数字驱动 | TOD量化分类方法研究-以宁波为例
21世纪以来，我国城镇化进程不断加快，各大城市逐渐进入存量发展阶段，以公共交通为导向的开发（Transit Oriented Development，TOD）模式由于具有土地资源集约、生态环境友好、交通效率高等特点[1]，正在被各大城市广泛应用。但由于不同城市及城市的不同地区存在建设条件、规划性质等差异，TOD模式在实践中并不能简单的复制，对TOD进行类型划分，并结合不同类型提出对应的发展策略，是推行TOD模式的重要前置条件。
在TOD概念提出初期，卡尔索普将TOD地区分为城市级TOD和邻里级TOD两种基本类型[2]，后续国外夏洛特[3]、萨克拉门托[4]和国内深圳[1]、成都[5]等城市在两种基本类型基础上，结合其城市特征对TOD类型进行了进一步划分，但多是由专家根据分类原则对站点进行定性筛选划分，主观性较强。此外，Bertolini[6]通过建立“节点-场所”模型对站点地区节点与场所的关系进行了评价及分类，后续各国专家学者通过选取对应的节点指标和场所指标对荷兰阿姆斯特丹[7]、兰斯塔德[8]、国内长三角地区[9]、成都[10]、天津[11]等城市和地区的站点进行了量化评价及分类，但由于“节点-场所”模型中几种类型的边界是不稳定的、模糊的区域[8]，分类结果的客观准确性难以保证，基于此，陈飞[12]、万琛[13]、袁瑶[14]等提出采用聚类的思想进行TOD分类，但在指标体系构建、指标权重确定、聚类算法选取等方面各有侧重、未成体系。
本文以“节点-场所”模型为基础，提出以各城市实施TOD的主要目的为抓手构建TOD分类指标体系，运用定性和定量的方法双重确定指标权重，并采用K-means聚类算法对TOD进行量化分类。
01 TOD量化分类方法
1.分类方法
（1）分类模型
轨道站点地区既是多样化的交通网络节点，也是一个临时或永久的场所，Bertolini将轨道站点地区在城市中的作用总结为“节点-场所”模型，该模型将站点地区节点和场所的关系分为了平衡、从属、压力、失衡节点、失衡场所5种类型，但5种类型之间的边界更多的属于定性层面的界定[8]。
图1 节点场所模型示意图
资料来源：参考文献[6]
（2）TOD量化分类方法流程
本文首先从各城市实施TOD的目的出发，构建符合各城市特征的量化分类指标体系，其次采用层次分析法和德尔菲法的定性和定量相结合的方法确定各指标权重，然后在对各指标数据无量纲化处理的基础上加权计算各站点节点维度和场所维度得分，最后以其为输入在分析TOD最佳分类个数的基础上进行K-means聚类，从而得到TOD量化分类结果。
图2 TOD量化分类方法流程图
2.以实施目的为导向的TOD分类指标体系构建
由于城市规模及社会经济背景等差异，各个城市实施TOD的目的各有侧重，实施目的是制定实施策略的依据，TOD量化分类指标选取也应该以实现TOD实施目的为导向，结合各城市特征选取合适的节点指标和场所指标构建指标体系。
对于美国等很多发达国家的城市，大部分城市地广人稀，人们习惯于独立院落的居住模式，对过高的居住密度难以接受，实施TOD的首要目的是提高公共交通的乘坐率和税收，其次是促进社区经济发展和精明增长；在香港，公共交通出行比例一直相当高，土地资源极度紧缺，节约土地是TOD最核心的目标[15]。
在我国，目前很多城市已经逐步进入存量发展阶段，土地高密度开发是TOD实施的主要目的之一。此外，轨道交通是一种昂贵的城市基础设施，其建设存在巨大的资金压力，并且庞大的运营维护费用也使许多城市背上沉重的负担，2020年各城市地铁公司财务状况显示，去掉政府补助的资金，仅深圳地铁通过站城一体开发实现了净利润为正[16]，实现轨道建设运营可持续也是很多城市实施TOD的主要目的。
3.定性和定量相结合的指标权重确认
层次分析法是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法，本文构建的指标体系层次性特征明显，适合采用层次分析法。层次分析法的核心是通过指标与指标之间、准则与准则之间的相对重要性的比较，通过构建对比矩阵，确定权重大小。
图3 层次结构模型
图片来源：参考文献[13]
由于层次分析方法首先需要主观判断指标两两之间的重要程度，故本文进一步结合了德尔菲法（专家打分法）对各指标权重进行初步确定，邀请多位专家分别进行节点维度及场所维度指标权重赋值，并进行多轮反馈。
图 4 德尔菲法流程示意图
资料来源：参考文献[18]
根据专家打分结果，参考指标两两比较重要程度，采用9级标度法分别构建“节点指标”和“场所指标”判断矩阵，并利用python语言对判断矩阵求解最大特征根及对应的特征向量，最后通过一致性检验后将特征向量归一化即可得到各指标权重。
表1 “9级”标度法
资料来源：参考文献[13]
4.基于K-means聚类算法的TOD量化分类
为消除指标量纲的不同而造成的影响，对各指标数据进行无量纲化处理，并在此基础上通过加权计算得到各站点的节点值和场所值。此外，由于K-means聚类算法的聚类个数k需要由预先指定，为提高TOD类型划分的准确性，采用肘部法等确定最佳聚类个数。
肘部法：随着聚类数目增多，每一个类别中数量越来越少，距离越来越近，因此组内误差平方和肯定是随着聚类数目增多而减少的，所以关注的是斜率的变化，当误差平方和减少得很缓慢时，就认为进一步增大聚类数效果也并不能增强，存在得这个“肘点”就是最佳聚类数目[19]。
02 宁波TOD量化分类实践
本文选取宁波已建的1-5号线共114个站点进行TOD类型划分。
1. 指标体系构建
（1）宁波实施TOD模式的目的
对于宁波，推行TOD模式的目的主要包括促进土地集约高效利用、支撑中心体系的构建、推动以轨道为主体的绿色交通发展、支撑产业发展和轨道建设运营的可持续化等。
①以TOD促进土地集约高效利用
宁波已进入存量发展阶段，现状市域总建设用地已经突破了原土地规划的上限，且存在大量工业碎片低效用地。此外，宁波市国土空间规划明确提出要保留零星工业用地，推动土地综合整治，提升产业空间活力。面对土地资源紧约束的，宁波希望以TOD促进土地集约高效利用。
②以TOD支撑中心体系的构建
宁波未来城市发展格局将进一步打开，市区将构建形成“主中心+副中心+地区中心”的多级中心体系，为强化各级中心核心功能集聚与组团分工，宁波希望以TOD支撑中心体系的构建。
③以TOD推动以轨道为主体的绿色交通发展
未来宁波市主城区管理人口及岗位将大幅增长，进而导致居民出行总量也大幅增。因此，宁波希望通过推行TOD理念，引导轨道站点周围集约化，提升轨道出行分担率，满足未来出行需求。
④以TOD支撑产业发展
宁波市工业底蕴浓厚，第二产业一直都是宁波的支柱性产业，国土空间规划也明确提出要保障一定的产业用地。未来宁波既要做强传统产业，又要聚焦战略性产业，同时面向未来预留海洋经济、航空航天、数字经济（工业互联网、5G+）等重点领域新兴产业，宁波希望以TOD支撑产业发展。
⑤以TOD支撑轨道建设运营的可持续化
宁波市轨道建设进程逐渐加快，第一、二轮轨道建设线网里程172公里，第三轮轨道建设线网里程123.3公里，轨道建设资金筹集压力增大，同时还要维持的轨道运营，根据相关分析，2020年政府补贴了29.1亿元[16]，宁波希望以TOD开发支撑轨道建设运营的可持续化。
（2）宁波TOD量化分类指标体系构建及数据来源
根据宁波TOD实施目的的分析，结合其他城市指标选取经验，建立具有宁波特色的“节点-场所”TOD量化分类指标体系。其中节点指标除了轨道站点自身的交通条件以外，还包括其在城市中心体系中的区位等级；场所指标包括站点地区的土地利用、人口岗位、产业支撑、房价等。其中，城市区位及产业平台数据来源于宁波市国土空间规划的阶段成果，站点承载力、联通度、可达性数据、房价数据来源于网络收集及整理，人口岗位数据来源于联通手机信令数据，其他规划、统计材料来源于政府公开网站收集。具体指标如表2所示。
表 2 宁波TOD量化分类指标体系
2. 指标权重确认
结合专家打分结果，分别构建节点指标和场所指标判断矩阵，求解得到各指标权重如表3和表4所示。
表3 “节点指标”判断矩阵及结果
表4 “场所指标”判断矩阵及结果
3.宁波TOD量化分类
对各指标数据进行无量纲化处理，在此基础上通过加权计算得到各站点的节点值和场所值，并以各站点的节点值和场所值为输入，利用肘部法对宁波TOD最佳分类个数进行分析。如图5所示，当组数为3时出现了拐点，随着组数的增加误差平方和降低幅度不再明显，因此本文将宁波TOD类型划分为3类。
图5 TOD最佳分类数量分析
利用K-means聚类分析将宁波TOD类型划分为3类，具体如图6所示，宁波市所有站点的节点均值及场所均值均较低，TOD发展总体处在初期阶段。各类型聚类中心及数量如表5所示，其中类型1的节点均值及场所均值均远大于所有站点的均值，可以认为是城市型TOD，此外类型1节点均值大于场所均值，后续需考虑提升站点地区的土地开发；类型2节点均值及场所均值均略大于所有站点的均值，可以认为是社区型TOD；类型3节点均值及场所均值均远小于所有站点的均值，可以认为还未形成TOD开发。
图6 宁波TOD分类
表5 宁波各类型TOD聚类中心及数量
结语
本文以“节点-场所”模型为基础，探索了TOD量化分类方法，并对宁波进行了TOD量化分类，可以为后续开发工作及其他城市的TOD分类工作提供参考。然而，本文是对宁波所有站点进行的量化分类，未来可以考虑将一些服务对外枢纽等特殊站点挑选出来后再进行量化分类，可能会进一步提高分类的准确性；此外，现今大数据技术蓬勃发展，未来可以考虑在指标体系构建及数据处理方面对TOD量化分类方法进一步研究；最后，TOD分类只是推行TOD模式的一个前提条件，更重要的是对分类后的不同类型TOD提出对应的发展策略，这样才能更好的进行TOD模式实践。
yh86银河国际历经25年，以“让交通与城市更美好”为使命，长期以来一直致力于城市TOD模式的探索研究，主导参与了城市、区域、线路、站点等各个层面的TOD研究工作，具有丰富的TOD工作经验和优势。展望未来，yh86银河国际将继续致力于TOD模式的推广，为我国城市可持续化发展助力。
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交通规划一院
撰写：夏小龙
审核：陆晓琳
审定：徐正全