手機信令數據助力上海市社區生活圈規劃*

王 德 傅英姿 WANG De, FU Yingzi

0 引言

我國正處于經濟社會發展全面轉型時期，城市發展從規模增長轉向注重內涵質量的提升，逐步開始關注城市生活圈的構建以及居民生活品質的提升。“上海2035” 城市總體規劃中明確提出將在上海營造“15分鐘社區生活圈”（以下簡稱“15分鐘生活圈”）。2016年上海市規劃和國土資源管理局出臺《上海市15分鐘社區生活圈規劃導則（試行）》（以下簡稱“《導則》”），上海市成為國內生活圈規劃的先行城市。社區作為城市生活的基本單元，進一步成為城市規劃、建設、管理的焦點。

生活圈的研究與規劃最早可以追溯到日本，隨后擴散到韓國、我國臺灣地區等國家和地區。依據服務的功能及層級，生活圈包含不同尺度的多級結構，但并未形成統一標準。《導則》中的15分鐘生活圈是指從自家出發步行15分鐘，就能到達各類生活所需的文教、醫療、體育、商業等基本服務設施與公共活動空間。這在生活圈規劃體系中屬于基本生活圈范疇。

15分鐘生活圈規劃是理想的目標，然而在實際建設中，住宅區居民的生活圈在區位、交通、建設水平等多方面存在多樣性。為提高規劃的可實施性，需了解居民活動的現狀。在對現狀生活圈充分了解的基礎上，測度現狀建設與目標的差距，以評估15分鐘生活圈建設目標可行性。

在針對生活圈的研究中，對生活圈建設導則與建設現狀的對比探討頗少，學者更偏重于不同層級生活圈的界定以及生活圈具體建設方法的研究。肖作鵬[1]總結歸納了國內外生活圈規劃研究以及規劃實踐進展。柴彥威[2]基于時空間行為提出構建以“基礎生活圈—通勤生活圈—擴展生活圈—協同生活圈”為核心的城市生活圈規劃理論模式，并在北京的實體空間上進行了實踐探討。孫道勝等[3]以北京清河地區為例，采用Alpha-shape方法，對18個社區進行社區生活圈的實證測度。周碧茹[4]以蘇州高新區為例，探究基于生活圈的城市社區公共服務設施布局優化問題。

學界對居民生活空間的研究已有較多的積累，許曉霞[5]、周素紅[6]等分別以北京、廣州等城市地區為例，研究居民生活空間的特征。但在傳統的群體行為研究中，居民生活性活動行為數據的獲取多基于問卷調查的傳統數據。這些數據由于獲取難度大，數據樣本量一般較小，只能針對居民個體、個別居住區案例或特定區域進行分析，無法覆蓋城市中數量眾多的住宅區案例。

隨著大數據時代的到來，GPS、微博數據、手機信令數據等新數據源包含大量居民生活活動空間信息，且樣本量巨大，能夠突破傳統數據樣本量的制約。但現有研究主要集中在城市宏觀活動空間以及居民個體、個別住宅區的微觀生活空間上，尚未在中觀層面多個住宅區中開展。申悅[7]利用GPS數據與市民活動日志相結合，對北京的城市生活空間進行研究。王波、甄峰[8-9]則利用新浪微博簽到數據對南京城市活動空間特征進行研究。手機信令數據具有高覆蓋率、高持有率的特征，其對城市功能結構與居民出行活動的描述性解釋與分析也被逐漸應用于城市發展的評價。王德等[10]利用手機信令數據，針對郊區新城，以上海市寶山區為例，從職住關系、通勤行為和居民消費休閑出行的微觀個體行為視角進行了城市建成環境的綜合評價。丁亮、鈕心毅[11]利用手機信令數據識別居民游憩—居住功能聯系，對中心城區商業中心空間的特征進行研究。

本文利用手機信令數據，以上海市為例，選擇253個大規模住宅區作為分析樣本進行研究。分析生活圈的現狀特征，采用活動核心圈指標和15分鐘生活圈活動覆蓋率指標兩種測度方式，描述現狀生活圈與規劃的15分鐘生活圈之間的差距，并進一步對生活圈建設進行評價及分類建設指導，從而助力生活圈規劃的編制與實施。

1 研究思路及數據來源

1.1 研究思路

考慮到居民在周末與工作日存在行為上的差異，工作日居民活動中通勤占比較大，生活性活動信息較少，活動時間也受工作時間限制，手機信令數據記錄到的數據結果不能描述生活圈的特征；而周末活動中通勤占比較小，以生活性活動為主，故本文使用周末數據進行研究。將2014年上半年某兩周上海2G移動用戶的手機信令數據中兩個周末的數據進行平均，消除偶然性后，作為本文的研究數據。

首先，通過手機信令識別住宅區居民及其生活性活動的停留點，以此描述其生活空間的范圍，即現狀生活圈，并勾勒現狀活動核心圈及次核心圈，描述居民活動的高頻日常區域及主要區域，進一步刻畫現狀生活圈特征。其次，將現狀核心圈與目標的15分鐘生活圈的面積指標進行比較，并結合現狀活動在目標生活圈中的活動覆蓋率，判別生活圈達標率。最后，在考慮人口密度的情況下，提出規劃建議。

具體步驟如下：

第一，采用手機信令數據識別住宅區對應的居民及居民的活動軌跡。針對手機信令數據每一個用戶當日20：00至次日6:00時間段的所有記錄點，剔除偏遠點，選擇與所有點平均距離最小的點為當天的居住地，對14天數據重復操作得到可能的居住地點集。計算居住地點集與所有點平均距離最小的點為居民穩定居住地，同理亦可識別用戶穩定工作地。通過住宅區內基站點即可提取各住宅區居民的信令數據。

第二，提取各住宅區居民的生活性活動停留點，將停留點的集合作為實際的生活圈。生活性活動是除通勤活動外居民日常休閑、購物、教育等出行活動的總和。本文所采用的活動為：周末活動停留減去少量加班等通勤活動停留后的活動，不包含家內活動。在實際操作中，如標準周末居民在某地（除居住地、工作地）活動停留超過20分鐘以上，則將該地點標記為活動地。通過ArcGIS核密度計算后，較為真實地呈現各住宅區居民的生活圈。

第三，勾勒活動核心圈層、次核心圈層描繪住宅區居民實際的核心、次核心生活圈。

第四，通過比較實際的核心生活圈與目標15分鐘生活圈面積的大小以及重合比例，來評價居民現狀生活圈達標率，以此判斷社區生活圈建設情況。同時，計算目標生活圈內居民的實際生活性活動覆蓋率，進一步佐證社區生活圈建設情況。

第五，將生活圈指標與人口密度疊合分析，探究人口密度與生活圈指標的關系。綜合分析結果，提出實際可行的規劃建議，助力社區生活圈規劃。

1.2 研究樣本選擇

為了保證樣本能夠覆蓋上海市不同地區，反映不同住宅區生活圈的多樣性，同時保證樣本具有可信度、數據高質量，本研究選取達到一定規模且內部較均質的住宅區進行研究，共選取樣本253個，這些住宅區分布區位不同，包含上海市住房的所有類型，反映軌道交通不同的便利程度（見表1，圖1）。

樣本基于如下標準進行初步篩選：面積1 km2以上、內部及周邊均質的住宅區；對住宅區內部數據記錄量最大的基站點識別的用戶進行分析，用戶總量大于300人。經過篩選，共有253個住宅區符合條件。

圖1 上海253個住宅區樣本分布圖

表1 住宅區特征屬性識別

圖2 多樣的居民生活圈

2 生活圈的現狀：多樣性與復雜性

周末住宅區居民停留點的核密度分布圖可以反映住宅區活動空間的情況，是生活圈最直接的呈現。通過比較253個住宅區樣本，可以發現住宅區生活圈具有多樣性（見圖2），其變化具有規律性。

當住宅區在市中心部（內環以內）時，其生活圈以住宅區為中心單點高度集聚，非常緊湊（見圖2a）；隨著與市中心距離的增大，市中心部（外環以內）住宅區生活圈面積開始變大，形態出現由住宅區至市中心指向性集聚分布的特點（見圖2b）；當住宅區位于外環附近或軌道交通末端時，其形態呈現強烈的中心指向帶狀特征（見圖2c）；位于新城的住宅區，生活圈與市中心部（內環以內）類似（見圖2d）；其他郊區住宅區，生活圈相對缺乏規律，呈現松散多點的特征，在住宅區周邊、市中心、臨近新城及臨近建設較為成熟區域，形成停留熱點地區（見圖2e、圖2f）。生活圈多樣性的成因包括活動中心的分布、軌道交通的引導以及住宅區類型的影響等。

然而，如此多樣化的生活圈類型也具有共同特征，即呈現出高頻近距離分布規律。即使活動相對分散，其生活性活動在住宅區周邊的比例均呈現高值特征，故在住宅區周邊形成基本生活圈。換言之，區位、交通、社區建設及住宅區特性等內外部的因素會在一定程度上影響居民的生活空間，使其出現多樣化的特征，但居民的日常生活性活動始終依賴于近距離服務，呈現緊密圈層結構，形成基本的生活圈。因此近距離服務的數量及質量將直接影響居民的生活品質。這種高頻近距離活動的情況，可從活動核心圈、活動覆蓋率視角加以分析，并與15分鐘生活圈的目標進行對比。

3 生活圈的診斷：現實與目標的差距

3.1 住宅區活動核心圈視角

3.1.1 核心圈及次核心圈劃定

高頻近距離的活動空間是居民實際的活動核心地區，也是規劃的15分鐘生活圈真正想要涵蓋的范圍，因此需對其進行界定。核心圈是包含居民50%活動的最小面積區域，為住宅區居民活動最高頻的區域，承載居民日常的生活性活動，是居民日常活動空間；次核心圈是包含居民80%活動的最小面積區域，為住宅區居民相對穩定的活動范圍，承載居民大多數的生活性活動，是居民的主要活動空間。

核心圈及次核心圈的形態和面積，可在一定程度上反映生活性活動的空間聯系和空間聚集程度，印證地區公共服務設施、服務水平及基本生活圈建設成熟度，判別15分鐘生活圈的達標情況。

圖3 典型生活性活動核心圈及次核心圈

3.1.2 核心圈及次核心圈特征

由圖3相對具有典型性的圖示可以看出，從形態上來說，絕大多數住宅區的核心圈都位于住宅區周圍，符合上文所描述的高頻近距離、緊密圈層結構的特點。區別在于，實際的生活圈是具有一定方向性的，即指向市中心等地區。除市中心及新城住宅區的核心圈在次核心圈的正中，居民生活性活動由住宅區向四周擴散外（見圖3a），外環內住宅區的次核心圈相對存在偏移，指向市中心（見圖3b）；外環附近及軌道交通末端住宅區此特征更為明顯（見圖3c）；其他郊區住宅區的次核心圈則不具有連續性，主要在市中心、臨近新城及臨近建設較為成熟區域（見圖3d）。

從面積上來說，核心圈的面積存在較大差異，從最小的3 km2到最大的超過60 km2，相差20倍，而大部分集中在10—30 km2（見圖4）。市中心及新城住宅區核心圈面積多為15 km2以下，普遍比其他區域住宅區小；核心圈面積隨著與市中心距離的增大而增大，直至其他郊區地區，由于交通條件等限制，居民活動相對集中，核心圈面積有所回落；浦東地區核心圈面積普遍大于浦西地區。一般來說，核心圈面積越小，即在較為集中的區域可完成大多數活動，一定程度上意味著生活越便利，實際的生活圈建設越成熟。

3.1.3 與15分鐘生活圈的差距

《導則》指出，15分鐘生活圈的一般規模在3—5 km2。在實際比較研究中，由于基站點間隔在200—2 000 m不等，為避免由于基站間隔導致計算中居民活動離家距離增大而引起的錯誤估計，綜合考慮成年人15分鐘步行距離、基站點位置等情況，將以住宅區為中心，半徑1.5 km的范圍設定為15分鐘生活圈的范圍，其面積約7 km2，較《導則》提出的3—5 km2稍大。

從上文計算的活動核心圈面積來看，面積小于7 km2的有18個，即僅有7.1%滿足規劃目標的15分鐘生活圈的規模條件，大多數住宅區仍有很大的提升空間。

然而，活動核心圈可能存在“活動飛地”情況，與15分鐘生活圈以住宅區為中心的連續區域存在一定差異，簡單地從面積角度衡量現狀建設情況，存在一定的不足。因此，引入 “15分鐘核心圈比率”這一指標，即核心圈與目標的15分鐘生活圈重疊區域面積占核心生活圈面積的比例，作為輔助指標。

由圖5可知，15分鐘核心圈比率的高值區域主要位于市中心，低值區域主要位于軌道交通末端及其他郊區住宅區，與核心圈面積的分布情況大致相同，但在某些新城出現特例，主要原因是由于住宅區與新城中心存在偏離。15分鐘核心圈比率高于50%的住宅區占全部樣本的16.9%，比率低于30%的住宅區占全部樣本的50.1%。

15分鐘核心圈比率越高，意味著居民在15分鐘內可到達的核心活動區域越多，也就意味著生活圈建設越成熟。將15分鐘能夠到達大多數活動核心圈作為臨界點，認為15分鐘核心圈比率高于50%的住宅區達標，達標率為16.9%；比率介于30%—50%的為基本達標，基本達標率為33%；比率低于30%的住宅區不達標，不達標率為50.1%。現狀生活圈不達標率超過半數，有著較大的提升空間。

圖4 住宅區活動核心圈面積

圖5 住宅區15分鐘核心圈比率

3.2 住宅區15分鐘生活圈活動覆蓋率視角

3.2.1 住宅區15分鐘生活圈活動覆蓋率計算 方法

“15分鐘生活圈活動覆蓋率”是指15分鐘生活圈內覆蓋了居民活動的比例，即在15分鐘生活圈內進行的生活性活動占居民全部的生活性活動之比。一般來說，比例越高，15分鐘生活圈建設越完善，居民的生活越便利。在實際操作中仍以住宅區為中心，半徑1.5 km的范圍為15分鐘生活圈的范圍。

3.2.2 住宅區15分鐘生活圈活動覆蓋率特征

通過計算樣本住宅區的15分鐘生活圈活動覆蓋率發現（見圖6），活動覆蓋率較高的地區相對集中于中心城區，隨著與市中心距離的增大，活動覆蓋率逐漸減小，新城住宅區活動覆蓋率相對高于郊區其他住宅區。

圖6 住宅區15分鐘生活圈活動覆蓋率

若以50%為達標閾值，有12個住宅區的活動覆蓋率達標，占總樣本量的4.74%，達標住宅區主要位于市中心及部分郊區新城；而有130個住宅區活動覆蓋率低于30%，屬于不達標住宅區，占51.40%，這些住宅區大多位于軌道交通末端或郊區；活動覆蓋率在30%—50%的為基本達標，占43.86%。總體來說，不同區位住宅區生活圈活動覆蓋率存在較為顯著差異，整體活動覆蓋率不高。

3.3 綜合評價

活動核心圈指標從活動的高頻緊湊區域入手研究現狀生活圈的建設情況，而15分鐘生活圈活動覆蓋率則是從目標生活圈現狀利用情況入手，兩種測度方式的結果具有一致性。達標地區集中在市中心或新城內，不達標的地區主要為軌道交通末端或其他郊區住宅區。

將兩種視角的結果進行綜合，任意滿足一個視角就算達標，則有43個住宅區達標，生活圈達標率為16.9%；兩個視角出發都不達標的為不達標，共有107個住宅區不達標，不達標率為42.3%；其余為基本達標，占40.8%。現狀生活圈建設狀況并不理想，與目標仍有較大差距。

4 生活圈規劃對策

4.1 生活圈指標與人口密度的關系

生活圈大小與人口密度緊密相關，不僅現狀生活圈特征受人口密度影響，未來還要依照人口密度制定生活圈規劃策略。

圖7 人口密度與活動覆蓋率疊合圖

圖9 社區生活圈分類建設指導

依照《導則》建議，15分鐘生活圈的常住人口為5萬—10萬人，人口密度為1萬—3萬人/km2。由上文可知，任一住宅區均有其生活出行范圍，如出行范圍內沒有其他住宅區，則其15分鐘生活圈的人口承載并不能達到5萬人的下限，15分鐘生活圈從理論上來說是不存在常住人口下限的。然而出于公共服務設施合理布局的原則，避免出現浪費或是超負荷使用的情況，《導則》提出其人口規模的建議。根據2010年上海市第六次人口普查數據，中心區密度高達6萬人/km2，遠郊人口密度低至不足0.1萬人/km2，而《導則》中提及的人口密度1萬—3萬人/km2區域主要位于外環與內環之間的環狀區域。如果按照千人指標進行設施配置，那么人口密集的中心城區，容易形成緊湊的生活圈，15分鐘生活圈目標容易達成。相反，在人口稀少的遠郊，所需設施的數量較少，不易形成便捷緊湊的生活圈。

圖8 基于人口密度與15分鐘生活圈活動覆蓋率的分類建設指導

參照生活圈覆蓋率指標（見圖7），人口密度大于3萬人/km2的地區，其活動覆蓋率最高，11.5%的住宅區活動覆蓋率在50%以上；人口密度小于1萬人/km2的地區，其活動覆蓋率最低，1.5%的住宅區活動覆蓋率在50%以上；而人口密度1萬—3萬人/km2的地區，7.2%的住宅區活動覆蓋率在50%以上。相對而言，越靠近市中心，活動覆蓋率越高。

因此，在人口密度不同的地區，生活圈建設目標應該有所差異。

4.2 分類建設策略

從居民活動核心圈及15分鐘生活圈活動覆蓋率的角度來說，總體上，上海市現狀生活圈便利程度以中心城區向外隨距離遞減，至郊區新城內稍有回升。就15分鐘生活圈建設而言，現狀生活圈達標率為16.9%，不達標率為42.3%，與目標有明顯的差距，有著較大的提升空間。

針對不同地區的不同人口密度和設施配置水平，生活圈應因地制宜進行差異化建設，在提升居民生活性活動便利性、滿足基本需求的同時合理配套公共服務設施，避免過度建設和低效使用。如圖8所示，對于人口密度大于3萬人/km2、活動覆蓋率低于50%的中心城區，建議采用微改造的方式，針對性地建設和完善公共服務設施，提升住宅區生活品質及便利性。對于人口密度為1萬—3萬人/km2、活動覆蓋率低于30%的靠近外環的環狀區域，需對照《導則》，加大社區建設力度，重點提升社區生活圈品質。對于人口密度小于1萬人/km2、活動覆蓋率低于20%的郊區，其建設密度相對較低，在該人口規模情景下如參照中心城區同樣的社區建設標準加以規劃建設，勢必導致公共服務設施的利用率低下，造成過量建設；因此針對郊區活動覆蓋率較低地區，建議放寬標準，建設15—30分鐘社區生活圈（見圖9）。其他住宅區，作為遠期提升地區，近期暫不進行建設。

5 結語

本文首先利用手機信令數據對住宅區居民生活性活動出行進行了識別，其活動空間具有高頻近距離、緊密結構圈層的共性，在不同地區形態具有多樣性和復雜性。同時，定義并描繪了住宅區居民生活性活動的核心圈層和主要圈層，刻畫了居民真實的現狀生活圈。其次，從15分鐘生活圈角度出發，測度現狀居民活動情況，將真實的居民活動與規劃目標的15分鐘生活圈進行對比分析，現狀生活圈達標情況不足2成。最后，從人口密度、活動核心圈指標、15分鐘生活圈活動覆蓋率指標等方面測算，提出不同人口密度地區的差異化建設以及少數特例地區的針對性指導。

然而，本文對核心圈50%閾值的設定存在一定的主觀性，如對居民剛性、彈性生活性出行有深入的研究并知曉其比值，可對閾值加以修正。同時，在剔除家內、工作活動時，選擇去除住宅區、工作地基站點500 m范圍內的活動，雖可大規模減少家內、工作活動的干擾，但也使后續測算的活動核心圈、次核心圈面積偏大，15分鐘生活圈活動覆蓋率偏低。