高密度城市人口动静集聚与街坊形态关联解析——基于曼哈顿的实证

由于特定的城市化历史时期和发展需求，全球城镇人口在21世纪保持每年超过2.0%的平均增幅。为了容纳迅速发展中的城市人口，全球各大城市在不同的社会条件和历史时期中探索出了不同的形态布局模式。我国在历经了三十年高速城镇化后，也出现了众多围绕着“北上广深”等头部中心城市的高密度都市带。在近年来的规划实践工作中，经常会涉及高密度城区的城市设计或更新的项目类型，规划设计师通常关注于容积率、建筑高度等控规指标，但并未深入研究人口动静态集聚现象和物质空间形态之间的关联。  

纽约作为被公认的全球高密度城市，其中人口密度最高的曼哈顿区不仅拥有高楼林立的金融服务区，同时也存在大量环境宜人、尺度亲切的街坊（图1）。文章以曼哈顿为例，通过对人口时空分布密度较高地段的区域进行形态建模，探索人口动静态集聚现象和城市形态表征的关联机制，最后归纳出与人口密度特性相匹配的街坊形态组构类型，以期对中国高密度城市（地区）的规划设计和城市更新提供启示。

资料来源： David Rumsey Map Collection。

采用空间统计学中的冷热点分析法来获得静态人口密度较高的城市斑块。通过对数据集中的每一个要素进行Getis-Ord Gi*统计，当 Gi* 的 z 得分大于1.96且通过显性检验时，即存在人口密度高值集聚的“正热点区域”；相反，当 Gi* 的 z 得分小于-1.96且通过显性检验时，即存在人口密度低值集聚的“负热点区域”（也被称为“冷点”）。对于城市形态的研究，主要采用“空间矩阵”（spacematrix）进行多项形态指标的联立分析，将空间、形式和密度建立基于量形结合的联系，从而提供理性直观的分析、判断和评价工具。

选取普查区数据作为研究的基本单元，将普查区划和人口数据在ArcGIS中建立关联，获得曼哈顿人口密度分布图，设置显示分级数为5进行可视化展示。可以发现，曼哈顿的静态人口密度呈现不均衡格局，各单元的人口密度存在明显差异。运用ArcGIS中的冷热点分析功能判断人口密度高/低值的集聚特征，根据 Gi* 值将各普查区单元分为7类（图2）。  

▲   图2 |  曼哈顿人口密度静态空间分布及集聚热点分析(普查区单元)

▲   图3 |  三个时间断面下曼哈顿动态人口密度的空间分布

研究选取了曼哈顿岛上4个高密度地段作为研究样本，以静态和动态的人口集聚程度为依据进行研究。这些地段反映了不同程度的人口集聚化倾向。为确保不同样本间的可比性，并建立统一的评价机制，笔者在城市空间取样时将所有样本切片均控制在标准范围内（1km×1km）。基于这些分析结果，可以发现曼哈顿静态人口最为集中的地段分别是上西区的林肯广场和上东区的雷诺克斯山，而在工作日动态人口最为集中的地段分别位于中城区的洛克菲勒中心和下城区的金融区。接着，针对这4个人口聚集的高密度地段，建立带有建筑物真实高度数据和街区属性的城市模型。最后，测算这些地段的建筑密度和三维形态特征，并统计计算相应的人口密度和建筑密度指标数据（图4）。

▲   图4 |  曼哈顿四处动静态人口高密度地段的城市样本切片

文章通过对曼哈顿4个不同地段的高密度城市空间进行分析，发现即使在同一个城市中，高密度建筑的形态也有着多样化的表征和秩序。在城市中心区，可以看到高层建筑集聚的中央商务区，同时也有社区主导的居住区，不同的功能组织和要素分布导致了高密度城市形态的多样化模式。在街坊尺度下，选取曼哈顿4个高密度地段内5个典型的城市街坊进行分析，可以观察到明显的密度分层聚类化现象（图5）。

  ▲   图5 |    曼哈顿高密度地段街坊空间矩阵的梯度分布

▲   图6 |  人口-形体密度的形态梯度分布

曼哈顿岛历时数百年的建设，在垂直均匀的格网布局下，形成了街坊形态多样共存、复杂并生的格局。虽然各个街坊内部的用地性质、建筑用途和权属关系错综复杂，但从城市形态的构成角度来看，可以发现一些固定的形态特征或模式，它们在城市中心的高密度环境下具有很强的适应性和稳态性。这些形态特征或模式，可称之为高密度下的“街坊构型”（urban block configuration）。类比于生物遗传学中的基因，街坊构型就像是街坊的形态基因，控制着城市形态的生成，从而影响城市的演进。  

  ▲   图7 |    曼哈顿高密度街坊构型与典型样例

中国“十四五”新型城镇化背景下，高密度人居环境面临全新的建设机遇和挑战。曼哈顿在短短的200年内，从一个小海岛镇变成容纳近2000万人的全球金融中心，成为全球城市的典范。相较于美国大多数分散型城市，曼哈顿的独特性对我国高密度城市的规划建设和空间治理有启示意义：充分考虑城市人口的动静态聚集现象及行为活动特征，基于对密度内涵的全面理解，在理性的组构规则下构筑高密度城市的形态多样性和宜居性。具体表现为以下三点：  

（1） 关注高密度城市的动态人口密度分布及行为模式特征。 曼哈顿的上城区以静态人口聚集为主，提供了大量的社区住房和文化休闲设施；下城区则以动态人口聚集为主，对应着高强度的商业开发及公共服务设施。总体上，曼哈顿城市政策鼓励静态人口从市中心向上城区和哈莱姆区流动。  

（2） 把握高密度城市中密度和形态的内涵及其关联性机理。 曼哈顿采用了激励分区、特殊分区、空间权转移等技术手段，实现高密度城市精细化的空间开发和形态设计，以此引导中微观层面城市空间品质的提升。  

（3） 探索并建立城市街坊形态的理性组织规则和风貌引导机制。 曼哈顿在初划时采用了密集均布的网格形道路体系，在后续150～200年间，街坊的具体开发建设始终紧扣着这一格网体系，城市形态也因此保持着稳定的格局。在竖向维度上，曼哈顿的高层建筑呈现出“塔式街区”的特点，即高密度、连续性的街区，成为其独特的城市风貌和景观。因此，建立稳定的城市规划和设计机制，保证城市形态和风貌的一致性和连续性，对于高密度城市的宜居性和可持续发展至关重要。