基于Urbansim優化提升首都核心功能的動態模擬研究
——以戰略性新興產業為例

張艷芳，劉治彥

（中國社會科學院城市發展與環境研究所，北京市100028）

一、引言

首都的核心功能是指北京作為首都承擔的“四個中心”功能，即政治中心、文化中心、國際交往中心和科技創新中心，這一城市功能戰略定位是習近平總書記2014年視察北京時對北京未來發展提出的基本要求。在四項核心功能中，政治中心、文化中心、國際交往中心一直是首都的核心功能，而科技創新中心的功能定位是首次提出的。這是國家轉變首都經濟發展方式新的戰略部署，目的是將北京打造為創新引領型的示范中心，形成新的高端經濟增長極以及世界創新的新引擎。由于產業是功能定位的投影，這一功能定位的調整迫使北京的產業結構必須進行新調整。因此，戰略性新興產業作為科技創新中心功能對應的支撐產業被國家列為首都的重點發展產業。近幾年首都的戰略性新興產業快速發展，但其布局存在著集聚度不高、產業重構等較突出的問題，這對于首都構建科技創新中心的功能定位極為不利。這種現象已引起了國家層面的關注，國務院在《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》中明確指出，“十三五”時期我國需加快戰略性新興產業的發展步伐，積極構建現代產業體系，全面營造戰略性新興產業的發展環境，為全面建設小康社會提供有力支撐。按照這一部署，北京也制定了發展新能源、信息技術等戰略性新興產業的專項規劃。同時，學術界對戰略性新興產業的發展戰略也展開了廣泛研究，但是關于如何對戰略性新興產業進行空間布局調整才能有效發揮首都科技創新的優勢并提升首都核心功能的研究還不多。基于此，本文以提升首都核心功能為目標，動態模擬戰略性新興產業的空間布局，旨在從優化戰略性新興產業的空間布局角度，分析提升首都核心功能尤其是科技創新核心功能的發展路徑。

二、文獻綜述

近幾年，國內外開始從產業增長極、產業集聚、產業擴散、產業結構及功能定位等角度展開對城市產業空間布局優化的研究。其中產業增長極與城市產業空間布局方面的研究認為，城市經濟的增長并不是均勻分布的[1-2]，而是以不同強度的點的形式來動態呈現的[3]。因此，城市產業空間布局的優化不僅需要扶持具有主導性質的產業，還需不斷培育新的產業增長極體系[4-5]。產業集聚與城市產業空間布局優化的研究是對產業增長極理論的進一步發展，強調產業集聚是產業空間布局優化的“助推器”[6-8]，認為產業集聚與產業空間布局優化之間存在很強的共生性，二者在大多數情況下呈正相關關系[9-11]。但也有研究指出產業集聚與經濟增長存在著先促進后抑制的倒“U”型關系[12-13]，說明城市產業空間布局的優化不能僅強調集聚，還需考慮城市產業的擴散[14-15]。于是產業擴散與城市產業空間布局優化的研究應運而生，認為產業集聚和產業擴散是城市產業相互交織的整合發展過程[16]，這種整合發展過程是城市產業空間優化的重要動因[17]。為發揮城市的核心作用，一方面可對產業進行區域之間的轉移和重配，另一方面可培育特色產業[18-19]。產業結構與城市產業空間布局優化的研究指出，城市產業布局優化是產業結構在地域空間上的投影[16-17]，產業結構調整對產業空間布局優化的影響主要通過物質動因和非物質動因體現出來[20-21]，二者之間呈動態互動關系。隨著城市發展，在上述研究基礎上的功能定位與城市產業空間布局優化的研究成果逐步得到推廣，該方面的研究認為，城市的功能定位是促進城市產業空間布局優化的關鍵，可明確城市產業空間布局錯位發生的產業維度[22-23]，減少核心功能區在經濟方面的絕對優勢[24]，尊重市場機制對人口的配置規律，緩解城市的過度集聚效應[25]。

國內外關于城市產業空間布局的研究從定性逐步過渡到定量方面，研究的重點從基本理論拓展到空間演化模型、城市空間預測等內容。這些研究為科學布局城市產業鏈、推動產業結構的空間調整、控制城市產業無序擴張有積極的意義，但目前的研究總體上偏宏觀，缺少對城市產業空間布局的微觀研究，同時也缺少對城市空間布局優化的動態研究。基于此，本文利用微觀城市模擬模型Urbansim動態模擬城市的產業空間布局，該模型通過一系列子模型反映家庭、就業的區位布局，為解決大城市病問題、提升首都核心功能的產業空間布局提供具有前瞻性的決策支持。為突出本文的代表性意義，我們選取具備典型城市病特征的首都北京產業空間布局為研究對象，以戰略性新興產業為例展開分析。

三、數據處理方法

本文屬于微觀模擬的內容，研究數據主要來自于普查、抽樣調查及統計年鑒數據。其中普查和抽樣調查數據主要是人口和居民出行調查方面的數據，年鑒數據主要是我國工業企業數據及北京市統計年鑒數據，交通數據為第五次交通綜合調查數據。為了更好地研究產業的空間布局，本次研究使用的是2006—2020年間的北京市土地規劃數據。

利用這些數據資料以2010年為基期建立北京市基礎地理數據庫，該數據庫主要由家庭、就業、建筑、交通四項數據集構成，各種數據集的數據方法參見表1。

四、情景與模型設計

（一）情景設計

Urbansim中的城市模擬模型是以情景分析形式展現出來的，這種分析方法打破傳統的外推型預測模式，可有效幫助決策者比較不同的政策選擇帶來的可能結果，通過控制人口和就業總量，展示不同情景的模擬結果，進而使得分析結果具有較強的前瞻性。

表1 各種數據集的數據處理方法

本文設計了四種情景模擬，時間跨度均為2010—2030年，人口控制方面以2020年以后常住人口保持在2300萬以內為標準。在就業控制方面是四種情景的變量，通過就業量的變動反映產業空間布局的變動，同時就業量的變動也是四種情景設計的分界點。以下是本次動態模擬分析的四種情景模擬基本過程：

第一種模擬情景：假定2015—2030年整體就業情況為充分就業，各細分行業按照2015年的就業比例保持充分就業時，動態模擬戰略性新興產業的空間布局。

第二種模擬情景：在動態模擬中，主要通過調整四種行業的就業比例來實現首都非核心功能的疏解。批發市場、一般制造和污染業、本科教育和職業教育、倉儲物流業是本情景中重點疏解的行業，將這四個行業的就業比例減少65%②，同時在保持戰略性新興產業及其他產業就業總量不變的情況下，動態模擬戰略性新興產業的空間布局。

第三種模擬情景：假設提升首都的核心功能需要首先提升首都的核心產業。根據首都北京的城市發展目標和定位，將戰略性新興產業設為首都北京的核心產業，并同時將其他七類產業也劃分為首都的核心產業。這七類產業為科學研究、技術服務、計算機服務業、國際組織、文化產業、信息運輸、金融業。在這種情景模擬中，將這幾類產業的就業人數比例增加35%，同時保持其他產業的就業比例不變，在此基礎上模擬戰略性新興產業的空間布局。

第四種模擬情景：將核心產業的就業比例提升35%的同時將非核心產業的就業比例減少65%，模擬戰略性新興產業的產業布局。

（二）模型設計

Urbansim進行產業空間布局的情景模擬時，需要首先構建產業涉及的地價與區位選擇模型。其中區位選擇模型主要有三種，分別是開發項目、家庭、就業區位選擇模型③。其次需要通過多元邏輯回歸方程對這些模型的具體實現形式進行設計。限于研究主題的選定，這里僅展示戰略性新興產業的模型設計情況。

1.戰略性新興產業地價模型

在戰略性新興產業地價模型的設定過程中，考察與市中心距離、家庭收入、開發強度、提升類產業就業密度與地價的關系。模型形式如下：

2.戰略性新興產業開發項目區位選擇模型

戰略性新興產業項目區位選擇模型主要是研究戰略性新興產業的構成因素對戰略性新興產業項目區位選擇的影響。其中戰略性新興產業的構成要素主要包括產業地價、產業居民數量、產業的開發潛能、產業的就業密度。模型的因變量是某地塊對特定開發項目的效用，具體形式如下。

3.戰略性新興產業家庭區位選擇模型

在家庭區位選擇模型中，自變量為交通成本、地塊價值與居民收入的比率、就業密度。控制變量為家庭規模、地塊住房密度、地塊基礎教育人數。模型的表現形式如下：

4.戰略性新興產業就業區位選擇模型

戰略性新興產業就業區位選擇模型，是在控制戰略性新興產業虛擬建筑的條件下，考察運輸成本、戰略性新興產業就業密度對其就業區位選擇的影響。模型的因變量是某區位對特定產業就業崗位的效用，模型的形式為：

四、結果與分析

（一）模型的回歸結果

四種模型的回歸結果參見表2至表5。

（二）回歸結果的分析

表2表明，與市中心的距離越近，戰略性新興產業的地價越高。家庭收入越高、土地開發強度越高、戰略性新興產業就業密度越大，戰略性新興產業的地價越高。表3表明，戰略性新興產業的開發項目不僅趨向于選擇地價低的地塊，而且傾向于選擇人口就業密度小的地塊。表4表明，戰略性新興產業的就業人員在居住地選擇時主要受支付能力和交通成本的影響。也就是說，對于戰略性新興產業的就業人員而言，地價越高對住房選擇者來說效用越低，居住地離戰略性新興產業的工作地越遠的地塊對居住者更有效用。受收入和地價的影響，居住者傾向于選擇離戰略性新興產業距離遠的地塊，表明居住者的區位選擇有郊區化傾向。表5表明，在控制虛擬建筑地塊的情況下，運輸成本高、就業密度大的地塊更容易吸引戰略性新興產業的就業人員，進一步證實了表4的結果。

上述回歸結果表明，目前首都北京的戰略性新興產業存在一定程度的職住分離現象，很大一部分集中在首都功能核心區的位置。為優化提升首都的核心功能，政府需要制定一定的政策來引導戰略性新興產業的空間布局，綜合考慮家庭收入、土地開發強度、就業密度、地價、開發潛力、人口密度等指標，其中運輸成本、支付能力、就業密度、人口密度應予以特別關注。為此，我們從這些角度出發動態模擬2015—2030年四種已設定情景模式下戰略性新興產業的空間布局。

（三）模擬結果的分析

從具體模擬情景來看，如果不對戰略性新興產業做調整，2030年戰略性新興產業的人口和就業主要分布在首都功能拓展區圈層的西北部、東北部及首都城市發展新區圈層的東南部。具體而言，戰略性新興產業主要集中在海淀區、昌平區、順義區、通州區、大興區周邊，不利于發揮該產業與其他產業的聯動效應。如果對首都的非核心功能產業進行疏解，一旦戰略性新興產業的空間稍有變化，生態涵養區圈層西北部的就業人員就會明顯增多，首都城市發展新區圈層北部的就業密集度會略微降低，其他區位的就業密度基本不發生變化。如果對首都的核心功能產業進行提升，提高核心產業的就業比例，戰略性新興產業的空間布局將發生明顯變化。如果生態涵養區圈層西北部的就業密度大幅度降低，一部分就業將向東南部轉移。隨著東南部就業密度的增加，首都城市發展新區圈層北部集聚的戰略性新興產業人口密度也隨之降低，首都核心功能區戰略性新興產業的就業密度也會明顯降低，表明優化首都核心功能產業可以明顯推動戰略性新興產業的空間布局。如果將疏解首都非核心功能產業和提升核心功能產業的情景結合在一起，可以看到首都戰略性新興產業的空間布局將在第三種模擬情景的基礎上得到進一步優化，原來東南部一直是戰略性新興產業人口和就業集聚的現象得到緩解，城市發展新區的人口和就業逐步呈現均衡分布的格局，生態涵養區圈層西北部的人口和就業密度又再度得到提升，其他區位的戰略性新興產業的人口和就業密度相對前三種模擬情景均有所降低，且人口總規模有所下降，符合首都發展規劃的要求。

表2 戰略性新興產業地價模型的回歸結果

表3 戰略性新興產業開發項目區位選擇模型的回歸結果

表4 戰略性新興產業家庭區位選擇模型的回歸結果

表5 戰略性新興產業就業區位選擇模型的回歸結果

從整體情景模擬的結果看，未來首都戰略性新興產業的空間布局離不開政府政策的適度引導，政府引導下不同的布局政策使戰略性新興產業的空間布局呈現出不同的發展模式，疏解和提升相結合的政策使得戰略性新興產業過于集中的現象得到緩解，并產生新的發展中心。首先，從首都戰略性新興產業未來發展方向看，政府需要進一步加大支持以能源、生物、信息、新材料等具備節能環保特點的戰略性新興產業，培育發展新的戰略性新興產業增長極，通過關鍵點的突破帶動戰略性新興產業整體能力的提升。其次，政府需要進一步疏解首都的非核心功能產業，為戰略性新興產業提供更多的發展空間，打造具有世界競爭力的戰略性新興產業集聚區，依托現有的產業基礎發展具有特色優勢的戰略性新興產業，促進與京津冀產業的協同發展，實現首都戰略性新興產業的全面布局。

五、結論與對策建議

（一）結論

目前，首都北京的大城市病問題日益嚴重，交通、土地、人口、水資源的承載力嚴重不足，主要原因在于北京集聚了過多的非首都功能，沒有統籌好空間、城市規模等問題，缺乏科學有效的產業空間布局頂層發展戰略。科技創新中心是首都新增設的核心功能，戰略性新興產業是科技創新中心核心功能的支撐產業，調整其產業布局不僅可以有效緩解當前首都日益嚴重的城市病問題、引領首都北京朝低碳生態方向發展，而且有助于優化提升首都的核心功能。本次研究通過對首都北京戰略性新興產業的模型回歸和情景模擬，發現首都戰略性新興產業的區位選擇受地價、家庭收入、運輸成本、支付能力、開發潛力等多因素影響，對其進行空間調整需要考慮產業園區集聚、結構分散的布局導向等因素，并進一步得出以下結論：

1.首都戰略性新興產業存在明顯的職住分離現象

首都戰略性新興產業的空間布局主要分布在功能核心區周邊，而家庭區位卻有明顯的郊區化傾向，從而使得首都戰略性新興產業的職住非均衡矛盾非常突出。優化首都戰略性新興產業的空間布局，需要考慮緩解這一矛盾的對策，構建新的集聚中心，適度縮短戰略性新興產業居住與就業的距離。

2.主城區西北部戰略性新興產業的空間集聚現象明顯

從四種情景模擬結果可以看出，首都戰略性新興產業有明顯的集聚中心，主城區西北部在四種模擬情景下一直是首都戰略性新興產業人口和就業的集聚中心。這些集聚中心承載了首都戰略性新興產業的發展空間，在價值鏈、知識鏈等因素的影響下，以智能化、動態化實現戰略性新興產業的平衡發展。目前該區域主要集中了生物制藥、電子信息、數字化制造等產業，具有首都戰略性新興產業的特色，是進一步發展首都戰略性新興產業主導產業的重點領域。

3.戰略性新興產業在主城區東南部的集聚現象將會減輕

主城區東南部在模擬情景四的環境中集聚中心的區域明顯變小，表明在疏解和提升并舉的情況下，該區域的集聚作用將會減弱，被疏解的產業將會向其他區域轉移，同時也說明該區域是首都戰略性新興產業進一步疏解的方向。該區域集聚的高端制造業可適度向津冀方向轉移，以此促進京津冀戰略性新興產業的協同發展，體現京津冀產業的聯動效應。

4.首都戰略性新興產業的空間布局優化離不開政策的引導

本文的模擬過程是假定市場有效配置資源和政府實施不同產業政策的情況下，首都戰略性新興產業空間布局發生的動態變化過程。四種不同的情景模擬使首都的人口和就業密度發生了不同程度的變化，表明政府的引導可以調整首都戰略性新興產業的空間布局。因此，解決首都日益嚴重的大城市病，需要政府充分發揮調節作用，對產業（不僅僅是戰略性新興產業）空間布局進行優化。但是目前政府對產業空間布局的政策過于宏觀，戰略性新興產業空間的合理優化還需要政府出臺更精細化的政策。

5.疏解和提升的政策可有效優化戰略性新興產業的空間布局

劉治彥[26]指出，首都當前的城市發展面臨疏解非核心功能問題，因為目前的產業結構已經產生了諸多的負效應。本文研究的結果也表明，優化提升首都的核心功能，疏解非核心產業是關鍵。模擬情景二結果顯示，疏解非核心產業可為戰略性新興產業提供更多的發展空間，但是僅疏解非核心功能并不能有效降低戰略性新興產業的人口和就業密度。而疏解和提升并用的復合模擬情景表明，這種政策一方面可明顯降低戰略性新興產業的人口和就業密度，另一方面也可使戰略性新興產業的空間布局優化，使原本主城區過于集聚的產業布局局面得到緩解，還可形成新的戰略性新興產業集聚中心，帶動其他產業的協同發展。

（二）對策建議

1.積極打造多核模式的戰略性新興產業發展格局

模型回歸和情景模擬的結果均顯示，戰略性新興產業的職住分離問題十分突出，解決該問題的有效對策是積極打造多核模式的戰略性新興產業，綜合考慮地價、開發強度、交通成本和居住者的支付能力等因素，構建多個戰略性新興產業的集聚中心，形成戰略性新興產業發展的多核模式。

2.著力構建具有首都特色的戰略性新興產業群

雖然首都戰略性新興產業的集聚效應明顯，但是產業布局的趨同性也比較突出。從優化提升首都核心功能的角度來看，完善首都戰略性新興產業的空間布局，需要將產業集群的理論應用其中，首先按照產業關聯度構建不同類型的集聚區，其次構建具有區域特點的產業群，且按照各區域的核心優勢發展具有區域特色高端、高效、高輻射作用的戰略性新興產業。例如在主城區的西北部，可考慮發展以新興信息產業為特色的戰略性新興產業。因為該區域一方面有一定的發展基礎，另一方面隨著中關村大數據的興起，在云計算、互聯網金融、智慧交通、芯片研制方面具備優勢。在主城區的東南部，可考慮建立高端智能制造、節能環保制造等相關的戰略性新興產業群。因為隨著高新技術工業園區的興起，該區域具備在生產方面的特定優勢。

3.充分發揮市場和政府對戰略性新興產業的調節作用

政府對戰略性新興產業的政策調節對優化戰略性新興產業的空間布局有正向作用，可有效避免戰略性新興產業的有效競爭，促進戰略性新興產業的有序轉移，但是戰略性新興產業的有序轉移仍離不開市場的調節作用。市場的資源配置作用可以有效減少產業空間布局的趨同化，同時促進戰略性新興產業靈活、高效、合理地轉移。二者結合起來調節戰略性新興產業的布局，不僅可以有效提高戰略性新興產業的產出率，而且有助于戰略性新興產業結構合理調整，進而推動戰略性新興產業的高效運轉。

4.全面促進戰略性新興產業區域間的耦合發展

優化提升首都的核心功能，不僅強調單一產業的發展，還需借助產業的耦合作用協同發展與此相關的其他產業。具體而言，根據各空間的資源稟賦特征，結合京津冀協同發展規劃和雄安新區規劃，將首都戰略性新興產業適度疏解到首都各功能區的同時，考慮向津冀、雄安等區域擴散，發展各具特色、優勢互補的產業群，增強各區域間產業耦合的協調度，構建產業耦合發展的機制。劉治彥[27]提出首都的發展需要通過京津冀一體化的模式解決當前的“城市病”問題，強調京津冀環首都經濟圈不僅可有效緩解首都的人口壓力，而且有助于承載首都的非核心功能。按照這一思路，在帶動其他區域協同發展的同時，應大力提升首都戰略性新興產業的技術創新能力，增強核心技術的研發能力，加大政府對產業技術創新的扶持力度，構建產學研相結合的科技創新體制，共同推動首都核心功能的優化。

注釋：

①行業劃分標準參考國民經濟行業分類及北京市產業實際發展情況，19個行業分別為批發市場，倉儲物流業，一般制造業和污染企業，普通高等學校本科教育職業教育，社會保障和社會福利業，醫療衛生業，市屬單位，金融業，信息運輸、計算機和軟件業，科學研究、技術服務業，戰略性新興產業，文化產業，國際組織，第一產業，第二產業，生產性服務業，生活性服務業，公共性服務業，基礎教育。本文僅對戰略性新興產業進行模擬。

②該比例的計算方式為將基礎情景下2030年這四種行業的就業量減少65%，然后逆向模擬四種行業2016—2030年的就業變動情況。后面提升情景下35%的比例確定原理與此相同。

③房地產價格模型采用Hedonic價格模型，其他三種模型采用離散選擇模型。