随着城市化进程的推进，城市快速扩张带来的环境挑战无处不在。因此，对城市无序扩张的研究已成为可持续发展工作中的一个重要焦点，强调需要了解城市无序扩张的演变特征和系统机制。然而，现有关于城市无序扩张机制的研究仍略显零散，缺乏统一的研究框架和理论模型。为此，本文提出了城市无序扩张力学理论框架，构建了统一的分析框架和城市无序扩张综合作用力模型。此外，本文还以南京、无锡和扬州为案例进行了实证分析，通过对城市综合扩张力趋势的比较评估，测算了城市综合扩张力，分析了三地的城市扩张特征。研究结果表明，南京、无锡和扬州三地的城市综合扩张力趋势截然不同。南京呈现出缓慢增长的模式，无锡呈现出先增长后下降的模式，而扬州则经历了快速增长的波动。作为处于不同城市发展阶段的典型城市，南京、无锡和扬州的城市综合扩张力变化趋势与其城市发展阶段相一致。本文提出的城市扩张力研究框架和模型，为理解当前和未来的城市扩张提供了新的视角和方法，还为相关部门制定调控城市无序扩张的政策提供了有价值的启示。
自工业革命以来，城市化在全球范围内迅猛发展。联合国的报告显示，目前约有55%的人口居住在城市地区，预计到2050年这一数字将达到70%。此外，城市土地扩张的速度通常超过城市人口的增长速度，这一趋势在中国尤为明显。中国的城市化率从1978年的17.90%猛增至2020年的63.89%，伴随而来的是建成区面积的大幅扩张--从1981年的0.7×104 平方公里到2020年的6.1×104平方公里。40年来，建成区面积猛增了约8.7倍，往往提前超过规划指标。此外，中国的总人口从1978年的960亿激增到2020年的1410亿，其中城市人口从1978年的170亿激增到2020年的902亿。在许多国家，无节制的土地开发导致城市用地急剧扩张，造成城市发展模式严重失衡，并引发一系列紧迫问题，如资源能力紧张、环境污染加剧、生态系统退化、地方公共服务成本上升等。如果不能有效应对这种情况，将对这些国家的发展轨迹构成重大威胁。为了应对城市过度扩张带来的社会和环境问题，不同国家都在制定管理政策，旨在坚决遏制城市用地的无节制增长。因此，以城市无序扩张及其管理策略为重点的研究激增。
在分析城市无序扩张这一复杂问题之前，首先，本研究需要对城市无序扩张进行定义。许多学者对这一问题进行了深入研究。Galster等人将城市无序扩张定义为城市化地区的一种土地利用模式，这种模式表现出八个不同维度的低水平组合：密度、连续性、集中、集群、中心性、核心、混合用途和邻近性。Ewing等人指出，城市无序扩张的特点是低密度发展，住宅区、购物区和办公区紧密分隔，缺乏繁荣的活动中心和出行路线选择。此外，城市无序扩张不仅是增长，而且是一种特殊的、功能失调的增长形式。根据Frenkel和 Ashkenazi的定义，城市无序扩张包括一种空间发展模式，其典型特征是低密度、分散和不连续的扩张，以及促进对私人汽车的依赖和购物中心扩散的隔离土地使用类型。在前人研究的基础上，本研究的研究认为，城市无序扩张是城市环境中一种独特的土地利用结构，其特点是低密度、分散和跳跃式发展模式。此外，现有的城市扩张理论主要植根于经济学视角，如杜南的农业区位理论、韦伯的工业区位理论和克里斯塔尔的中心地带理论，以及由此衍生的同心圆、扇形和多核心模型。此外，还提出了规划领域的其他观点，包括智能增长理论和新城市主义理论。然而，基于物理视角，特别是经典力学视角的城市无序扩张理论仍然匮乏。虽然已有大量研究从各种力的角度，包括驱动力、引力效应和资源承载能力等方面，对城市无序扩张的机理进行了研究，但这些研究往往仍然支离破碎、互不关联，仅关注影响城市无序扩张动态的力的个别方面。
在影响城市扩张动态的驱动力领域，以快速增长为特征的市场导向型经济被广泛认为是一 种重要的催化剂。此外，人口膨胀也是推动城市扩张的核心动力。此外，政府参与日益成为城市无序扩张的主要驱动力，使城市无序扩张与政策无序扩张系统错综复杂地交织在一起。例如，城市间交通规划政策已被证明对城市无序扩张动态具有重大影响，塑造了交通网络的形成。此外，对土地利用和土地生产力的调控也对城市无序扩张产生了深远影响。在城市人口增加的刺激下，不同土地利用类型转化为城市建成区，进一步加剧了城市无序扩张，而土地融资在推动这一现象方面发挥了显著作用。最后，快速城市化，尤其是发展中国家的快速城市化，刺激了城市边缘地区的城市扩张，城市化推动的大规模人口增长成为助长这种扩张的关键因素。
城市无序扩张的严重性是另一个学者关注的问题。在城市间区域引力的驱动下，城市无序扩张表现出多种形式。引力模型是衡量核心城市对其他城市引力强度的常用方法。许多研究都采用引力模型来研究城市扩张动态和城市群的综合发展。通过分析城市群内核心城市对周边地区的引力，研究人员阐明了城市空间变化与引力之间的关系，评估了城市群之间的空间相互作用，并划分了城市群的影响区。此外，研究还证明了利用引力模型定量衡量城市扩张对工业生产力影响的能力，以及通过构建城市引力指数评估城市快速发展对农村发展的实质性影响的能力。
此外，学者们还关注城市扩张机理中的资源承载能力。近年来，城市群的快速扩张导致生态空间被过度占用，生态压力增大，阻碍了这些地区的可持续发展。这种现象可能与增长的生物物理限制密切相关，即资源和环境的承载能力。因此，资源承载能力通常被用作缓解和调节城市无序扩张的约束条件。通过评估水资源承载能力，并将其作为调控参数，可以实现对城市用地面积的合理调整。评估各次区域内的资源环境承载能力水平，可以科学、准确地划定城市增长边界。
学者们从不同角度对城市无序扩张的机理进行了全面研究，并取得了重要发现。然而，目前关于城市扩张机理的研究仍略显零散和脱节，主要涉及驱动城市扩张的各种力量的个别方面，如驱动力、引力和资源承载力等。缺乏统一的研究框架和理论模型来研究城市无序扩张的机理，也缺乏进一步的定量研究。因此，人们对城市无序扩张机理的认识存在较大差异，在制定城市无序扩张控制策略时也缺乏准确的参考依据。
本研究以物理学原理为基础，提出了城市无序扩张力学理论框架，努力拓宽和丰富对城市无序扩张的理论认识。按照理论分析-模型构建-实证研究的基本方法，本研究的研究分为三个关键阶段。首先，本研究分析了城市无序扩张的力学特征，勾勒出城市无序扩张力学的概念框架，并从力学角度审视了城市无序扩张的内在机理。其次，通过与力学理论的类比，构建了城市扩张的综合作用力模型。最后，在南京、无锡和扬州三个代表性城市开展实证研究，计算城市扩张加速度、城市质量和城市扩张综合力等指标。研究成果不仅丰富了城市扩张的研究视角，而且为理解城市扩张的机理建立了统一的框架。此外，实证研究结果还有助于选择适当的调控政策，以遏制城市土地的过度扩张。
1.2005至2020年南京、无锡和扬州的城市扩张加速度
考虑到数据的可得性和研究的可行性，本研究将人均GDP（x）和城市建成区面积（y）分别作为评估2005-2020年南京、无锡和扬州经济发展和城市扩张的关键指标。本研究使用SPSS软件（IBM公司，2012年）拟合了南京、无锡和扬州的logistic曲线。南京、无锡和扬州三地的Logistic曲线的拟合上限（K）分别为1085平方公里、356平方公里和230平方公里（图6）。
最后，本研究将南京、无锡和扬州相应的人均GDP值代入方程计算加速度。计算结果如图7所示。从趋势上看，2005年至2020年，南京的加速度经历了动态但相对低水平的变化。无锡的加速度从2005年的0.142猛增至2011年的0.548，然后逐渐下降至2020年的0.200，呈现倒U型。相反，扬州的趋势与无锡形成鲜明对比。扬州的加速度从2005年的0.932迅速下降到2012年的0.022，然后稳步上升，到2020年回升到0.968，呈现出U型轨迹。
2.2005-2020年南京、无锡和扬州的城市质量状况
根据表1，本研究设计了由城市规模质量、经济发展质量、生态环境质量、社会发展质量等12个指标组成的评价体系。这12个指标的权重通过熵权法确定。分析城市质量体系的权重结构可以发现，经济发展质量是最重要的子系统，权重最高，为0.400。紧随其后，社会发展质量成为第二重要的子系统（0.388）。城市规模质量虽然只是城市人口的一个指标，但权重却很高，达到0.121。相反，生态环境质量对城市质量的影响最小（0.094）。对具体指标进行分析后发现，普通高等院校数量、城市人口、GDP总量和固定资产投资总额这四个指标的权重较大，位居前四位。这些发现凸显了它们在塑造城市质量并进而影响城市扩张方面的关键作用。基于这些见解，本文在随后的章节中将提出有针对性的政策建议。
运用熵权法对城市质量的具体指标进行权重分配后，采用线性加权法对南京、无锡和扬州2005年至2020年的城市质量进行了测算（图8）。对时间序列特征的分析表明，随着时间的推移，各城市的质量总体呈上升趋势。具体而言，从2005年到2020年，南京城市质量的增幅最大，为0.509，无锡的增幅为0.288，扬州的增幅为0.281。然而，城市之间的空间差异也很明显，南京的城市质量最强，其次是无锡和扬州。从城市质量的增长率来看，2005年至2020年，扬州的增长率最快，其次是无锡，而南京的增长率最慢。
3.2005-2020年南京、无锡、扬州三市城市扩张的综合作用力
根据上述城市综合扩张力模型（公式1），将前期计算的各城市城市扩张加速度和质量代入公式进行计算（图9）。从时间序列特征来看，各城市的综合城市扩张力呈现出随时间动态变化的趋势。具体而言，南京的城市综合扩张力从2005年的0.003缓慢上升至2020年的0.114，但仍低于其他两个城市的水平。这一现象背后的原因在于南京的省会城市地位。在经历了城市快速扩张阶段后，南京的城市发展已进入成熟期，核心地位趋于稳定，城市扩张的步伐也随之放缓。相比之下，无锡的城市综合扩张力从2005年的0.023快速上升到2014年的0.163，随后逐渐下降到2020年的0.090。城市综合扩张力的变化总体呈倒U型趋势。城市扩张速度由快变慢。扬州的城市综合扩张力从2005年的0.058显著上升到2020年的0.332。这一明显的上升趋势表明，扬州仍处于城市快速扩张阶段。
本研究还面临一些局限性。首先，本文假定城市是一个抽象的对象，有一个城市中心。这一理论仅用于计算城市扩张的综合作用力，以及反映城市扩张的阶段和能力。其次，由于数据限制，本研究只计算了三个代表性城市的城市扩张综合力，因此缺乏更大规模的实证研究来验证这一视角研究的科学性和精确性。第三，本研究的研究没有深入分析城市扩张的特征，如城市扩张力的方向、作用点和强度等，这些都值得在后续研究中进一步探讨。此外，无序扩张本研究缺乏时间跨度较长的观察和研究，导致对城市无序扩张的时间特征的理解有限。这为今后的研究提供了一个途径，以全面掌握城市无序扩张动态的时间趋势。最后，必须认识到国家住房价格政策在影响城市无序扩张方面也发挥着重要作用，但本研究没有考虑到这一点。解决这些政策的不可预测性并找到量化其影响的方法将是未来研究的关键领域。
初审：梁笑嫣
审核：徐彩瑶
排版编辑：任 燕
文献推荐人：任 燕
参考文献：LI X, JI H, CHEN X, et al. A mechanics-based theoretical framework of urban sprawl force: A case study in Nanjing, Wuxi, and Yangzhou, China. Land Use Policy, 2025, 150: 107450.
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