【文章编号】1002-1329 (2019)06-0097-10
钟炜菁(1991-),女,硕士,杭州市设计研究院助理规划师。
王 德(1963-),男,博士,同济大学建筑与学院教授,博士生导师,中国学会国外学术委员会委员,本文通信作者。
精彩导读
【摘要】 城市夜间活力是一座城市的现代化程度、经济发展繁荣程度和人口活力的集聚程度的重要反映。对城市夜间活力的特征和形成机制进行研究,从而提升城市空间品质、满足城市居民活动需求显得日益重要。利用手机信令数据,对上海中心城区的夜间活力展开定量探索,可视化地表达城市夜间活力的空间分布特征、时空变化规律、不同类型夜间活力的分布差异,并对不同半径范围内的用地布局混合度与夜间生活活力值的相关性变化进行定量测算,探讨用地布局对夜间活力形成的影响。研究表明,上海中心城区的夜间活力主要呈现出商务区块状集中、内环内连绵成带的空间分布特征,产生城市夜间活力的主要业态为商务办公、酒店住宿、夜间娱乐休闲场所、批发市场、快递物流等,且不同类型的夜间活力的空间分布特征存在明显差异。相关性变化的分析结果表明,公共设施用地的大范围集聚正效应略强于居住用地,相反工业用地在周边的集聚具有负效应作用。地块自身以及其距离500m以内的公共设施用地和居住用地的混合布置对地块的活力提升具有重要的影响。据此,可为城市夜间活力提升策略中的用地混合、业态布局等方案拟定提供方法支撑与决策依据。
ABSTRACT : The nighttime vitality of a city is an important reflection of its modernization, economic prosperity and concentration of population vitality. As a result, it is increasingly significant to study the characteristics of a city’s nighttime vitality and formation mechanism, so as to enhance the quality of urban space and people's demands for activities. Using the mobile phone signaling data, this paper conducts a quantitative study on the nighttime vitality of Shanghai city center and visualizes the spatial distribution characteristics of urban nighttime vitality, spatio-temporal changes and the spatial distribution of different types of nighttime vitality. In addition, the paper measures changes in the correlation between nighttime vitality index of living and mixed land use within different radius. The results show that the nighttime vitality of Shanghai city center is characterized by gathering in the commercial and business district and a continuous high-level belt within the inner ring road. The main commercial functions which have higher vitality are business offices, hotels, nighttime entertainment sites, wholesale markets, express delivery and logistics, which apparently differ in spatial distribution. The correlation analysis result shows that the gathering effect of land for public facilities is slightly stronger than that of residential land, while industrial land has the negative influence. In addition, the mixing degree of residential land and land for public facilities within 500 meters have important influence on the nighttime vitality. Accordingly, this study can be considered as a basis for the decision-making of mixed land use and the function layout in strategies for promoting urban nighttime vitality.
KEYWORDS: mobile phone signaling data; nighttime; vitality; mixed land use; Shanghai
研究背景与目的
随着我国经济、社会进入改革转型的“新常态”发展阶段,城市建成环境的发展更加注重以人为本和城市空间结构的优化,基于人的诉求去提升空间品质。在这一背景下,探索城市活力的形成和分布规律,尤其是城市建成环境与城市空间活力产生之间的作用机制,从而指导城市空间品质的提升、更好地满足城市居民活动需求显得日益重要,也日渐成为研究的热点问题。
城市空间的活力研究自20世纪后半叶在西方国家受到众多以及地理学等领域研究者的关注,已有许多经典论著[1,2]。学者重点探讨了影响城市活力产生的物质空间因素和社会环境因素,如土地使用的混合、适宜的建筑密度、人性化的尺度、混合的功能、街道连通性、城市肌理的网络关系和分形特征[3,4]等,表明城市建成环境会对地区的活力产生显著影响,进而提出基于优化城市建成环境、影响居民行为,进而改变城市活力的空间优化策略。由于数据采集的有限性,这些研究多局限于某一街区等中微观层面,空间活力的表征主要采用的是城市白天街道上的活跃人数,由研究者观察得到,或使用研究单元中人的出行活动量进行活力的表征,由城市调查数据得到。
夜生活作为现代城市不可或缺的一部分,从侧面体现出一个城市的现代化程度、经济发展繁荣程度和人口活力的集聚程度,如伦敦在《大伦敦文化发展规划》(Cultural Planning of Greater London)中提出构建多样的夜间活力集聚区这一空间发展战略,以提高居民对公共空间的混合利用,并吸引更多游客。同时,夜间活力对认识城市建成环境与城市活力的相互作用机制、增强城市活力也具有重要作用。但在传统研究中,NASA夜间灯光数据或DMSP/OLS夜间灯光数据是仅有的可用于研究城市整体夜间活力的数据来源,因此相关研究成果较为有限,多以分析活力分布特征和时空变化趋势为主[5],对其形成机制研究的定量分析考虑不足,尤其难以涉及从个人行为视角进行研究。因此,基于个人行为规律,了解我国城市空间夜间活力的分布特征,以及影响夜间活力的城市建成环境要素,都是目前亟待回答的问题。
随着信息通讯技术的迅猛发展,更多新数据使研究者得以更加精确、细致且动态地观察微观个体与城市环境的互动,为运用定量研究方法更精细地刻画较大尺度的城市空间提供了可能,日益成为我国研究学者关注的热点[6~11]。在城市空间活力的研究中,也已开始引进更多的新技术手段及数据来源,如应用手机信令数据[12,13]、公交卡数据[14]、百度热力图[15]、大众点评[16]、微博签到[17]等数据开展城市活力相关研究。本研究使用的手机信令数据所具有的动态性、几乎全覆盖、全时性和个人精细化属性,正为目前较少涉及的夜间活力研究提供一个可整合时空两域、基于个体行为规律的人本化、精细化研究新思路,可很好地应用于夜间活力的研究。
因此,本文利用手机信令数据,对上海中心城区的夜间活力展开定量探索,可视化地表达城市夜间活力的空间分布特征、时空变化特征、不同类型夜间活力的空间分布差异,并对不同半径范围内的主要用地类型的布局混合度与夜间生活活力值的相关性变化进行定量测算,旨在探讨不同用地对夜间活力形成的影响,找出用地混合对夜间生活活力提升的影响范围,进而为提升城市夜间活力的空间规划方案拟定提供方法支撑与决策依据。
研究数据与方法
本文的研究范围是上海市外环线以内的中心城区,面积约660km2。从人口和建成环境特征上看,上海市是一个具有多元活动空间的大都市,中心城区人口密度大,城市环境密度高、功能多样、且高度混合,城市活动空间环境具有较好的代表性。从数据质量来看,上海一直以来具有国内领先的手机普及率,手机信令数据的“全样本”性更为突出。中心城区基站密集,且记录量大,在数据质量上有很好的保证(图1)。
▲ 图1 | 上海中心城区区位和土地利用现状
Fig.1 | Location and land use of Shanghai city center
研究数据主要包含手机信令数据、第六次人口普查数据和2014年上海土地利用现状图。手机信令数据为2014年上半年某两周上海2G移动用户的手机信令数据,通过与移动运营商合作方式获取。数据为匿名形式,每当手机与基站进行通信连接时,基站会进行记录,产生一条信令数据记录。每条信令数据包含用户ID、时间戳、基站位置编号、信令类型(如接打电话、接发短信、开关机、位置切换、周期性位置更新)等信息,本研究使用的手机数据日均记录到上海1600万~1900万个不同的手机识别号(约占2014年上海2415万常住人口①的70%),日均信令记录总数约5亿~9亿条左右。手机信令数据具有动态、连续、几乎城乡空间全覆盖地记录手机持有者的空间位置,且持有率高②的特征,可以较好地反映人们总体的时空间行为规律。
城市空间活力的核心为空间中从事各类活动的人,因此可以使用手机信令数据记录到的人数来表征活力的强度。研究通过对全市原始数据的整体分析,结合居住和就业行为的一般规律,制定了手机用户居住地和工作地的筛选规则[18],得到用户的居住地、工作地以及各类行为目的地的分布。将得到的分街镇居住人口数与第六次人口普查数据中的各街镇常住人口数量进行比较,发现具有较高的相关性,且在空间分布上也具有一定的可靠性。
2.3 研究框架构建
本文利用手机信令数据围绕上海中心城区的夜间活力展开定量探索(图2),首先可视化地表达城市夜间活力的空间分布特征、时空变化规律,以及各类活力类型的空间分布差异。这些特征是被观察到的表现,隐藏在其背后的则是建成环境要素对活力的影响。已有研究表明[4,19],城市土地的使用类型和空间布局是影响城市活力的重要因素。而土地利用安排也正是城市建成环境研究的核心内容之一。因此,本文重点选择了土地利用情况进行进一步的深入分析,试图找到城市夜间活力与用地布局这一重要建成环境要素之间的关系,判断土地使用的空间布局安排对城市夜间活力的影响情况,从而为规划实践中有关城市活力优化的土地空间布局策略制定提供依据。
▲ 图2 | 研究框架
Fig.2 | Research framework
2.4 数据处理与分析方法
2.4.1 信令类型与活力识别方法
手机信令数据的信令类型主要包括:主叫,包括打电话和发短信;被叫,包括接电话和收短信;开机;关机;自主切换,包括各种原因产生的小区内或小区间的基站控制器内的切换、基站控制器间的切换,以及跨移动交换中心的切换;周期更新,即在一定的特定时间内,网络与移动台没有发生联系时,移动台自动地、周期地(本数据多为1~2小时)与网络取得联系,核对数据。
各种信令类型在各时段的数量和占比不同(图3)。整体来看,被叫这一信令类型占比最大(约39.69%),其次是自主切换和周期更新,第四是主叫信令类型,约占总数的9.29%,开关机占比较低。但从各类信令类型占比随时间变化来看,在夜间时段,周期更新成为最重要的信令类型,最大占比约为80%,人主动活动产生的信令类型(如主叫、被叫等)数据量占比明显减少,可见在研究夜间活力时,有必要对数据中信令类型的构成进行考虑。
▲ 图3 | 全市信令类型统计
Fig.3 | Statistics of the signaling types in Shanghai
因此,在识别夜间活力的方法选择上,研究选择结合手机信令数据的时间、信令类型和可识别的人群组成这三个维度对用户进行筛选,通过试错法和对比校核法,最终确定识别方法如图4所示,使用按照标准筛选后得到的记录用户数来表征该空间的夜间活力。同时,为反映夜间活力的动态变化特征,研究选择晚上10点至12点作为前半夜夜间时段,凌晨2至4点作为后半夜夜间时段,分别计算夜间活力值,对比活力值的空间分布和变化特征。在空间分布特征的可视化上,研究借助ArcGIS软件的核密度分析功能,将以基站为单位记录的活力值形成以栅格为单位的空间核密度图。实践表明,该方法对于整体分布特征的揭示,尤其是集聚特征的表达具有良好的效果。
▲ 图4 | 夜间活力识别方法
Fig.4 | Method for identifying nighttime vitality
2.4.3 用地混合度计算
与其他类型的活力相比较,夜间生活活力最具复杂性和多样性,且其受到用地混合情况的影响最为明显,研究其与用地混合度之间的相互关系最具有代表性,因此,研究选择平日夜间生活活力值入手,进行与用地混合度的相关性分析。土地多样性可以带来空间功能的多样混合,这是城市活力产生的核心要素,也是有活力空间的基本属性。在土地使用类型上,本研究主要探讨居住用地(R类)、公共设施用地(C类)和工业用地(M类)这三种主要用地类型对活力的影响,具体指标如下:
(1)公共设施用地(C)、居住用地(R)和工业用地(M)三类用地面积占统计单元总面积的比例(%),即C_PER、R_PER和M_PER。这三类用地为城市中的主要用地类型,不同用地的比例体现了该单元的功能安排,而不同的功能安排会进一步影响可能产生的各类夜间活动。
(2)公共设施用地和居住用地的混合度,即I(C_R)。公共设施用地和居住用地作为城市中最重要的两类用地,与城市活力的关系尤为密切,这两类用地的混合也是实际规划实践中常提出的用以增加空间活力的重要策略,因此,本研究重点探究这两类用地的混合情况对夜间活力可能具有的影响。土地混合度指标Ij(C_R)计算方法如下:
其中,Pcj是公共设施用地(C类)面积占统计单元j总面积的比例,Prj是居住用地(R类)面积占统计单元j总面积的比例。无论居住用地和公共设施用地的面积哪个数值更高,以两者均衡程度越高,则该指标值越高,若两者面积相同,则混合度值为1。
▲ 图5 | 缓冲区绘制示意
Fig.5 | Buffer schematic diagram
基本特征
二级活跃区为淮海东路、大世界区域和中心城区西北的真如副中心区域。淮海东路和大世界地处中心城区核心区,开发强度大,功能混合多样,高层办公商务商业密集,也是酒店、休闲娱乐设施(如音乐厅)的集聚地。而真如地区则是众多批发、水产、蔬果市场的集中地,这些市场夜间仍保持着较多的工作人群,具有较强活力。
三级则是包括打浦桥、马当路在内形成的活力连绵带,该地区虽无明显的单峰高值集聚区,但整体活力较强,已连绵成带。
四级则主要分布在内环以外的外围地区,如北部的安国路舟山路附近区域、四川北路海宁路的中信广场附近、宝山路海伦国际周边、闸北区中心医院,以及西南部的水城路仙霞路居住区和吴中路莲花路附近商务商业中心。这些区域业态种类多样,包括社区活动中心、酒吧等休闲场所、商业广场、商务大楼、医院、酒店等。
周末夜间活力的空间分布整体上与平日相似,但也存在两点差异之处,一是最高活力集聚区由长寿路昌平路区域变为以大世界为核心的市级娱乐休闲场所。二是华山路、衡山路沿线酒吧集聚区,其周末活力与平日相比具有明显增加,这也侧面体现出周末居民夜间休闲娱乐活动的增加。
▲ 表1 | 不同时段夜间活力的主要指标比较
Tab.1 | Comparison of the nighttime vitality index in different time intervals
由于从22点至次日4点时段全市整体活力值呈下降趋势,因此都以两个时间段的整体平均变化量为标准,即图8中黄色斑块是活力减少近似于整体平均值的区域,图中橙色和红色斑块活力减少比例大于整体平均值,即相对快速减少区域,相反,绿色斑块活力减少比例小于整体平均值,即相对缓慢减少区域。
(1) 夜间工作活力。
该活力值由在该区域工作的人群产生,其空间分布(图9)较分散,几个主要的集中区域包括长寿路昌平路周边、曹安商务中心、吴中路莲花路附近商务中心、徐家汇、宝山路海伦国际、中铁大厦以及中心城区核心区由打浦桥、中西医结合医院、淮海中路、福州路、北京西路、华山路等形成的高活力带,这些集聚区的活力差异不明显。
(2) 夜间生活活力。
即活力值出现在该区域的用户既不是该区域的居民,也不是工作人员,可以推测此用户来此区域的目的为进行生活服务活动(如餐饮、娱乐等)。与其他活力类型相比,夜间生活活力的空间分布在平日和周末的差异显著(图10)。平日夜间生活活力的分布更加分散在中心城区的外围地区,且部分分布在外围的活力高于内部内环内的活力集聚区。但周末夜间生活活力则从分散的外围地区向核心区显著集聚,在静安寺、衡山路、新天地和淮海东路附近形成显著的活力高值集聚区,而靠近外环的平日高活力区的活力下降明显。可见生活活力的分布受到时间的影响明显。在平日,居民的夜间生活活力主要以居住区和工作区周边为主,而周末,核心区内的高等级休闲娱乐设施对居民的吸引力显著提高,成为了这一显著活力高值集聚区。
▲ 图10 | 夜间生活活力
(3) 夜间流动活力。
即产生该活力的人群无法根据已制定的居住地和工作地识别规则,识别到其居住和工作地点,即此类人群活动无固定规律,为不稳定人群(如快递员、司机,来上海出差、旅游的人群等)。平日夜间流动活力的空间分布(图11)与平日整体夜间活力的空间分布相似,在周末,夜间流动活力表现出的变化特征也与整体活力相类似,即以大世界为核心的市级娱乐休闲场所和华山路、衡山路沿线酒吧集聚区的活力与平日相比具有明显增加。但与周末整体夜间活力分布出现明显不同的是,上海火车站的周末流动活力明显增加,成为周末夜间流动活力的最强区域,体现出即使在夜间,流动人群也表现出对城市公共交通设施更强的需求。
总体而言,活跃的夜间空间均是有密集的第三场所(即除居住、工作以外的购物休闲场所)和交通可达性较好的小尺度区域。结合上述分析可总结出不同类型夜间活力的功能特征、区位分布和时空变化特征(表2)。可在夜间活力营造的规划工作中,对功能业态选择、空间布局谋划等方面提供决策参考。
▲ 表2 | 不同类型夜间活力特征归纳
Tab.2 | Summary of different types of nighttime vitality
用地特征对夜间活力的影响
▲ 图12 | 四类主要用地的夜间活力密度分布
Fig.12 | Density distribution of four main types of land use
▲ 表3 | 四类主要用地的夜间活力均值和最大值比较
Tab.3 | Comparison of the nighttime vitality index of four main types of land use
夜间生活活力和不同距离半径内的各用地指标的相关性检验结果如表4所示。总体来看,各类用地占比对夜间活力的影响变化规律与用地混合度这一指标的变化规律具有明显差异。对三类用地占比而言,随着研究栅格单元的缓冲区半径的不断扩大,该缓冲区内的三类用地占比与夜间生活活力的相关性都呈逐渐增大的变化规律,但各用地与夜间生活活力的相关系数大小有所差异。具体来看,研究单元自身的居住用地占比和公共设施用地占比与夜间活力的相关系数相等,为0.345。随着缓冲区半径的扩大,公共设施用地占比的正影响作用增加明显,快于居住用地占比增加带来的正效应,因此可以看出,自身相同用地配置的地块,布局在大面积集中建设的公共设施用地中,可能比布局在大面积集中建设的居住社区中产生更高的夜间生活活力。
▲ 表4 | 不同距离半径内的各用地指标与夜间生活活力的相关性变化
Tab.4 | Changes in the correlation between nighttime vitality of living and land use indexes within different radius
注:显著性水平—— *** p<0.001,** p< 0.01,* p<0.05。
就公共设施用地与居住用地的混合度而言,随着缓冲区半径的扩大,其与夜间生活活力之间的相关系数呈现先增大再减小的变化过程,缓冲区半径为250m和500m时,研究区域的用地混合度与夜间生活活力的相关关系都大于栅格自身用地混合度与夜间生活活力的相关性。可见,对于研究地块的活力提升来说,半径500m以内的公共设施用地和居住用地的混合布置可能比自身用地的混合情况具有更加重要的影响作用。
综上,虽然用地混合可以提高城市活力这一观点已成为学界共识,但不同用地之间的混合情况给城市空间夜间活力带来的影响有明显不同,用地混合的影响范围值得具体分析:
由于居住用地和公共设施用地的占比与地块夜间生活活力具有明显的正效应,且随着缓冲区半径的扩大,公共设施的正效应增加快于居住用地的正效应增加,可见公共设施对夜间活力的提升作用大于居住用地,因此,在选择形成夜间活力集聚区时,应优先考虑公共设施的大范围集聚区域,或在其他用地内通过植入公共设施来形成夜间活力聚聚区。
此外,对于更大范围内的用地混合的规划而言,由于500m半径区域内的用地混合度与夜间生活活力的相关关系都大于研究地块自身用地混合度与夜间生活活力的相关性,因此,在夜间活力营造的规划工作中,需要更加重视其距离500m以内的公共设施用地和居住用地的混合布置,对提升夜间活力而言,这可能具有比地块自身的用地混合布局更加重要的积极作用(图13)。
结论与讨论
城市空间活力的塑造和提升是当前城市建成环境研究的焦点,由于实证数据收集的困难,以往研究多对单个案例进行细致分析,较少从城市整体层面对活力的分布和影响因素进行探索。本研究以手机信令数据为基础,对上海中心城区的夜间活力进行探索,可视化地表达展示了上海中心城区夜间活力的空间分布特征、时空变化,并对不同半径范围内的主要用地类型的布局混合度与夜间生活活力值的相关性变化进行定量测算,探讨了不同用地对夜间活力形成的影响,找出用地布局对夜间生活活力提升的影响范围和大小。
研究表明,上海中心城区的夜间活力主要呈现出商务区块状集中、内环内连绵成带的空间分布特征,整体活力的变化在平日周末具有明显不同,不同时段的活力变化也具有空间差异。对比不同类型的夜间活力,其空间分布特征也存在明显差异。从功能业态来看,夜间活力产生的主要业态为商务办公、酒店住宿、夜间娱乐休闲、批发市场、快递物流等类型,因此,餐饮、娱乐、生活服务、购物中心等第三场所[20]的集中对夜间活力的提升具有重要的促进影响。进一步,对不同半径范围内的用地混合情况与夜间生活活力值的相关性变化进行定量测算,发现夜间生活活力与其周边用地类型、混合情况之间存在明显的相关性,其中居住用地和公共设施用地的占比与地块夜间生活活力具有明显的正效应,且随着缓冲区半径的扩大,公共设施的正效应增加快于居住用地的正效应增加,也即公共设施的大范围集聚比居住用地的大面积集聚更可能带来较高的夜间生活活力,而工业用地的占比与地块夜间生活活力具有明显的负效应。在用地混合度方面,随着缓冲区半径的扩大,公共设施用地和居住用地的混合度与夜间生活活力之间的相关系数呈现先增大再减小的变化过程,在其距离500m以内,公共设施用地和居住用地的混合布置对研究地块的活力提升可能比自身用地的混合情况具有更加重要的影响作用。
这些研究结论让人们对城市夜间活力有了更深刻的认识,说明了城市夜间活力与用地多样性同样具有密切联系,混合多样的土地利用和业态功能分布都对城市夜间活力具有显著的提升作用,其中定量的用地布局影响力的探讨可为实践中的夜间活力改善策略的制定,为用地混合、业态布局等方案拟定提供方法支撑与决策依据,对创建具有高夜间活力的城市场所具有重要意义。
注释
① 根据《上海市统计年鉴(2015)》,上海全市年末常住人口为2425.68万人。
② 根据《上海统计年鉴2014》,上海2013年移动电话普及率为132.5%。
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