CC BY
105
РАЗДЕЛ III
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
УДК 711.13 (470.40-21)
ИССЛЕДОВАНИЕ И СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАССЕЛЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ
Ю. В. Круглов, Е. С. Стецурина, О. В. Снежкина
Аннотация. В статье проведен статистический анализ размещения плотностей населения относительно общегородского центра и рассмотрен метод размещения проектной численности населения по кольцевым зонам города Пензы, основанный на закономерности К. Кларка.
Ключевые слова: расселение населения, генеральный план города, статистический анализ, оптимальность размещения.
Актуальность проблемы
Качественные социально-экономические изменения, происходящие в российской действительности существенно влияют на тенденции развития города и ставят под сомнение многие положения градостроительной политики.
Анализ ряда градостроительной документации, разработанной на крупные города, выявил необходимость пересмотра устоявшихся подходов к проектированию. В настоящее время при разработке генеральных планов не учитывается ряд фундаментальных факторов, которые являются основополагающими при прогнозировании градостроительных систем. Отсюда происходит ухудшение и без того сложной транспортно-планировочной ситуации в городах. Отсутствует реализация генеральных планов, потому что город, несмотря ни на что, продолжает развиваться по объективным социальным и экономическим законам, не зависящим от желания проектировщика.
Расселение населения на территории города является планировочной задачей, которая должна быть признана одной из основных методологических аксиом планировки. Расселение населения - это не локальный процесс, а сложная система социальных, демографических, планировочных и многих других зависимостей. Размещение плотностей населения в городах рассматривается на трех этапах проектирования: размещение плотностей населения в целом на территории, расселение населения относительно какого-либо центра, расселение трудящихся относительно мест приложения труда. Известно, что каждая из
этих стадий носит итеративный характер, и каждая последующая стадия уточняет предыдущую.
Изучение размещения плотностей населения относительно общегородского центра представляет собой системный анализ, целью которого является выявление генеральных тенденций в развитии города, и может применяться как на начальных этапах проектирования, так и в условиях реконструкции. Центр города - это зона наиболее высокой концентрации не только мест приложения труда, но и всех видов обслуживания - культурного, рекреационного, социального, торгового и коммунально-бытового. Это притяжение таково, что близость к центру города при выборе места жительства использует большинство горожан. Совокупность индивидуальных выборов определяет глобальное пространственное распределение всего населения в городе[1].
Для большинства городов Европы и Северной Америки размещение плотностей населения подчиняется социально-
экономическому закону: плотность населения с удалением от центра уменьшается. Английский экономист и статист К.Кларк изучал кривые плотности населения для 36 городов в диапазоне с 1801 по 1950 гг. на городах от Лос-Анджелеса до Будапешта, в результате исследования получил экспоненциальную модель убывания плотности населения в зависимости от расстояния от центра города:
D=a*expbr, [1]
где D - плотность населения, г - расстояние от центра города, а - плотность в центральных кварталах города,
Ь- мера компактности города (Ь>0).
Р. Бюсьер, взяв за основу своих расчетов модель экспоненциального распределения плотностей относительно центра города и идею распространения волн городского роста (по Г. Блюменфельду) показал на примере Парижа возможность привязки модели Кларка к отдельным азимутальным секторам. При этом наблюдался большой разброс значений параметров для отдельных азимутальных секторов и радиальной модели города в целом [1].
Ален Берто (2004) в работе: «Пространственная организация городов: преднамеренный результат или непредвиденное обстоятельство?» рассматривает преимущества моноцентричного города, а также приводит градиенты изменения плотности населения по крупнейшим городам мира, и утверждает, что эта модель продолжает работать и в настоящее время [2].
Проблему размещения плотностей населения в нашей стране освещал Ю. В. Медвед-ков. Он получил и обосновал закономерность Кларка на примере развития гипотетического радиально-кольцевого города. Интерес представляют модификации типов одноцентровых городов. Б. Л. Гуревич и Ю. Г. Саушкин предложили классифицировать «одноцентровые» города в зависимости от характера и направления темпа убывания плотности населения [3]. Для города Пензы исследованиями плотности размещения населения в плане города занимался Круглов Ю. В. [4]
В настоящее время, отечественная градостроительная практика показывает, что развитие городских планировочных структур шло в разрез с общемировыми тенденциями.
Современные проблемы размещения плотностей населения.
В период Советского государства интенсивно застраивались крупные города на свободных территориях, преимущественно в периферийных зонах. Так как в центральных районах необходима была реконструкция территории со сносом зданий и строительство объектов в стесненных ограниченных условиях, что повышало стоимость строительства. «Указанные процессы привели к тому, что морфология городского пространства большинства российских городов значительно отличается от той, что можно наблюдать в городах развитых стран. Там действуют экономические механизмы рыночного регулирования и поэтому наиболее плотно и интенсивно используется дорогая земля центра, а по мере удаления от него плотность и этажность за-
стройки закономерно уменьшаются. Типичный российский город, напротив, представлял собой "недоиспользованный центр" и "парад" многоэтажных новостроек на окраинах» [5, 52,53] Непропорциональное размещение основных масс населения на окраинах, а основных мест приложения труда и объектов культурнобытового обслуживания в срединных и центральных зонах города создаёт избыточные транспортные перемещения и избыточные временные затраты на такие перемещения, а ведь известно, что «возможность быстрого перемещения - основной показатель экономической развитости населения». [6, 124] Сложившиеся тенденции продолжают развивать во вновь разрабатываемой документации, ухудшая и без того сложную ситуацию. В генеральном плане г. Пензы, разработанным НИПИ «Урбанистика», закладывается увеличение жилых зон на 1742 га, что составит на перспективу 21 % от общей территорий города. Границы города на расчетный срок останутся без изменения. Из общего числа жилых территорий - 37,8 % должна составить многоэтажная высокоплотная застройка, 5,3 % среднеэтажная застройка, 56,5 % малоэтажная застройка. Размещение жилого фонда планируется на свободных территориях - 61,4 %, за счет реконструкции 38,6 %. На свободных территориях предполагается строительство 27, 3 % многоэтажного жилья, 33,6 % среднеэтажного и 64,3 % малоэтажного, преимущественно индивидуального жилья.
Основной вектор освоения новых городских территорий направлен в северозападную часть города на ценные сельскохозяйственные угодья в районе «Арбеково» на территории бывшего совхоза «Заря» (рис.1.). Некомпактное развитие городских территорий будет способствовать смещению основных центров тяжести населения из серединной зоны в периферийную, оказывая при этом колоссальную нагрузку на ограниченную уличнодорожную сеть и инженерные коммуникации. При существующей планировке города Пензы с трудом обеспечивается социальное единство районов, возникают заторы на улицах города, время доступности городских территорий увеличивается, а вместе с этим растут экологические проблемы, формируются обособленные жилые образования, мало вовлекаемые в жизнь города. «...с увеличением масштаба города и зон его влияния растет потребность преодоления метрических свойств пространства ценой вложения огромных материальных средств» [7,11].
Рис. 1. Карта размещения плотностей населения в г. Пензе по кольцевым зонам
Согласно существующим моделям развития городов (модель колебательных циклов «рост - структурная реорганизация», модель «порогового развития» Малиша) предполагается, что естественный количественный прирост территории происходит после качественного насыщения, полноценного освоения существующей территории. В г. Пензе происходят интенсивные преобразования бывших промышленных и коммунально-складских территорий, ценных с точки зрения центральности и благоприятной транспортной доступности, но не под жилые образования, а под крупные торговые и развлекательные комплексы, которые, в свою очередь, требуют больших парковочных зон, значительных грузопотоков, являются мощными объектами притяжения населения в условиях ограниченных возможностей улично-дорожной сети. В настоящее время в градостроительстве одной из актуальных задач ставится ограничение строительства крупных объектов притяжения в центральных районах города. Примером может послужить программа «Транспортного развития г. Москвы до 2012-2016 годов», в которой заложены корректировки градостроительной политики, в целях ограничения строительства объектов притяжения транспорта в центральной части города.
Поддержание разности плотностных потенциалов есть средство налаживания социально-экономических механизмов саморегу-
ляции процессов жизнедеятельности населения в масштабах города. Корректировку размещения плотностей населения на территории возможно провести рядом статистикоаналитических алгоритмов, в основе которых лежит закон К. Кларка.
Моделирование расчетной численности населения
Был проведен детальный статический анализ размещения плотностей населения относительно общегородского центра и рассмотрен метод расчета проектной численности населения по кольцевым зонам города Пензы, основанный на закономерности К. Кларка.
Согласно экспериментально полученным данным выявлено, что фактическое размещение плотности населения в г.Пензе по кольцевым зонам, рассчитанное ко всем территориям города, в целом отвечает закону Кларка (рис.2.), хотя и имеет ряд особенностей. Неравномерность размещения населения при удалении от центра наглядно иллюстрирует коэффициент темпа убыли плотности, который является индивидуальным для каждого города. Для города Пензы в результате исследования было выделено три дифференцированные зоны. Для зоны 1-5 км темп убыли плотности населения составил 0,24, для зоны 5-10 км 0,3, для зоны 10-15 км 0,5. Наиболее точно закономерность К.Кларка отражает зона 1-5 км, где население распределено наиболее равномерно (рис. 1.).
Р чеп/ш.кв 1 10000*
- -плотность населения к застроенным территориям •* -плотность населения ко всем территориям кольцевых зон
-расчетная плотность населения ко вем территориям кольцевых зон (по закону К,Кларка)
Я от центра, км
Рис. 2. Плотность расселения населения на территории г. Пензы
В данном случае привязка модели состояла в определении значений параметров экстраполированной плотности в центре города и темпа убыли плотности населения. Опытным путем для г. Пензы были получены и приняты следующие значения параметров: экстраполированная плотность в центре города а=8440 чел/кв.км; коэффициент темпа убыли плотности населения Ь=0,24.
Для определения накопленной расчетной численности населения города Пензы с учетом радиуса г кольцевых зон использована формула:
2т
~ЬГ
1 -(1 + Ьг)ехр Ьг ],
[1]
где Р(г) - численность населения (чел),
а - плотность населения в центре города (чел/км2),
Ь - коэффициент темпа убыли населения, г - расстояние от центра города (км).
На рис. 3. приведен сравнительный анализ полученной расчетной зависимости, отражающей перспективную численность населения города Пензы при равномерном распределении по всем азимутам и фактической численности населения. Результаты расчета наглядно показывают, что для существующей численности населения г. Пензы (503 тыс. чел.) вполне достаточно радиуса города 8 км при реально существующем 15 км.
В сравнении с европейскими городами, где численность населения размещена более равномерно в целом по территории (рис. 4.), существующее положение по городу Пензе и
проектное предложение, заложенное в генеральном плане необходимо корректировать.
На рис.5 проиллюстрирован потенциал возможности размещения проектной численности населения в пределах 4-8 км (по укрупненным расчетам генерального плана численность населения должна составить не более 550 тыс. человек). Вопрос здесь стоит, прежде всего, о равномерности размещения проектной численности населения по всем азимутальным направлениям дифференцированно для каждой кольцевой зоны. Согласно рис. 5, проектная и фактическая численность населения на радиусе между 7 и 8 км в своих значениях приближены, это происходит из-за того, что сильно уплотнено одно планировочное направление - жилой район «Арбеково», о чем говорилось выше.
Данная модель обозначает самую общую тенденцию в размещении численности населения, так как в расчетах применяется показатель поверхностной плотности, вычисленной ко всей территории индивидуально для каждой кольцевой зоны. Более детальным и наглядным будет исследование размещения плотностей, которые рассчитаны только к освоенным территориям и по определенным планировочным направлениям. Градиент
плотности данного типа, позволяет отобразить конкретные градостроительные показатели: объемы транспортной работы, расчет объектов КБО, нагрузку на территорию и ряд других показателей.
и—ццц- -фактическая численность населения .
- зона оптимального радиуса расселения
..... -расчетная численность населений .
Рис. 3. Фактическое и расчетное распределение численности населения в зависимости от удаленности от центра города
Р.ЖЙТ*
Рис. 4. Расчетная накопленная численность размещения населения для городов Бордо и Цюрих
-расхотим численность населения потенциал уплотнения системы расселения
Рис. 5. Фактическая и расчетная численность населения в кольцевых зонах
В рамках данного исследования стоит заострить внимание не только на плотности размещения населения в плане города, но также учитывать и агломерационное расселение. Так для города Пензы характерен довольно высокий процент расселившихся за административными границами города, например г. Заречный Численность населения города составляет 63 тыс.человек и располагается в пределах транспортной доступности порядка 20-25 минут. Есть и другие населенные пункты, которые имеют активные трудовые и культурно-бытовые связи с Пензой. В целом, численность населения, формирующая Пензенскую групповую систему расселения, составляет порядка 116 тыс. чел. На следующих этапах проектирования расселения населения необходимо учитывать данные показатели, потому они существенно корректируют модель и оказывают значительное влияние на пространственную организацию города.
Выводы
1. Расчет возможного размещения проектной численности населения, с учетом закономерности Кларка позволяет формировать рекомендации к разработке генеральных планов и получать конкретную численность населения на определенном радиусе от центра города, что позволяет в дальнейшем уточнять и конкретизировать ряд показателей по отдельным участкам города.
2. Использование данной модели в прогнозировании размещения численности населения позволяет формировать более компактную структуру города. Уплотнение центральных и срединных районов города с проведением грамотной транспортной политики [б], а в частности уменьшение транзитных потоков и минимизация движения индивидуального автотранспорта в центре города, увеличение приоритета общественного транспорта позволит уменьшить транспортные издержки, а вместе с этим и нагрузку на экологическую систему города.
3. Данная модель с двумя параметрами, которые имеют физический смысл в контексте моделируемого явления, в наибольшей степени удовлетворяет критериям точности и в тоже время простота для использования, является функционально-адекватной исследуемому явлению.
Библиографический список
1. Математические модели внутригородского расселения: Франко-советские градостроительные исследования,- М.: 1974. - С. 96.
2. Alain Bertaud. - Режим доступа: http://alain-bertaud.com/ (дата обращения 23.07.2012 г.).
3. Морозов В. П. Использование закономерностей распределения плотности населения при планировке новых городов Текст.: дис. канд. арх. / В. П. Морозов. - М.: Изд-во Московского ЦНИИП градостроительства, 1977.
4. Круглов Ю. В. Распределение плотности населения относительно центра города. // Вопросы планировки и эстетического решения при застройке городов. / Тезисы докладов областного семинара. -Пенза, 1981, с. 41-44.
5. Градорегулирование: Основы регулирования градостроительной деятельности в условиях становления рынка недвижимости. Трутнев Э.К. (руководитель авторского коллектива). — М.: Фонд "Институт экономики города", 2008. — C. 296.
6. Гавриленко Н. Г. Особенности развития транспортного комплекса России в современных услови-ях//Вестник СибАДИ.- 2012. - № 5 (27). - С. 175.
7. Якшин A. M., Говоренкова Т. М., Каган М. И., Меркулова 3. И., Стрельников А. И. Графоаналитический метод в градостроительных исследованиях и проектировании. М.: Стройиздат, 1979. - С. 204.
STUDY AND STATISTICAL MODELING OF POPULATION SETTLEMENT (BY EXAMPLE OF PENZA)
Y. V. Kruglov, E. S. Stetsurina,
O. V. Snezhkina
This article carries out statistical analysis of population density distribution relative to municipal center and considered calculation method of projected population size according to circle areas of Penza, based on C. Clark’s regularity.
Круглов Юрий Васильевич, профессор кафедры «Гоадостроительство» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства. Основное направление исследований -генеральные планы городов, транспортные системы, системы расселения. Имеет более 140 научных публикаций. E-mail: uv_kruglov@mail.ru
Стецурина Екатерина Сергеевна, ассистент кафедры «Гоадостроительство» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства. Основное направление исследований - изучение размещения плотностей населения в крупных городах. Имеет 15 научных публикаций. E-mail:pensacolla@rambler. ru
Снежкина Ольга Викторовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Математики и математического моделирования» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства. Основное направление исследования - математическое моделирование социально-экономических процессов. Имеет 70 публикаций. E-mail: o.v.snejkina@yandex.ru
