基于競爭生態位的長三角城市群進化成長分形評價

施建剛 張永剛 吳光東

[摘要] 文章從城市生命體的運行機制和進化成長規律出發，構建了包括新陳代謝、生長發育、遺傳變異、自適應和應急性等4方面19項指標的城市競爭生態位指標體系，進而論證城市群內的城市競爭生態位間具備分形特征，據此構建了基于競爭生態位的城市進化成長分形評價模型，用以評價城市群及城市的進化成長狀態和趨勢。在此基礎上，選取了包括上海、南京、杭州等 26 市在內的長三角城市群，測算出有關城市在1985—2015 年的城市競爭生態位，綜合運用Eviews 8.0軟件進行雙對數回歸分析、擬合分析驗證等進行分析后，提出了強化區域的統一規劃管理、強化城市群的分工協作和功能互補、積極培育首位城市的新經濟增長極、充分發揮首位城市的“同城效應”、提升領先位序城市的治理能力、加強跨區域生態環境的共建共享等對策建議。

[關鍵詞] 生命特征；競爭生態位；進化成長；分形評價

[DOI] 10.13939/j.cnki.zgsc.2018.26

隨著社會生產力的發展和城市化水平的提高，城市對人類生存發展的重要性愈加凸顯，城市也從封閉結構向開放形態不斷進化成長。從系統論的角度看，城市作為一個具有新陳代謝、生長發育、遺傳變異、自適應與應急性等特征的人工生命體，在自身的進化成長過程中，既要保持自身生命特征之間的內在平衡，更要關注自身的競爭生態位，才能不斷地提高城市個體和城市群落的生存能力和成長能力，逐步實現自身的結構和功能的進化成長，同時也推動著城市群落的整體發展和能級提升?，F有的城市競爭生態位研究還處于起步階段，得出的城市競爭策略判別模型僅能提出一些方向性的基本策略取向，還沒有從城市的生命特征、運行機制、競爭生態位、進化成長等角度來研究城市競爭行為和競爭策略；與此同時，分形理論僅用于空間方面的城市規模結構和分布研究，較少用于經濟、社會等領域的研究，更缺乏從城市生命體、競爭生態位的角度出發，對城市生命體及城市群落的形態、結構、發育、演變等的研究。因此，將競爭生態位和分形理論引入城市的進化成長研究領域是非常有必要的，也非常具有現實意義。

1 長三角城市群概況

長三角城市群在上海市、江蘇省、浙江省、安徽省范圍內，由以上海為核心、聯系緊密的多個城市組成，主要分布于國家“兩橫三縱”城市化格局的優化開發和重點開發區域。規劃范圍包括：上海市，江蘇省的南京、無錫、常州、蘇州、南通、鹽城、揚州、鎮江、泰州，浙江省的杭州、寧波、嘉興、湖州、紹興、金華、舟山、臺州，安徽省的合肥、蕪湖、馬鞍山、銅陵、安慶、滁州、池州、宣城等 26 市，國土面積 21.17 萬平方公里，2016 年地區生產總值14.72萬億元，總人口1.5 億人，分別約占全國的 2.2%、19.8%和11.0%。長三角城市群是我國經濟最具活力、開放程度最高、創新能力最強、吸納外來人口最多的區域之一，是“一帶一路”與長江經濟帶重要交匯地帶，在國家現代化建設大局和全方位開放格局中具有舉足輕重的戰略地位。但與此同時，長三角城市群還存在首位城市功能相對較弱、城市群發展質量不高、城市包容性不足、城市建設無序蔓延、生態系統功能退化等問題，值得引起重視和關注。[1]

2 基于競爭生態位的城市進化成長分形評價模型

2.1 評價指標體系

城市生命體的各項生命特征，都依賴于一定的子系統來實現。[2]城市生命體的各類子系統和支撐體系，構成了城市生命體的運行機制 （見表1）。由于城市系統由大量子系統組成，眾多子系統運動狀態的不同變化影響著總系統的綜合效應，形成漲落現象。漲落的完成與系統結構的調整適應推動著城市內部結構的進化，當漲落在一定限度內的時候，子系統通過自適應與應急性的“自愈”功能，來實現城市生命體系統新的有序。從熱力學第二定律可以推導出，在沒有外力干擾的情況下，城市生命體將沿著阻力最小的方向進化。其中，外部形態方面，城市生命體首先在優勢區位進行生長發育，由于區位間存在差異，也就是所謂的位勢，促使城市生命體的活動從低勢位向高勢位的流動，從而形成一種從無序走向有序的負熵流，產生自組織現象；內部功能方面，由人流、物流、能量流、信息流、資金流等的共同作用形成了空間的集聚，空間的集聚又使區位條件發生變化，進而產生新的流動，進一步產生更高一級的自組織現象，促使城市生命體內部從無序向有序、從低級向高級有序進化。[3]

從城市生命體的運行機制出發，按照指標與生命特征密切相關，對城市生命體的發展至關重要；指標具有廣泛的代表性，并且可量化分析；指標盡可能精簡，代表性優先，數量次之等原則，將城市競爭生態位指標對應分解為新陳代謝、生長發育、遺傳變異、自適應和應急性等4方面19項指標（見表2） ，運用信息熵方法確定各指標的權重系數，采用基于生命特征的城市競爭生態位計算公式（1）進行計算[4]，可以得出城市競爭生態位有關數據。

Fi：第i個城市的競爭生態位，Fi越大，城市的生態位越高，越有利于城市在城市群落間的競爭和發展；βj：第j個生態因子的權重，反映該因子對城市生態位的影響；xij：城市i的第j個生態因子的現實生態位；xaj：第j個生態因子的最佳生態位。

2.2 模型推導及構建

城市群指在一個區域內相關作用的城市生命體組成的有機整體。為定義一般的城市群落體系，可以引用L. Bertalanffy的系統論方法，將城市群落體系看作是一個有序集合[5]，用符號Qi 表示系統要素Fi（ i= 1， 2，… ， n）， n為體系內城市總數）的某種測度（如新陳代謝、生長發育、遺傳變異、自適應和應急性等生命特征），則對于有限數目的城市情況下，有如下形式的微分方程組：

由此可得城市群落中城市生命體相關作用的基本模式，式中系數U= eC，C為積分常數。

由于式（6）實際上是一個廣義的分形模型，而冪指數（分享系數）具有分維意義。雖然公式（6）不能直接與Hausdorff分維公式進行類比，但可從Pareto 分布中引伸出來。由于F是城鎮之間互為測度的結果，且統計數據也一般采用以年為單位的指數增長形式，故城市群內的城市競爭生態位間具有明顯的分形特征。

因此，我們可以在Zipf 模式的基礎上，借鑒冪指數模型，經過對數變換，構建出基于競爭生態位的城市進化成長分形評價模型：

式中，Fj為第j位城市的競爭生態位的數值；F1為首位城市的城市競爭生態位的數值；ri為第i位城市的位序；q為常數。

依據城市群內城市競爭生態位有關計算結果，將有關數據從大到小進行排列，將各城市的數值和位序代入公式（7），運用EViews8.0軟件，進行雙對數回歸分析，可以得到Zipf指數q以及判定系數R2，開展基于競爭生態位的城市生命體的規模—位序分形分析。由于基于競爭生態位的城市生命體分形維值Df表征了城市生命體規模分布的特征，因此可以從Df=q=1，r1/rn=N0；Df>1，q<1；Df<1，q>1；Df→∞，q→0；Df→0，q→∞等多種情況，對城市群的分布狀態、城市生命體之間的關系等進行綜合評價，并得出針對性對策建議。

3 長三角城市群實證分析

3.1 競爭生態位計算

本文所采用數據主要來源于《中國城市統計年鑒》（1986年—2016年）（當年的統計年鑒是上年的有關數據，如2016年版的城市統計年鑒是2015年相關數據）[6]，以及部分上海市、江蘇省、浙江省的統計年鑒和統計數據。通過計算，1985—2015年長三角地區26城市基于生命特征的競爭生態位計算數據如表3所示。同時，分別計算出新陳代謝、生長發育、遺傳變異、自適應與應急性等競爭子生態位計算數據（略）。長三角城市群基于生命特征的競爭生態位示意圖見圖1。

3.2 基于整體競爭生態位視角的城市進化成長評價

將表3的長三角城市群基于生命特征的競爭生態位計算結果按照序列和從大到小的順序進行排列，其中城市序列用X指標代替，1985—2015年中的不同年份用Y1-Y7指標代替，可以得到長三角城市群城市競爭生態位序列。通過將每個城市的位序（橫坐標）和規模（縱坐標）在雙對數坐標圖上做散點圖，并對作對數變換后的城市規模（因變量）和對應位序（自變量）進行回歸，求出q和R2的數值，具體見表4。

從表4中的數據可以看出，回歸的判定系數R2均接近 1，說明符合位序-規模分布，各規模級的分布較為連續；斜率q在1985-2010年的數據為0.670至0.794之間，均小于1，說明規模分布比較平均，中間位序的城市競爭生態位發展良好；Df值從1985年的1.123逐步增加至2015年的1.324。表明首位城市壟斷性趨弱，中間位序城市發展良好，可能造成增長極作用弱化，區域內城市各自為營、搶奪資源和惡性競爭（雙對數回歸散點圖見圖2）。

從圖2可以看出，長三角城市群的競爭生態位/位序雙對數回歸散點圖，整體呈現三段式折線分布：前段和后端較為陡峭，中段較為平緩；2000年的競爭生態位/位序雙對數回歸散點圖例外，比較接近直線分布，即相對比較理想的城市群位序—規模分布。圖中的三段式折線說明位序靠前的城市差距較為明顯，中等位序規模的城市差距較為接近，位序靠后的城市差距也偏大。此外，從圖中可以看出，2015年前4位城市與中等位序規模城市的差距競爭生態位趨于擴大，后3位的城市與中等位序規模城市的差距同樣也趨于擴大。如果城市競爭生態位的首位度規模差距保持繼續縮小的趨勢，將導致首位城市的壟斷性進一步降低，區域增長極的作用繼續弱化。

3.3 基于分項競爭生態位視角的城市進化成長評價

對1985—2015年長三角城市群有關統計數據進行計算，可以分別得到基于新陳代謝、生長發育、遺傳變異、自適應與應急性城市競爭生態位視角的的有關分形數據，對其進行分析后可以發現：

第一，從新陳代謝生命特征看，長三角城市群競爭生態位的分形維數Df總體呈圍繞1.600附近波動，城市的物流、信息、市場等資源趨于分散，城市之間規模差異過小可能會導致增長極作用難以發揮，區域內城市各自為營、搶奪資源和不良競爭。

第二，從生長發育生命特征看，長三角城市群競爭生態位的分形維數Df在1985-2005年總體圍繞1.000附近波動，城市群首位城市的壟斷性、中間位序城市發展等呈現自然狀態下的最優分布，但從2005年起的競爭生態位分形維數Df逐年增加至2015年的1.2左右，表明生長發育生命特征方面的首位城市壟斷性趨弱，可能導致區域內城市各自為營、搶奪資源和不良競爭。

第三，從遺傳變異生命特征看，長三角城市群競爭生態位的分形維數Df總體圍繞1.000附近波動，城市群首位城市的壟斷性、中間位序城市城市發展等呈現自然狀態下的最優分布，說明金融機構存款余額、固定資產投資額、科技支出、教育支出等城市生長發育指標趨近于自然狀態下的最優分布。

第四，從自適應與應急性生命特征看，長三角城市群競爭生態位的分形維數Df總體呈逐年擴大趨勢，表明城市的公共管理和社會組織人均GDP、公共管理和社會組織人均服務人口數、醫院床位數、醫生數、保險費等資源差距日漸趨小，區域的自適應與應急性能力趨于均質化。

4 對策建議與結論

4.1 對策建議

從長三角地區城市群的城市競爭生態位分形數據出發，結合區域內城市生命體的進化成長狀態，提出以下針對性對策建議：

第一，強化區域的統一規劃管理。從與資源等要素相關的新陳代謝分形數據來看，主要體現為落后位序城市與中間位序城市差距較大，以及首位城市的壟斷性趨弱。建議進一步完善現有的規劃管理和協調機制，從全球視野出發，高起點統籌規劃基礎設施、生態環境等布局，重點加強向銅陵、池州、宣城、鎮江、湖州、揚州等落后位序城市的基礎設施等資源配置傾斜，加快推進區域一體化進程，提升整個城市群的進化成長水平。

第二，強化城市群的分工協作和功能互補。合理的產業分工是城市群內部經濟聯系的必要前提，也是城市群整體競爭力提升的重要基礎。從與經濟等要素相關的生長發育指標分形數據方面，為避免城市群內的重復建設與惡性競爭，建議借助全球化競爭和市場化選擇，加強城市群內縱向產業和橫向產業的合理分工，形成各具優勢、功能互補的產業分工體系。

第三，積極培育首位城市的新經濟增長極。作為推動區域經濟發展的重要引擎，首位城市以其巨大的經濟科技文化能量向其腹地進行輻射和擴散，但從生長發育的生命特征來看，作為首位城市的上海，2005年以來在經濟方面的輻射和帶動作用有所減弱，亟需進一步提升城市的發展活力，培育新的經濟增長極。

第四，充分發揮首位城市的“同城效應”。建議著力構建長三角城市群1小時經濟圈，加快完善城際快速通道等基礎設施網絡化布局，形成以城際高鐵、高速鐵路網、高速公路網為主框架，以國道、省道、航空、水運等為補充綜合快速交通體系，強化人口、物流、技術、信息等要素在區域內的自由快速流動，密切區域內的經濟、社會、文化等交流，充分放大首位城市和副中心城市的同城效應。

第五，提升領先位序城市的治理能力。針對城市群內部自適應與應急性均質化的情況，首位城市和副中心城市而言將面臨著越來越大的社會、生態環境等方面的治理難度，建議從公共管理、醫療、保險等方面出發，著力提升領先位序城市的自適應與應急性方面的能力。

第六，加強跨區域生態環境的共建共享。根據區域不同城市的資源環境承載力，實行空間分類管制政策，確保人口、城鎮、產業布局合理避讓重要生態功能區和生態敏感區。加強環境立法與執法，強化跨區域環境保護與污染治理，特別是加強區域內的水資源保護和污染治理，共享生態環境保護成果。

4.2 結論

研究在借鑒國內外有關研究成果的基礎上，將競爭生態位、分形分析等理論方法引入城市競爭領域，從城市生命體運行的角度對城市在城市群中的競爭生態位進行研究，論證了城市群內的城市競爭生態位之間具備分形特征，構建了基于競爭生態位的城市進化成長評價模型，進而運用位序—規模法則等分形理論來對城市群及城市生命體的進化成長狀態進行評價，極大地豐富了城市進化成長評價的指標體系和評價模型，拓寬了城市競爭研究的視野和領域。

參考文獻：

[1]國家發改委，住房城鄉建設部.長江三角洲城市群發展規劃[EB/OL].（2016-06-03）.http：//www.sdpc.gov. cn/zcfb/zcfbghwb/2016

06/t20160603_806390.html.

[2]姜仁榮，劉成明.城市生命體的概念和理論研究[J].現代城市研究，2015（4）：112-117.

[3]段進著.城市空間發展論（第2版）.南京：江蘇科學技術出版社.2006.

[4]施建剛，張永剛，吳光東.基于生命特征的城市競爭生態位評價研究[J].中國人口·資源與環境，2018（1）：35-43.

[5]劉繼生.城鎮體系空間結構的分形維數及其測算方法[J].地理研究，1999，18（2）：171-172.

[6]國家統計局社會經濟調查司編.中國城市統計年鑒[M].北京：中國統計出版社：1986—2016.

[作者簡介] 施建剛（1962—），男，上海人，教授，博士生導師，研究方向：城市發展與管理；通訊作者：張永剛（1979—），男，湖南長沙人，博士，研究方向：城市發展與管理。