2.1 相关研究方法及其结论

小汽车对城市的影响如此之大，以至于各个学科都对此进行了研究，各类研究都具有相当坚实的现实基础和时代背景。需要指出的是，下面是按各种学科研究方法的不同进行评述，但实际上各个方法之间是互相影响的，本节将在分类综述之后进行对比和总评。

2.1.1 城市经济学模型

关于城市与土地利用的理论和数学模型较多，比如劳瑞模型、空间投入产出分析、计量经济模型等；但在模型中考察交通模式与城市结构关系的理论较少，其中以城市经济学模型比较成熟。虽然早在20世纪20年代初期，美国伯吉斯（Burgess）在研究芝加哥的情况后，总结出同心圆的城市结构理论，之后霍伊特（Hoyt）发展为扇形模型，但这两种理论均产生于对具体案例和实际调查的归纳与总结，缺乏微观经济理论基础。20世纪60年代以来，阿朗索基于杜能农业区位论发展出了城市住宅区位理论，利用竞租函数较好地将城市结构与城市交通联系了起来（刘盛和，2001）。这类模型最初是针对城市土地利用而建立，而不是针对机动化对城市影响，但交通是模型的重要变量，对交通与城市发展有较强的解释力，比如用以解释交通成本与郊区化的关系等。

城市经济学模型在解释不同交通方式对城市规模和结构（密度梯度）时面临的共同问题是如何度量交通的成本。几乎所有的模型都很难在交通费用和交通时间之间做出细致的模型刻画，大多数模型中不同交通模式的速度均质化了。这可能是因为模型建立者主要针对的是发达国家的国情，城市形态与交通模式基本定型，故针对交通模式进行的研究比较少。

2.1.1.1 静态模型

城市经济学关于城市地租的研究最早可以追溯到1964年阿朗索的专著《区位与土地利用》，之后米尔斯（Mills）、穆斯（Muth）等对这一模型的发展均做出了重要的贡献。这类静态模型总结性的代表著作则是藤田昌九（Fujita, 1989）的《城市经济学理论》（Urban economic theory: land use and city size）。模型的建立是基于对下面这样的现实的观察和总结，即单中心城市地区内的居民通勤成本差异必须由生活空间的价格差异来平衡，使郊区居民愿意接受路程更长、因此费用更高的通勤旅程，以此补偿了居住空间的价格变化。

城市经济学中描述城市空间结构一般使用单中心模型（Monocentric Model）。该模型对城市形态的基本假设有：（1）单中心城市。在该模型中，CBD（中央商务区，Central Business District）是城市唯一的就业中心；（2）城市有密集的、星形放射状的交通道路网络；（3）城市位于一个无差异的平原上。在这样的假设下，模型就可以将城市的二维空间转换为一维空间，反映城市结构的变量，如土地利用密度/强度等，就是到CBD距离的函数。

这一模型主要分析城市居民的住宅区位选择。实际中的区位选择非常复杂，居民主要的考虑因素有：可达性、空间大小和环境舒适度。其中，可达性可以用到工作单位、亲朋家、商场等地点的金钱成本和时间成本来衡量；空间大小一般可以用住宅面积来衡量；环境这一变量比较难以度量，比如风景的优美程度等等，当然，这些也与可达性密切相关。由于建模的难度和处于简化归纳的考虑，单中心模型一般不同时考虑以上三个因素，而是先考虑容易量化的可达性和居住空间大小。模型假设居民会在一定的预算约束下理性地选择可达性和居住空间大小。人们通常的约束条件有预算约束（收入）和时间约束（24小时）。虽然可以通过工资水平换算时间和金钱，但是这两种约束都是刚性的，并不能完全线性替换。

阿朗索模型建模方法的主要特点是在城市土地利用分析中采用了竞租函数方法（Bid Rent Function Approach）。这一方法背后的思想可以追溯到1826年杜能的农业区位理论。阿朗索模型的一个简化推导如下：

家庭试图在总收入为y的预算约束下最大化效用函数 V（z, q, u）, u是家庭到市中心的距离，q 是土地数量，z 是复合商品（Numeraire Good）。假设效用函数递增、连续、二次可微、严格似凹且为 u 的减函数，边际效用 Vq, Vz＞0, Vu＜0。距离 u 上家庭到市中心的交通支出为T（u），对应的地租为r（u），其中∂r/∂u＜0, ∂T/∂u。

家庭的收入预算约束表述为：

由拉格朗日函数L＝V（z, q, u）－λ［z +qr（u）+T（u）－y］，其一阶条件如下：

由一阶条件的1和2，在最优区位上 z 与 q 的边际替代率等于其价格比率（边际成本）。条件3定义了区位均衡：家庭在平衡通勤成本和土地成本的基础上做出接近或远离市中心的区位选择，将收入的边际效用 λ ＝Vz代入（2.3），得区位均衡条件：

竞租函数为在给定效用水平下，家庭对离市中心不同距离的土地的竞租水平的集合。阿朗索的区位模型也可以采用1973年索洛引进的间接效用函数V∗（Indirect Utility Function Approach）来推导：

上面有横杠表示效用最大化的解。V∗I＞0, V∗r＜0, V∗u＜0。区位 u上收入与“交通支出”更好之差为I（u）, I（u）＝y－T（u），由条件1得预算约束，在某一距离u0上，商品与土地效用和一定：

由效用最大化下的区位均衡条件1，最优区位上 z 与 q 的边际替代率等于其价格比率（边际成本）：

容易求得竞租梯度：

以上是静态模型的基本结构。这一模型说明在最优区位上，距离增加所引起的土地费用减少等于距离增加引起的运输费用增加加上较长距离通勤所造成负效用的货币价值（Vu/Vq）。而竞租梯度则反映了城市的结构影响因素。

2.1.1.2 动态模型

与静态分析或比较静态分析相对应，动态分析是把静态分析中假定为不变的一些因素，如人口、生产技术、生产组织、资本数量、消费者嗜好等，看做发生变化的，并研究这些因素发生变化时将如何影响一个经济体系的发展和运动。动态分析同时也认为，经济变量所属的时间必须明显地表示出来；并且某些经济变量在某一时点上的数值，必须要受到以前时点上有关经济变量数值的制约。这就要求把经济运动过程划分为连续的分析“期间”，这种动态分析一般称为“期间分析”或“序列分析”。或者更准确地说这里的动态指的是历程，存在即是历程。

城市的快速发展对静态的城市内部区位和土地利用理论是一个挑战。这是因为静态和动态的城市空间结构是由不同的因子决定的。尽管城市增长一直受到研究者的重视，但动态模型的发展却相对缓慢，主要原因是动态分析受到影响的变量更多，建模难度更大，模型更为复杂。

城市经济静态模型（单中心城市模型）预测和推断出土地价格和土地利用强度（或人类活动密度）随距离的增加而降低。然而，在城市经济动态模型里，城市增长是一个渐进过程，土地利用密度取决于城市土地开发时的经济状况，根据城市经济动态模型，土地利用密度可以随距离的增加而增加，这种现象的产生是因为收入和交通通勤费用等的时间变化能使土地价格随交通通勤费用的增加而增加。这一结论同城市经济静态理论截然不同。此外，城市经济静态理论模型指出土地价格与地租成正比及在城市边缘地带城市土地地租等于农业土地地租。然而，在城市动态模型里，这两个结论都不成立。根据上面的理论分析，城市发展快的地方土地地价也上升得快，因而土地使用密度也随之增加（丁成日，2002）。限制了城市增长，也就限制了土地资源的充分利用。但是考虑官员任期，官员的博弈是在短期（任期）内使用土地溢价转换为固定资产，使得建设（土地面积和政府收入）最大化，形成政绩，因此发展快的地方地价上升快，但土地使用密度却不见得增加了。含有短视预期的动态模型（Anas，1978）在考虑住宅耐久性的基础上，较为成功地解释了美国城市化进程中出现的中心城市衰退和城市边缘地价上升再下降的现象。在该模型中，足够的收入增加和/或单位运输成本减少能导致边界密度的下降序列，边界密度梯度将变得更陡峭。

2.1.2 汽车依赖性的统计分析

尽管以上的经济学模型非常健壮，但由于苛刻的前提，这种解析方法在对现实世界的复杂情况进行解释时往往具有一定的局限性。另外一种研究思路是通过对现实世界的归纳来分析问题，即通过统计分析来解释机动化与城市发展的关系。但这一方法不仅受到样本数量和统计口径差异的局限，而且本身就缺乏对个体城市发展历史路径的分析，强调共性而未考察个性，能告诉我们是什么，但却不能说明为什么。

许多研究从国际对比的宏观视角进行统计上的横断面考察，多认为机动化是收入驱动的，也有研究表明小汽车的使用与城市形态的相关关系远高于收入。综合来看，收入驱动的小汽车拥有水平提高在一定程度上不可避免，但城市形态达到较高水平反而限制着小汽车的使用（李小江，1997; Hoyle, 1998）。

这类研究中最具有代表性的是关于小汽车依赖性的研究，即肯沃斯（Kenworthy, 1999）等在世界银行资助下经过7年考察了1990年世界46个城市。其最主要的一些关键结论是：

（1）城市财富并不单独形成对小汽车依赖性的解释。

（2）与城市财富相比，城市形态，尤其是高城市密度与小汽车所有和使用低水平、公共交通水平的高水平、很低的城市乘客交通系统的总成本密切相关。

很多亚洲城市已经是置身于世界上密度最大城市的行列，可以预计它们面临的挑战是保持公共交通导向和非摩托化模式。因为小汽车和摩托车拥有水平的增长要求修建西方风格的低密度和采用严格分区，这种战略受到了持续增长的压力。相比之下，小汽车导向的城市则需要找到增加密度的战略。这可以在城市中心、内城和交通节点周围发生，以方便公共交通和非摩托化模式，也可以在外城通过越来越集中的土地开发和公共交通导向的概念而实现，比如新城市主义（New Urbanism）。城市向外的蔓延需要制止，也许绿带和城市界限的帮助可以做到这一点。

通过意识到城市密度的重要性，城市地区可以逐渐再塑造它的交通模式，办法有战略性开发地区和使中心更密，土地使用更复合和更为公共交通导向和非机动化导向。这样的过程不涉及大规模的郊区再开发，因而相对较快，比如范库弗峰（北美洲）。

（3）用每公里总固定成本和可变成本表示的小汽车成本是减少小汽车依赖性的一个重要的政策因子。

小汽车成本越高其拥有越少，公共交通的地位越高。但是这一关系没有与城市密度那么强，不同模式的交通发生量与城市密度也更相关。就政策而言，应该寻求对小汽车持有和使用收取更多的费用。新加坡、香港和东京是这样的好例子。然而，实现这样的政治意愿在任何一个城市政府的机制上都是困难的。尽管试图通过价格机制减少小汽车所有和使用的真实努力面对不少问题，土地利用和经济政策缺一不可，而且如果它们协调起来，减少小汽车依赖性是可能的。

（4）发展小汽车没有取得好的经济效果，美国和澳大利亚城市尤其明显。

GRP（地区国民生产总值）和交通出行时间没有因为更高的小汽车依赖性而明显变化。相反却面对更长的出行距离、成本恢复更糟糕、道路修建和维护的支出更大。

（5）欧洲和亚洲富裕城市似乎都是最有经济成本效益的和可持续的城市交通系统。

（6）与亚洲富裕城市相比，亚洲发展中城市被认为是更不具有经济成本效益和更不可持续的城市交通系统。

主要的理由是：它们内城的交通系统基于公共汽车，而不是新加坡、东京和香港那样的轨道系统；交通基础设施程序强调主要干道的修建；非摩托化交通的地位迅速恶化；缺乏像亚洲富裕城市那样对小汽车的经济限制。

然而，积极的方面是它们仍然是公共交通导向的城市形态，有很强的开发走廊，对于高容量的公共交通系统是非常理想的。新加坡、东京和香港已经证明了公共交通在高密度城市环境中的作用。所有数据都显示，未来亚洲发展中城市如果取得更大的经济、环境和社会成就，就需要发展高质量的公共交通来同小汽车竞争。而且还要创造使用非摩托交通的更舒适的环境。它们看起来更有潜力快速转换为更持续的模式。

（7）在交通系统中拥有更高服务水平的轨道交通的城市一般有更优的公共交通和更低的小汽车依赖性。

根据美国城市统计分析，修建了轨道交通城市的平均公共交通出行为每人每年出行117次，而没有轨道交通只有公共汽车服务的城市，其对应的出行仅为30次。这并不是说公共汽车在公共交通中是无足轻重的，相反，公共汽车服务即使是在那些轨道交通很发达的城市，仍然具有重要的地位。但在与小汽车的激烈竞争中，轨道交通对提高整个公共交通系统的速度至关重要。如果要减少小汽车依赖性，发达城市和发展中城市的交通战略都应该仔细考虑轨道交通。

总之，国际间的比较暗示小汽车依赖性的增加和公共交通、非摩托化模式的衰败不是不可避免的。相反，它们与公共政策密切相关，应该寻求有效的土地利用规划、交通基础设施建设和服务递送政策，政策导向应该是非小汽车模式的，而且通过经济政策对小汽车所有和使用征收更高的费用。

2.1.3 城市案例研究与机制分析

统计大样本的研究意义在于，从数据统计上证实了土地利用密度和小汽车依赖性之间的关系，但是其中的机制并非简单。针对地方差异性的研究表明，机动化的成因、影响因为地理差异性有很大不同，大量的案例分析一定程度上揭示了其中的机制。

一些学者在大量案例分析的基础上进行了总结和分类研究，这方面代表性的专著：1982年翻译的汤姆逊的《城市布局与交通规划》，包含30个世界大城市；1991年北京市城市规划设计研究院的《世界大城市交通研究》，介绍了13个世界大城市；1998年的《公交大都市》（The transit metropolis: a global inquiry），分析了12个世界大城市的交通状况问题（Cervero, 1998）。通过对各个城市的研究和总结，这些著作多对城市进行了划分。具有代表性的划分有汤姆逊的划分类型：充分发展小汽车的战略、限制市中心的战略、保持市中心强大的战略、少花钱的战略、限制交通的战略；而Cervero的划分继承了这种分类思路，他将研究对象分为四种类型：适应性城市、适应性交通、强核心城市和混合城市（指适应性城市和适应性交通的混合）。案例分析方面的论文更多，且一些结论非常有价值，与人们通常的理解并不相同。

2.1.3.1 城市密度不会自发地改变交通模式

虽然统计分析显示了城市密度与城市交通模式之间有密切的关系，但并不是提高城市的密度就能直接得到高效率的公共交通系统和较低的小汽车依赖性。不同城市在文化、政府管理和居民收入和偏好上有很大的差别，从城市形态到交通模式之间有着复杂的作用机制，这是统计分析和经济学模型难以揭示的。

以香港为例，香港与新加坡、东京相比，人口规模、密度和财富类似，但香港的小汽车拥有和使用低得多。从人口规模和密度看，新加坡人口为320万、人口密度5186人/平方公里，而香港为6755人/平方公里，二者近似；从财富水平看，新加坡的人均GNP比香港高约30%，但新加坡的小汽车拥有水平每千人为120辆，香港每千人仅为48辆。新加坡并没有因为人口密度高而“自然地”和香港一样保持低的小汽车拥有率，也没有“自然地”拥有和香港一样好的公共交通。因此，不能说人口密度高，公共交通就会自然地好。

统计分析给人的印象是人口密度造成了低小汽车依赖性。但对香港的研究表明，是香港政府的政策直接造成了低小汽车依赖性，而不是城市人口密度（Cullinane, 2003）。如果追问政策的依据所在时，不得不把目光再次转向土地的供给情况。从根本上讲，是香港土地资源的极度紧缺造成了城市的高密度，也促成了严厉限制小汽车的城市交通政策，并获得了成功。也就是说，香港从城市密度到小汽车依赖性，其机制主要是通过政府的交通政策，而这种机制的背景则是香港城市本身所具有的资源环境独特性。

2.1.3.2 路径依赖

案例研究还表明：如果总的公共交通供给是良好而且便宜的，能够减慢小汽车拥有的增长。英国20世纪70年代对英国大都市区的调查研究证实了这一点。比如在南约克县（South Yorkshire），票价在1975～1986年没有变，乘客量在1981年增加了7%，而其他地区下降了25%。欧洲一些城市成功地降低了私人汽车的使用。公共交通如果不达到一个门槛值，对降低小汽车的拥有量是不会有明显作用的。

这些争论背后的实质是城市不可逆性导致城市发展路径的选择，在某些阶段，城市交通模式已经很难改变。案例研究表明，公共交通切入的时机非常重要，在城市形态初步形成和人们交通出行方式已经形成之后，公共交通建设对改变高度依赖小汽车的交通模式其作用是有限的，这也是为什么旧金山和多伦多虽然都建了公共交通系统，而城市形态大相径庭的原因——旧金山的公共交通建设在城市规模形成之后无法改变城市低密度特征，多伦多则在城市规模起飞的时候（Cervero R, 1998）较好地引导了城市的紧凑发展。

2.1.4 总评：各种研究方法的现实基础、阶段性及其地位

2.1.4.1 城市经济学模型

城市经济学模型方法的思想最早可以追溯到19世纪杜能的农业区位论。阿朗索模型将其思想应用到了城市中，并在模型方法上有所突破。城市经济学模型的发展演变中，学术进展最终都基于现实世界的发展，如何更好地解释特定环境下的城市问题是模型得以修正、完善和进步的主要动力。当然，突破模型技术的约束，也是理论模型发展的重要原因。

比如，杜能的农业区位理论正是基于对当时重要的农业生产的观察。阿朗索（威廉·阿朗索，2007）对此评论道：“重农主义者之所以把重点放在农业土地上，并且忽视城市的问题，是有其时代背景的。因为当时的社会是一种农业社会，而城市不仅在景观上不那么重要，而且还被视为寄生在农业生产活动之上。这种对城市土地的忽视一直延续到19世纪后期。”他同时也指出，城市问题分析之所以到20世纪仍然迟迟得不到发展，不但有传统上忽视城市问题的意识因素，也因为城市问题的规范分析存在技术上的困难，这些困难如果继续农业地租的推理路线是难以得到解决的，这使得城市分析一直没有突破。但随着农业部门重要性在20世纪的持续下降，城市问题越来越重要，最终阿朗索通过竞租函数解决了这一难题。

与杜能的农业区位理论一样，1964年的阿朗索模型也有其强烈的时代背景：美国城市的汽车化和郊区化现象是模型发展的根本推动因素。从20年代美国机动化开始，到60年代基本完成，机动化进程导致了大规模居住郊区化现象，即城市蔓延。这种城市发展现象是以市场消费者个体的区位选择为基础的，这就可以用西方经济学的许多已经成熟的市场理论来刻画。而郊区区位选择的主要原因正是通勤成本和住房价格之间的平衡，这正是阿朗索模型的核心内容。从城市交通研究的角度看，交通在模型中被假设为各个方向成本相同（各向同性）和单一模式，这虽然可以将模型转化到一维空间，使得模型中仅需要距离这一个变量来识别空间区位（Anas, 2001），但这不利于对城市交通的分析，这一缺陷由Anas通过双交通模式的静态模型给予了部分改进（Anas, 1979）。西方学者对此的忽视也存在一定的原因：美国60年代机动化进程基本完成，城市交通模式主要就是小汽车，居民住宅区位的选择具有相当的自由度，城市发展的各向同性有其现实的基础。

模型的发展也与其学术环境密切相关，比如采用动态模型来解释中心区的衰败，其模型修正的主要目标正是解释美国城市中心区衰落的现象，而模型修正者的导师正是米尔斯。同样，如果注意到日本城市发展中比较突出的土地所有制问题，就不难理解藤田昌九所指导的博士生德永（Tokunaga, 1996）1996年在模型中引入了土地所有制问题，进一步发展了这类模型。可以说，在坚实的原始模型基础上，更有针对性地应用和修正城市经济学模型，是这一学术研究的主要发展趋势，同时这种发展又有一定的学术环境传承性。比如阿朗索基础模型是针对城市蔓延，动态模型是针对城市中心区衰败（美国的典型问题），还有针对特定土地所有制对城市土地利用的影响的模型。这些发展不但具有一致的理论基础，也能适应不同的研究对象，反过来又扩展和充实了这一研究领域。

从城市经济学模型分析方法的发展看，随着研究的深入，模型的复杂程度也日益增强，计算机分析技术在研究中也越来越重要。在政策研究方面，城市经济学模型在城市政策研究中的应用更强调价格修复手段，这与模型背后的基本取向有关。城市经济学模型均从个人效用最大化出发，因此其价值判断是典型的西方经济学的，更倾向于建立或恢复“看不见的手”发挥作用的制度环境，而不是直接干预。

2.1.4.2 统计分析方法

同样，统计学大样本的研究与世界各国陆续完成机动化以及数据的大量积累有关。机动化的历史背景大致如下：亨利·福特（Henry Ford）的T型车使得工薪阶层可以承受小汽车的价格，直接导致了20年代美国小汽车拥有量和使用量剧增，这一过程被二战一度中断，最后完成于20世纪五六十年代。到90年代，这种剧烈增长转移到了发展中国家，1970～1993年机动车的年均增长率，在美国是2.6%, OECD国家（经济合作与发展组织）平均约为4.4%，非OECD国家平均约为6.5%（Hoyle, 1998）。

统计研究显然与样本的收集有关，样本的存在是其必要条件。纽曼和肯沃斯的研究开始于80年代，数据的收集耗时近10年，其完成的必要条件是发达国家的机动化基本完成，这对城市形态产生了明显的影响。但90年代亚非拉发展中国家机动化刚起步，对城市形态的影响尚难完全预测，而且其统计数据质量较低，因此在纽曼和肯沃斯（简称NK）的研究中，发展中国家样本明显偏少。因此，上述方法的研究比城市经济学的起步要晚一些，虽然是受到现实的数据制约，但更基于现实，故而对机动化进程尚未完成的国家指导意义更大，实际上，其对公共政策和规划思潮的影响也更大。

各类的案例研究则对上文提到的研究起到了重要的完善和实证作用。中国城市正处于快速转型时期，需要借鉴国外研究方法来分析国内机动化进程。但仔细考察国外的研究结论，不难发现很多问题并没有唯一的答案。以上各种方法的研究之间也存在激烈的争论，这将在下面继续讨论。