城市轨道交通对容积率影响的定量分析——以东京为例

Quantitative Analysis of the Influence of Urban Rail Transit on Floor Area Ratio： A Case Study of Tokyo

摘要

以东京为例研究城市轨道交通对容积率影响的定量关系，可为我国城市轨道交通站区土地资源的合理配置与优化利用提供指导依据。选取区位、建筑类型、到车站距离、地价作为影响地块容积率的因素，并构建了带交互项的线性回归模型进行分析。p值检验结果表明带交互项模型更适用。研究显示“到车站距离”对商业建筑容积率的影响大于居住建筑，商业建筑“核心区”与“到车站距离”间交互影响程度最大，居住建筑“市区”与“到车站距离”间交互影响程度大于郊区。研究结果为调整国内城市轨道交通站区商业建筑物布局，优化城市核心区轨道交通站点周边商业建筑物容积率及调控城市市区与郊区轨道交通站点周边居住建筑物差异化规划提供依据。

Abstract

The quantitative relationship between the influence of urban rail transit on floor area ratio was studied by taking Tokyo as an example, which can provide a guiding basis for the rational allocation and optimal utilization of land resources in urban rail transit station areas in China. Location, building type, distance to stations, and land price were selected as the factors affecting the floor area ratio, and a linear regression model with interaction terms was built to analyze the relationship. The p-value test shows that the model with interaction terms is more applicable. The results show that the influence of distance to station on the floor area ratio of commercial buildings is greater than that of residential buildings. The interaction between the core area and the distance to the stations of commercial buildings is the greatest. The interaction between urban areas and the distance to stations of residential buildings is greater than that of suburbs. The results of this study provide a basis for adjusting the layout of commercial buildings in the station areas of urban rail transit in China, optimizing the floor area ratio of commercial buildings around the rail transit stations in urban core areas, and regulating the differential planning of residential buildings around urban and suburban rail transit stations.

Graphical abstract

关键词

城市轨道交通 / 建成环境 / 土地利用 / 容积率 / 区位

Key words

Urban Rail Transit / Built Environment / Land Use / Floor Area Ratio / Zoning

0　引言

城市轨道交通因其大运量、快速、安全、准时、舒适等优点成为城市不可或缺的交通方式。城市轨道交通吸引人们迁移至车站客流吸引范围内居住或工作，从而影响城市的居住就业格局，进而重塑城市空间形态^[1]。城市轨道交通主要通过影响站区的土地利用包括土地价格、土地利用类型、土地利用强度等来影响城市形态。对土地溢价影响的研究最早可追溯至Dewees研究加拿大多伦多地铁引起周边土地溢价规律^[2]，采用的方法主要基于竞租与特征价格理论^[3-5]；潘海啸等^[6]在微观和宏观2个层面上分析空间可达性与房价的关系，预判新增轨道交通引导区域串珠式发展的效果；武倩楠^[7]将城市轨道交通对住宅价格的影响分解为交通效益和集聚效益，分析可达性与住宅增值的关系。对土地利用性质影响的研究包括统计分析与建模，证明了土地利用演变在各实施阶段规律不同且具有明显的空间异质性特征^[8-10]。而关于城市轨道交通对土地利用强度定量影响的研究较少，Wang等^[11]对比轨道交通站点对中心区和郊区土地开发的影响，发现轨道交通对已开发中心地区的土地开发影响更为显著，导致土地密集化程度更高，而对低密度的郊区影响较小；Loo等^[12]发现基于铁路的交通导向型发展可以促进绿地开发，形成更健康的土地利用组合；Ratner等^[13]分析丹佛区域交通局和丹佛地区政府理事会的TOD数据，指出发展轨道交通系统有助于提升丹佛地区平均城市化密度。

建筑物容积率是土地利用强度的表征指标之一^[14-16]，高容积率区域内的人口、就业和商业活动相对集中，潜在的轨道交通客流量大^[17-18]。因此，在高容积率区域建设和改善轨道交通系统可以有效减轻交通拥堵问题，为制定高容积率规划的土地利用提供条件，两者相互影响^[19-21]。选择容积率为指标，对其涵义进行描述，针对城市轨道交通对容积率的影响展开研究，分析其影响因素，构建数学模型将城市轨道交通对容积率的定量影响剥离，总结轨道交通站区范围内容积率随区位的变化规律，旨在为轨道交通站区范围内容积率的制定提供依据，为城市土地资源的合理配置和优化利用提供有价值的参考。

1　建筑物容积率与影响因素

建筑物容积率(Plot Ratio/Floor Area Ratio)是指项目规划建设用地范围内全部建筑面积与规划建设用地面积之比(附属建筑物也计算在内，但注明不计算面积的附属建筑物除外)，受建筑物类别、区域、区位、土地价格的影响。

容积率主要受建筑物类别的影响，商业建筑物容积率普遍较高，与商业建筑物需要聚集以吸引客流的特点相关，不同居住建筑类别的容积率存在显著差异。依据北京市规划委员会于2006年发布的《容积率指标计算规则》估计独立别墅容积率为0.2~0.5，联排别墅为0.4~0.7，6层以下多层住宅为0.8~1.2，11层小高层住宅为1.5~2.0。

容积率其次受区域影响。城市区域一般可分为核心区、市区与郊区。核心区通常指城市的中心商业区或行政中心，是城市经济和文化活动的中心。市区指城市的内部区域，包括核心区以及周边的住宅、商业和工业区域。市区的人口密度较高，具有更多的公共设施和交通网络，为保证区域间不重合，本研究的市区不包含核心区的部分。郊区一般指位于城市边缘的住宅区，人口密度较低，房屋更为独立，通常拥有更多的绿地和较少的商业设施。城市核心区由于土地资源有限，且人口密度高，社会经济贸易活动强，建筑物容积率往往较高；城市郊区土地资源相对充裕，人口密度相对较低，建筑物容积率往往较低，市区容积率介于核心区容积率与郊区容积率之间。

容积率受区位影响，无论是核心区、市区还是郊区，区位较好的地段土地集约化程度高，容积率高。区位较好的地段，居住岗位人口密集程度相对较高，是大型客流集散点，也是轨道交通站点所在。尤其是像东京城市轨道交通承担了75%的通勤客流量，居全球首位，研究中建筑物所处区位通过计算建筑物到轨道交通车站的距离来体现。到轨道交通车站的距离越近，出行的便利性越高，土地集约化程度高，容积率高，随着到站点距离的增大，容积率逐渐降低。

同一地块容积率与土地价格呈倒U型关系^[22-23]。当其他条件不变时，随着容积率的提高，土地价格先上升而后下降。同一地块，不同容积率下的地价不同，忽略政府宏观调控因素，当容积率达到最优时，土地价格达到最高。地价与容积率存在一定的定量关系，容积率倾向是主导因素。

2　定量分析模型

常用的定量分析模型包括线性回归模型、逻辑回归模型、时间序列模型、结构方程模型、多层次模型、面板数据模型等^[24]，其中线性回归模型是最常见和基础的定量分析模型，通过最小二乘法(OLS)估计系数，根据文献^[24]研究发现，线性OLS模型具有结构简单且系数能够直接反映影响因素对因变量的影响，逻辑回归模型适用于因变量为二分类或多分类情况的分析，时间序列模型适用于具有时间依赖性的数据分析，结构方程模型是多变量统计分析方法，用于探索和建立因果关系模型，多层次模型适用于分析多层级结构数据，面板数据模型适用于分析具有时间和个体维度的数据，综合模型的特点选择线性OLS模型来构建定量分析模型，以研究影响因素对因变量的影响关系。

因为“建筑物到最近轨道交通车站距离”(以下简称“到车站距离”)对容积率的影响随所在区域不同而存在差异，核心区、市区、郊区到车站距离对容积率回归的斜率不同，当在逻辑上因变量与其中某个自变量的关系依赖于另一个自变量的水平时，模型中就应该加入涉及交互项的自变量，所以将地块所在的“区域”“到车站距离”变量相乘作为交互项自变量。针对土地价格因素，暂且将其放入模型中，根据其回归系数是否显著判断其是否影响容积率决定因素，故模型构建如下。

y_i={\alpha }_{\mathrm{0}}+{\alpha }_{\mathrm{1}}{d}_i+{\displaystyle \sum _{k=\mathrm{1}}^{\mathrm{3}}}{\alpha }_{\mathrm{2}k}{r}_{ki}+{\displaystyle \sum _{k=\mathrm{1}}^{\mathrm{3}}}{\alpha }_{\mathrm{3}k}{d}_i{r}_{ki}+{\displaystyle \sum _{n=\mathrm{1}}^N}{\alpha }_{\mathrm{4}n}{x}_{ni}⑴

式中：y_i为地块i研究年份的容积率，%；d_i为地块i到车站距离，m；r_{ki}为哑元变量(0或1)，表示地块i是否位于核心区(k=\mathrm{1})、市区(k=\mathrm{2})、郊区区域(k=\mathrm{3})；x_{ni}为其他影响地块i容积率的第n个自变量，此处为地价自变量；{\alpha }_{\mathrm{0}}，{\alpha }_{\mathrm{1}}，{\alpha }_{\mathrm{2}k}，{\alpha }_{\mathrm{3}k}，{\alpha }_{\mathrm{4}n}为相应的待估计参数。

实际使用该模型时，基于R-studio软件编写程序进行参数标定，并以带交互项线性模型的误差平方和不小于线性模型误差平方和作为零假设，对{\alpha }_{\mathrm{3}k}进行p值检验，对模型进行F值检验。将数据代入模型进行回归训练时，考虑到使用原始数据可以更直接地反映实际情况，更有利于解释模型的结果，尤其是“到车站距离”对容积率的影响可以直接通过系数解读，直观表达城市轨道交通对容积率的定量影响，故采用保留原始数据的做法，不对数据进行标准化处理。

3　案例研究

3.1　案例介绍

选择东京作为研究城市，一是东京的通勤交通主要为轨道交通，轨道交通网络几乎覆盖整个东京，与上海、北京、广州等人口密集城市通勤交通相似，研究东京轨道交通对容积率影响的规律可为上海、北京、广州等城市轨道交通站区土地利用合理配置和优化利用提供参考。二是东京轨道交通信息与土地利用数据可得性高，官网数据全面。东京除了岛屿部外，主要由东京区部、多摩地域组成。东京区部包括所有23个特别区，其中位于中央区域的千代田区、港区和新宿区等共8个区组成东京核心区，其余区组成东京市区，多摩地域也被称为东京郊区。

以东京2 566个地块的建筑容积率作为研究对象，各用地类型及数量如表1所示，各类型建筑在城市各区域的数量分布如图1所示，东京各用地类型中数量最多的两类用地是1低专与商业，分别是878与537个。其余地块数量均小于290个。从图1可以看出，核心区没有2低专、半居住、工业和工专4种土地利用类型。核心区商业建筑数量最多，市区1低专、1中专、1住居、近商与商业用地数量相对较多，郊区1低专用地数量最多。核心区以商业为主，郊区以居住为主，市区介于两者之间。

地块的容积率分布方面，核心区地块的容积率普遍较高。容积率自核心区至郊区依次降低，高容积率地块的位置与轨道交通网络空间分布具有相似性。

3.2　容积率统计分析

各类建筑物在不同区域的平均容积率值如图2所示。从图2中可以看出，各类建筑平均容积率值在郊区、市区与核心区保持一致。所有区域中，商业容积率均最大，1低专最小。从图2也可以看出东京都的容积率随区域变化的关系，核心区各类建筑物容积率密度最高，即使是容积率较低的1低专与1中专类型的建筑，核心区的容积率也较其他区域高，郊区各类建筑物容积率密度最低。

商业建筑平均容积率与到车站距离的关系如图3所示。到车站距离由ArcGIS软件中点距离工具，计算各地块形心点到车站点的距离来测算。1低专建筑平均容积率与到车站距离的关系如图4所示，可以看出核心区的商业建筑容积率与到车站距离呈负相关趋势。1低专建筑在核心区与市区表现出容积率与到车站距离呈负相关趋势，但是郊区没有表现出容积率与到车站距离呈负相关趋势，这可能是由于郊区居民更倾向于独栋住宅或低层住宅，用地更为分散，对容积率的需求不高，即使距离车站较近，也不会导致容积率的增加。

从图3可以看出，无论核心区、市区、郊区，商业建筑物平均容积率与到车站距离呈负相关趋势。1低专建筑在核心区数据量较少，但是图4中也展示了同样的趋势，市区也表现出了一定规律。但1低专建筑容积率在郊区未明显表现出上述规律。

3.3　结果分析

以1低专类型作为居住建筑代表，对模型进行参数拟合，商业建筑容积率样本在核心区、市区、郊区的数量分别是260，202，75，1低专建筑容积率样本在核心区、市区、郊区的数量分别是11，278，589，建筑容积率影响系数回归结果如表2所示，地价系数均没有通过p值检验，系数{\alpha }_{\mathrm{3}k}的p值列于相应系数后的括号内，均通过检验，带交互项线性模型的误差平方和小于线性模型误差平方和，说明添加交互项的合理性。针对商业、居住建筑的模型F统计检验的p值分别为0.015与0.038，说明回归模型拟合优度显著，模型可靠。

针对商业建筑容积率回归模型，其余回归系数也在99%置信区间上均通过p值检验。居住建筑核心区由于样本数过少，“是否核心区”及“核心区与距离交互项”回归系数不显著。其余变量系数在95%置信区间上通过p值检验。

表2中是否核心区，是否市区，是否郊区对商业建筑容积率的影响为正，{\alpha }_{\mathrm{20}}，{\alpha }_{\mathrm{21}}，{\alpha }_{\mathrm{22}}分别是213，79.1和31.74，是否市区，是否郊区对居住建筑容积率的影响为正，{\alpha }_{\mathrm{21}}，{\alpha }_{\mathrm{22}}分别是49和13.7，说明区域对建筑容积率存在影响，核心区对商业建筑容积率影响最大，同区域商业建筑容积率高于居住建筑容积率。

东京轨道交通站区容积率影响的定量关系如下：到车站距离每增加100 m，商业建筑的容积率下降1.8%，而居住建筑的容积率仅下降0.05%。这表明商业建筑受距离车站影响更大。特别是对于位于核心区的商业建筑，到车站距离每增加100 m，容积率将比基准值降低27.8%。此外，商业建筑在市区受到车站距离的影响程度比在郊区更大，到车站距离每增加100 m，市区商业建筑的容积率下降8.5%，而在郊区商业建筑容积率仅下降0.6%。对于居住建筑，到车站距离每增加100 m，市区的容积率下降1.35%，而在郊区下降0.05%，表明市区居住建筑受到车站距离的影响更大。说明市区居住建筑“到车站距离”对容积率的影响程度比郊区大；两者均小于同区域商业建筑，说明市区、郊区“到车站距离”对商业建筑容积率的影响大于居住建筑。

根据表2，{\alpha }_{\mathrm{20}}，{\alpha }_{\mathrm{21}}，{\alpha }_{\mathrm{22}}变量分别取1时，得到核心区、市区、郊区，商业、居住建筑容积率与“到车站距离”的具体关系如下。

核心区商业建筑容积率计算公式

y_{\mathrm{1}}=-\mathrm{0.296}{d}_{\mathrm{1}}+\mathrm{620.28}⑵

市区商业建筑容积率计算公式

y_{\mathrm{2}}=-\mathrm{0.103}{d}_{\mathrm{2}}+\mathrm{486.41}⑶

郊区商业建筑容积率计算公式

y_{\mathrm{3}}=-\mathrm{0.024}{d}_{\mathrm{3}}+\mathrm{439.04}⑷

市区居住建筑容积率计算公式

y_{\mathrm{4}}=-\mathrm{0.014}{d}_{\mathrm{4}}+\mathrm{121.33}⑸

郊区居住建筑容积率计算公式

y_{\mathrm{5}}=-\mathrm{0.001}{d}_{\mathrm{5}}+\mathrm{85.996}⑹

式中：y_{\mathrm{1}}为核心区商业建筑的容积率，%；y_{\mathrm{2}}为市区商业建筑的容积率，%；y_{\mathrm{3}}为郊区商业建筑的容积率，%；y_{\mathrm{4}}为市区居住建筑的容积率，%；y_{\mathrm{5}}为郊区居住建筑的容积率，%；d_{\mathrm{1}}为核心区商业建筑到车站距离，m；d_{\mathrm{2}}为市区商业建筑到车站距离，m；d_{\mathrm{3}}为郊区商业建筑到车站距离，m；d_{\mathrm{4}}为市区居住建筑到车站距离，m；d_{\mathrm{5}}为郊区居住建筑到车站距离，m。

到车站距离每增加100 m，核心区商业建筑容积率将减少29.6%，而市区将减少10.3%，郊区将减少2.4%。在商业建筑容积率普遍较高的核心区，轨道交通车站对容积率的提升作用在所有区域中最大。到车站距离每增加100 m，市区居住建筑容积率将减少1.4%，而郊区仅减少0.1%，轨道交通车站对郊区居住建筑容积率的提升作用较小。

4　结论及建议

东京城市轨道交通对容积率的定量关系数据揭示了城市轨道交通系统建设与发展对周边土地利用模式的影响。东京地铁站周边高容积率的商业综合体、购物中心和办公楼等，有效地集中人口、就业和商业活动，提供紧凑且便捷的城市环境。这种高密度的土地利用为城市经济发展和土地价值提供了良好的支撑，对我国城市规划具有以下借鉴意义。

（1）城市轨道交通站区商业建筑受到车站距离影响的程度显著大于居住建筑。针对商业建筑容积率与到车站距离的显著关联，我国城市规划中需更加重视城市轨道交通站区商业建筑的布局与到车站距离关系，可考虑打造商业核心区，将商业建筑集中布局在距离车站较近的核心区域，以最大程度提高商业建筑的利用效率和吸引力。

（2）城市轨道交通站区商业建筑“核心区”与“到车站距离”的交互影响显著。这强调了城市核心区域内，轨道交通站点对商业建筑容积率规划的重要性，需重点关注城市核心区域轨道交通站点周边的规划和开发，以最大程度提高商业建筑的利用效率。

（3）城市轨道交通站区居住建筑“市区”与“到车站距离”的交互影响程度比郊区大。这提示在城市土地利用规划中，需要重点关注城市市区轨道交通站点周边居住建筑的容积率调控和规划布局，制定市区与郊区站点周边差异化的土地利用规划策略。针对市区的人口高密度、交通便捷等特点，可以推动站点周边居住建筑的垂直发展和混合用途开发；而针对郊区的低密度、宜居环境等特点，可以注重站点周边绿地保护和社区配套设施建设。

综上，我国城市规划应充分考虑轨道交通对土地利用的影响，利用城市轨道交通车站周边的开发潜力，合理配置和优化利用土地资源，为轨道交通站区居住与商业建筑容积率的制定提供依据，实现高效的城市空间布局，促进城市商业与经济活动。

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基金资助

中铁第四勘察设计院集团有限公司科技研究开发计划课题(2022K065)

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上海市哲学社会科学规划课题一般项目(2021ZGL002)

中国高等教育学会高等教育科学研究规划课题(22JX0413)