当前，我国城市化迅速推进，在促进经济社会发展的同时也使城市空间结构发生剧烈变化。其中，无序化的城市扩张与土地利用效益的严重失衡，导致不同目标基础上城市效能严重下降。城市空间上摊大饼式的扩张模式与过度紧凑型的布局模式均不利于城市的健康发展。因此，厘清现代经济社会发展模式下城市扩张机理成为当前亟待解决的问题。与此同时，快速城市化所带来的城市空间上的无序蔓延加剧了城市用地的供需矛盾，诸如北京、上海、深圳等特大城市的发展规划模式已由增量向存量转变^[1]，收缩城市也开始出现，这势必会引起城市扩张模式的根本性变化。因此，揭示当今时代背景下城市扩张中所表现出的新特征、新模式，明确城市扩张与城市土地利用效益之间的关系，对我国城市的健康发展具有重要的指导意义。

近百年来，随着城市化的推进，城市空间扩张和城市土地利用引起学者们的广泛关注。纵观国内外学者对于城市空间扩张方面的研究，主要集中在形态演变^{[2, 3]}、扩张模式^[4]、动力机制^{[1, 5]}等方面。城市形态演变方面的研究已经由传统的空间形态定性提炼归纳^[6]转向借助遥感等现代手段进行城市形态扩张过程的刻画和边界的测定^[7]。城市扩张模式研究多以城市土地利用变化为背景，研究城市扩张的类型、方向和格局等方面^[8]。城市空间扩张动力机制的研究可分为单一要素和综合要素两类^[1]，方法上多采用聚类分析、系统动力模型等。在土地利用效益方面，近年来研究成果也十分丰硕，研究对象由单纯研究发达城区用地效益到研究区域内部不同用地类型的效益关系^[9-11]，研究内容从单纯的经济效益向经济、社会、生态环境等综合效益转变^[12]。城市的良性扩张，能够促进城市土地的集约利用，从而提高现有土地的利用效益。同时，高效益的土地利用，能够有效避免因城市的无序扩张而导致城市土地资源浪费。随着我国城市发展模式由单纯的追求规模增长向追求综合质量提升的高质量发展模式转变，相关研究也已从单纯的研究城市扩张或土地利用效益向探究二者的协调关系转变，虽然国内外对城市扩张与土地利用效益的研究取得了丰硕的成果，但缺乏城市良性发展理论指导。精明发展（smart development）是通过将土地利用、城市建筑、交通运输、老城改造和紧凑开发等多种城市要素整合，以最低的基础设施成本创造出最高的土地开发收益，以此来解决城市在发展中所产生的经济社会和资源环境发展不相协调的问题^{[13, 14]}。1997年，格兰邓宁（Glendening）率先提出了城市建设用地的“精明增长”理论^[15]，国内研究始于21世纪初，部分学者开始探索限定城市扩展边界^[9]、优化城市结构布局以及完善城市交通体系的中国化精明增长道路^{[16, 17]}。随着我国城市化进程不断加快，城市用地紧张、环境污染加剧、资源枯竭等一系列城市问题相继产生^[18]，以城市人口减少为标志的城市收缩现象加剧^[19-22]。如何在城市扩张的同时提高土地利用效益，改善居民生活条件，促进城市的可持续发展，是城市精明发展的根本所在。

在现有相关研究中，城市扩张多倾向于城市空间扩展、形态演变等实际情况的测度、归纳和总结，以反映城市形态的变化特点，而土地利用效益的研究多从经济、社会、生态方面入手，研究城市土地产出效益，缺乏投入产出背景下城市土地利用效益和城市扩张的内在机理研究。城市扩张与土地利用效益的同步提升，能够推动城市健康发展，二者的耦合协调增长对解决城市化过程中所产生的负面问题具有重要作用。基于此，本文以区域中心城市济南为例，将济南市主城区城市扩张与土地利用效益进行定量研究后，揭示不同时间节点下城市扩张与土地利用效益的耦合关系和协调程度，对现阶段下城市扩张和土地利用效益的影响因素进行分析，以期对济南市城市良性发展、构建“大强美富通”的现代化国际大都市提供理论支持和实践参考。

1 研究区域概况

济南市（见图 1）位于山东半岛中西部、华北平原中部，是全国15个副省级城市之一。济南是国家级历史文化名城、区域性金融中心、全国重要交通枢纽和旅游城市，山东半岛城市群核心城市。截止2018年底，济南^①下辖8区2县，总面积7998 km²，地区生产总值7856.56亿元，常住总人口746.04万人。其中，历下、市中、天桥、槐荫、历城、长清六区总人口422.24万人，占济南市总人口的56.61%，城镇化率高达87.5%，地区生产总值5872.1亿元，占济南全市74.74%，三次产业结构为1.2:24.7:74.1，城乡居民可支配收入分别为50146元和17924元，是济南市主要人口、经济活动承载地，是城市扩张的核心区，为保证研究的连续性与科学性，因此选择该区域为研究区。2018年1月，国务院正式批复成立济南市国家新旧动能转换先行区，济南城区将再一次进入快速扩张时期。因此，借鉴原有经验教训，贯彻响应精明发展理念，是济南城市健康发展的时代选择。

2 数据来源与研究方法 2.1 数据来源

本研究中有关城市建设和土地利用的数据来源于《山东统计年鉴》、《中国城市统计年鉴》、《济南统计年鉴》以及《济南市城市总体规划（1996—2010）》和《济南市城市总体规划（2011—2020）》等，辅助使用地理空间数据云提供的Landsat 4—5 TM、Landsat 7 ETM、Landsat 8 ETM提取济南市1995、2000、2005、2010、2015、2018年六个长时段城市建成区数据，计算济南市城市建设面积、周长等相关数据。

2.2 研究方法 2.2.1 精明发展的理论内涵与指标体系构建

精明增长理论最早出现于美国，它反对因城市的无序扩张而造成的土地资源浪费、重复建设等问题，在指导城市边界划定、限制城市无序蔓延等方面起到了显著作用^[17]。精明收缩则将关注的重点放在资源的退出与优化重组方面，在城市收缩背景下促进城市的增长活力与可持续发展能力^[22]。精明发展理论不是“精明增长”与“精明收缩”二者的简单叠加，而是摒弃传统的“无序扩张”或“盲目收缩”，关注城市内部各资源要素的平衡发展，倾向于城市发展质量的综合提升，从而实现城市“精打细算”式的发展。因此，精明发展是以实现城市可持续发展为目标，在多种因素共同作用下，将各要素合理配置以促进城市经济、社会、生态环境三者的协调发展，强调城市内部空间集约紧凑、要素组织高效和服务功能完善，是一种更加注重城市发展动态性与综合性的城市发展模式^[23]。在精明发展理论指导下，以实现城市规划合理、生态质量改善、交通网络发展、人居环境舒适为原则，结合济南市城市发展和土地利用现状，选择空间形态、发展效率和外部影响三个子系统表征城市扩张，以用地结构、人口变化、经济规模、公共服务和综合建设五个子系统来测度城市土地利用效益^{[24, 25]}，根据不同子系统的特点，对相关指标进行归类筛选，并进行共线性检验，从而构建基于精明发展的城市扩张与土地利用效益耦合协调测度体系^[26-28]。采用基于方差的变异系数法对指标进行权重分配（见表 1），测度精明发展理论指导下城市土地利用效益，具体方法如下：

（1）子系统指标的平均值、方差及变异系数：

(1)

(2)

(3)

式中，x_ij为第i年第j项指标的数值，x_j为n年内第j项指标的平均值，S_j为n年内第项j指标的方差，V_j为第j项指标的变异系数。

（2）指标权重值：

(4)

式中，W_j为第j项指标的权重值。

2.2.2 综合发展模型构建

本研究采用线性加权法对“城市扩张—土地利用效益”系统各指标进行综合测算，以综合发展度指数T来表征城市扩张与土地利用效益的整体关系^{[13, 29]}，计算公式为：

(5)

(6)

式中，UE表示城市扩张指数，UB为土地利用效益指数。α与β表示两个子系统的待定权重，通过整合相关研究^{[13, 25]}，认为城市扩张与土地利用效益的贡献相同，因此α和β赋相同的权重值0.5，U_i表示“城市扩张—土地利用效益”系统中第i个子系统的综合发展水平，γ_ij表示第i个子系统中第j项指标的权重值，μ_ij表示第i个子系统中第j项指标的特征值，n表示不同系统中的指标个数。

2.2.3 耦合协调模型构建

（1）耦合度。耦合度用来刻画多个系统间动态影响的量化表征^[30-32]。本研究在精明发展理论的指导下，将城市扩张和土地利用效益两个系统各自要素间的相互影响关系定义为“城市扩张—土地利用效益”耦合系统（C），计算公式为：

(7)

式中，C为耦合度，取值范围为[0, 1]，C值越接近1，表征子系统之间的耦合度越高。根据2个系统之间的相互影响程度，并借鉴相关参考文献^[33]，将耦合度（C）分为以下6类（表 2）。

（2）协调度。由于单纯依靠耦合度测度城市扩展与土地利用效益的耦合关系容易产生误差，在此基础上引入协调度模型（D）。通过协调度横向比较城市扩张与土地利用效益间的动态协调关系，计算公式为：

(8)

式中，T表示“城市扩张—土地利用效益”系统的综合指数。协调度（D）的取值介于0—1之间，因为协调度（D）受到耦合度（C）和综合指数（T）的影响，因此，耦合度指数和协调度指数的取值越高，该系统的协调性就越好。借鉴相关参考文献^{[25, 34]}并结合研究区域的实际情况，对协调度级别（D）进行划分（表 3）。

3 基于精明发展的城市扩张与土地利用效益关系演变分析

通过对济南市主城区“城市扩张—土地利用效益”综合发展指数与耦合协调度的计算，研究其城市精明发展耦合协调情况（表 4）。

3.1 精明发展背景下城市空间形态时空演变分析

通过对遥感影像进行解译提取，生成济南市主城区1995—2018年城市建设用地形态变化图（图 2），探究济南市城市面积的动态变化过程。

根据图 2显示，1996—2000年，济南市以老城区为中心，向北扩张为主且速度缓慢，呈单核心发展模式。该时段内济南市交通基础设施落后，城市沿交通干线发展且增幅较低，未出现分散趋势，在市区北部“腾笼换业、退二进三”的带动下，人口向北流动明显。2001—2005年，在城市规划“先东后西”思路的影响下，城区扩张速度加快，东西向扩张明显，以济南会展中心和齐鲁软件园为代表的东部新城建设速度加快，同时西南方向的长清县撤县划区，建设用地不断增长。2006—2010年，城市扩张仍然保持较高速度，方向仍以东西为主、南北为辅。经过几年的建设发展，济南市东部中心初具规模，大批企业外迁刺激了城市周边农业用地向城市建设用地转变，长清大学城的设立促使老城区大批高校外迁，加速了西南方向长清区建设用地的增长，此时济南市城市扩张模式从单核心向多核心转变，城市建设用地扩张速度明显快于人口增长速度，呈现出快速扩张趋势。2011—2015年，城市扩张以东部新区建设为主，西客站片区建设为辅，在严格管控建设用地政策的影响下，济南市城市建设经历了十多年高速期在这一阶段开始放缓。2016—2018年，承袭上一阶段平稳的增速，这一时段城区扩张以东部新区完善、西客站周边房地产和服务业开发、西南长清区小范围开发建设为主，仍然保持“先东后西”的发展模式。综上，研究时段内，济南市城市空间形态扩张阶段性特征明显，且扩张模式由单核心向多核心转变，城市扩张模式由紧凑型向蔓延型转变。

3.2 精明发展背景下济南市土地利用效益分析

根据表 4的研究结果显示，1995—2018年，济南市城市土地利用效益整体水平相对较低，但其发展符合“低速—高速—平稳”的变化过程。1995—2005年，为快速增长时期，精明发展指数从0.145增长到0.453，年均增幅达到21.24%。说明这一时段内，济南市城市发展速度与之前相比速度较快，基础设施建设投入增加，但这一时段济南市土地利用效益的整体水平一直在0.5以下，主要是城市综合建设中大多数指标在这一时期相对较低，城市综合建设体系不完善所导致。2005—2018年这段时期内，城市土地利用效益精明发展指数增速放缓，为平稳增长期，这一时期内，济南市加强产业结构调整，重点发展第三产业，导致第二产业的部分企业投入产出有所下降，但第三产业成为重点开发对象，高新技术产业开发区吸引大批电子商务和金融产业入驻，经济效益不断提高，城市基础设施也得到不断完善，限制土地利用效益精明发展的因素从城市综合建设变为城市用地规模。总的来看，济南市土地利用效益总体水平虽较低，但近年来呈现出不断优化趋势。

3.3 城市扩张与土地利用效益耦合协调度分析

从耦合情况（表 4）来看，济南市城市扩张与土地利用效益之间的耦合度水平大致处于中度耦合状态，耦合度指数在0.379—0.496之间波动变化，除1995年属于低水平耦合外，其他年份均处于颉颃阶段，表明两个子系统之间一直处于相互抗衡阶段，耦合度不高。从协调发展情况来看，协调度指数在0.399—0.529之间波动上升，协调类型从濒临失调转变为初级协调，反映出两个子系统之间相互促进作用不足，协调作用较差，并未达到同步增长状态，其耦合协调状态有待提高。

根据计算结果，1995年耦合度和协调度指数最低，分别为0.379和0.399，这与济南市经济社会发展水平密切相关。这一时期内，济南市城市建设落后，城市建设用地不断增长对于土地利用效益带动力度不足，二者间耦合协调关系较差。自1995—2005年这十年间，济南市城市扩张与土地利用效益耦合度处于上升状态，协调度也从濒临失调向初级协调过渡。该时段内，济南市经济社会发展迅速，城市发展过程中对生态环境和民生等方面关注度不断提高，土地利用效益得到提升，因此这一阶段耦合度从极低耦合进入到中度耦合，耦合状态也由低水平耦合过渡到颉颃阶段，耦合效果得到明显提升；协调度从0.399增长到0.501，受到以单核心发展模式为主的影响，济南市前期紧凑发展程度较高，城市建设与人口城市化相对同步，城市发展效率变化小。进入21世纪后，受城市规划的影响，东部新区建设加速，单核心模式受到冲击，城市建设用地的不连续和破碎化程度加剧，受到行政区调整等多方面的影响，城市精明扩张程度有所下降，但一直维持在0.6左右，而土地利用效益低下、结构单一，服务型建设用地规模小，加之城市规划建设过程中，规划建设者并未意识到精明发展对土地利用效益提升的重要性，因而城市建设单纯以满足经济发展为主，对于提高公共服务水平和优化城市布局方面的作用十分有限，因此这一时段内土地利用效益程度较低，城市扩张精明发展程度明显高于土地利用效益，二者之间协调性较差，整体协调类型从勉强协调向初级协调过渡。

2005—2018年间，济南市经济增速迅猛，城市扩张速度加快，由于《济南市城市总体规划（1996—2010）》和《济南市城市总体规划（2011—2020）》的影响，城市发展开始从单核心模式向多核心模式转变，2010年、2015年和2018年耦合度较前十年均有所下降。随着东部工业新区、西客站新城建设和长清大学城不断规划建设，空间破碎度提高，飞地式开发模式占据城市发展主流，多核心的城市扩张模式导致济南市城市扩张精明发展指数较前十年呈现出波动下降态势，从2005年的0.599下降到2018年的0.371，与此同时，经过多年的规划建设，济南市城市配套基础设施不断完善，居民幸福度指数提高，土地利用效益精明发展指数得到稳步提升，从2005年的0.453提升到2018年的0.822，达到相对较高的水平，但城市扩张与土地利用效益二者之间处于一种“此消彼长”的状态，从而导致二者协调指数较低，整体很难突破初级协调状态。这二十多年的变化趋势，显示了济南在统筹城市扩张与土地利用效益方面的力度不足，在一定的时期内，其发展定向性较突出，二者始终没有处于协同发展状态。

4 结论与讨论 4.1 结论

在城市化进程不断加快的今天，城市扩张已成为城市发展的主流趋势，但在城市扩张大背景下，能否实现城市扩张与土地利用效益的协调发展，已成为当前城市扩张过程中面临的重要问题。本研究在精明发展理论的指导下，以济南市主城区为例，研究城市扩张与土地利用效益的耦合协调关系，得出以下结论：

（1）济南市城市扩张阶段性特征明显，扩张模式由单核心向多核心转变。1995—2018年间，城市扩张精明发展指数从0.693下降至0.371，城市扩张模式由紧凑型向蔓延型转变。1996—2000年，济南市城市扩张缓慢且以北向扩张为主。2001—2018年，济南市城市扩张进入活跃期，方向上以“东西为主、南北为辅”。

（2）济南市土地利用效益总体水平较低，但近年来呈持续优化趋势。研究时段内，济南市城市规模不断扩大，布局不断优化，基础设施不断完善，生态环境得到明显改善，土地利用效益的发展符合“低速—高速—平稳”的精明发展过程。

（3）济南市城市扩张与土地利用效益不符合精明发展理论的要求，二者间耦合协调度不高。济南市城市扩张与土地利用效益长期处于颉颃阶段，协调度从濒临失调转向初级协调，但二者仍然没有达到耦合协同发展状态。受到多核心发展模式的影响，济南市空间布局破碎化、零散化程度加重，导致城市土地利用效益降低，城市扩张对土地利用效益的促进作用不足，二者的耦合协调性不强，阻碍了济南市城市精明发展。

4.2 讨论

本研究尝试基于精明发展理论对城市扩张与土地利用效益进行耦合分析研究，仍有很多方面的不足。

（1）精明发展是一个理想化的城市发展状态，不同城市具有各自的实际情况和发展特点，本文以济南市为例，根据济南市城市现状展开研究，与其他城市的相关性不强，而且未给出适合其他城市测度精明发展的具体方法。

（2）测度指标过于复杂，且数据获取难度较大。本研究中涉及到的城市空间形态的紧凑度、破碎度、稳定性等指标均通过遥感影像数据矢量化提取相关研究信息，通过公式计算得出，具体数据在获取或计算过程中可能会出现略微的差值，精确程度有待提升。

注释：

① 2019年1月9日，国务院批复莱芜市正式划归济南，自此济南下辖10区2县，因本研究时间截止到2018年，故本文中相关济南行政区划均按照2018年8区2县。