數(shù)字驅(qū)動 | TOD量化分類方法研究-以寧波為例
21世紀(jì)以來，我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，各大城市逐漸進(jìn)入存量發(fā)展階段，以公共交通為導(dǎo)向的開發(fā)（Transit Oriented Development，TOD）模式由于具有土地資源集約、生態(tài)環(huán)境友好、交通效率高等特點[1]，正在被各大城市廣泛應(yīng)用。但由于不同城市及城市的不同地區(qū)存在建設(shè)條件、規(guī)劃性質(zhì)等差異，TOD模式在實踐中并不能簡單的復(fù)制，對TOD進(jìn)行類型劃分，并結(jié)合不同類型提出對應(yīng)的發(fā)展策略，是推行TOD模式的重要前置條件。
在TOD概念提出初期，卡爾索普將TOD地區(qū)分為城市級TOD和鄰里級TOD兩種基本類型[2]，后續(xù)國外夏洛特[3]、薩克拉門托[4]和國內(nèi)深圳[1]、成都[5]等城市在兩種基本類型基礎(chǔ)上，結(jié)合其城市特征對TOD類型進(jìn)行了進(jìn)一步劃分，但多是由專家根據(jù)分類原則對站點進(jìn)行定性篩選劃分，主觀性較強(qiáng)。此外，Bertolini[6]通過建立“節(jié)點-場所”模型對站點地區(qū)節(jié)點與場所的關(guān)系進(jìn)行了評價及分類，后續(xù)各國專家學(xué)者通過選取對應(yīng)的節(jié)點指標(biāo)和場所指標(biāo)對荷蘭阿姆斯特丹[7]、蘭斯塔德[8]、國內(nèi)長三角地區(qū)[9]、成都[10]、天津[11]等城市和地區(qū)的站點進(jìn)行了量化評價及分類，但由于“節(jié)點-場所”模型中幾種類型的邊界是不穩(wěn)定的、模糊的區(qū)域[8]，分類結(jié)果的客觀準(zhǔn)確性難以保證，基于此，陳飛[12]、萬琛[13]、袁瑤[14]等提出采用聚類的思想進(jìn)行TOD分類，但在指標(biāo)體系構(gòu)建、指標(biāo)權(quán)重確定、聚類算法選取等方面各有側(cè)重、未成體系。
本文以“節(jié)點-場所”模型為基礎(chǔ)，提出以各城市實施TOD的主要目的為抓手構(gòu)建TOD分類指標(biāo)體系，運用定性和定量的方法雙重確定指標(biāo)權(quán)重，并采用K-means聚類算法對TOD進(jìn)行量化分類。
01 TOD量化分類方法
1.分類方法
（1）分類模型
軌道站點地區(qū)既是多樣化的交通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，也是一個臨時或永久的場所，Bertolini將軌道站點地區(qū)在城市中的作用總結(jié)為“節(jié)點-場所”模型，該模型將站點地區(qū)節(jié)點和場所的關(guān)系分為了平衡、從屬、壓力、失衡節(jié)點、失衡場所5種類型，但5種類型之間的邊界更多的屬于定性層面的界定[8]。
圖1 節(jié)點場所模型示意圖
資料來源：參考文獻(xiàn)[6]
（2）TOD量化分類方法流程
本文首先從各城市實施TOD的目的出發(fā)，構(gòu)建符合各城市特征的量化分類指標(biāo)體系，其次采用層次分析法和德爾菲法的定性和定量相結(jié)合的方法確定各指標(biāo)權(quán)重，然后在對各指標(biāo)數(shù)據(jù)無量綱化處理的基礎(chǔ)上加權(quán)計算各站點節(jié)點維度和場所維度得分，最后以其為輸入在分析TOD最佳分類個數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行K-means聚類，從而得到TOD量化分類結(jié)果。
圖2 TOD量化分類方法流程圖
2.以實施目的為導(dǎo)向的TOD分類指標(biāo)體系構(gòu)建
由于城市規(guī)模及社會經(jīng)濟(jì)背景等差異，各個城市實施TOD的目的各有側(cè)重，實施目的是制定實施策略的依據(jù)，TOD量化分類指標(biāo)選取也應(yīng)該以實現(xiàn)TOD實施目的為導(dǎo)向，結(jié)合各城市特征選取合適的節(jié)點指標(biāo)和場所指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系。
對于美國等很多發(fā)達(dá)國家的城市，大部分城市地廣人稀，人們習(xí)慣于獨立院落的居住模式，對過高的居住密度難以接受，實施TOD的首要目的是提高公共交通的乘坐率和稅收，其次是促進(jìn)社區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和精明增長；在香港，公共交通出行比例一直相當(dāng)高，土地資源極度緊缺，節(jié)約土地是TOD最核心的目標(biāo)[15]。
在我國，目前很多城市已經(jīng)逐步進(jìn)入存量發(fā)展階段，土地高密度開發(fā)是TOD實施的主要目的之一。此外，軌道交通是一種昂貴的城市基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)存在巨大的資金壓力，并且龐大的運營維護(hù)費用也使許多城市背上沉重的負(fù)擔(dān)，2020年各城市地鐵公司財務(wù)狀況顯示，去掉政府補(bǔ)助的資金，僅深圳地鐵通過站城一體開發(fā)實現(xiàn)了凈利潤為正[16]，實現(xiàn)軌道建設(shè)運營可持續(xù)也是很多城市實施TOD的主要目的。
3.定性和定量相結(jié)合的指標(biāo)權(quán)重確認(rèn)
層次分析法是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法，本文構(gòu)建的指標(biāo)體系層次性特征明顯，適合采用層次分析法。層次分析法的核心是通過指標(biāo)與指標(biāo)之間、準(zhǔn)則與準(zhǔn)則之間的相對重要性的比較，通過構(gòu)建對比矩陣，確定權(quán)重大小。
圖3 層次結(jié)構(gòu)模型
圖片來源：參考文獻(xiàn)[13]
由于層次分析方法首先需要主觀判斷指標(biāo)兩兩之間的重要程度，故本文進(jìn)一步結(jié)合了德爾菲法（專家打分法）對各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行初步確定，邀請多位專家分別進(jìn)行節(jié)點維度及場所維度指標(biāo)權(quán)重賦值，并進(jìn)行多輪反饋。
圖 4 德爾菲法流程示意圖
資料來源：參考文獻(xiàn)[18]
根據(jù)專家打分結(jié)果，參考指標(biāo)兩兩比較重要程度，采用9級標(biāo)度法分別構(gòu)建“節(jié)點指標(biāo)”和“場所指標(biāo)”判斷矩陣，并利用python語言對判斷矩陣求解最大特征根及對應(yīng)的特征向量，最后通過一致性檢驗后將特征向量歸一化即可得到各指標(biāo)權(quán)重。
表1 “9級”標(biāo)度法
資料來源：參考文獻(xiàn)[13]
4.基于K-means聚類算法的TOD量化分類
為消除指標(biāo)量綱的不同而造成的影響，對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，并在此基礎(chǔ)上通過加權(quán)計算得到各站點的節(jié)點值和場所值。此外，由于K-means聚類算法的聚類個數(shù)k需要由預(yù)先指定，為提高TOD類型劃分的準(zhǔn)確性，采用肘部法等確定最佳聚類個數(shù)。
肘部法：隨著聚類數(shù)目增多，每一個類別中數(shù)量越來越少，距離越來越近，因此組內(nèi)誤差平方和肯定是隨著聚類數(shù)目增多而減少的，所以關(guān)注的是斜率的變化，當(dāng)誤差平方和減少得很緩慢時，就認(rèn)為進(jìn)一步增大聚類數(shù)效果也并不能增強(qiáng)，存在得這個“肘點”就是最佳聚類數(shù)目[19]。
02 寧波TOD量化分類實踐
本文選取寧波已建的1-5號線共114個站點進(jìn)行TOD類型劃分。
1. 指標(biāo)體系構(gòu)建
（1）寧波實施TOD模式的目的
對于寧波，推行TOD模式的目的主要包括促進(jìn)土地集約高效利用、支撐中心體系的構(gòu)建、推動以軌道為主體的綠色交通發(fā)展、支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展和軌道建設(shè)運營的可持續(xù)化等。
①以TOD促進(jìn)土地集約高效利用
寧波已進(jìn)入存量發(fā)展階段，現(xiàn)狀市域總建設(shè)用地已經(jīng)突破了原土地規(guī)劃的上限，且存在大量工業(yè)碎片低效用地。此外，寧波市國土空間規(guī)劃明確提出要保留零星工業(yè)用地，推動土地綜合整治，提升產(chǎn)業(yè)空間活力。面對土地資源緊約束的，寧波希望以TOD促進(jìn)土地集約高效利用。
②以TOD支撐中心體系的構(gòu)建
寧波未來城市發(fā)展格局將進(jìn)一步打開，市區(qū)將構(gòu)建形成“主中心+副中心+地區(qū)中心”的多級中心體系，為強(qiáng)化各級中心核心功能集聚與組團(tuán)分工，寧波希望以TOD支撐中心體系的構(gòu)建。
③以TOD推動以軌道為主體的綠色交通發(fā)展
未來寧波市主城區(qū)管理人口及崗位將大幅增長，進(jìn)而導(dǎo)致居民出行總量也大幅增。因此，寧波希望通過推行TOD理念，引導(dǎo)軌道站點周圍集約化，提升軌道出行分擔(dān)率，滿足未來出行需求。
④以TOD支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展
寧波市工業(yè)底蘊濃厚，第二產(chǎn)業(yè)一直都是寧波的支柱性產(chǎn)業(yè)，國土空間規(guī)劃也明確提出要保障一定的產(chǎn)業(yè)用地。未來寧波既要做強(qiáng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，又要聚焦戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，同時面向未來預(yù)留海洋經(jīng)濟(jì)、航空航天、數(shù)字經(jīng)濟(jì)（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G+）等重點領(lǐng)域新興產(chǎn)業(yè)，寧波希望以TOD支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
⑤以TOD支撐軌道建設(shè)運營的可持續(xù)化
寧波市軌道建設(shè)進(jìn)程逐漸加快，第一、二輪軌道建設(shè)線網(wǎng)里程172公里，第三輪軌道建設(shè)線網(wǎng)里程123.3公里，軌道建設(shè)資金籌集壓力增大，同時還要維持的軌道運營，根據(jù)相關(guān)分析，2020年政府補(bǔ)貼了29.1億元[16]，寧波希望以TOD開發(fā)支撐軌道建設(shè)運營的可持續(xù)化。
（2）寧波TOD量化分類指標(biāo)體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)來源
根據(jù)寧波TOD實施目的的分析，結(jié)合其他城市指標(biāo)選取經(jīng)驗，建立具有寧波特色的“節(jié)點-場所”TOD量化分類指標(biāo)體系。其中節(jié)點指標(biāo)除了軌道站點自身的交通條件以外，還包括其在城市中心體系中的區(qū)位等級；場所指標(biāo)包括站點地區(qū)的土地利用、人口崗位、產(chǎn)業(yè)支撐、房價等。其中，城市區(qū)位及產(chǎn)業(yè)平臺數(shù)據(jù)來源于寧波市國土空間規(guī)劃的階段成果，站點承載力、聯(lián)通度、可達(dá)性數(shù)據(jù)、房價數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)收集及整理，人口崗位數(shù)據(jù)來源于聯(lián)通手機(jī)信令數(shù)據(jù)，其他規(guī)劃、統(tǒng)計材料來源于政府公開網(wǎng)站收集。具體指標(biāo)如表2所示。
表 2 寧波TOD量化分類指標(biāo)體系
2. 指標(biāo)權(quán)重確認(rèn)
結(jié)合專家打分結(jié)果，分別構(gòu)建節(jié)點指標(biāo)和場所指標(biāo)判斷矩陣，求解得到各指標(biāo)權(quán)重如表3和表4所示。
表3 “節(jié)點指標(biāo)”判斷矩陣及結(jié)果
表4 “場所指標(biāo)”判斷矩陣及結(jié)果
3.寧波TOD量化分類
對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，在此基礎(chǔ)上通過加權(quán)計算得到各站點的節(jié)點值和場所值，并以各站點的節(jié)點值和場所值為輸入，利用肘部法對寧波TOD最佳分類個數(shù)進(jìn)行分析。如圖5所示，當(dāng)組數(shù)為3時出現(xiàn)了拐點，隨著組數(shù)的增加誤差平方和降低幅度不再明顯，因此本文將寧波TOD類型劃分為3類。
圖5 TOD最佳分類數(shù)量分析
利用K-means聚類分析將寧波TOD類型劃分為3類，具體如圖6所示，寧波市所有站點的節(jié)點均值及場所均值均較低，TOD發(fā)展總體處在初期階段。各類型聚類中心及數(shù)量如表5所示，其中類型1的節(jié)點均值及場所均值均遠(yuǎn)大于所有站點的均值，可以認(rèn)為是城市型TOD，此外類型1節(jié)點均值大于場所均值，后續(xù)需考慮提升站點地區(qū)的土地開發(fā)；類型2節(jié)點均值及場所均值均略大于所有站點的均值，可以認(rèn)為是社區(qū)型TOD；類型3節(jié)點均值及場所均值均遠(yuǎn)小于所有站點的均值，可以認(rèn)為還未形成TOD開發(fā)。
圖6 寧波TOD分類
表5 寧波各類型TOD聚類中心及數(shù)量
結(jié)語
本文以“節(jié)點-場所”模型為基礎(chǔ)，探索了TOD量化分類方法，并對寧波進(jìn)行了TOD量化分類，可以為后續(xù)開發(fā)工作及其他城市的TOD分類工作提供參考。然而，本文是對寧波所有站點進(jìn)行的量化分類，未來可以考慮將一些服務(wù)對外樞紐等特殊站點挑選出來后再進(jìn)行量化分類，可能會進(jìn)一步提高分類的準(zhǔn)確性；此外，現(xiàn)今大數(shù)據(jù)技術(shù)蓬勃發(fā)展，未來可以考慮在指標(biāo)體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)處理方面對TOD量化分類方法進(jìn)一步研究；最后，TOD分類只是推行TOD模式的一個前提條件，更重要的是對分類后的不同類型TOD提出對應(yīng)的發(fā)展策略，這樣才能更好的進(jìn)行TOD模式實踐。
深城交歷經(jīng)25年，以“讓交通與城市更美好”為使命，長期以來一直致力于城市TOD模式的探索研究，主導(dǎo)參與了城市、區(qū)域、線路、站點等各個層面的TOD研究工作，具有豐富的TOD工作經(jīng)驗和優(yōu)勢。展望未來，深城交將繼續(xù)致力于TOD模式的推廣，為我國城市可持續(xù)化發(fā)展助力。
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交通規(guī)劃一院
撰寫：夏小龍
審核：陸曉琳
審定：徐正全