“十一五”规划的推进，东工业区发展迅速，先后引进了众多知名企业落户，建筑物迅速增加，建筑密度逐年提高，加上大量新开发的各类房产，未来在此将出现新的高建筑密度中心，呈现由“单中心”向“多中心”发展的趋势，土地利用集约程度将显著提高，这也显现出石河子市的东扩趋势和经济发展重心逐渐东移的趋势。

图1 石河子市建筑密度空间分布图Fig1．The spatial distribution map of Shihezi＇s building density

2．3 空间梯度变化分析

空间梯度变化分析主要建立在建筑密度数字模型基础之上，通过绘制建筑密度等值线和剖面图反映。以中心区幸福路和西小路交点向外围八方向做建筑密度剖面分析，结果见图2。

图2 石河子市正东（A）、正西（B）、正南（C）、正北（D）、东北（E）、东南（F）、西南（G）、西北（H）方向建筑密度剖面图Fig2．The profiles of Shihezi＇s building density in the east（A），west（B）south（C），north（D），northeast（E），southeast（F），southwest（G），northwest（H）and southeast direction

图2显示，中心区到城市边缘建筑密度的梯度变化呈现以下特征：

1）从中心区向外，随距离的增加建筑密度整体呈明显的下降趋势；

2）建筑密度高低过渡较平缓，以正西和正北方向最为典型，但各方向上的过渡范围在1．5～2km不等；

3）剖面线的低谷主要由城市绿地和公共设施产生，绿地率较高而建筑物较稀疏使得建筑密度迅速降低，如正南方向穿过游憩广场、音乐广场，东南方向穿过东公园绿化带，西南方向穿过占地面积较大的西公园，造成了整条剖面线的起伏和波动；

4）正东方向建筑密度曲线整体起伏不大，在东工业区建筑密度升高趋势已初见端倪，未来将会出现新的高密度区，东西方向上将形成“U”型密度曲线。

2．4 建筑密度与城市道路的关系

石河子市中心区道路密度为4943．7m／km2，道路密集且连通性比较好，交通便利、物流发达、人口集中、经济繁荣，为形成商业中心提供了良好的外部条件，建筑密度也相对较大（图1）。这印证了道路对土地利用方式有一定影响，便利的交通可以促进区域的经济发展和建筑的空间聚集［7］。

2．5 建筑密度与城市绿地的关系

在城市用地有限的情况下，高建筑密度意味着其他土地利用类型，尤其是具有重要生态和美学功能的城市绿地等开敞空间的减少，二者呈反向关系。石河子市中心区绿地分布较少（图1），平均绿地率只有17．08%，远远低于石河子市42%的平均绿地率和国家相关规定，环境质量也相对较差。在此区大力推广“乔－灌－藤－草”的复层立体绿化是有效改善人居环境和解决矛盾的重要途径。

3 结论

1）石河子市建筑密度整体较低，低密度区很大。

2）呈现明显的中心分布特征，并向外随距离增加逐渐递减，过渡区较宽。

3）高建筑密度中心区道路密集而绿地较少。

4）东部开发区发展迅速，将出现新的高建筑密度区，使石河子市建筑密度呈现由“单中心”向“多中心”模式发展的趋势，显现了石河子市城市东扩和经济重心东移趋势。

4 建议

石河子市中心区可维持现有建筑密度而提高东工业区的建筑密度，较大地增加建筑的容积率，以提高土地利用集约程度和单位土地利用效率；同时，应重视合理规划城市绿地，提高绿地率并用复层立体绿化代替单一结构绿化，以缓解建筑密度和城市绿地的矛盾。今后还可从建筑密度及其时空变化特征结合城市土地价格、容积率等角度进行综合深入的研究，为石河子市的健康、和谐发展提供详细依据。

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