長江中游城市群城市緊湊度時空差異分析

張祚，羅翔，閆平平

(1.華中師范大學公共管理學院，湖北 武漢 430079；2.湖北大學商學院，湖北 武漢 430062)

在中國快速城鎮化的進程中，城市空間形態與空間結構也隨之快速變化[1-2]。“十一五”與“十二五”期間，中國城鎮化年均增長率分別為1.39 %、1.23 %[3]?？焖俪擎偦跒橹袊洕l展作出重要貢獻的同時[4]，也引發了諸多問題，如：建設用地無序擴張、國民經濟過度依賴房地產業和投資的房地產化傾向、環境過度污染[5]。在此背景下，“十三五”規劃綱要中明確提出“合理控制國土空間開發強度”“優化空間開發結構，逐年減少建設用地增量，提高土地利用效率”等限制城市用地過度蔓延的目標。聚集與分散一直是城市空間研究的主線[6]，而針對當前城市蔓延的現狀[7]，緊湊城市越來越多地被中國學者所關注。然而，對于中國城市而言，緊湊城市的發展模式是否等于城市效率的提升？或者兩者到底存在什么樣的辯證關系？目前仍有待理論與實證的探索與更新。

緊湊城市(compact city)最早被提出于1973年，Dantzig將緊湊城市視為一個動態的、具有內在關聯的城市系統[8]。國外較早開始了對緊湊城市的探索，比較有代表性的包括：簡·雅各布斯提出城市集中主義，以城市空間功能多樣性吸引不同時間段的人流量，特定的人如街道商戶等成為“街道眼”并于無形中維護著城市的安全[9]。已有研究普遍肯定了緊湊城市作為一種高密度城市，會對城市運行的各方面產生一定影響[10-11]，如：Burton探討了緊湊型城市對低收入群體生活機會福利的影響，認為緊湊城市鼓勵高度公共化交通或步行、自行車交通，可以改善公共交通擁堵，減少社會隔離和更好地使用公共基礎設施，但隨之也會減少生活空間和可支付性住房等[12]；Newman等和Breheny認為緊湊城市高人口密度與混合的土地利用功能等特征有助于強化城市空間的使用，促進中心城區的興旺[13-14]。然而，緊湊城市是否必然利于城市的可持續發展仍是國外學者研究的熱點問題之一[15]。

國內學者基本認同緊湊城市有利于城市的可持續發展，有助于減少通勤成本、減少社會隔離、降低犯罪率，提高市政公共設施供給的利用率[16-17]。而制度的調控、市場以及人口、經濟發展水平、土地利用結構均對城市緊湊度有著重要影響[18-19]。大多數對城市緊湊度的研究為省域、地級市尺度的定量分析。中國城市緊湊度整體水平不斷上升，且東、中部地區差異十分明顯[20]，城市內部受自然條件、規劃政策等因素也表現出差異化，如王德利提出，隨著北京城市規模的擴張，城市緊湊度從中心向外圍不斷遞減，這樣的趨勢不僅與地形有關，也與城市周期性擴展相關[21]；田燁等強調，盡管經濟緊湊度仍有所上升，但交通設施不完善、規劃政策等成為拉低城市緊湊度的重要因素[22]。立足于中國城市化迅速發展與城市建設用地有限的國情，早前國內學者大多只圍繞城市緊湊度進行單向研究，隨后更多學者開始關注城市緊湊度對低碳城市、城市形態、城市效率等的關系問題[23-24]。如：呂斌等發現緊湊城市與低碳城市的空間形態特征基本一致，并從空間功能角度進一步強調相對于城市外部空間形態應該更注重城市內部功能與結構[25]。

隨著“點—軸”系統理論的提出，經濟帶被認為是最佳的區域發展結構[26]。長江經濟帶涵蓋長江流域11省(市)，連接成渝—武漢地區連同海岸經濟帶形成“T”字型的一級軸線，側面反映出經濟實力、開發潛力的布局框架。城市群多中心的發展模式促進了城市間生產要素的交換與信息技術的交流，形成動態的城市空間網絡[27-28]，最大限度提升了城市外部性，橫向聯系如高鐵以及機場的通達縮小了城市規模的局限性[29]。大多數城市產業優勢不強、輻射范圍較小是導致城市群內部仍未形成緊密空間輻射網絡的主要原因[30]。從當前全國城市群范圍看，長江中游城市群涵蓋武漢城市圈、環長株潭城市群、環鄱陽湖城市群為主體形成的特大型城市群，占地面積31.7 km2，是長三角城市群面積的3倍。隨著2015年《長江中游城市群發展規劃》的頒布，如何推動長江中游城市群發展，依托黃金水道推動長江經濟帶發展、加快中部地區全面崛起、探索新型城鎮化道路、促進區域一體化發展成為有著重大現實意義的議題。

綜上，目前學界對標準化、理想化的城市緊湊度未形成較為明確標準，而對城市緊湊度的研究對節約利用能源問題乃至提高城市運行效率都具有重要現實意義。作為促進區域社會經濟發展的主要空間載體，城市群可持續發展問題成為關注焦點[31-32]。本文嘗試以對長江經濟帶起著重要支撐作用的長江中游城市群為研究對象，依照“選取指標—熵值法確定權重—超效率法評價城市湊度與城市效率—計算結果的時空分析”的技術路線，通過定量評價、分析長江經濟帶城市緊湊度與城市效率的時空效率及其相關程度，為推進地區城市群新型城鎮化、實現可持續發展提供借鑒與參考意義。

一、研究方法與指標體系構建

(一)研究方法

1.指標權重的確定

熵值法主要以指標值之間的差異程度來決定權重系數[33]。具體而言：指標的變異程度與熵為負相關，變異程度越大，則表示涵蓋的信息量越多，即權重越大，反之，該指標變異程度越小，表示涵蓋的信息量越少，即權重越小。具體步驟如下

Yij=(Xij-minXi)/(maxXi-minXi)

(1)

Yij=(maxXi-Xij)/(maxXi-minXi)

(2)

式(1)、式(2)分別對應正向指標和負向指標，對兩式中各項指標進行無量綱化處理，其中maxXi、minXi分別為i城市j指標評價樣本值的最大值和最小值，Yij為兩式中各項指標進行無量綱式化處理的值，Xij為i城市的j指標。

Ej=-ln(n)-1ΣPij·lnPij

(3)

Pij=Yij/Σyij

(4)

根據信息熵的定義，用式(3)和式(4)求出一組數據的信息熵。其中Pij為j項指標在i城市指標值的占比，E為熵值。若Pij=0，則定義limPij· lnPij=0，其中n表示樣本的組數，Ej為評價指標j的熵值。

Wj=(1-Ej)/Σ(1-Ej)

(5)

式中：Wj為評價指標j的權重。

2.城市緊湊度與效率評價

DEA數據包絡法(data envelopment analysis)作為一種根據“投入—產出”觀測值來估計生產效率的非參數生產前沿面模型[34]，通過不斷發展完善，被大量運用于效率測算[35]。超效率DEA模型不僅避免了主觀性帶來的權重模糊問題，也克服了DEA模型中有效決策單元效率值均為1而無法進一步比較測算的問題，具有較強實用價值。本文具體采用的超效率DEA模型，基本原理是在做DMU(決策單元)決策效率評價之時，以除DMU以外的所有決策單元的投入—產出線性組合代替該DMU的投入—產出。具體計算過程主要通過MyDEA工具實現。

3.類型的對比與劃分

象限圖法以笛卡爾坐標系為基礎，將城市緊湊度與城市效率的均值做標準化處理并分別作為X軸與Y軸，以(x，y)=(0，0)為原點，形成四象限圖[36]。其中：第一象限表示城市緊湊度與城市效率雙高，二者高度協調；第二象限表示城市效率高，城市緊湊度較低，即效率優先；第三象限表示城市緊湊度與城市效率雙低，二者低級協調；第四象限表示城市緊湊度高，城市效率低，即緊湊度優先。

(二)指標體系與數據來源

從緊湊城市的發展導向來看，主要包括：限制城市蔓延、實現能源與土地的節約利用、提高城市的運行效率等幾個主要目的，具體表現為高人口密度、高公共交通化、土地功能混合利用等空間特征[37]。綜合考慮以往學者構建的城市緊湊度指標體系，按照數據可獲得性、可比性等原則從土地利用緊湊、經濟緊湊、人口緊湊、基礎設施緊湊、公共服務緊湊、生態環境協同6個方面構建指標體系，并運用熵值法計算出各指標權重(表1)。

各項指標中，土地開發利用程度對城市經濟增長有重要影響，通過土地開發為城市基礎設施建設積累資金，進一步拉動二、三產業生產，吸引人口向中心城區集聚，提高公共服務的規模效益。經濟緊湊度包含了能夠反映人民生活水平、產業結構現狀、市區投入及產出強度3個層面的指標。此外，人口緊湊度表示城市人口密集程度；基礎設施緊湊度表示公共交通發展水平；公共服務緊湊度表示教育、醫療、文化、零售等土地功能混合利用情況；生態環境協同度表示城市環境可持續發展水平。

表1城市緊湊度測算指標體系構建

對于城市效率的計算，主要從“投入”“產出”兩個方面構建指標體系。在投入方面，以城市建設用地面積來表示土地投入，市區二、三產業從業人數表示勞動力數量，全社會固定資產投資表示資本投入規模；在產出方面，選取二、三產業產值表示經濟效益，人均社會消費品零售額表示城市居民生活水平，以人均綠地面積表示環境效益。

本文所選指標數據采用的原始數據及相關計算主要引自2011～2015年《中國城市統計年鑒》，以及2011～2015年的《湖北省統計年鑒》《湖南省統計年鑒》《江西省統計年鑒》。

二、研究對象及其概況

(一)研究對象的選擇

城市群作為新型城鎮化推進的集合性主體，要更加強調城市間經濟聯系而不是城市規模擴張；與單個城市相比，城市群更加注重功能一體化、專業化分工、利益協同化[38]。城市群是區域經濟在城市空間上的形態，在空間結構上具體表現為“中心—外圍”的特點，并逐漸形成圈層結構，進一步影響城市群的產業演化與城鄉協調發展[39]。2015年4月5日，國務院正式批復武漢城市圈、環長株潭城市群、環鄱陽湖城市群為主體形成的特大型長江中游城市群，具體包括的城市：湖北省的武漢、黃石、黃岡、鄂州、孝感、咸寧、仙桃、天門、潛江、襄陽、宜昌、荊州、荊門；湖南省的長沙、株洲、湘潭、衡陽、岳陽、常德、益陽、婁底；以及江西省的南昌、景德鎮、萍鄉、九江、鷹潭、宜春、新余、撫州、上饒、吉安的部分縣(區)(表2)。

長江中游城市群不僅在國家戰略、歷史文化和資源稟賦上有著得天獨厚的優勢，同時中國幾條重要的鐵路在此與長江交匯，在全國區域發展格局中占有重要地位。依托黃金水道與重要交通通道的長江中游城市群，肩負著成為支撐長江經濟帶、形成國家重要經濟增長極、成為有一定國際影響力城市群的重任。然而，長江中游城市群不是簡單的已有城市群相加，如何在城市(群)間破除壁壘，不斷發揮輻射引領作用，帶動武漢城市圈、環長株潭城市群和鄱陽湖城市群協調發展，充分發揮市場作用實現資源互通共享，不斷推進城鄉融合與新型城鎮化建設，不但有著典型的示范意義，也是全方位深化改革開放和推進新型城鎮化的重點區域。

(二)研究對象基本概況

長江中游城市群所包括的31個城市，2014年GDP為61 798.53億元，占全國GPD的9.60 %。但城市間無論空間大小還是人口規模、經濟發展都存在一定差異。值得注意的是：第一，在二、三產業GDP占比中，排名前五的有武漢、南昌、黃石、九江、鷹潭，最高為武漢99.58 %，最低為宜春86.99 %。第二，不同城市的單位面積投入、產出差異非常明顯。從單位面積投入來看，最高為武漢29 732.84萬元/km2，最低為宜昌800.92萬元/km2，大部分城市單位面積投入不足，大于10 000萬元/km2的只有武漢、黃石、長沙、株洲、湘潭、南昌；從單位面積產出來看，最高為武漢46 628.99萬元/km2，最低為宜昌828.74萬元/km2，大于10 000萬元/ km2的只有武漢、黃石、長沙、株洲、湘潭、南昌、九江、鷹潭。第三，從市區開發利用強度來看，城市開發強度普遍偏低，只有武漢、黃石、南昌3個城市開發強度大于30 %，依次為31.82 %、37.13 %、31.95 %。第四，此外，孝感居住人口密度最高，為上饒的16.15倍；九江的人均綠地面積最高，為孝感的4.59倍(圖1、圖2)。

表2長江中游城市群城市具體包括的城市

圖1 2014年31個城市市區面積與人口密度對比

圖2 2014年31個城市人均GDP與市區人口對比

三、城市緊湊度與城市效率的時空差異

(一)城市緊湊度時空差異

從2010～2014年間長江中游城市群中各城市緊湊度計算結果的總體對比來看，城市緊湊度在2010～2011年稍有下降，總體仍為上升趨勢，而各省均值，湖北>湖南>江西(圖3a)。進一步通過取高斯核函數作出31個城市歷年城市緊湊度值Kernel 密度估計的分布圖(圖3b)，以刻畫長江中游城市群城市緊湊度分布的整體形態，及其不同時期的動態變化特征。結果顯示，不同年份城市緊湊度值的密度分布形態基本類似，但曲線尾部有逐漸向右延伸的趨勢，說明高值范圍在擴大；而左邊曲線峰頂逐漸下降，說明低值密度分布有降低趨勢。從各城市表現來看，除長沙、株洲、岳陽、南昌緊湊度下降，其余大部分城市都為上升趨勢；較為明顯的有吉安、咸寧、武漢，分別增長71.94 %、42.93 %、37.16 %；城市緊湊度呈現出明顯的省域地區差異，湖北、湖南歷年的城市緊湊度水平高于江西，其中只有湖南城市緊湊度下降，其余大部分城市都為上升趨勢；較為明顯的有吉安、咸寧、武漢，分別增長71.94 %、42.93 %、37.16 %；城市緊湊度呈現出明顯的省域地區差異，湖北、湖南歷年的城市緊湊度水平高于江西，其中只有湖南城市緊湊度稍有下降；而緊湊度高的城市大多靠近中心城市且沿長江、鄱陽湖分布(圖4)。

(二)城市效率時空差異

從2010～2014年間長江中游城市群中各城市效率計算結果的總體對比來看：城市效率值在2011～2013年稍有下降，總體仍為上升趨勢;而各省均值：湖南>江西>湖北(圖5a)。進一步通過取高斯核函數作出31個城市歷年城市效率值Kernel 密度估計的分布圖(圖5b)，以刻畫長江中游城市群城市效率分布的整體形態，及其不同時期的動態變化特征。結果顯示，2010年后城市效率值的密度分布中心逐年右偏，且變化區間變大，說明城市間密度值整體提高且差距變大；但2013年后，密度曲線形態接近，變化趨穩。

從各城市表現來看，大部分城市效率值小于1，即處于無效狀態；2010與2013年沒有效率值有效城市；2011年只有常德城市效率值大于1；2012年城市效率值有效城市為岳陽、常德、新余、鷹潭；2014年城市效率值有效城市為長沙、岳陽、常德、鷹潭。相比城市緊湊度，城市效率表現出更為明顯的地區差異，湖南城市效率值上升程度為江西的1.35倍，為湖北的2.56倍。而城市效率值高的城市也多靠近中心城市且沿長江分布，這與緊湊度的空間特征表現基本一致(圖5、圖6)。

圖3 各省份緊湊度平均值與Kernel密度分布

圖4 長江中游城市群緊湊度測算結果

圖5 各省份城市效率平均值與Kernel密度分布

圖6 長江中游城市群效率值測算結果

(三)相關程度與類型劃分

通過對2010～2014年5年間31個城市緊湊度與城市效率的均值并做標準化處理并運用象限圖法分析，發現：城市效率與城市緊湊度并非同步協調，表現為效率優先的城市數量明顯多于表現為緊湊優先的城市。相當一部分城市長期處于低級協調狀態。2014年，低級協調類城市占比重為29.03 %；而研究區期內，低級協調類占比重為38.71 %。按照城市規模的劃分[注]根據《國家新型城鎮化規劃(2014～2020年)》，按市轄區人口數量將本文中所研究的長江中游城市群31個城市劃分為超大城市(500萬人口以上)、特大城市(300萬～500萬人口)、大城市(100萬～300萬人口)、中等城市(50萬～100萬人口)、小城市(50萬人口以下)。，以2014年為例，除了武漢、長沙兩個超大、特大城市屬于高級協調類型，仍有3個大城市(仙桃、潛江、株洲)、中等城市(黃石、湘潭、九江)、2個小城市(景德鎮、鷹潭)也屬于高級協調型(表3)。

總體而言，盡管高級協調類的城市逐年增加，但仍有相當數量城市仍為低級協調，效率優先城市數量多于緊湊優先城市數量(表4)。城市規模等級與城市緊湊度和城市效率的相關關系并未表現出明顯的規模等級效應，這有別于前期相關研究得出的結論[40]。造成差異的原因，一方面受到研究對象的數量、研究口徑大小的影響；另一方面，作為本研究對象的31個城市不僅屬于長江中游城市群范圍，同時大部分也屬于武漢城市圈、長株潭城市群、環鄱陽湖城市群，城市群的圈層結構加強了城市間的經濟交流，提高了城市效率值。圖7是長江中游城市群城市類型劃分及其空間公布。如圖7所示，長江中游城市群呈現出多中心抱團的發展模式，核心城市表現出極強的集聚能力帶動周邊范圍，節點城市如黃石、株洲、湘潭、景德鎮等成為次核心城市，形成區域空間發展的新態勢。通過進一步分析發現長株潭城市群具有均質發展狀態的集群式空間格局；而武漢城市圈和環鄱陽湖城市圈則分別受長江和鄱陽湖等地理要素的影響較大。

表32014年按城市規模等級劃分的城市關系類型數量

圖7 長江中游城市群城市類型劃分及其空間分布

四、結語

本文以長江中游城市群作為實證研究對象，綜合運用熵值法、超效率DEA模型評價法和象限法對城市緊湊度與城市效率的時空差異進行測度與分析，得出以下結論：

表42014年城市緊湊度與城市效率增減變化統計

第一，從長期來看，城市緊湊度與城市效率呈正相關，這與國內學者提出的兩者呈正相關的觀點基本一致。從短期變化來看，城市緊湊度與城市效率之間的變化存在時間上的滯后，城市緊湊度上升，城市效率值不一定會迅速上升。這進一步論證了緊湊度與城市效率在時間進程上并非同步協調關系。

第二，長江中游城市群中大部分城市較長時間處于低級協調狀態，即城市緊湊度與城市效率均普遍偏低。這類“雙低”狀態城市在加大土地、人力、資金投入的同時未獲得較理想的產出，粗放式的發展方式不利于城市的可持續發展，所以低級協調型城市應當控制城市建設用地規模，優化土地利用結構，通過改善醫療教育、生態環境、高房價等問題，不斷提高城市宜居水平與人居質量。

第三，盡管有學者證明城市規模等級影響城市緊湊度與城市效率值之間的相關關系，但研究發現長江中游城市群并沒有表現受到明顯的城市規模等級的作用影響。長江中游城市群作為一個區域性經濟合作體，進一步加強城市之間互動與有機聯系有利于實現功能一體化、專業化分工、利益協同化，并進一步影響城市群的產業演化，帶動鄰近城市形成新一批次核心城市，在提升城市群整體活力與效率的同時也能促進城鄉協調發展。