계획도시의 도시활력 진단과 도시활력을 위한 공간계획 방향 = Planning for Urban Vitality: Focusing on the First Generation of Newtowns in South Korea

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The first-generation new towns in the Seoul metropolitan area were originally planned to address housing shortages and population overcrowding in Seoul. Developed on the outskirts of Seoul in the late 1980s to mitigate soaring housing prices and overpopulation, these new towns initially achieved their goals of stabilizing housing supply and dispersing the population, in response to rapid economic growth and the increasing demand for middle-class housing. However, after three decades, issues related to physical deterioration and declining urban vitality have emerged. Consequently, there is a growing need to assess urban vitality and explore spatial planning strategies to enhance it.
Urban vitality refers to the diverse range of human activities that take place in urban spaces and is a key factor in sustainable urban development and design. Previous studies have defined urban vitality as the interaction of the physical environment, social activities, and spatial characteristics, proposing land-use mix, development density, and street environment as critical planning factors. However, traditional analytical methods fall short of fully capturing the complex nonlinear relationships between planning factors and urban vitality. In addition, conventional approaches to measuring urban vitality often require substantial time and cost, and face limitations in data accessibility. To overcome these challenges, this study employs nighttime satellite data to quantitatively measure the urban vitality of new towns, investigates nonlinear relationships, and proposes optimal spatial types for maximizing urban vitality.
In this context, the study addresses three main research questions: First, how has urban vitality in new towns changed over time? Second, what planning characteristics do highly vital areas possess? Third, which spatial types can enhance urban vitality? To answer these, the study begins by examining the spatiotemporal changes in urban vitality over the past decade, then analyzes the relationship between urban vitality and planning elements to provide empirical insights for the refurbishment of new towns and the formulation of future plans. Lastly, a genetic algorithm is employed to derive spatial typologies aimed at maximizing urban vitality.
The scope of this study includes the five major first-generation new towns-Bundang, Ilsan, Pyeongchon, Sanbon, and Jungdong-and their surrounding areas within a 5 km radius. Planning elements examined comprise urban form, land use, street environment, points of interest (POI), public transportation, and population characteristics. Generalized Additive Models (GAM) and CatBoost were used as the primary analysis methods. GAM was employed to elucidate nonlinear relationships between urban vitality and planning factors, while CatBoost was used to evaluate variable importance and visualize partial dependence plots (PDP). Finally, a genetic algorithm was applied to determine optimal spatial configurations for maximizing urban vitality.
The results revealed that overall urban vitality in the first-generation new towns remained relatively stable over the past decade. Planning factors exerted a significant influence on urban vitality, and these relationships proved to be nonlinear. Among the factors, distance to subway stations and land-use mix had the greatest impact on urban vitality in the new towns as a whole. In commercial areas, floor area ratio (FAR), building coverage ratio (BCR), and transportation service facilities emerged as the most influential factors, whereas in residential areas, distance to subway stations and land-use mix were found to be critical. These factors displayed threshold effects at specific values, with urban vitality either remaining high or showing declines beyond certain points. For instance, FAR in commercial areas positively influenced urban vitality up to around 290%, after which the effect turned negative due to congestion and overcrowding. In addition, a higher number of intersections and greater road density initially bolstered connectivity and accessibility, thus enhancing urban vitality, but excessive levels led to a plateau effect.
The results of the genetic algorithm optimization identified various spatial types optimized for different density levels to maximize urban vitality. In low-density areas, the selected optimal types featured high land-use mix, a high ratio of green spaces, and an abundant number of public facilities. In medium-density areas, certain types combined high ratios of green space with good street accessibility, while others showed high population density coupled with a wealth of neighborhood amenities. In high-density areas, optimal types were characterized by a higher number of transportation service facilities and relatively short distances to subway stations. These findings offer practical design directions that reflect diverse urban characteristics and aim to enhance urban vitality.
This study makes two key contributions: it empirically analyzes the relationship between urban vitality and planning factors and introduces a novel methodology for measuring urban vitality using nighttime satellite data. Furthermore, it provides concrete, actionable planning benchmarks for the refurbishment and sustainable development of new towns, making a policy-level contribution. While the focus is on first-generation new towns, the results are potentially applicable to other urban areas, offering valuable insights for urban vitality enhancement strategies.

국문 초록 (Abstract)

수도권 1기 신도시는 서울의 인구 과밀과 주택 문제를 해결하기 위해 계획되었다. 1980년대 후반, 서울의 주택 가격 급등과 인구 과밀 문제를 해결하기 위해 서울 외곽에 1기 신도시가 조성되었다. 이들 신도시는 급속한 경제 성장과 중산층 주택 수요 증가에 대응하기 위해 설계되어 주거 안정과 인구 분산이라는 초기 목표를 달성했으나, 30년이 지난 현재 물리적 노후화와 도시활력 저하 문제가 대두되고 있다. 이에 따라 도시활력을 진단하고, 이를 증진하기 위한 공간계획 방안을 모색하는 연구가 필요하다.
도시활력은 도시공간에서 발생하는 다양한 사람들의 활동으로, 지속 가능한 도시 개발과 설계를 위한 핵심 요소이다. 기존 연구는 도시활력을 물리적 환경, 사회적 활동, 공간적 특성의 상호작용으로 정의하며, 이를 촉진하기 위한 계획 요소로 토지이용혼합도, 개발밀도, 가로환경 등을 제안하였다. 그러나 기존의 분석 방법은 계획 요소와 도시활력 사이의 복잡한 비선형 관계를 충분히 설명하지 못하는 한계를 지닌다. 또한, 도시활력의 기존 측정 방식은 비용과 시간이 많이 소요되며, 접근가능한 자료가 한정적이라는 제약이 있다. 이 연구는 이러한 한계를 극복하고자 야간 위성 데이터를 활용하여 신도시의 도시활력을 정량적으로 측정하고, 비선형적 관계를 규명하여 도시활력을 극대화할 수 있는 최적의 공간유형을 제안하고자 한다.
이러한 맥락에서, 이 연구는 다음과 같은 세 가지 연구 질문을 설정하였다. 첫째, 신도시의 도시활력은 어떻게 변화하고 있는가? 둘째, 도시활력이 높은 지역은 어떠한 계획 특징을 가지고 있는가? 셋째, 도시활력을 증진할 수 있는 공간유형은 무엇인가? 이 질문에 대한 답으로 먼저 지난 10년 동안 도시활력의 시공간적 변화에 대해 살펴보고, 도시활력과 도시 계획요소 사이의 관계를 분석함으로써 신도시의 재정비와 향후 계획 수립에 필요한 실증적 근거를 제공하고자 한다. 이후, 최적화 알고리즘을 활용하여 도시활력을 극대화할 수 있는 공간유형을 도출하고자 한다.
연구 대상은 분당, 일산, 평촌, 산본, 중동 등 다섯 개의 1기 신도시와 주변지역 5km 반경으로 설정하였다. 계획요소는 도시형태, 토지이용, 가로환경, POI, 대중교통, 인구특성 요인을 측정하였다. 분석 방법은 일반화가법모형(GAM)과 캣부스트(CatBoost)를 활용하였다. 일반화가법모형을 통해 도시활력과 계획 요소 사이의 비선형적 관계를 규명하였고, 캣부스트를 활용하여 변수 중요도를 평가하고 부분 의존도(PDP)를 시각화하였다. 마지막으로 유전 알고리즘을 적용하여 도시활력을 극대화할 수 있는 최적의 공간유형을 도출하였다.
분석 결과, 1기 신도시는 지난 10년 동안 도시활력에는 큰 변화 없이 일정 수준을 유지하는 것으로 나타났다. 도시활력은 계획요소에 큰 영향을 받으며, 그 사이의 관계가 비선형적이라는 것이 드러났다. 이 중 도시활력에 가장 큰 영향을 미치는 계획요소는 전체 신도시 지역에서는 지하철역까지 거리와 토지이용혼합도이며, 상업지역에서는 용적률, 건폐율, 교통서비스시설이 가장 중요한 계획요소로 나타났다. 주거지역에서는 지하철역까지 거리와 토지이용혼합도가 가장 중요한 계획요소로 도출되었다. 이 요소들은 특정 임계값에서 도시활력이 높게 유지되거나 또는 감소하는 것으로 나타났다. 예를 들어, 용적률은 상업지역에서 290% 수준까지는 도시활력을 증진시켰으나, 이를 초과하면 혼잡과 과밀로 인해 도시활력이 저하되는 비선형적 경향을 보였다. 또한, 교차로 개수와 도로밀도는 연결성과 접근성을 강화하여 도시활력을 증대시키는 것으로 알려져 있지만, 지나치게 높은 값에서는 활력이 더 이상 증가하지 않고 일정수준을 유지하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 도시활력 증진을 위한 계획 요소의 적정 수준을 설정하는 것이 중요하다는 것을 보여준다.
유전 알고리즘을 활용한 최적화 결과, 다양한 밀도별로 도시활력을 최대화하는 다양한 공간유형이 도출되었다. 저밀도 지역에서는 공통적으로 용도혼합도와 공원녹지비율이 높고, 공공시설의 개수가 많은 공간 유형이 도출되었다. 중밀도 지역에서는 공원녹지비율이 높고 가로 접근성이 좋거나, 혹은 인구밀도가 높고 생활편의시설의 개수가 많은 공간유형이 도출되었다. 고밀도 지역에서는 교통서비스시설의 개수가 많고, 지하철역과의 거리가 상대적으로 가까운 공간유형이 도출되었다. 이러한 결과는 도시의 다양한 특성을 반영하며 도시활력을 높이기 위한 실질적인 설계 방향을 제시한다.
이 연구는 도시활력과 계획 요소 사이의 관계를 실증적으로 분석하고, 야간 위성 데이터를 활용한 새로운 도시활력 측정 방법론을 제시하였다는 점에서 의의를 가진다. 또한, 신도시 재정비와 지속 가능한 발전을 위한 구체적이고 실천적인 계획 기준을 제공함으로써 정책적 기여를 도모한다. 연구의 결과는 신도시뿐만 아니라 다른 도시 지역에서도 적용 가능하며, 도시활력 증진을 위한 전략 수립에 유용한 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1. 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2. 연구의 범위와 구성 4
• 제2장 이론적 고찰 8
• 2.1. 수도권 1기 신도시 계획과 이슈 8
• 2.1.1. 1기 신도시 조성 배경 8
• 2.1.2. 1기 신도시 계획 특징 10
• 2.1.3. 1기 신도시 노후화와 재정비 논의 14
• 2.2. 도시활력과 도시환경 요인 15
• 2.2.1. 도시활력의 개념 15
• 2.2.2. 도시활력에 영향을 미치는 건조 환경 요인 17
• 2.2.3. 도시활력의 측정과 야간 위성 데이터의 활용 18
• 2.3. 신도시에서 도시활력의 의미와 연구의 차별성 19
• 제3장 분석의 틀 21
• 3.1. 연구문제의 설정 21
• 3.2. 연구대상 22
• 3.3. 분석자료 24
• 3.4. 분석방법 27
• 3.4.1. 도시활력의 공간 분포 변화 분석 28
• 3.4.2. 도시활력과 계획요소 사이의 관계 분석 28
• (1) 일반화가법모형(GAM, Generalized Additive Model) 28
• (2) 캣부스트(CatBoost)/부분의존도(PDP, Partial Dependence Plot) 30
• 3.4.3. 활력있는 도시 조성을 위한 공간유형 도출 32
• 제4장 도시활력의 시공간 분포 특성과 계획요인 분석 결과 35
• 4.1. 신도시 도시활력 시공간 분포 특성 35
• 4.2. 신도시 도시활력 영향요인 분석 결과 40
• 4.2.1. 도시활력과 계획요소 사이의 비선형 관계 40
• 4.2.2. 계획요인의 중요도와 계획기준 도출 44
• (1) 변수 중요도 분석 결과 45
• (2) 부분 의존도 분석 결과 48
• 4.3. 소결 54
• 제5장 활력있는 도시 조성을 위한 공간유형 도출 결과 58
• 5.1. 계획기준 기반의 제약 조건 설정과 시나리오 구성 58
• 5.2. 도시활력을 최대화하는 공간유형 도출 60
• 5.2.1. 제약조건에서의 최적 공간유형 도출 60
• 5.2.2. 밀도 유형별 계약조건에서의 최적 공간유형 도출 65
• (1) 저밀도에서의 최적 공간유형 65
• (2) 중밀도에서의 최적 공간유형 69
• (3) 고밀도에서의 최적 공간유형 73
• 5.3. 소결 77
• 제6장 결론 79
• 참고문헌 81
• 부 록 90
• Abstract 94