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08城乡规划方法与技术(钮心毅) 发布时间: 2014-07-24 点击: 4023

安魂曲后40年——对大尺度城市模型的回顾与展望
1973年,Douglass Lee发表了著名论文《大尺度城市模型的安魂曲》(以下简称安魂曲),对1960年代以来规划界兴起的大尺度城市模型提出了系统性的严厉批评。这篇文章也标志着规划行业城市模型应用第一次高潮的结束。1970年代以后,对这类模型研究和应用仍在继续。1994年美国规划协会会刊(JAPA)发起了一场专题讨论,对Lee的安魂曲发表20年来的城市模型进展进行了回顾和展望。当时该领域的著名学者B Harris、R Kolsterman、M Wegner、M Batty和Lee本人均撰文参与了讨论。当时观点是总体上乐观的,尤其是认为与GIS结合是大尺度城市模型的趋势,会给大尺度城市模型带来生机。至今,Lee的安魂曲已经过去了40年,1994年的专题讨论也过去了20年。为此,《Environment and Planning B: Planning and Design》2014年第3期上对大尺度城市模型的发展状况和未来进行了专题评论。
评论首先对1994年专题讨论以来20年情况进行了回顾。在这20年中,计算机辅助规划领域一直在发展。这一时期最大的变化是规划本身的变化,规划日益变成一种沟通和协作的行为。对计算机辅助规划认识也出现了相应转变,出现了规划支持系统(PSS),用于支持协作式规划方式。近些年来,规划支持系统得到了广泛的关注、研究及应用。
在Lee的安魂曲中,历数了大尺度城市模型的“七宗罪”,认为这些问题制约了计算机辅助规划应用,是当时大尺度城市模型失败的主要原因。该评论依次对7个因素进行了讨论,回顾40年来,尤其是规划支持系统应用方式出现以来,大尺度城市模型的“七宗罪”是否得到了解决。
1、高度综合
Lee曾批评道大尺度城市模型要在短时间内建成过于综合系统,企图同时达成多个目标。至今,这一问题已经基本得到解决。规划支持系统中对模型的目标、应用范围都有明确限制。规划支持系统中模型均是针对特定规划任务而设。规划支持系统一般都很简单,有明确的应用目的,如典型的What-if系统。
2、粗糙
Lee曾批评道大尺度城市模型往往过于粗糙,造成绝大多数决策者无法使用。这一问题至今有改善,但未得到解决。随着计算机计算能力提高,模型中已经可以容纳更多的精细数据。例如CA模型采用了自下而上的方式建模,采用个体行为模拟反映复杂的活动。在大数据的支持下,模型还会能表达更多细节。然而,至今这些模型的可操作性仍很差。
3、饥饿
Lee曾批评道大尺度城市模型需要极其大量的数据支持。这一问题大部尚未解决。目前,可用的数据日益增长,获取更为容易。新的数据出现不但没有满足模型对数据的需求,反而激发了更多的欲望。数据越来越多也带来了新的问题。例如,能够获取到智能手机用户的数据,不使用智能手机的用户数据就无法获取。这样的数据难题四十年来一直存在。
4、执迷不悟
Lee曾批评道模型结构导致的局限性几乎难以察觉。模型仅能在假定基础行为不变的情况下使用。这一问题大部未得到解决。许多模型并不分析个体决策,但仍然被应用于评估规划和政策。这些规划和政策是直接与个体选址相关。这在环境影响评价等法定程序中必须使用的模型中尤其突出。许多模型的固有假设与其应起到作用之间仍存在不匹配的情况。
5、复杂
Lee曾批评道一旦模型中变量增加,变量之间相互作用呈现平方倍数增加,导致模型异常复杂。这一问题仍未得到解决。这一点是规划支持系统开发者与潜在用户之间关键交锋之处。在规划支持系统中存在简单型、精密型两个分支。其中,精密型仍存在不透明性,如CA模型,土地使用交通模型等。透明程度不足导致模型关系复杂,难以理解。不透明性仍是规划支持系统的瓶颈。
6、机械
Lee曾批评使用大尺度城市模型时很容易沉浸到计算机的细节中,会忽视了理性思考。这一问题尚未得到解决,但有望获得进展。当前的规划支持系统有图表、三维、动画等表现手段,能更好地展示出模拟得到规划措施预期后果。规划支持系统提供了支持规划的工具,这些工具应是用来支持创造性思维。
7、昂贵
Lee曾批评道模型的投入费用难以估量。在当时全尺度的土地使用模型至少需要投入50万美元,相当于现在的570万美元。这一问题有了明显的改善,但仍然有较大的差异。某些规划支持系统费用相当低,大致几千美元甚至免费。一些复杂系统开发费用仍然非常昂贵,如UrbanSim的投入费用已经超过100万美元。
40年之后,可以肯定地说Lee的安魂曲中的预言并没有变成现实,大尺度城市模型并未消失。规划支持系统所代表的计算机辅助规划仍然存在。以上的回顾实际上是讨论了城市模型以何种方式存在、何种程度存在。最后,该文对未来提出了一些展望。规划支持系统中输入、输出之间关系必须透明、可理解。规划支持系统是定量化工作,而关键规划工作往往是定性的,模型要适应定性化工作。规划支持系统要及时与移动互联网等新兴技术结合。规划支持系统的开发者应在开发早期阶段就与最终使用者进行互动交流,这样用户会更适应系统,用户经验和知识也能用以改进系统。
来源:BRÖMMELSTROET M, PELZER P, GEERTMAN S. Forty years after Lee's requiem: are we beyond the seven sins[J]. Environment and Planning B: Planning and Design, 2014, 41(3): 381-391.

应用博弈论对台北市都市更新进行战略分析
都市更新中的一个难点是需要征得土地所有者的同意而获得土地。土地所有者往往要求高于市场价的补偿金。该研究用博弈理论分析了台湾地区开发商和土地所有者之间的战略互动和谈判过程。研究目的在于揭示工程实施过程中土地所有者的影响以及开发商处理问题的最佳战略。
在台湾这种人口高密度地区,都市更新工程对于节约使用土地,保护资源环境意义重大。由于土地私有制的客观存在,开发商在都市更新过程中可能需要与多个土地所有者进行谈判,所以更新工程往往会被拖延实施或者被迫缩减规模。在博弈论中,三个基本元素是:参与方、策略、效益。该研究使用非合作博弈(non-cooperative games)的展开式(extensive form)和逆向归纳法(backward induction)来分析都市更新的谈判过程中战略互动。使用公式化表达开发商和土地所有者之间的谈判博弈过程。该博弈模型有如下特征:①它能反映出自然人性信息,即土地所有者是否会向开发商开出高于市场价的地价;②反映出不是每个人都想要收益最大化;③不同土地所有者可以用不同的决策原则;④参与方的效益计算中会将交易成本计入;⑤效益计算依据台湾地区的《都市更新条例》。
论文的第二部分介绍了台湾地区的都市更新的程序,以及基于法令的财务收益分配方法。首先,任何一个都市更新工程都必须选址于指定的都市更新实施区域。一个工程开始时,开发商必须提交初步报告,且该报告必须征得一定比例的土地所有者的同意并签署,获得商业初步许可。然后,开发商再提供商业及财务收益分配计划,该计划基于开发商与土地所有者之间谈判协商。一旦开发商和土地所有者同意计划,开发商将在政府监管下实施都市更新工程。工程完工时候,开发商需要提供更新完成报告给政府检查。根据法令,双方的谈判协商期最多两年,否则政府将撤回该工程。研究聚焦此协商过程,以期望能够搞清楚为何某些工程能顺利实施而某些工程中途夭折,以及土地所有者在这个过程中所起的作用。台湾地区八成以上的都市更新工程采用“产权转换方法”来分配更新工程的财务收益,远远多于“直接买卖土地”的比例。这是因为前者具有明显优势,一是该方式在更新工程之后,双方能够同时获得利益收成,显得更为公平;二是该方式只需要征得一部分所有土地所有者的同意,而后者需要征得所有土地所有者的同意。
论文的第三部分介绍了都市更新谈判博弈的模型。该模型使用博弈理论建立,其中包含涉及博弈的各基本参与方,即自然人性、开发商、土地所有者三方。自然人性是一个虚拟参与方,其反映出土地所有者的不确定性特征,其能够影响开发商和土地所有者选择策略。基于前景理论(prospect theory),将自然人性分为两类,第一类:当开发商给出收益值高于期望值时,土地所有者会同意工程实施(简称I类);第二类:当开发商给出收益值低于期望值时,土地所有者会不同意工程实施,且追求收益最大化,不惜工程终止(简称II类)。模型对开发商有几个假设前提:首先是开发商有能力去分配财务收益;其次是开发商后期能否收到预期效益,是具有相当风险;最后是在考虑土地所有者的反应的前提下,开发商会尽可能采取获得最大收益的策略。同样的,研究也给土地所有者一些假设前提,首先是将所有的土地所有者简化为一个统一的“代表人”,因为即使每个人诉求不同,但是如果单个人能从开发商处获得更多利益,那么其他人也会同时获得;其次,任何一个都市更新工程都可能同时有上述前景理论中的I类和II类人群,这时候如果I类人群比例达到法令要求的比例,那么即按照方案给每个土地所有者收益补偿,否则开发商需要考虑做出收益让步;最后,假设I类和II类人群可以有不同的决策制定原则,以及该原则在谈判过程中坚持不变。
由于法令要求开发商在获得商业初步许可一年内,需要提交经过双方同意的商业计划书,如果有合理理由可以延期两次,每次不超过六个月。因此,将谈判过程分为两个阶段,第一阶段为通常的一年,第二阶段为可能的两个延长期,过了这两个阶段且未达成一致,工程将会被终止。
开发商在都市更新工程前通常是不认识该地区的土地所有者的,因此自然人性这个虚拟参与者用来代表两种可能的人性策略,即I类和II类。开发商可能会采取四种策略,即开发商获得收益大于土地所有者,开发商获得收益等于土地所有者,开发商获得收益小于土地所有者,以及开发商仅收回投资成本。土地所有者可能会采取三种策略,即同意、要求更多收益,以及不同意。对于达成一致的情况,研究定义了开发商和土地所有者的收益获得指标,对于不能达成一致的情况,其定义了开发商和土地所有者的成本支付指标。
基于以上前提,研究建立了都市更新工程的博弈模型。自然人性首先决定该博弈是属于I类还是II类。模型分为两个阶段,在第一阶段,基于开发商提出的策略方案,土地所有者可以选择同意或者增加收益。如果土地所有者直接同意了第一阶段的方案,则不需要第二阶段协商,直接计算双方收益。如果土地所有者要求增加收益,则进入第二阶段。在第二阶段开发商提出妥协方案,将自身受益减少,甚至有可能提出仅仅能够收回开发成本的方案,在这种情况下土地所有者采取同意或者不同意的策略,若同意,工程则能够实施,计算各方受益;若不同意,工程则不能实施,计算各方在谈判过程中所支出的成本。
论文的第四部分介绍了求解这个博弈模型的途径,以及推断出博弈能够达成共识的三个基本的条件。首先,将相关因素抽象成参数,导入博弈模型中。这些抽象化后的参数包括博弈是属于I类还是II类的可能性,更新工程的总利润,开发商获得利润占总利润的比例,谈判过程中的花费成本等。其次,选用逆序倒推法(backward induction)求得博弈的最优策略解。把所有可能的谈判路径画成一张图,两个谈判阶段总计有30种路径(即30种结果)。每种结果均能计算出双方的收益值。根据收益结果的比较,可以得出开发商倾向于选择的几条路线,即从结果向前逆序推导。根据两类人群的土地所有者的自然人性特征,推导他们分别可能的策略选择路径。分析发现,如果开发商起初阶段不了解土地所有者的自然人性特征的话,那么一开始选择平分收益的策略是最佳选择。分析还发现,如果土地所有者一开始就比较追求收益最大化的话,那么谈判过程会较长,会影响到工程实施,反之,如果开发商一开始就选择自己多瓜分收益,那么同样很有可能影响工程的如期实施。然后,研究讨论了共识达成的一些条件。研究认为,如果双方可接受的最小收益值小于或等于工程的总收益值,那么共识才有可能达成。可以用图示表达出在一定的选择范围内,双方有一个能够达到共识的利益区段。随着谈判时间的拉长,开发商需要支付的成本增加,那么利益共识区段就会收窄;如果是第II类人群,由于其追求收益最大化,其肯定要求所得收益不能比之前计划的低,那么共识区段有可能进一步收窄。研究认为谈判成功需要三个条件:①共识区段必须存在;②不妥协的土地所有者必须能够有协商空间;③开发商必须采取能够缓解土地所有者反对的策略。
论文的第五部分使用两个台北的真实的案例来验证了上述的博弈模型。该研究建立并分析了都市更新工程的博弈模型。研究发现开发商和土地所有者的策略均对工程实施有重要影响,且若双方均难以妥协则更新工程很难实施。在谈判初期,开发商选择收益均衡兼顾的策略是最佳方案。在台湾地区的社会与法律背景下,该分析方法对于都市更新工程具有一定的应用价值。
来源:LIN Y, LIN F. A strategic analysis of urban renewal in Taipei city using game theory[J]. Environment and Planning B: Planning and Design, 2014, 41(3): 472-492.
(供稿: 陈晨)

蒙特利尔城市公园的儿童步行可达性研究
步行可达性是对城市公园效用评价的重要指标。加拿大魁北克省的蒙特利尔市对儿童使用城市公园的可达性进行了评价。对儿童来说,以步行方式至公园的可达性是评价其使用公园便利程度的重要指标。儿童是公园的重要使用者,而儿童自身交通出行能力和出行方式有限。这一项研究的目标是评估蒙特利尔市儿童步行至城市公园的可达性程度。
在这项研究对象是7-16岁的儿童,研究范围是蒙特利尔岛。2010年蒙特利尔居民人均公园绿地面积达到了12m2,大于世界卫生组织推荐的9m2标准。在蒙特利尔岛上,城市公园分布并不均衡,不仅公园绿地面积差异很大,公园位置布局也不均匀。这会导致公园绿地的可达性存在差异。
研究中的基础数据包括了蒙特利尔家庭交通出行调查数据、土地使用数据、城市公园数据。家庭交通出行调查数据来自于2008年对蒙特利尔市5%居民家庭抽样调查,包含了所调查家庭的人口、社会、经济信息。土地使用数据以人口普查单元为基础。公园数据包含了城市公园的信息。由于公园面积差异很大,研究中先将公园数据栅格化,统一划分为25m×25m的栅格。
家庭交通出行调查数据包含了近7万户居民,使用以上全样本数据进行可达性评价。在该项研究中,首先需要测算每一家庭儿童步行出行的允许距离。如果家庭居所与公园之间距离小于该值,该家庭的儿童会选择步行至公园。如果距离大于该允许距离,该家庭会选择机动车等其他交通方式带儿童达到公园。家庭居住区位不同、家庭收入、家长职业、周边土地使用等因素都会影响以上的允许步行距离。在研究中开发了一个多变量线形回归统模型,用于估算每一家庭中的儿童允许步行距离。在该模型中考虑了空间位置、年龄、性别、家庭结构、职业、收入、是否有驾照、周边土地使用等因素。以该回归模型计算得到的步行出行距离数值作为家庭与公园的直线距离。可达性计算方法以每一个家庭为圆形,以回归模型计算得到允许步行距离值为半径,计算在此圆形范围内绿地栅格单元的数量。以绿地栅格单元面积值作为公园步行可达性指标。
公园步行可达性评价分为两个阶段。第一阶段是对蒙特利尔岛全岛儿童步行可达性进行评价。这一阶段评价是以2008年家庭出行调查数据样本为基础。可达性计算结果以街区为空间单位,得出了居住在城市每一个街区的儿童在允许步行距离范围内可达到的公园绿地面积平均值。计算结果显示,由于存在地理区位、家庭的社会经济因素差异,各个街区的儿童公园步行可达性差异较大。以步行范围内公园绿地面积计算,最大可以达到59900m2以上,最小会低于8100m2以下。
第二阶段评价是研究个体的性别和家庭背景差异对儿童公园步行可达性的影响。研究中假定了两个情景,每一个情景中忽略家庭、年龄、性别的差异,只考虑居住位置的差异。第一个情景是假定10岁男童,家庭年收入4万-6万加元,来自于三口之家。第二个情景是10岁女童,家庭年收入2万-4万加元,来自于单亲家庭。继续采用前述模型计算允许步行距离,进而计算范围内公园绿地面积,用于评价公园可达性。通过两个情景的比较,可以看出前一个情景中的10岁男童步行距离明显大于第二个情景中的10岁女童。显然两者的公园可达性就会有较大差异。这表明家庭背景和性别的差异对儿童公园步行可达性存在显著的影响。
研究表明儿童居住分布与公园布局之间的空间差异影响了儿童使用公园的可达性,儿童个体之间性别、家庭背景的差异也会对儿童使用公园的可达性产生影响。城市公园布局要考虑到儿童出行能力。这项研究有助于在规划中改善城市公园空间布局。
来源: REYES M, PÁEZ A, MORENCY C. Walking accessibility to urban parks by children: a case study of Montreal[J]. Landscape and Urban Planning, 2014, 125: 38-47.