城市化给人最直观的感受就是城市景观的空间扩张^[1]。仅占我国国土总面积9.6%的东部平原、低山丘陵区内集中分布了多个城市群^[2]，较为平坦的地形为城市“摊大饼”式蔓延提供了条件，其中尤以北京城区环路圈层形式扩张为最。然而所有城市的扩张空间都不是无限的，且城市无序扩张导致一系列的交通拥堵、住房紧张、环境恶化等“城市病”^{[3, 4, 5]}。土地资源的稀缺性和人多地少的国情共同决定了我国大部分城市空间扩张方式转型的必要性^[2]。与地域广阔型城市相比，城市用地紧缺问题在岛屿城市、山地城市和河谷城市等空间形态受限型城市发展过程中更加突显。空间形态受限型城市无法一直走无序扩张的城市化老路，急需探求更符合可持续发展和生态城市理念的城市发展方式。有学者提出“紧凑发展”^{[6, 7]}的城市模式，香港岛和新加坡岛等城市扩张案例证明了紧凑城市理论在空间形态受限型城市建设中的可行性与实用性。Richardson 等用城市经济学理论证明圆形是最高效的城市建设外部空间形态^[8]。赵景柱等认为圆形的城市空间形态具有最大紧凑度^[9]。

厦门岛四面环海，是厦门市城市主体，其南北长13.7 km、东西宽12.5 km，近似圆形的城市形态是研究空间形态受限型城市紧凑发展的极佳区域。本文结合紧凑城市理论，通过对厦门岛城市发展轴的景观格局分析，量化厦门岛主要建成区的空间饱和度和城市功能单一度，着重考虑空间形态受限特性对厦门岛城市扩张的影响，探讨厦门岛在城市中心区更新、城市主要建设区的土地高强度开发和城市功能混合配置与自然生态保护方面达到平衡的发展路线，为厦门空间扩展提供依据，并为我国其他城市空间扩张方式转型提供参考。

随着我国城市发展水平逐渐提高，城市面积增长势头迅猛，城市景观不断扩张^[10]。除人类活动外，城市空间形态还与所处地域的自然生态条件联系紧密^{[11, 12]}，根据城市周围具有城市化潜力、可用于城市扩张的土地面积大小，可以将城市分为地域广阔型城市和空间形态受限型城市两种类型。空间形态受限型城市往往分布于山区、丘陵带和沿海地区，在地形、地质构造、自然水体等不适合城市扩张或阻碍城市扩张的自然因素影响下，可用于发展城市用地的土地面积有限，自然生态条件成为该类型城市扩张过程中的重要考虑因素。与地处平原或大型盆地的地域广阔型城市相比，山地城市、河谷城市和岛屿城市都可列入空间形态受限型城市。

现有文献中对山地城市和河谷城市的城市化过程研究相对较多。山地城市依山就势而建，横向上城市形态受城市内外自然山体所限，能扩展的方向不多、能扩张的面积不大，有的城市通过小规模开山填挖增加城市建设用地面积，如重庆^[13]，还有的城市发展沿山而上的城市建成区，用竖向上的空间弥补横向上的不足，如耶路撒冷^[14]。河谷城市的空间形态与河流走向、河网布局有很大关系，随着河流的拓宽或改道，城市中心往往随之迁移，如兰州城址随黄河北移改道的变迁^[15]。岛屿城市的城市扩张研究相对少见，一方面由于岛屿城市数量远远少于陆地城市，相当一部分岛屿从属于陆地城市，城市化程度比同个城市的陆地部分低，例如上海的崇明岛^[16]；另一方面由于一些岛屿城市的市域范围包括数个岛屿，岛屿之间相距较远，给研究增加了难度，例如三沙市包括西沙群岛、中沙群岛和南沙群岛；还有原因在于大部分岛屿城市以旅游目的开发，研究的关注点多为自然资源开发与生态保护，例如舟山群岛^[17]。岛屿城市一般位于海湾内部、被海水完全包围，或与大陆有部分连接、被海水半包围，相对近年来陆地城市面积的不断扩大，受海岸线限制的岛屿城市面积较为固定，增加城市面积主要通过填海造地等途径。如果像地域广阔型城市一样一味追求城市面积“量”的增长，空间形态受限城市可用于城市扩张的土地资源有限，其城市发展就会很快面临无地可扩的问题。

紧凑城市理论在一定程度上解决了目前空间形态受限型城市面临的土地资源有限的问题,实现了城市中心区的空间高度饱和和功能高度综合。例如香港岛提倡向上、向下和低间距的土地高效利用，规划五条岛内向岛外的辐射发展轴和高密度的公共交通网络，确保岛外的居住区与岛内的经济区、自然生态区成为联络的城市有机体^{[18, 19, 20]}，但保留岛内大部分山体作为城市的绿肺，设立绿带(green belt)作为自然边界，防止城市的无序蔓延^[21]；新加坡岛对中心城区进行二次高层高密度开发，大批超高容积率的建筑将商业和金融业等第三产业集中布局^{[22, 23]}，沿五条放射状城市发展轴设立的新市镇集中了全国80%以上的居民，同时在发展轴间设立大面积城市绿地，形成绿地网络(greenway network)，实现了从城市花园(garden city)到花园城市(city in a garden)的转变^[24]。综上所述，“开山”“填海”不能持续满足空间形态受限型城市的扩张需要，提高现有城市用地的利用效率、合理组织和布局城市功能才是调和人地矛盾的关键。

紧凑城市理论的核心内容在于城市建设用地的集中分布、城市功能的混合配置、公共交通的高效利用和自然生态的重视保护^{[6, 7]}。现有研究通常从城市外部空间形态、城市内部功能混合布局和城市建成区人口密度等方面对城市紧凑发展进行量化评价。表征城市建成区外部空间形态特征的常用指数包括Richardson指数、Cole指数、Gibbs指数、Moran′I指数、形状指数和破碎化指数等^{[9, 25]}，城市空间形态越趋于圆形，城市紧凑发展程度越高。城市内部功能布局混合程度则通过游憩、公共服务、商业服务等各种城市功能的交通可达性和便捷性来衡量，城市功能的平均服务半径越短，则城市发展越紧凑^[26]。从城市建成区人口密度角度入手的研究综合考虑了城市土地开发强度和人口规模，认为城市建成区内容纳的人口越多，城市资源利用率越高，城市越紧凑^{[27, 28, 29]}。

厦门市地处福建省东南沿海地区，为我国第一批经济特区城市，城市化水平位居全国第33位^[30]，包括岛屿部分(思明区、湖里区)和陆地部分(集美区、海沧区、同安区和翔安区)，是我国唯一一个以岛屿为主体的副省级城市。其中厦门岛为厦门市的城市中心区域，城市化起步早、发展快、水平高、人口密集^[31]，思明区的城市化率达到68.18%^[32]。如图 1所示，厦门岛四面环海，海陆隔离，属于典型的空间形态受限型城市。

图 1 厦门市市域图 Fig. 1 The whole Xiamen municipality

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厦门岛南部存在大面积山体，从1987、1997和2007三期厦门岛TM影像(图 2)可以看出，厦门岛城市景观初期集中于岛西南部的旧城区，之后逐渐由厦禾路向北、由湖滨北路向东扩张。本文将厦门岛的两条城市主干道选为研究对象，即南北向的厦禾路—嘉禾路和东西向的湖滨北路—吕岭路(图 3)。厦禾路横穿旧城区，始建于20世纪20年代，之后历经4次拓宽；嘉禾路始建于1986年，途径火车站、长途车站和高崎机场，连接厦门大桥、杏林大桥，为厦门岛与大陆的主要交通通道；湖滨北路有厦门“陆家嘴”之称，兼具厦门市行政中心、金融商务中心和文化休闲中心三大城市功能；吕岭路横贯厦门岛中部，与嘉禾路、湖滨北路相交，是厦门岛东部开发区与主城区的主要连接道路。这两条城市主干道都以旧城区为起点，随城市扩张趋势延伸至岛的最北端和最东端，穿过北部和东部的城市扩张带，其周边城市景观格局在旧城市核心区景观和近20年扩张的新城市建成区景观方面具有很强的代表性。

图 2 厦门岛城市景观扩张趋势 Fig. 2 The directions of urban landscape expansion in Xiamen Island

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图 3 厦门岛城市发展轴 Fig. 3 Two development axes in Xiamen Island

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对2009年1月18日空间分辨率为1.0 m的IKONOS影像数据进行几何校正、数据融合和目视解译，得到矢量图。结合实际情况和研究目的，将厦门岛土地利用方式分为13类，即耕地、园地、林地、公园与绿地、公共服务用地、商业服务用地、工矿仓储用地、商住混合用地、普通住宅用地、城中村、交通运输用地、水域和其他用地，具体如表 1所示。与实地调查结果比对，解译准确度高于85%，满足研究要求。

基于城市整体景观尺度的城市景观格局描述，运用景观生态学方法和GIS软件，从分析多期遥感影像数据的景观斑块类型、特点及其空间分布入手，研究城市景观空间扩张^{[33, 34]}，鉴于矢量图中城市道路为线性要素，本文利用ArcGIS软件的“buffer”模块对南北向的厦禾路—嘉禾路(厦嘉缓冲带)和东西向的湖滨北路—吕岭路(湖吕缓冲带)做半径1000 m的线形缓冲带分析。为保证景观格局提取的完整性和同个缓冲带样方大小划分的一致性，厦嘉缓冲带以距厦禾路起点1250 m处布第一个点，之后每1500 m布点，过点做垂线分割缓冲区，从南到北依次划分10个样方；湖吕缓冲带以距湖滨北路起点920 m处布第一个点，之后每1250 m布点，过点做垂线分割缓冲区，从西到东依次划分10个样方，结果如图 4。然后提取各样方内的景观格局，转为Grid格式，在Fragstates 3.3软件中选取class水平上的CA、PLAND等指数，对13种景观类型进行分析。

图 4 厦门岛城市发展轴景观格局 Fig. 4 The landscape pattern of development axes in Xiamen Island

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厦门岛具有近似圆形的外部空间形态，本文从城市内部空间和功能角度考虑厦门岛主要城市建成区(两条缓冲带)的集中建设水平和城市功能综合配置程度，分别采用空间饱和度和城市功能单一度两个指标来衡量。“饱和”原指某种溶剂不能更多地溶解某种溶质时达到的一种状态。本文将其赋予景观生态学意义，用空间饱和度表征各样方内用于城市建设的土地资源比例，以城市建设用地等城市景观类型占整体景观可利用面积的百分数(PLAND值)表示:

空间饱和度(PLAND值)=(城市建设用地面积/样方可利用面积)×100% (1)

其中，城市建设用地包括公园与绿地、公共服务用地、商业服务用地、交通运输用地、工矿仓储用地、商住混合用地、普通住宅用地等景观类型；出于保护现有自然生态环境、保证未来城市扩张不占用森林和水体的目的，林地和水域未列入可利用面积，即样方可利用面积包括城市建设用地和潜在的城市扩张用地，如耕地、园地、城中村和其他用地等。样方中已用于城市建设的面积比例越高，则该样方的空间饱和度越大，越符合紧凑城市理论中建设用地集中开发的要求。

紧凑发展的另一个核心内容为城市功能的综合配置，即仅仅占用土地资源而不是高效利用土地资源，仍然不能达到紧凑城市要求。城市功能综合概念与容积率概念类似，即样方可利用面积相近或空间饱和度相近时，样方内各景观类型所发挥的城市功能越多，城市功能综合配置程度越高。根据《雅典宪章》，城市具有居住、工作、游憩和交通四大主要功能，本文将工作功能细分为公共服务、商业服务和工业生产三类，6种城市功能对应的景观类型如表 2，其中商住混合用地按50%分别计入商业服务功能和居住功能的景观类型中。景观生态学中，当各景观组分所占比例一致时，景观水平的香农多样性指数达到最大值，由此本文假定当各城市功能比例相同时，城市功能多样性达到最大，城市功能的综合配置程度达到最高；反之，如果某一种城市功能比例具有绝对优势时，城市功能多样性最小，城市功能单一。为方便量化城市功能综合配置水平，将各个样方内各种城市功能的PLAND值与6种城市功能的PLAND值均值比较，取6个结果中的最大值为功能单一度(式2)。该最大值所代表的城市功能即为该样方的主要城市功能。该最大值越大，表明该样方的城市功能越单一:

空间饱和度高、城市功能单一度低的样方符合紧凑发展要求

城市功能单一度= Max(某种城市功能PLAND值-6种城市功能PLAND值均值) (2)

对20个样方的空间饱和度和功能单一度进行聚类分析。空间饱和度聚类分析表明，聚类分两类时差异显著，显著度达0.001，厦嘉缓冲带样方10和湖吕缓冲带样方8、10为一类，空间饱和度低于70%，其余17个样方为一类，空间饱和度均高于70%。功能单一度聚类分析表明，聚类分两类时差异显著，显著度达0.003，厦嘉缓冲带样方8—10和湖吕缓冲带样方3、7、8为一类，功能单一度低于25%，其余13个样方为一类，功能单一度均高于25%。

从两条缓冲带的空间饱和度和功能单一度的散点分布图来看(图 5—图 6)：厦嘉缓冲带上，只有样方10的空间饱和度低于70%，功能单一度低于25%；样方8、9空间饱和度高于70%，而功能单一度低于25%；其余7个样方空间饱和度高于85%，功能单一度高于25%。厦嘉缓冲带总体特征是空间饱和度高而功能单一度也高，不符合紧凑发展“空间饱和度高、城市功能单一度低”的要求。湖吕缓冲带上，样方8、9的空间饱和度低于70%，功能单一度低于25%；样方3、7空间饱和度高于70%，而功能单一度低于25%；其余6个样方空间饱和度高于85%，功能单一度高于25%，总体而言空间饱和度不高而功能单一度相对较低，也不符合紧凑发展要求。

图 5 厦嘉缓冲带样方散点分布图 Fig. 5 Compactness of 10 quadrats in Xiajia buffer

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图 6 湖吕缓冲带样方散点分布图 Fig. 6 Compactness of 10 quadrats in hulv buffer

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厦嘉缓冲带的样方1—7和湖吕缓冲带的样方1、2、4、5、6、9空间饱和度较高但未达到紧凑发展要求的原因在于城市功能单一化。图 7—图 8直观表明了两条缓冲带各样方的城市功能数量与比例，可以看出厦嘉缓冲带样方1、6和湖吕缓冲带样方1—4、9存在城市功能缺失，厦门岛东端的公共服务功能欠缺；厦嘉缓冲带样方1—7以居住功能为主，湖吕缓冲带样方1、2、4、5、6、9的主要城市功能由游憩功能转为居住功能；特别是旧城区所在的两条缓冲带的样方1—5，城市空间饱和度都大于90%，但居住功能占据城市功能的绝对优势，城市中心区主要的商业服务功能和公共服务功能所占比例偏少。根据主要景观类型的斑块面积分析结果(表 3)，旧城区的居住功能主要由中低层普通住宅用地承担，对普通住宅用地进行二次更新开发将是提升旧城区紧凑发展程度的重要途径。

图 7 厦嘉缓冲带各样方不同城市功能景观类型面积比例 Fig. 7 PLAND values of urban landscape types with different urban functions in Xiajia buffer

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图 8 湖吕缓冲带各样方不同城市功能景观类型面积比例 Fig. 8 PLAND values of urban landscape types with different urban functions in Hulv buffer

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厦嘉缓冲带的样方10和湖吕缓冲带的样方8、10城市功能综合配置水平较高但未达到紧凑发展要求的原因在于样方内还存在相当面积的未利用土地。图 9—图 10清晰展示了两条缓冲带各样方的城市建设用地与潜在城市用地的比例，可以看出这3个样方土地利用率不高，即厦门岛北端和东端的空间饱和度较低，东端存在更多待开发的土地资源。结合图 7—图 8和表 3，厦门岛北端和东端以工业生产功能得到很大发展，居住功能中城中村承担的比例上升，且与工矿仓储用地存在一定的共生关系，则加大城市建设力度和工业区及其配套居住区的整合开发将是这两个区域紧凑发展的主要目标。

图 9 厦嘉缓冲带各样方内城市空间饱和度 Fig. 9 The space saturation of quadrats in Xiajia buffer

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图 10 湖吕缓冲带各样方内城市空间饱和度 Fig. 10 The space saturation of quadrats in Hulv buffer

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厦门岛是典型的空间形态受限型城市，海岸线为天然的城市扩张红线，原本的填海造地和海涂围垦等城市扩张方式造价高，获得的土地资源有限，且对海洋生态有一定的影响，在已经具备近似圆形的高效的城市外部空间形态情况下，实现城市内部的紧凑发展才是符合厦门岛空间形态受限特性的城市发展战略。

符合“空间饱和度高、城市功能单一度低”紧凑发展要求的样方仅有4个，且相距较远，分别位于厦门岛的西南旧城区内、北端工业区内和近东端工业区。65%的样方虽然空间饱和度较高，但城市功能单一化问题较为严重，大部分样方以居住功能为主，体现城市化水平的公共服务功能和商业服务功能比例较小甚至缺失，这些样方所在区域大致为厦门岛旧城区及其周边辐射区。15%的样方虽然城市功能数量与比例较为均衡，但土地开发率不高，空间饱和度较其余样方低，具有较大建设潜力，这些样方集中于厦门岛的北端与东端的工业区。总体而言，厦门岛主要建成区内土地资源接近充分利用，但城市功能综合配置水平不高，厦门岛现有的城市发展模式非紧凑发展。

城市规划的引导与变化是造成这一现象的主要原因^[35]。厦门岛旧城区为人口聚集的自发性建设，主要考虑人口的容纳，即住房建设，特别是旧城区推出福利性质的大规模单位住宅，占用了旧城区内大部分可利用土地资源，提高了空间饱和度，但影响了旧城区房地产业高端化发展，且公共服务、商业服务等其他城市功能的配套建设力度不够，北部湖里经济特区集中了岛内工业，职住功能分离，城市功能分区明显，由此形成城市功能单一的城市中心区；近年来城市规划不再一味强调功能分区，厦门岛北部工业区扩张的同时，公共服务和商业服务功能配套建设逐步得到重视，东部则在工业生产功能之外，以会展中心为基础大力发展公共服务功能，由此在厦门岛北部和东部有个别样方达到了城市功能综合和空间利用饱和；厦门岛北部和东部属于城市新兴开发组团，城市功能综合发展的同时，城市土地还未得到完全的利用，空间饱和度不高。赵景柱等计算了厦门紧凑度指数NCI值为0.083，也表明厦门城市紧凑度较低^{[9, 36]}。综合而言，厦门岛内主要建成区的城市用地比例较高，但城市功能综合配置水平较低，目前厦门岛还未形成紧凑发展。

紧凑发展模式通过城市土地的高强度开发、城市功能的合理组织和综合布局，实现城市建设的高效运行，符合厦门岛空间形态受限的特性。厦门岛内未达到紧凑发展，具有很大的提升潜力，因此需要对厦门岛主要建成区的土地结构和城市功能进行整合优化，提高岛内的空间饱和度，促使岛内有限的土地资源得到充分利用，同时提升城市功能综合配置水平，实现城市紧凑发展。对此，本文提出几点对策：(1)对旧城区核心区(两条缓冲带的样方1—4)的早期单位福利房、老式中低层住宅等普通住宅用地和零散工业用地进行更新开发，部分具有地域特色的沿街骑楼予以保留和修缮，充分利用狐尾山、仙岳山、西姑岭之间的平地，建设商业用地和商住混合用地混合分布的高水平商务街区；(2)旧城区辐射区(厦嘉缓冲带样方5—6、湖吕缓冲带样方5)处于两条城市主干道交汇地带，交通便捷，人口密集，应进行高层高密度开发，建立商业服务、公共服务协同发展的金融核心区，逐步转变为城市CBD；(3)北端工业区(厦嘉缓冲带样方7—10)将污染较重的工业区迁出，发挥交通优势扩大港口工业，开发现代居住小区，吸引外来人口的同时补足旧城区及其辐射区紧凑开发造成的居住用地缺口；(4)东端工业区(湖吕缓冲带样方6—10)保护现有绿地，缩减工业用地，改造城中村，集中建设面向低收入阶层的保障房社区；(5)在紧凑开发两条城市发展轴的同时，保留林地、水域等自然边界和公园绿地等人工边界，防止城市蔓延；(6)农用地向城市用地转移的过程中，适当保留小面积耕地、园地作为农耕乐、采摘园等介于农村景观和城市景观之间的景观类型，可以发挥游憩功能。

分析城市功能单一度时，本文并未考虑城市职能对城市功能比例的影响，例如旅游城市的城市职能可能造成城市功能以游憩和商业服务功能为主，城市职能对城市紧凑发展的影响程度仍待后续研究。空间达到饱和、功能达到综合、城市发展达到紧凑时，这种城市发展模式是否对城市生态效率产生影响^[37]、是否产生新的生态过程和环境效应^[38]、城市居民对该模式的适应度^[6]也是未来研究关注的重点。