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摘 要：基于TOD的基本理念，根据TOD的三项基本规划设计原则，以提升轨道交通运量、优化区域环境质量和协调土地利用为目标，以各种类型土地的容积率为决策变量，构建站点地区土地利用优化的多目标决策模型，以郑州市轨道交通3号线金水路站周边地区土地利用优化为例，证实了模型的实用性。
关键词：TOD模式；土地利用优化；多目标决策模型
国内外的研究与实践表明[1—3]，TOD模式能够提高土地利用强度，优化土地利用效率，使城市交通与土地利用达到良性互动，最终实现城市的可持续发展。作为TOD模式的重点区域，轨道交通站点地区土地利用对于城市的良性发展意义重大。但已有的研究侧重于宏观层面，微观层面研究较少。本文基于TOD的基本理念，根据TOD的3项基本规划设计原则，以增加轨道交通运量、提升区域环境质量和协调土地利用为目标，以各种类型土地的容积率为决策变量，构建了郑州市轨道交通3号线金水路站站点地区土地利用优化的多目标决策模型，为城市微观层面的土地利用和开发提供一定的实践经验。
1 轨道交通站点影响范围分析
站点是城市轨道交通系统的核心，在城市良性发展中起着至关重要的作用。受位置和功能等因素的影响，结合国内城市轨道交通的发展状况，将轨道站点地区分为公共中心区、交通枢纽区、成熟居住区和城市外围区4种类型[4]。
研究TOD模式下轨道交通站点地区的土地利用模式，首先要确定站点地区的边界。本文根据已有的研究经验[5]，从我国居民步行的舒适距离出发，选取以站点为中心，500m（10min的步行距离）为半径，面积为78.5hm2的区域作为研究范围。在实际中，具体边界的确定要根据不同城市的空间结构特征、社会经济状况、出行者偏好等因素进行综合分析。
2 TOD模式下的多目标决策模型的构建
2.1 基本假设
（1）本模型在站点地区各类用地面积已经确定的基础上进行优化；（2）站点范围内出行的人，均从本站使用轨道交通出发；（3）根据国内城市用地分类标准，可对居住用地和公共用地（包括商业金融、行政办公、文体娱乐、医疗卫生和教育科研等）两大类用地进行容积率优化；具体应用时，可调整分类或合并相似用地类型。
2.2 符号定义
模型采用的符号含义如下：X为容积率；S为用地面积（m2）；r、c、e为用地类型，其中，r代表居住用地，c代表公共用地，e代表其他用地（包括市政设施用地、公共绿地和道路广场用地）；i为居住用地或公共用地中第i种用地类型；为第i种居住用地上每居住人口的日均出行次数（次/人）；为第i种公共用地上每个岗位产生的日均出行次数（次/人）；为第i种居住用地上居民出行使用轨道交通的比例；为第i种公共用地上出行者使用轨道交通的比例；为相关法律对第i种居住用地的容积率规定的上限；为相关法律对第i种公共用地的容积率规定的上限；为第i种居住用地上人均居住的建筑面积（m2/人）；为现状居民人均其他用地面积（m2/人）；为参考站点的居住用地建筑面积及公共设施用地建筑面积总和与各类用地总面积的比值；为居住用地建筑面积及公共设施用地建筑面积总和与其他用地总面积（包括市政设施用地、绿地及道路广场用地）的比值；λ为地区现状教科文卫用地建筑面积与居住用地建筑面积的比值；α、β分别为目标II和目标III的具体约束值（参考已有的研究[6]，本研究分别取现状环境品质Z2和现状土地混合利用程度Z3的90%作为约束条件的临界值）。
2.3 决策变量
决策变量为各种类型用地的容积率。容积率作为城市土地利用规划的综合控制指标，控制了城市的人口、用地和建筑3种规模，协调了城市的社会、经济和环境3种效益。它以比值方式来计算，简洁明了，便于操作和管理。
2.4 目标函数
目标I：提升轨道交通运量，根据TOD模式的基本理念，站点周边土地的高密度开发可带来更大量活动，有利于提高轨道交通的运量。
目标II：优化区域环境质量，运用其他用地（包括市政设施用地、公共绿地和道路广场用地）的总面积与居住和公共用地的总建筑面积的比值来表示，越大表示环境品质越佳。
目标III：协调土地利用，参考成熟站点的土地利用状况和其他用地状况，使研究站点与参考站点的差别越小越好。
2.5 约束条件
2.5.1 容积率的管控
过度开发会使容积率过高，使市场供需失衡和生活环境下降，因此站点地区各种类型土地的容积率不要过度超出相关规定的上限值。根据相关研究成果[7]，本研究采用现行规范的上限值为下限值，上限值的1.4倍为上限值。
2.5.2 现状环境质量的限制
以目前居民人均其他用地面积为下限，保障优化后环境质量得到提高；以目前公共用地建筑面积与居住用地建筑面积比值为下限，使得优化后土地利用更加协调。
2.5.3 站点类型的功能制约
不同类型的站点承载着不同的职能。例如公共中心站点，其核心职能是形成区域中心，引导区域发展。所以，此类站点周边地区的土地利用过程中，公共用地的开发强度不应低于居住用地。
2.6 多目标决策模型的求解
本研究中的3个目标是存在冲突的，当其中任何1个目标的最优时，必然会导致另外2个目标不同程度的受损。因此，可行的做法是设法将多目标决策问题转化为单目标问题，即根据具体情况，针对需求强调主要目标，将次要目标转化为约束条件，把非线性函数转化为线性函数，求出满意解。
以本研究追求目标I最优化为例，此时模型为公式（1），约束条件除了公式（4）～（8）之外，由于目标II和目标III为次要目标，也要转化为约束条件，如下：
本研究的数学模型能够转换为；公式（4）～（10）式为约束条件，这是非线性单目标规划模型，本研究采用分层序列法进行求解。 3 应用研究
3.1 研究区域概况
郑州地铁3号线是中心城区一条由西北至东南的轨道交通骨干线路。一期工程起点是新柳路站，终点是南三环站航海东路站，全长25.2km，共21个站点，金水路站位于南阳路与石桥东里路交叉口，大石桥北侧，周边商业、办公、住宅用地密集，车流、人流及地下管线密集。根据站点研究合理范围的要求，通过实地调查，确定研究区域总面积76.3hm2，用地情况如表1所示。
3.2 参数确定
按照《郑州市城市规划管理技术规定》，金水路站周边居住用地容积率管制取2.5（250%），商业办公用地取3.5（350%），这两类用地容积率优化范围分别为：2.5～3.5，3.5～5；教科文卫用地的容积率情况复杂，根据相关专业规范，结合金水路站的现状，确定取值范围为1.0～2.0（100%～200%）。通过实地调查，参考相关文献[8]，各类土地上的交通生成量按照郑州市的平均值计算，居住人口人均日出行次数取2.67次，每岗位产生的日出行次数取3.41次。根据大河网2014年6月公布的《郑州公共交通对城市社会经济发展贡献评价研究》，并通过实地调查，金水路站地区居住人口使用轨道交通的比例取6.7%，公共设施用地上出行者使用轨道交通的比例取11.9%。居住用地上人均居住的建筑面积参考《2015年郑州市国民经济和社会发展统计公报》发布的数据，取29.5m2/人，现状人均其他用地面积取12.1m2/人。现状居民人均市政设施用地加公共绿地用地面积以及现状教科文卫建筑面积与居住用地建筑面积比值按照表2计算。由于东大街站与金水路站并列为郑州市的副中心，且距离城市核心的路程近似，因此参考站点选取东大街站，根据实地调研数据测算，东大街站为为2.12；为6.25。混合用地的土地利用状况复杂，开发强度已经较大，优化潜力较小，故维持现状。
3.3 优化结果
根据《郑州市总体规划（2008-2020年）》和《郑州市城市轨道交通近期规划（2014～2020年）》，可确定金水路站属于公共中心站点，因此，该站点周边地区应该提高土地开发强度，优化土地利用。其中，首要目标是在满足目标Ⅱ和目标Ⅲ最低要求下，追求目标Ⅰ的最大化。通过计算，现状的约束条件Z2≥0.2584，Z3≤0.6937。再利用分层序列法进行求解，得出不同类型用地的满意容积率（见表2）。
通过表2，可以清晰地看出金水路站周边地区目前的居住用地、商业办公用地和教科文卫用地与TOD的高密度开发还有一定差距，开发潜力较大。
4 结论与讨论
TOD模式实现城市可持续发展的有效策略，目前将TOD模式落实到土地利用优化的研究相对缺乏。本研究基于TOD的基本理念，构建了以增加轨道交通运量、提升区域环境质量和协调土地利用为目标，以各种利用类型土地的容积率为决策变量的土地利用优化的多目标决策模型，可协助规划者进行轨道交通站点地区的容积率设计，进而提高土地利用强度，增加土地效率，保障充足客源。本文通过对金水路站的研究，证明了模型的可靠性。
参数的确定是本模型应用的基础，对结果的影响很大，因此需要大量的准确的调查工作；若能选取更符合实际情况的非线性函数，模型会更加严谨实用；模型今后还需要深入分析和探讨土地开发项目的经济效益。
参考文献
[1]Sung H，Oh J T.Transit—oriented development in high—density city：Identifying its association with transit ridership in Seoul，Korea[J].Cities，2011，28（1）：70-82
[2]赵晟宇，阮如舫.通过车站设计提升地铁公共艺术主题——以台湾高雄捷运美丽岛站和中央公园站为例[J].城市轨道交通研究，2012，（11）：6-10.
[3]段文娟.香港如何破解城市化的用地困局——港铁“轨道交通+土地综合利用”模式值得借鉴[J].地球，2015，（7）：31-34.
[4]惠英.城市轨道交通站点地区规划与建设研究[J].城市规划汇刊，2002，（2）：30-33.
[5]贺章珂.基于轨道交通车站的TOD社区土地利用强度研究[D].西南交通大学，2015.
[6]宋珂，周锐，林宏志，等.轨道交通站点周边土地利用优化分析——以上海轨道交通10号线五角场站为例[J].复旦学报（自然科学版），2013，52（1）：78-85.
[7]莫一魁，邓军，王京元.城市轨道交通站点地区TOD规划模型及应用[J].土木建筑与环境工程，2009，31（2）：116-120.
[8]何流，陈大伟，卢静，等.基于出行链的居民出行次数建模与仿真[J].深圳大学学报理工版，2012，29（3）：264-269.
（作者单位：1.郑州市轨道交通有限公司；2.安顺学院资源与环境工程学院）
关键词：TOD模式；土地利用优化；多目标决策模型
国内外的研究与实践表明[1—3]，TOD模式能够提高土地利用强度，优化土地利用效率，使城市交通与土地利用达到良性互动，最终实现城市的可持续发展。作为TOD模式的重点区域，轨道交通站点地区土地利用对于城市的良性发展意义重大。但已有的研究侧重于宏观层面，微观层面研究较少。本文基于TOD的基本理念，根据TOD的3项基本规划设计原则，以增加轨道交通运量、提升区域环境质量和协调土地利用为目标，以各种类型土地的容积率为决策变量，构建了郑州市轨道交通3号线金水路站站点地区土地利用优化的多目标决策模型，为城市微观层面的土地利用和开发提供一定的实践经验。
1 轨道交通站点影响范围分析
站点是城市轨道交通系统的核心，在城市良性发展中起着至关重要的作用。受位置和功能等因素的影响，结合国内城市轨道交通的发展状况，将轨道站点地区分为公共中心区、交通枢纽区、成熟居住区和城市外围区4种类型[4]。
研究TOD模式下轨道交通站点地区的土地利用模式，首先要确定站点地区的边界。本文根据已有的研究经验[5]，从我国居民步行的舒适距离出发，选取以站点为中心，500m（10min的步行距离）为半径，面积为78.5hm2的区域作为研究范围。在实际中，具体边界的确定要根据不同城市的空间结构特征、社会经济状况、出行者偏好等因素进行综合分析。
2 TOD模式下的多目标决策模型的构建
2.1 基本假设
（1）本模型在站点地区各类用地面积已经确定的基础上进行优化；（2）站点范围内出行的人，均从本站使用轨道交通出发；（3）根据国内城市用地分类标准，可对居住用地和公共用地（包括商业金融、行政办公、文体娱乐、医疗卫生和教育科研等）两大类用地进行容积率优化；具体应用时，可调整分类或合并相似用地类型。
2.2 符号定义
模型采用的符号含义如下：X为容积率；S为用地面积（m2）；r、c、e为用地类型，其中，r代表居住用地，c代表公共用地，e代表其他用地（包括市政设施用地、公共绿地和道路广场用地）；i为居住用地或公共用地中第i种用地类型；为第i种居住用地上每居住人口的日均出行次数（次/人）；为第i种公共用地上每个岗位产生的日均出行次数（次/人）；为第i种居住用地上居民出行使用轨道交通的比例；为第i种公共用地上出行者使用轨道交通的比例；为相关法律对第i种居住用地的容积率规定的上限；为相关法律对第i种公共用地的容积率规定的上限；为第i种居住用地上人均居住的建筑面积（m2/人）；为现状居民人均其他用地面积（m2/人）；为参考站点的居住用地建筑面积及公共设施用地建筑面积总和与各类用地总面积的比值；为居住用地建筑面积及公共设施用地建筑面积总和与其他用地总面积（包括市政设施用地、绿地及道路广场用地）的比值；λ为地区现状教科文卫用地建筑面积与居住用地建筑面积的比值；α、β分别为目标II和目标III的具体约束值（参考已有的研究[6]，本研究分别取现状环境品质Z2和现状土地混合利用程度Z3的90%作为约束条件的临界值）。
2.3 决策变量
决策变量为各种类型用地的容积率。容积率作为城市土地利用规划的综合控制指标，控制了城市的人口、用地和建筑3种规模，协调了城市的社会、经济和环境3种效益。它以比值方式来计算，简洁明了，便于操作和管理。
2.4 目标函数
目标I：提升轨道交通运量，根据TOD模式的基本理念，站点周边土地的高密度开发可带来更大量活动，有利于提高轨道交通的运量。
目标II：优化区域环境质量，运用其他用地（包括市政设施用地、公共绿地和道路广场用地）的总面积与居住和公共用地的总建筑面积的比值来表示，越大表示环境品质越佳。
目标III：协调土地利用，参考成熟站点的土地利用状况和其他用地状况，使研究站点与参考站点的差别越小越好。
2.5 约束条件
2.5.1 容积率的管控
过度开发会使容积率过高，使市场供需失衡和生活环境下降，因此站点地区各种类型土地的容积率不要过度超出相关规定的上限值。根据相关研究成果[7]，本研究采用现行规范的上限值为下限值，上限值的1.4倍为上限值。
2.5.2 现状环境质量的限制
以目前居民人均其他用地面积为下限，保障优化后环境质量得到提高；以目前公共用地建筑面积与居住用地建筑面积比值为下限，使得优化后土地利用更加协调。
2.5.3 站点类型的功能制约
不同类型的站点承载着不同的职能。例如公共中心站点，其核心职能是形成区域中心，引导区域发展。所以，此类站点周边地区的土地利用过程中，公共用地的开发强度不应低于居住用地。
2.6 多目标决策模型的求解
本研究中的3个目标是存在冲突的，当其中任何1个目标的最优时，必然会导致另外2个目标不同程度的受损。因此，可行的做法是设法将多目标决策问题转化为单目标问题，即根据具体情况，针对需求强调主要目标，将次要目标转化为约束条件，把非线性函数转化为线性函数，求出满意解。
以本研究追求目标I最优化为例，此时模型为公式（1），约束条件除了公式（4）～（8）之外，由于目标II和目标III为次要目标，也要转化为约束条件，如下：
本研究的数学模型能够转换为；公式（4）～（10）式为约束条件，这是非线性单目标规划模型，本研究采用分层序列法进行求解。 3 应用研究
3.1 研究区域概况
郑州地铁3号线是中心城区一条由西北至东南的轨道交通骨干线路。一期工程起点是新柳路站，终点是南三环站航海东路站，全长25.2km，共21个站点，金水路站位于南阳路与石桥东里路交叉口，大石桥北侧，周边商业、办公、住宅用地密集，车流、人流及地下管线密集。根据站点研究合理范围的要求，通过实地调查，确定研究区域总面积76.3hm2，用地情况如表1所示。
3.2 参数确定
按照《郑州市城市规划管理技术规定》，金水路站周边居住用地容积率管制取2.5（250%），商业办公用地取3.5（350%），这两类用地容积率优化范围分别为：2.5～3.5，3.5～5；教科文卫用地的容积率情况复杂，根据相关专业规范，结合金水路站的现状，确定取值范围为1.0～2.0（100%～200%）。通过实地调查，参考相关文献[8]，各类土地上的交通生成量按照郑州市的平均值计算，居住人口人均日出行次数取2.67次，每岗位产生的日出行次数取3.41次。根据大河网2014年6月公布的《郑州公共交通对城市社会经济发展贡献评价研究》，并通过实地调查，金水路站地区居住人口使用轨道交通的比例取6.7%，公共设施用地上出行者使用轨道交通的比例取11.9%。居住用地上人均居住的建筑面积参考《2015年郑州市国民经济和社会发展统计公报》发布的数据，取29.5m2/人，现状人均其他用地面积取12.1m2/人。现状居民人均市政设施用地加公共绿地用地面积以及现状教科文卫建筑面积与居住用地建筑面积比值按照表2计算。由于东大街站与金水路站并列为郑州市的副中心，且距离城市核心的路程近似，因此参考站点选取东大街站，根据实地调研数据测算，东大街站为为2.12；为6.25。混合用地的土地利用状况复杂，开发强度已经较大，优化潜力较小，故维持现状。
3.3 优化结果
根据《郑州市总体规划（2008-2020年）》和《郑州市城市轨道交通近期规划（2014～2020年）》，可确定金水路站属于公共中心站点，因此，该站点周边地区应该提高土地开发强度，优化土地利用。其中，首要目标是在满足目标Ⅱ和目标Ⅲ最低要求下，追求目标Ⅰ的最大化。通过计算，现状的约束条件Z2≥0.2584，Z3≤0.6937。再利用分层序列法进行求解，得出不同类型用地的满意容积率（见表2）。
通过表2，可以清晰地看出金水路站周边地区目前的居住用地、商业办公用地和教科文卫用地与TOD的高密度开发还有一定差距，开发潜力较大。
4 结论与讨论
TOD模式实现城市可持续发展的有效策略，目前将TOD模式落实到土地利用优化的研究相对缺乏。本研究基于TOD的基本理念，构建了以增加轨道交通运量、提升区域环境质量和协调土地利用为目标，以各种利用类型土地的容积率为决策变量的土地利用优化的多目标决策模型，可协助规划者进行轨道交通站点地区的容积率设计，进而提高土地利用强度，增加土地效率，保障充足客源。本文通过对金水路站的研究，证明了模型的可靠性。
参数的确定是本模型应用的基础，对结果的影响很大，因此需要大量的准确的调查工作；若能选取更符合实际情况的非线性函数，模型会更加严谨实用；模型今后还需要深入分析和探讨土地开发项目的经济效益。
参考文献
[1]Sung H，Oh J T.Transit—oriented development in high—density city：Identifying its association with transit ridership in Seoul，Korea[J].Cities，2011，28（1）：70-82
[2]赵晟宇，阮如舫.通过车站设计提升地铁公共艺术主题——以台湾高雄捷运美丽岛站和中央公园站为例[J].城市轨道交通研究，2012，（11）：6-10.
[3]段文娟.香港如何破解城市化的用地困局——港铁“轨道交通+土地综合利用”模式值得借鉴[J].地球，2015，（7）：31-34.
[4]惠英.城市轨道交通站点地区规划与建设研究[J].城市规划汇刊，2002，（2）：30-33.
[5]贺章珂.基于轨道交通车站的TOD社区土地利用强度研究[D].西南交通大学，2015.
[6]宋珂，周锐，林宏志，等.轨道交通站点周边土地利用优化分析——以上海轨道交通10号线五角场站为例[J].复旦学报（自然科学版），2013，52（1）：78-85.
[7]莫一魁，邓军，王京元.城市轨道交通站点地区TOD规划模型及应用[J].土木建筑与环境工程，2009，31（2）：116-120.
[8]何流，陈大伟，卢静，等.基于出行链的居民出行次数建模与仿真[J].深圳大学学报理工版，2012，29（3）：264-269.
（作者单位：1.郑州市轨道交通有限公司；2.安顺学院资源与环境工程学院）