（管理科学与工程专业论文）城市土地多中心结构优化模型理论探索.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 城市土地是城市最大的资产之一，其结构优化已成为城市发展的重要问题。 城市土地结构反映城市发展的趋势、方向和水平，其过程演化由自然、地理、 环境、人文、社会、经济等系统共同作用着。演化与优化同在，但优化具有多 层次结构、多重时间标度、多样作用过程等“存在的复杂性”，和在远离平衡状 态时，不可逆的非线性动力学机制作用下的多样化自组织现象等“演化的复杂 性”。 优化的不均匀性、多样性、差异性、随机性、无序性和高度人工化，使得 城市地理学、中心地理学、城市社会学已经很难解决实质的城市土地多中心结 构优化问题。区别于城市经济学、协同学、分形理论、城市地理学和中心地理 论，本文将从现象分析、理论假设、特性归纳、关系研究、经典模型总结、函 数构建、非线形科学运用等诸多方面，研究城市土地多中心结构优化问题，通 过演绎数学模型和运用经济地租理论展开理论探索，达到了如下效果：( 1 ) 讨论 了非均质利用土地，更全面地反映土地实际利用方式，更满足按照自然规律和 经济规律而建立起来的城市土地多中心结构；( 2 ) 通过研究城市活动与土地利用 关系来寻找土地优化的价值空间；( 3 ) 修正了简单的土地竞租函数，将耗散结构 论创造性地运用到城市土地多中心结构的优化上，使模型更有说服力：( 4 ) 提出 了优化的管理措施，可作为城市土地主管部门制定土地结构优化决策的理论参 考。 本文尝试性地运用多学科综合交叉，将土地竞租函数由平面扩展到立体， 由平滑拓展到波动、多维的函数集，运用非线性科学于探讨城市土地的“耗散 结构”中，具有一定的探索性和创新性。 关键词：城市土地，多中心结构，非均质利用，优化模型，耗散结构论 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t u r b a nl a n di so n eo ft h el a r g e s ta s s e t so f c i t y i ti sb e c o m ea v i t a lp r o b l e mf o r u r b a nl a n ds t r u e t u r e ( u l s ) l i n k e dw i t ht h et r e n d s ，d i r e c t i o na n ds c a l eo fu r b a n d e v e l o p m e n t ，t o b e o p t i m i z e dd u r i n gu r b a n i z a t i o np r o c e s s t h ee v o l v e m e n to f u l s i sd e t e r m i n e db ym a n ye x t e r i o rs y s t e m s ，s u c ha sn a t u r e ，c u l t u r e ， s o c i e t y ， e c o n o m y ，g e o g r a p h y ， e n v i r o n m e n t ，e t c f o ru l s ，i t se v o l v e m e n tk e e p si t s o p t i m i z a t i o nc o m p a n y h o w e v e r ，t h e l a t t e rt u r n so u tt ob em o r e c o m p l i c a t e d o v e ri t s o u t c o m ea n dp r o c e s s t h ec o m p l i c a t e do u t c o m eo f o p t i m i z a t i o ni st h a to p t i m i z a t i o n e m b o d i e ss e v e r a ls u b s t r u c t u r e s ，s e v e r a lt i m e d i m e n s i o n s ，s e v e r n lf u n c t i o n p r o c e s s e s ，w h i l et h ec o m p l i c a t e do u t c o m eo fo p t i m i z a t i o ni sm e n t i o n e da sv a r i o u s i n t r i c a t es e l f - o r g a n i z a t i o np h e n o m e n ad e t e r m i n e db yn o n - l i n e a rd y n a m i c sm e c h a n i s m w h e nu l si sf a ra w a yf r o m e q u i l i b r i u ms t a t e ， p r e s e n t l y ，s o m e t r a d i t i o n a lt h e o r i e si n c l u d i n gu r b a ng e o g r a p h y ，c e n t r a lp l a c e t h e o r y ，u r b a ns o c i e t ys c i e n c e ，c m 2 n o tg i v eas u b s t a n t i a la n s w e r t ot h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m so f u r b a nl a n dm u l t i p l e - s t r u c t u r e t h ec a u s ei st h a to p t i m i z i n gt h es t r u c t u r e h a ss o m ec h a r a c t e r so fu n o r d e r ，d i v e r s i f i c a t i o n ，d i f f e r e n t i a t i o n ，r a n d o m ， u n - o r g a n i z a t i o na n da r t i f i c i a lf a c t o r s d i s t i n g u i s h e df r o mu r b a ne c o n o m i c s ，f r a c t a l t h e o r y ，u r b a ng e o g r a p h y ，c e n t r a lp l a c et h e o r y ，t h i sd i s s e r t a t i o ni st os t u d yt h e m o d e lf o ro p t i m i z i n gm u l t i p l e s t r u c t u r eo fu r b a nl a n do nt h eb a s i so f p h e n o m e n a a n a l y s i s ，h y p o t h e s i s ，p e c u l i a r i t ys t u d y ， r e l a t i o n s t u d y ， c l a s s i c a lm o d e l s u m m a r i z a t i o n ，f u n c t i o nm o d i f i c a t i o na n da p p l y i n gn o n - l i n e a rs c i e n c et h e o r y t h u s ， t h ef o l l o w i n ga c h i e v e m e n t sc a nb ef o u n d ：( a ) d i s c u s s i n gt h en o n e v e nu s em o d e lo f u r b a nl a n dt oc o m p l e t e l yr e f l e c tt h e p r a c t i c e ， a n dm a k et h eb u i l tm o d e lo f u r b a nl a n d m u l t i p l e - s t r u c t u r e so b e yn a t u r a l a n de c o n o m i c a lr u l e s ( b ) s t u d y i n gt h er e l a t i o n b e t w e e nu r b a na c t i v i t i e sa n du r b a nl a n d ，t h u s ，t o p r o b e f o rt h e o p t i m i z a t i o n v a l u eo f u r b a nl a n d ( c ) d i s c u s s i n g a n d m o d i f y i n gs i m p l e b i d - r e n tf u n c t i o nb yu s i n g d i s s i p a t i v i t y s t r u c t u r et h e o r y ，t oo p t i m i z et h eu r b a nl a n ds t r u c t u r e ，a n dm a k em o d e l h a v ea s t r o n g e r d i r e c t i o nt o p r a c t i c e ( d ) p u t t i n g f o r w a r d ss o m em a n a g e m e n t m e a s u r e sf o rg o v e r n m e n tw h e nd e c i s i o n - m a k i n go nu r b a nl a n do p t i m i z a f i o ni si n n e e d c r o s s d i s c i p l i n e sa r e u s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n ，a n db i d r e n tf u n c t i o ni se x t e n d e d i i 重鏖奎兰堡主兰垡丝苎一一兰三! i 坚 f r o mp l a n a rt ot h r e e d i m e n s i o n a l ，f r o ms l i p p e r yt ou p d o w n i nf a c t ，t h ec u r v 。o f b i d r e n tf u n c t i o nb u i l tb y t h i sd i s s e r t a t i o ni sn o tas i m p l el i n eb u t a ni r r e g u l a rs e to f l i n e n o n 一1 i n e a rs c i e n c ei sa p p l i e dw h e nd i s c u s s i n gd i s s i p a t i v i t ys t r u c t u r eo f u r b a n l a n do p t i m i z a t i o n t h e r e f o r e ，t h i sd i s s e r t a t i o n i sf i l l e dw i t hi n n o v a t i o nt o8 0 m 。既t 。t k e y w o r d s ：u r b a nl a n d , m u l t i p l e s t r u c t u r e ，n o n e v e n u s e ，o p t i m i z i n gm o d e l ， d i s s i p a t i v i t y s t r u c t u r et h e o r y i i i 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题引出 城市自出现起，就因“城”与“市”的相互分离表征其独特的历史背景、 深刻的内涵和明确的用途。随着人类社会的不断发展，城市己成为人类文明的 主要体现和传承载体。城市之所以在社会、经济、文化等诸多领域内取得显著 于农村的发展在于城市具有区别于农村的聚集效益、规模效应、扩散效应、辐 射带动效应的优势、城市内部相对合理的分工和内在运行机制，和城市能吸收 更多的经济要素和社会细胞( 包括人才) 。以当前与城市有关广为探讨的热点和 难点问题，如全面建设小康社会、“三农”问题、小城镇建设、经营城市、城市 土地结构等足以佐之。 城市土地是城市的物质载体，是城市产业各部门的发展基础。“城市土地结 构”指的是城市土地在不同城市产业部门间的量的分配。一般地，城市土地在 空间上呈组团式发展，形成相对收拢和相对发散的利用形态，在功能上分布格 局层次化。这种格局按一定的土地属性( 含自然属性和使用属性) 进行归类和 统计，若以量为主要表现形式，就是“城市土地结构”。城市土地结构是城市自 然条件、性质与功能、社会经济等因素综合作用的结果。随着我国工业化、城 市化和现代化的齐头并进，城市功能升级要求城市土地结构有相一致或接近一 致的调整：特大城市土地结构开始出现了主中心和次中心并存的土地利用格局， 大中小城镇仍以单中心土地利用结构为主。 结构是功能的基础，结构决定功能；功能体现结构，并反作用于结构。城 市发展之初，粗放的土地利用结构下的城市功能只需满足城市简单再循环需要， 非常单一。当城市某一要素( 如行政命令、政策机遇、人口增长等) 突出增长 并带动城乡全面发展时，城市功能反过来对城市土地利用结构提出更高的要求。 然而，土地本身固有的价值外部化、用途惰性、互补性和竞争性，决定了城市 土地利用结构有很强的调整刚性。可见，在城市土地结构与城市功能之间，存 在着作用与反作用机制的“滞后”现象。这种现象出现的越多，土地利用效率 越低，土地资源越浪费。 本文将探讨城市土地多中心结构优化问题，即城市土地利用结构调整规律， 研究城市土地更加合理的数量分配和空间布局演化过程，以提高定范围内的 城市土地总体产出( 含社会产出、经济产出和生态产出) 最大化或相对满意的 最大化，来减少城市土地结构与城市功能之间的“滞后”现象。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 2 国内外研究综述 1 2 1 国外研究综述n 卜【1 2 】 2 6 】 国外先后出现了从不同角度研究城市土地利用( 结构) 的驱动力及作用肌 理，形成了包括生态区位学派、经济区位学派、社会区位学派和政治区位学派 在内的理论体系1 ，极大地推进了城市土地利用结构模型及其演化规律的研究。 下面简要地综述各学派主要观点。 1 ) 历史形态学方法与生态区位学派 生态学派依托描述性的历史形态方法，研究归纳土地利用空间分异规律， 以轴向增长理论、同心圆理论、扇形理论和多核理论等为代表，其中，后三者 已被学术界称为三大经典生态区位理论。此外，还包括r e d i c k e n s o n 的三地 带说、e j t a a f f e 的“城市理想化结构”等。 2 ) 空间经济学方法与经济区位学派 经济区位理论以市场平衡理论为基础，设定了“经济人”，运用空间经济学 理论和系统的数理分析方法，演绎和构建了城市土地利用( 结构) 的理论模型 分析，解释城市土地利用的区位决策和空间模式。主要包括三种模型： 古典单中心模型以wa l o n s o 和lj r w i n g o 等为代表的古典单中心模 型，通过最优化求解土地竟租曲线，推导城市土地利用的重要特点：地价遵循 差异补偿性原则：居住地租坡度( r e s i d e n t i a lr e n tg r a d i e n t ) ；不同类型的家庭或 土地利用在空间上趋向于自然分离；城市土地利用的强度由中心向外缘逐渐减 少。 外在性模型以调查和解释城市外在性( 如交通堵塞) 对城市增长和土 地利用的影响为重点，具有较强的政策指向性。城市外在性会导致个体和社会 在区位决策费用上的不一致，形成低效率的土地利用模式。t c k o o p m a n s 和 m j b e c k m a n 等学者认为竞争性的土地市场不会形成高效的土地利用模式。 动态模型可用于解释许多与增长相关的城市土地利用空间现象，如城 市蔓延城市衰退、城市复兴住房市场、过滤过程不确定性对土地开发的影响。 如：d c a p o z z a 和r w h e l s l e y 构建了一个人口不断增长，开发商具有完美预见 能力的动态模型；w c w h e a t o n 构建了一个完美预期下的居住用地动态增长模 型，重点分析了收入交通费用及人口等市场要素的历史趋势对城市土地的开发 方式的影响。 3 ) 行为分析方法与社会区位学派 行为学派反对上述两学派过于主观简单化和理想化的假设，认为土地使用 者不可能是完全理性的。土地利用行为和区位决策从来都没有使土地利用者的 利益最大化，最优经济效益和最佳效用也不是土地利用决策的惟一动因和目标。 2 重庆人学硕士学位论文1 绪论 因此，它强调提倡用城市社会系统来代替市场作为土地利用区位决策的场所。 行为学派的代表性理论为决策分析模型和城市土地利用的互动理论决策分析模 型，以北卡罗来纳大学的f s c h a p i n 为代表。 4 ) 政治经济学方法与政治区位学派 政治区位学派批评经济区位学派和行为学派割离了土地利用决策与社会政 治环境及历史背景间的有机联系的研究方法，认为城市土地利用的区位决策和 空间模式受制于特定的政治经济结构和社会生产方式，不同社会群体在土地利 用的决策与开发过程中的影响力和权力具有显著差别。政治区位学派主要代理 性理论有结构主义、冲突学派和管理学派等。 结构主义借助政治经济学的基本概念和原理，解释了城市土地利用的 空间结构及变化过程，认为社会生产关系等是城市土地利用空间结构变化的内 因机制，不同群体的土地利用空间行为和区位决策必须综合考虑其特有的社会、 政治和经济背景与结构。代表人物有d h a r v e y ， m ，c a s t e l l s 和a j s c o t t 。 区位冲突流派认为城市土地利用空间结构和区位模式是有着不同目 标、不同权力及影响力程度的各个利益集团之间相互冲突、相互妥协而“合理 化”的结果。k r c o x 认为空间的权力分布是城市土地利用空间结构形成和演 化的内在动力机制。o p w i l l i 锄s 认为空间的组织就是政治。 城市管理学派认为城市管理者包括公共房屋经理、房地产商、地方政 府官员等众多机构，在稀缺资源的分配过程中起着不同作用和具有不同动机， 是影响城市社会空间结构和土地利用模式的重要作用者。 5 ) 国外文献研究小结 从最初的生态学派到经济区位学派、社会行为学派再到政治经济学派，西 方城市土地利用( 结构) 理论研究在广度和深度上都有了明显的发展。 生态学派的理论体系有助于理解城市土地利用空间结构功能的分异规律和 城市社区的社会经济结构，被公认为城市土地利用的理论基础。但偏向于简单 的圈层研究体系，停留在描述阶段，并不能很好地解释清楚土地利用结构及其 增长趋势的形成原因。 空间经济学派能为选择最适宜的土地投资区位的开发时机和开发类型提供 重要的理论指导，但是它对空间结构的描述显然不及其对形成机制的研究，且 关于经济优化人和数理模型假定，很强的描述和推测性质，忽略了土地市场的 政治权力的影响等方面决定该理论的解释能力相对较弱。 政治经济学派从广度和深度上都极大地拓展和加深了对城市土地开发及其 空间结构内在动力机制的研究，区位冲突学派和管理学派强化了权力结构对城 市土地开发及区位分配作用研究。 3 重庆大学硕士学位论文1 绪论 总之，后发展的理论是建立在对原有理论的批判和扬弃的基础之上，并逐 渐明显带有人文化和政治化的趋势。但是上述各种研究方法，研究的侧重点及 存在的不足各不一样，值得本课题研究参考。 1 2 2 国内研究综述m 1 删 区别于国外成熟的经典理论，国内学术界主要是综合信息科学、系统科学、 分形理论、城市规划学等学科于城市土地空间结构及优化问题研究中，出现了 像陈彦光、刘明华等学者运用熵值定律于土地结构研究，周建明的城市土地空 间结构研究，陈荣的城市土地利用效率论，石忆邵的竞租函数与城市土地 利用，蔡捷、孙钰等的中国城市土地利用效率提高的若干建议。这些学者 从不同角度探讨了城市土地利用效率和结构优化问题。 1 ) 城市不同用地的竟租函数讨论 竞租函数( b i d 。r e n tf u n c t i o n ) 是个人或企业因为土地位置的差异，对不同 区位的土地愿意支付的土地租金的差异的表达( 石忆邵，1 9 9 9 ) “。土地竞租 函数反映了土地价格或租金的区位变化规律及不同的用地个体、企业、不同的 土地用途在市域内的空间分布规律。 关于土地竞租函数讨论，大部分学术研究都假定城市土地使用对象利润最 大化，通过函数参数设定求出土地竞租函数。同济大学石忆邵副教授以( 1 1a ) 为 主要公式，设定不同变量值，推导出如下不同用地的竞租函数表达式。 兀= p b c t b u - r t ( 1 1 a ) 如：制造业的竞租函数为： r = ( p b c t b u ) t 商务用地的竟租函数为： r = ( p a c t w a u ) t 零售用地的竟租函数为： r = 【p a ( k u ) k c 】t 居住用地的竟租函数为： r ( u ) = p ( u ) q k 】t ( 1 1 b ) ( 1 1 d ) ( 1 1 e ) 其中，相关变量含义为： n 利润：p 产品价格；卜产品数量；c 非土地投入成本；u 运输距离；t 单位运价：r 单位面积上的地租；卜企业占地面积。 2 ) 城市土地结构的信息化研究 4 重庆火学硕士学位论文 1 绪论 地市地理学作为研究城市空间组织规律的科学，实质上是一门空间信息科 学。城市化过程反映到一个城市的结构和形态上，便是城市生长及其空间图式 的分异与演化，所以，城市结构和形态分析可以揭示城市空间扩展乃至区域城 市化的许多重要的地理信息。城市土地利用是城市结构和形态研究的核心内容 之一，其困难在于定量描述和数理分析，而困难的根源在于研究对象的复杂性。 北京大学陈彦光和东北师范大学刘继生认为系统理论和分形几何学( f r a c t a i g e o m e t r y ) 引入到城市土地利用结构研究以后，学术界取得了长足进展：系统理 论为城市结构研究提供了整体性的思维框架，分形几何学则为城市形态分析提 供了有效的描述语言。因此，他们基于系统思想，借助信息论和分形理论提出 反映城市土地利用结构的均衡度概念及其空间形态的信息维( i n f o r m a t i o n d i m e n s i o n ) 方法，从而将城市土地利用结构的信息熵研究推广到分数维 ( f r a c t i o n a ld i m e n s i o n ) 分析。 根据n w i e n e r 的定义，信息“是系统组织程度的度量”。因此，信息熵应 该是刻画城市空间规律的重要特征量。由于s h a n n o n 熵与h a u s d o r f f 维数。根据 对郑州、广州等城市的土地结构分析，陈彦光总结出关于城市土地利用的信息 熵值规律：大城市用地结构的信息熵一般大于小城市的信息熵，综合性城市的信 息熵严格大于专业化城市的信息熵，城市化地区的信息熵必须大于各功能区的 信息熵。基于信息熵值规律，提出了关于城市空间形态的分维包容原理：城市化 地区土地形态的分形维数必须大于各类型土地空间分布的分形维数。 基于信息论思想提出反映城市土地利用结构特征的均衡度概念：假定将城 区面积为a 的城市用地分为n 个职能类，各类别的面积为a 。( i _ 1 ，2 ， n ) ，且有y a ，= a ，定义p ：= a 。a ，则可得到土地利用结构的信息熵 1 月 h = ypl o g p ，据此可构造城市土地利用的均衡度公式j = h 1 0 9n ( o j 1 ， 7 相应地有集中度i = 1 - j ) 。进而借助网格法定义城市土地利用的空间熵，藉此 测算城市土地形态的信息维。 3 ) 城市土地利用空间结构形态研究 随着城市的不断发展，城市发展的动力机制从高度集中的投资分配的“空 投式镶嵌型”转变为主依靠城市经济系统的自增长能力和投资环境吸引力， 城市在发展机会增多，自主性增强的同时，发展的不稳定性及盲目性亦随之增 强。由此，城市土地规划增加了不少难度。 城市土地合理利用的研究自城市产生之日起便己开始，在城市地理及经济 领域产生了城市土地利用的一系列理论，包括城市土地利用的地域结构理论、 地租理论、门槛理论、空间均衡理论，田园城市论、有机疏散及混合功能区等 5 重庆大学硕士学位论文1 绪论 理论。 中国城市规划设计研究院周建明在仔细地研究深圳城市土地利用的时空过 程后，以城市定位、产业结构分工等为基础，提出整个城市空间优化和空间调 整的方法，为当地的城市规划设计提供了理论参考。 4 ) 城市土地利用结构优化模型研究 土地利用优化是土地利用总体规划的核心，如何按自然规律和经济规律来 建立合理的土地利用结构是土地利用总体规划的关键所在。中国人民大学严金 明在分析了土地利用结构与国民经济的关系，论述了通过土地利用结构优化可 以提高区域土地利用系统的结构效益和功能，阐述了土地利用结构优化的内涵 和土地利用结构优化的经济效益、社会效益和生态效益，对土地利用结构优化 的一般模型进行了设计。其模型为如下表达式： 设x 1 ，x 2 x 。为待定变量( 系统的土地利用类型) ，目标函数可表示为： g = g ( x l ，工2 ，x 。) ( 1 2 a ) 该目标函数反映系统的功能目标与结构、特性之间相互依存和制约的关系。 目标函数的极大值或极小值代表系统功能的最优值。 结构优化存在的人力、物力、财力、时间和生态、经济、社会、技术以及 土地现状、潜力、需求等多方面不可避免的限制，数量上表现为对待定变量作 如下形式的约束条件： z ( ，x 2 ，x ” 五( 一，x 2 ，x 3 矗) ( = ，) 6 。 x 。) 蔓( = ，) b 2 ( 1 2 b ) ( 1 2 c ) 厶( 羔l ，工2 ，x 3 x 。) ( = ，) 6 。 o - 2 d ) x i 是指构成系统土地利用结构的类型，应取非负值，即非负性条件： x i 0 ，i = 1 。2 ，nf 1 2 e ) b i 为资源限定总量。 由此可见，规划系统的土地利用结构是关于在一定的约束条件下求目标函 数极值的理论和方法。 5 ) 国内文献研究小结 上述从不同方面综述了与城市土地利用结构相关的理论研究成果。这些研 究成果在各自的范围领域内具有一定前沿性，值得本课题参考和借鉴。但是， 也正是这些不同的研究侧重点，所研究的成果并不能完全运用于本课题，对此， 6 重庆大学硕士学位论文l 绪论 总结如f ： 城市土地竞租函数以经济租金最大化为主轴，构建的一系列不同用途土地 租金报价函数，从城市土地市场角度看，有利于城市土地价值最优化，有利于 充分利用好市场的“无形之手”，实现资源配置高效化。然而，城市土地用途是 多样化的，对于其中公益性用地而言，很难用租金进行衡量，不存在竞租函数。 城市不同用地的竞租函数没有充分考虑到作为城市土地中重要部分的公益性用 地，因此，如将上述函数模型运用城市土地结构优化模型研究中，并不全面。 城市土地结构指的是城市土地总量在城市地域范围内于不同产业部门间具 体的量的分配。若以空间和数量为两个参数，则城市土地利用可用信息论进行 讨论。前述运用了城市系统理论、几何分形学、信息维、熵论等边沿学科于城 市土地利用结构中，产生了熵值定律，实现了不同学科交叉中发展城市土地科 学。本课题认为这种研究思路具有一定的前沿性，值得课题研究参考。然而， 城市土地结构信息化研究并不能清楚地回答所研究的土地均衡实际意义，也没 有完全考虑城市土地的区位性、非均质性等问题。 城市土地利用空间结构研究是以深圳市的城市规划为目标，运用许多具有 代表性的理论于城市规划研究中，提出了较为具体的实施建议。从某种程度上 讲，城市土地利用空间结构与城市土地利用结构是非常关联的，城市空间结构 优化在一定程度上又反映了城市土地资源的合理配置。本课题认为这种定性的 研究可以为城市规划设计提供很好的理论参考，但是，如将之运用于城市土地 利用结构模型的优化中，尚需要从定性过渡到定量研究中。 城市土地利用结构优化模型研究是将城市土地当成系统问题进行研究，设 定了目标函数和约束条件，运用了运筹学中的规划论进行求解。本课题认为以 系统论来构建城市土地结构优化模型是可行的。但如果将这种模型全丽运用于 整个城市的土地优化研究中，说服力略显薄弱些，同时，模型将变得更加复杂， 参数求解也会更难。 因此，借鉴国外不同学派的研究角度在对城市土地多中心结构优化模型 理论探索中，如何更好地运用土地用途地租决定论( 特别是将公益性用地纳入 模型参数中) ，如何解决好定性分析与定量研究，更好融合信息熵论、土地利用 实际意义和系统论线性规划模型为一体，等等，这些问题将是本文研究的重要 内容。 1 3 技术路线 本课题所采用的技术路线为图1 1 所示。 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 图1 1 研究技术路线图 f i g u r e1 1 t h et e c h n o l o g i cr o u t eo f r e s e a r c h 1 4 论文框架 论文主要分为六大部分，第一部分简要地介绍课题研究；第二部分对论文 中涉及到的重要名词术语及关键理论进行定义和假设；第三部分分析本课题研 究的对象及其特征，分析课题的研究意义：第四部分综合城市地理学等关于城 市土地结构模型的理论研究，结合第三部分的阐述，提出本文的研究方向：第 五部分为本研究的关键内容，演绎、推导、修正现有的土地竞租函数，提出立 体的、非均质、非连续的“锥形体”函数集，并运用耗散结构等非线性科学探 讨了城市土地结构优化理论。最后部分归纳总结文章的创新点，分析了课题研 究的局限性，并对课题深入研究提出个人的看法。 8 重庆大学硕士学位论文1 绪论 图1 2 论文框架图 f i g h i e1 2 t h ef r a m e w o r ko f d i s s e r t a t i o n 9 重庆大学硕士学位论文2 理论假设、概念定义及模型基础 2 理论假设、概念定义及模型基础 2 1 理论假设一 现代土地管理学更加强调的是在地资源背景下归类土地用途，而土地用 途分类系统的区域性、开放性、兼容性、综合性、层阶性与实用性。“，要求以 土地利用为主体，将“自然经济综合体”的各要素，按照各自时空宏观属 性的影响幅度进行科学地、系统地划分。 在城市土地经济学领域内，不同的研究目的( 不论是运用性研究还是理论 性探讨) 对城市土地的划分和归类是不一样的。本课题将研究城市土地利用结 构优化问题。在尊重城市土地利用现状的客观事实和复杂实体的基础上，以政 府能否收取租金为标准，将城市土地用途粗略地划分为以下四类： 1 ) 商业用地 商业用地包括零售商业用地、批发商业用地和专业性服务社。零售商业大 都位于交通最方便，城市繁华地带，配套齐全，行人众多或主要交通交汇点上； 批发业的顾客为零售商，由于需要较大的空间储存货物，占地颇多，其付租能 力又不如另外两者，可位于非市中心区。专业性服务社需要交通方便，商业活 动频繁，但不一定接近行人众多的地区。 2 ) 工业用地 工业用地包括生产用地和辅助生产用地。工业占地面积比较大，其地区位 选择一般受限于用地适用性、原材料供应基地、运输成本、产品市场及生态环 境等因素。小型工厂的生存条件是劳动密集型要素市场：大型工厂占地面积比 较大，不会选择在租金或使用费昂贵的区位。仓库用地与工业用地类似，其区 位也要视其储存货物的档次及用地要求而定。工业有一定的承付租能力，但土 地成本纳入产品售价，市场竞争及政策引导使得历史形成的占用城市宝贵区位 的工业已逐渐退出繁华地带，即所谓的“退二迸三”。 3 ) 住宅用地 城市居民选择住处时会综合考虑区位、生活便利度等因素。城市大部分土 地应作为住宅使用。关于区位选择问题，由于市民大多量入而出，租金的支出 不可能过于庞大，而交通费支出同样受到一定的限制。住宅区地选择往往是综 合考虑生活开支、物业租售价和交通费三因素。在不考虑生活开支下。便形成 了以交通费用和住宅费用为主要因素的区位决策体系。 4 ) 公益性用地 公益性用地包括：政府机关用地、休憩用地、绿化用地、交通用地、军事 重庆大学硕士学位论文2 理论假设、概念定义及模型基础 用地和其他公用事业用地。 单从城市土地而言，城市政府兼有双重身份：其一，政府是土地使用者。 政府机关用地通常比较优越，但随着经营城市理念的推出，有些城市已将其区 位腾出来，让位于地产开发，充分发挥土地价值：其二，城市政府同时是土地 的支配者、管理者，代表国家持有土地；在法律上它可以强行征用所需要的土 地。城市政府用一般不考虑租金问题，其区位选择标准随着政府的城市管理理 念不同而不同。 城市休憩用地及绿化用地等在城市土地结构中占有相当比例。这些用地没 有付租能力，只受政府的决策影响，其存在的依据是城市功能建设需要和城市 社会福利发展需求。公益性用地是城市发挥职能的关键，是城市公共财富。当 然，部分公益性用地带有一定的生产营利性质，如码头、飞机场和自来水厂用 地等。 上述各种用地互为竞争和互为补充。在绝对位置上，因宗地只能某一定时 限内选择一种用途而存在互为竞争；在具体用途上，商业与住宅、商业与工业、 工业与住宅及其他两两间都存在着土地适用对象或紧或松的补充关系，如：工 业用地的周围需要住宅用地以为生产工人提供安居休憩之处；商业片区在简单 的交通工具下更加依赖于周边住户；休憩用地及绿化用地起到美化城市环境和 城市生活，增加城市公共交往平台；交通用地是枢纽，分散和连接于各种用地 之中。在城市土地中任何纯而又纯的片区利用方式是极少见的。比如，在非欧 美地区的城市，各种用地的区位因素差异不大，分化倾向不强，工业、商业、 住宅功能往往混杂在一起，即形成区别于功能分化( f u n c t i o n a ls e g r e g a t i o n ) 的混 合土地利用模式。 2 2 理论假设二 政府宏观调控城市土地结构可在经济学中找到理论依据。美国著名经济学 家o a 戴维斯在其代表著作城市更新经济学中指出，城市资源的合理配置 和高效利用是现代城市区别于近代工业城市的主要特征之一。而古典市场经济 理论所推崇的“市场理性”已被证明并不能完全实现资源的合理配置“”。 在将市场作用机制引入到城市管理从而形成的经营城市管理体系中，土地 往往被列为城市最大财富而受重视。效率从标度机械作用中的能量损耗程度的 物理学概念引入经济学领域之后，已被用于反映资源配置和经济活动的效果。 城市土地利用结构效率，它反映了极具稀缺性的土地资源配置效率。无论是宏 观的土地配置的结构效率( s t r u c t u r ee f f i c i e n c y ) 还是微观的土地使用边际效率 ( m a r g i ne f f i c i e n c y ) ，旨在实现土地价值最大化。 重庆大学硕士学位论文2 理论假设、概念定义及模型基础 城市政府是城市土地管理者，它可通过用途管理制、颁布规划条例、政策 制定等措施来调整城市土地结构，通过委托课题研究及自行开展调研等方式来 研究土地利用结构效率问题。本课题假定政府土地利用结构的最为关切者、实 施主体。市场利益及土地管理层面的不同，决定着政府与市场很难互换角色。 2 - 3 概念定义 2 3 1 中心地、中心商品、中心地职能、职能单位 中心地( c e n t r a lp l a c e ) ，指的是向居住在它周围地域的居民提供商品或服 务的地方。中心商品( 含服务) 是指在少数的地点( 中心地) 生产、供给，而 在多数地点消费的商品。一般而言，中心商品是在同消费者接触中实现的。故 中心商品供应者，如百货商店，一般是在消费者容易到达的交通便利的少数地 点布局。 中心地职能( c e n t r a lp l a c ef u n c t i o n ) 为供给中心商品的职能。中一t l , 货物和 服务是分等级的，即较高( 低) 级别的中心地生产较高( 低) 级别的中心货物 或提供较高( 低) 级别的服务。在大多数中心地，每一种中心货物或服务一般 要由一家以上的企事业单位承担。每个担负一种中心地职能的单位，称为一个 职能单位( f u n c t i o n a lu n i t ) 。中心地的职能单位数量必定大于或等于中心地职能 种类的数量。除了几家单位共同提供一种中心货物或服务之外，也可能有一家 单位提供多种中心货物或服务的场合，从而包括了几个职能单位；这种情况多 见于百货公司、超级市场等大型零售商业组织。 根据中心商品服务范围的大小可分为高级中心商品和低级中心商品。高级 中心商品是指商品服务范围的上限和下限都大的中心商品，比如高档消费品、 名牌服装、宝石等，而低级中心商品则是商品服务范围的上限和下限都小的中 心商品，比如，小百货、副食品、蔬菜等。供给高级中心商品的中心地职能为 高级中心地职能，反之为低级中心地职能。比如专营某名牌服装的专卖店和经 营宝石的宝石店是高级中心地职能，而经营小百货的便民商店则是低级中心地 职能。 2 3 1 2 中心性 中心性( c e n t r a l i t y ) 或“中心度”。中心性是指中心地相对其周围地区的重 要性，或者中心地发挥中心职能的程度。中心性一般可用下式表示： c - - - - - b r b 2f 2 1 a ) 式中 c 为中心性； b ，中心地供给中心商品的总量； 重庆大学硕士学位论文2 理论假设、概念定义及模型基础 b 2 中心地供给中心地自身的中心商品的数量。 可见，一个地点的中心性可以理解为一个地点对围绕它周围地区的相对意 义的总和。 2 3 3 补充区域 以中心地为中心的区域称为中心地的补充区域，也称市场区域或中心地区 域。具体说，是中心地的周围从中心地接受中心商品供给的区域。在中心地， 中心商品有乘0 余，而在中心地的周围区域中心商品不足。中心地中心商品的乘0 余部分便用于补充周围区域的中心商品的不足部分，当两者( 供给和需求) 均 衡时的区域范围也就成为补充区域的范围。 2 3 4 商品服务范围 商品服务范围有上限与下限两种。商品服务范围上限是由对中心商品的需 求所限定的，为中心地的某种中心商品能够到达消费者手中的空间边界。从理 论上说商品服务范围上限为补充区域的边界。商品服务范围下限是由中心商品 的供给角度所规定的边界。中心地为供给某种中心商品而必须达到的该商品的 最小限度的需要量，叫做门槛值或最小必要需求量。下限为中心地内该最小限 度的消费者的空间范围。 德国城市地理学家克利斯塔勒( wc h r i s t l l e r ) 认为中心地提供的每一种货 物和服务都有其可变的服务范围。范围的上限是消费者愿意去一个中心地得到 货物或服务的最远距离，超过这一距离他便可能去另一个较近的中心地。以最 远距离r 为半径，可得到一个圆形的互补区域，它表示中心地的最大腹地。服务 范围的下限是保持一项中心地职能经营所必需的腹地的最短距离。以，为半 径，也可得到一个圆形的互补区域，它表示维持某一级中心地存在所必需的最 小腹地，一亦称之为需求门槛距离( t h r e s h o l d ) ，即最低必需销售距离。 2 _ 3 5 中心地等级 具有高级中心地职能布局的中心地为高级中心地，反之为低级中心地。比 如有宝石店的中心地是高级中心地，而仅有便民商店的中心地是低级中心地。 低级中心地数量多，分布广，服务范围小，提供的商品和服务档次低，种类也 少。而高级中心地数量少，服务范围广，提供的商品和服务种类也多。在二者 之间还存在着一些中级中心地，其供应的商品和服务范围介于两者之间。 中心地的等级性表现在每个高级中心地都附属有几个中级中心地和更多的 低级中心地。居民的日常生活用品基本在低级中心地就可满足，但如购买较高 级的商品和寻求高档次的服务必须去中级中心地和高级中心地才能满足。不同 规模等级的中心地之间的分布秩序和空间结构是中心地理论研究的中心课题。 1 3 重庆大学硕士学位论文 2 理论假设、概念定义及模型基础 2 _ 3 6 经济距离 决定各级中心地商品和服务供给范围大小的重要因子是经济距离。经济距 离为用货币价值换算后的地理距离。是主要由费用、时间、劳动力三要素所决 定的距离，但消费者的行为也影响到经济距离的大小。因此，交通发达程度如 何对于中心地的形成与发展意义重大。“。 2 4 模型基础 在研究城市土地多中心结构中的土地价值，需要建立在经济租金的理论基 础上。为了更好地反映土地价值的空间变化规律和客观地反映土地的利用现状， 有必要提出以下六点假设具体内容在相应位置作阐述： 2 4 1 以存在土地中心为前提条件 城市土地中心的出现有其形成和存在的原因而不必过多的阐述和假设，不 论是城市自然地理条件、还是历史发展的延续，抑或是城市发展后来形成的。 2 4 2 非均质假设 以土地中心为圆点的一定半径内的土地利用呈多样化，而不是类似伯吉斯 同心环内( 详见6 1 ) 非常的单一，即，在同一环内不存在纯而又纯的工业用地、 商业用地和住宅用地等。 2 4 _ 3 质点假设 土地利用单元可以细分，从宗地细分到单位平方米，细分到线，直至细分 到质点。 2 4 4 土地有限用途假设 前述将城市土地按实际用途划分为商业、住宅、工业和公益性用地。土地 有限用途假设是从付租能力对土地用途划分为商业用地( c ) 、居住用地( r ) 、 工业用地( i )