1. 引言
城市轨道交通的发展与沿线土地利用是一种互动关系，彼此互相促进。城市轨道交通的活力与地区经济活力是相辅相成的，一方面城市轨道交通能够促使沿线土地的高密度开发和高强度利用，改变沿线土地的利用状况，促使沿线土地向高收益的土地类型转变，使沿线土地价格升高，促使地区经济活力的增强；另一方面，地区经济活力的增强，可以进一步增加城市轨道交通的客流量。关于城市地铁对土地利用变化的影响越来越受到了国内外学术界和政府的关注，轨道交通对土地利用变化及都市中心形成的影响一直是一个前沿的课题。
70年代，美国交通部提出了交通发展和土地发展的研究课题，自此很多学者开始了现代交通方式对土地利用的影响。目前研究主要集中在三个方面，一是以Boyce和Allen为代表的欧美学者，对城市轨道交通与周边房地产价值效应这一问题的研究，随着城市轨道交通在世界各个主要城市的开发，对这一领域的研究也得到广泛开展 [1] [2] ，另外，也有少数研究分析了轨道交通建设对周边房地产开发带来的负作用，如地铁产生的噪音、污染以及地铁周边的犯罪率上升等 [3] 。二是轨道交通的廊道效应，如Edward等人在对美国俄州大都市空间扩展分析时提出了城市廊道效应的概念 [4] ；Forman等人研究了交通廊道影响区的范围 [5] 。三是轨道交通对城市空间形态的影响，如Newmanand & Kenworthy深入研究了交通系统对城市空间形态的影响，把城市空间形态划分为三个阶段：传统步行城市，公交城市和汽车城市 [6] 。我国对城市轨道交通的研究主要侧重于对土地利用强度、土地利用类型、地区活力等定性方面的研究 [7] [8] 。在定量研究方面，则侧重于介绍西方用于评价城市轨道交通对土地利用方面的数学模型，例如交通成本模型，特征价格模型等 [9] [10] 。如，冯长春等以北京地铁5号线为例，研究了地铁沿线两侧2 km范围内，轨道交通对其沿线商品住宅价格的影响程度 [11] 。刘保奎等以深圳市地铁一号线为研究对象，从定量方面研究了轨道交通对站点周边土地利用结构的影响 [12] 。综上，关于城市轨道交通对土地利用动态变化的定量研究相对较少，而城市轨道交通对都市中心形成机制的研究则更是鲜见报道。
本文以日本福冈市地铁开通前后30年对土地利用变化的影响为研究方向，从土地利用影响范围、土地利用强度、土地利用类型等方面分析城市地铁建设对土地利用的影响，利用GIS技术，明确地铁开通前后沿线土地利用用途，人口密度的变化，以及地铁建设对商业圈的形成和发展产生的影响，了解城市地铁开通对土地利用变化和都市中心形成的机制，以求得更为合理的城市土地利用模式，该成果期望为发展中国家轨道交通城市的土地开发提供了借鉴与参考的依据。
2. 研究区概况
福冈市位于日本九州地区的北部，130˚24'6''E，33˚35'24''N，福冈县西部的一个重要城市，同时也是福冈县的县厅所在地，属于政令指定都市之一。整体面积约为340.6平方公里，人口约有140万人，人口密度为4112人/Km2，是九州地区最大的城市。福冈市的地铁建设始于1975年，到2005年福冈市区已建有空港线(13.1 km)、箱崎线(4.7 km)、七隈线(12.0 km) 3条地铁线路，营业里程达到29.8 km，总造价6924亿日元(如图1)。目前福冈市的地铁覆盖6个城区(除南区外)，地铁建成30年期间对福冈市的土地利用类型，城市人口分布以及都市中心结构都产生了重要影响。
2.1. 日本福冈市土地利用空间分布变化
由于地铁的廊道效应，福冈市地铁项目建设后30年，福冈市的交通系统更加完善，沿线土地可达性的提高进一步使该区域的土地适宜功能及对市场的吸引力发生变化，引起地铁沿线土地的多方位开发与再开发，使得地铁沿线土地利用类型发生改变(如图2)。
从图2可以看出，日本福冈市1976~2006年的土地利用变化是很明显的，特别是自1975年地铁的开工以及后来各个地铁站点的不同时段开通，各种土地利用类型都发生了不同程度的变化，特别是地铁沿线的土地利用，较为明显的是机场线与箱崎线周边的海域用地在地铁开通运行后大面积向建筑用地转换，还有一部分转换为其他用地，七隈线桥本站和机场线贝冢站附近的农地也逐步转换为建筑用地和其他用地。
Figure 1. Location and subway line of Fukuoka in Japan
图1. 研究区大地构造位置图
Figure 2. Land use change of subway neighborhood from 1976 to 2006 in Fukuoka
图2. 1976~2006年福冈市地铁周围土地利用变化
2.2. 城市地铁开通对沿线土地利用的空间分析
本文从日本福冈三条地铁线各站点为中心，1976年，1986年，1996年，2006年等4个时期周围1 km范围的土地利用类型为腹地，进行缓冲分析(如图3)，了解地铁建成后对沿线土地利用强度、城市空间结构和居民生活带来的影响，可为未来一定阶段的土地利用开发工作提供可供参考的依据。
从图3可以看出，福冈市地铁开通后对各地铁站点1 km半径范围内土地利用变化的影响是很大的，比较明显的变化是：机场线上的侄滨、室见、东比恵、福冈机场站和七隈线上的桥本、次郎丸、贺茂站周边1 km半径范围之内的农地在1976~2006年期间，都不同程度地转变为建筑用地，小部分其他用地也发生不同程度的转换为建筑用地，特别是机场线上的侄滨、室见、东比恵、福冈机场站，变化非常明显。同时机场线和箱崎线沿线的海域用地也大面积地向建筑用地转换。
3. 地铁开通对城市空间布局的影响
3.1. 地铁开通后福冈城市的人口演变数量分析
本文以三条地铁线的各个站点为中心，1 km半径范围内的人口数量变化进行定量分析，如图4~图6。
从图4可以得出：从1985年到2005年，机场线各个站点1 km范围内的人口逐渐增多，特别是1995年后赤坂至博多站路段，人口分布显著增加。原因是，1981年以来，随着机场线各个站点的不断开通运
营，交通便捷，出行方便，这成为了人口集中于地铁站周边的首要原因，同时天神附近是福冈市的商业中心，地铁的开通势必会带动周边的经济发展，吸引人群向市中心移动。
从图5可以得出：从1990年到2005年，箱崎线中洲川端至千代県庁口站路段1 km范围内的人口
Figure 3. Land use change in 1 km radius around subway station of Fukuoka from 1976 to 2006
图3. 1976~2006年以福冈市地铁站点为中心的1 km半径范围内的土地利用变化
Figure 4. Population change in 1 km radius around subway station of Airport line from 1976 to 2006
图4. 1985~2005年机场线各地铁站点1 km半径范围内人口数量变化图
Figure 5. Population change in 1 km radius around subway station of Hakozaki line from 1976 to 2006
图5. 1985~2005年箱崎线各地铁站点1 km半径范围内人口数量变化图
Figure 6. Population change in 1 km radius around subway station of Nanakuma line from 1976 to 2006
图6. 1985~2005年七隈线各地铁站点1 km半径范围内人口数量变化图
逐渐增年增加，原因是1984年以来，随着箱崎线各个站点的不断开通运行，便捷的交通方式就成为了人们选择集中的首要原因之一，同时也带动了地铁沿线周边的经济发展。
从图6可以得出：从1985年到2005年，七隈线各个站点1 km范围内的人口逐渐增多，特别是药院大通至天神南站路段，人口从1995年开始增长比较快。随着地铁的建设，将为人们提供快速出入市中心的交通手段，从而能使居住区、商业区、工业区在地域上分开，使居住地疏散出市中心，所以在距离市中心比较近的站点周围人口增加比较快。
3.2. 地铁开通后人口密度空间变化分析
本文利用ARCGIS技术，从微观层面分析福冈市3条地铁线(机场线、箱崎线、七隈线)沿线区域的人口分布程度变化情况。首先根据各地铁站点建立1 km范围缓冲区；然后分别将1985年、1990年、1995年、2000年、2005年的人口数据数据加载到ARCGIS软件中进行处理，分别分析各线路沿线区域各年度的人口密度变化程度，最后得出人口密度空间变化分布，如图7。
Figure 7. Space change of population density in 1 km radius around subway station from 1975 to 2005 in Fukuoka
图7. 1985~2005年福冈市地铁站点1 km半径范围内人口密度空间变化图
根据图7可以看出，福冈市3条地铁沿线区域人口密度空间变化特征如下：1) 1985~2005年福冈市地铁沿线人口密度发生明显变化，各站点周围一定范围内人口密度变化逐渐增多。2) 3条地铁线的人口分布均匀程度有所差异，箱崎线沿线区域人口分布最为均匀，而空港线沿线区域人口分布较另外两条线路沿线区域差异较明显；地铁沿线区域人口分布向不均衡、集中发展，尤其是机场线沿线区域；3) 地铁项目不同的发展次序对人口分布的影响时效不同。地铁机场线和箱崎线建设的五年和开通后的5年，福冈市人口重心发生了显著的变化，通过分析地铁和人口密度之间的关系，在大濠公园站、茶山站和药院大通站周围形成福冈市城市人口密集的副中心。
3.3. 轨道交通对都市中心形成机制
福冈市地铁建设，一方面缓解中心区的人口和交通量的高度集中，另一方面也促使福冈市形成都市“副中心”(如图8)。福冈市3条地铁线，东西向的机场线线贯穿城市的4个城区包括2个传统的中心城区，南北向的箱崎线主要穿越东区，东西向的七隈线主要联结西区、早良区、城南区和中央区。在1975年福冈地铁地铁机场线和箱崎线开通之前，它的城市中心区主要位于中央区和博多区的天神站附近，而箱崎线东端的东区部分和机场线西端的西区由于交通不够便利，且距城市中心区较远，尚未得到合理的开发。而在1985年地铁箱崎线开通之后，东区和西区的交通条件得到了很大的改善，出行更加便利，促进了人们在新老城区之间进行生活、工作、商贸、投资等经济活动，从而加快了原有中心区人口的外迁
Figure 8. Urban center formation during 30-year period of subway construction in Fukuoka
图8. 福冈市地铁建设30年间都市中心形成图
并加速了商业中心的移动，从而促进东区的博多站附近和西区药院大通站附近的两个“副中心”地位的形成，使得原有的城市中心区的空间结构得到了调整及优化，进一步巩固其都市中心的地位，到2005年，3条地铁线全部开通，形成了以地铁站为中心，地铁线为轴的一个都市中心，三个“副中心”的城市空间结构。
4. 结论
本文以日本福冈市为例，地铁开通后近30年土地利用和人口分布变化，揭示了地铁对于中心城市形成的影响，主要结论如下：
1) 分析了1976~2006年日本福冈城市地铁开通以后的土地利用类型空间变化，整个城市的土地利用空间布局发生了很大的变化，进而影响了城市的人口空间分布和城市中心的形成。
2) 以日本福冈市3条地铁线各站点为中心进行1 km缓冲区分析，结果表明，城市地铁开通改变了地铁沿线的土地利用模式，它强大的运量将形成城市高度的内聚力，进而促使沿线土地的高密度开发和高强度利用，使得各类土地向高收益的土地类型转变。因此，城市轨道交通与城市土地利用形态有着非常密切的关系。
3) 分析了日本福冈1985~2005年人口空间分布变化，对地铁线各站点1 km范围内的人口分布进行研究。结果表明，城市地铁开通改变了城市人口重心，人口不断向以各地铁站点为中心的一定范围内集中，有力地促进了城市人口在空间上的再配置，从而充分挥发地铁在引导城市人口合理再分布过程中的重要作用。
4) 城市地铁建设通过对土地利用和人口分布的影响，进而影响城市中心的形成。福冈市自地铁开通运行以来，3条地铁线沿线将吸引着大量的人流、物流汇集，地铁交通的交汇点或者是地铁交通与其它交通方式的换乘枢纽，逐渐发展成城市的各级副中心。由此可见，地铁促使商业资源向地铁沿线和枢纽站，或者说是城市的交通节点集中，围绕这些站点或枢纽，形成一批新的城市中心。