京津冀城市緊湊度變化測度與分析

何丹, 周璟, 蔡建明, 陳子軒

京津冀城市緊湊度變化測度與分析

何丹1, 周璟2, 蔡建明3,*, 陳子軒1

1. 北京聯合大學應用文理學院, 北京 100191 2. 中國科學院青藏高原研究所, 青藏高原地球系統科學國家重點實驗室, 北京 100101 3. 中國科學院地理科學與資源研究所, 中國科學院區域可持續發展分析與模擬重點實驗室, 北京 100101

當前京津冀在快速城市化進程中出現了城市污染、用地混亂、建成區無序蔓延等問題, 城市緊湊型發展有利于有效緩解這些問題。因此，利用京津冀城市社會經濟統計數據構建綜合緊湊度測度指標體系及模型, 探討城市緊湊度時空間演變特征及規律。結果發現: 生態環境協同緊湊和經濟緊湊對京津冀城市綜合緊湊度影響較大, 而公共服務緊湊貢獻較小；京津冀城市綜合緊湊度自西南向北部逐漸降低, 緊湊度較高的城市多分布于京津冀西南和中部地區, 出現了以石家莊市和北京市為中心的緊湊型城市圈。相對河北而言, 北京和天津綜合緊湊度變化趨勢較平緩；京津冀城市綜合緊湊度整體小幅提升, 城市間差距不斷減小；緊湊度等級大部分處于中低水平；緊湊度空間異質性顯著。最后，提出京津冀在推進緊湊型城市建設時，應將人口密度、就業空間、基礎設施建設、居住空間、生態空間等多方面納入考量。

城市綜合緊湊度; 緊湊型城市; 變化特征; 測度分析; 京津冀

0 前言

京津冀包括北京市、天津市及河北省的保定、唐山、廊坊、石家莊、邯鄲、秦皇島、張家口、承德、滄州、邢臺、衡水共11個地級市。其中, 北京、天津、保定、廊坊為中部核心功能區, 京津保地區將率先聯動。地處京津保地區的雄安新區作為疏解北京地區人口和產業的承接地, 也將為河北帶來發展機遇。西方城市發展實踐的緊湊城市理論倡導提高建成區土地利用效率和開發密度、土地功能混合度提升的同時發展公共交通, 部分思想對解決目前京津冀城市面臨的困境和促進京津冀協同發展有重要借鑒和指導意義。城市緊湊度概念最早由Dantzig G和Satty T提出[1], 隨后在城市樣本研究和土地利用空間重構方向上逐步修正和完善, 針對西方城市蔓延等問題具有重要指導意義[2-3]。國內研究包括探討緊湊城市對能源排放等生態環境的影響[4-6], 也有對全國不同尺度規模城市緊湊度時空特征的探討[7-9]。因此,定量表達緊湊度需要多指標衡量[10], 目前選取度量指標如分形維度、緊湊度[11]、城市中心集聚度[12]、人口或就業地空間分布不均衡度[13]、人口與就業增長彈性[14-15]、建成區占比[16]、土地利用結構[17-18]、公共服務設施運營效率、物質流通效率、居民就業活動空間[19]等基于城市空間形態、公共服務、基礎設施效率、人口生活空間等視角考察城市緊湊式發展進展, 且考慮到經濟、人口等要素相互協調問題, 選用評價模型也從傳統多元回歸、熵權法[20]、層次分析、灰色關聯分析[21]和相關數學模型[22]進展到如今結合神經元網絡模型的進化樹[23]等人工智能模型。綜上所述, 目前國內外學者對緊湊城市、城市緊湊度概念和內涵進行了解讀與評價, 選取指標包括了經濟、人口、公共服務、基礎設施、城市景觀等, 中西方在緊湊城市是基于可持續發展目標的高密度的、功能混用的、公共交通主導的城市形態這一觀點上基本達成共識。但學者們較關注空間和數值兩個維度的評價, 對緊湊度建設過程及思路、緊湊型城市未來空間演變預測有待深入探討。本文據前人研究基礎和緊湊型城市內涵構建指標體系及模型, 定量評價京津冀城市緊湊度及差異, 進而探討城市緊湊度時空間演變特征和規律, 以便對緊湊型城市建設現狀有所理解, 達到監測緊湊度建設效果和提升緊湊度的目的, 供政府相關部門決策參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本文大部分初始數據來自《中國城市統計年鑒(1998—2016年)》和《中國城市建設統計年鑒(1998—2016年)》, 部分缺失數據根據《北京市統計年鑒》、《天津市統計年鑒》、《河北省統計年鑒》及官方網站統計數據予以補齊。

1.2 綜合測度模型

U=a+b+CI+DI+EI+I (1)

1.3 指標體系構建和權重設置

1.3.1 指標體系構建

緊湊城市可持續發展需在土地利用、人口、經濟、生態等方面尋求最佳平衡點, 在提高城市經濟效益的基礎上, 合理布局城市用地、配備高效的基礎設施、營造良好的居住環境等, 緊湊度要在各方面反映城市的“高密度”、“高質量”、“高效率”。城市綜合緊湊度指標體系選取采用復合指標法, 選取6個維度構建綜合指標體系。其中土地利用緊湊考慮的是土地使用結構與利用效率, 強調土地集約利用使建成區土地具有更高使用率及綜合功能, 其二級指標均以建成區為參照, 同時可直接表達城市景觀緊湊; 經濟緊湊二級指標選擇了二三產業比重和產業投入與產出情況, 且根據市區比重計算密度以此表達城市業態緊湊; 人口緊湊分別從居住與就業兩個維度分析且以市區為基本單元, 反映了人類在城市生活中兩大生活基礎要素分布情況, 反映了人的基本生活空間緊湊情況; 基礎設施緊湊考慮的是城市運轉重要載體的緊湊建設情況, 選取了公交、道路、用水用氣指標, 道路用非農人口平均值表示, 水、氣使用情況以建成區來表征, 建成區基礎設施緊湊程度也是人口與業態緊湊的間接表達; 公共服務緊湊選取了文化、社會保障、醫療、教育等指標, 城市緊湊發展需公共服務布局跟進; 生態環境協同是考慮到緊湊城市建設帶來的建設用地大幅增加而可能影響環境的問題, 綠地補充將為緊湊城市環境增添保障, 所以將城市建成區綠地建設加入考量。以上指標反映了緊湊城市在日常運轉、開發建設、土地利用景觀、環境維護、基礎服務的潛在表征, 表達了一個城市的緊湊式建設進展。最終匯總得到6個一級指標和29個二級指標, 構建出綜合緊湊度評價指標體系(表1)。

表1 城市綜合緊湊度評價指標體系及各指標權重

1.3.2 權重設置

采用yaahp10.0軟件運用AHP層次分析法來確定各指標權重, 標度類型為1—9, 構建測度模型。通過比較各一級指標重要性而構建綜合緊湊度判斷矩陣, 然后比較二級指標重要性依次建立各一級指標判斷矩陣(表2)。各判斷矩陣一致性比例均小于0.1, 因此均通過一致性檢驗。

構建完判斷矩陣后計算結果, 得出各指標權重(表2)。

=/Max(2)

2 京津冀地區城市緊湊度變化特征分析

2.1 生態環境協同緊湊對綜合緊湊度影響較大, 而公共服務緊湊貢獻較小

在6個單項指標得分中, 生態環境協同緊湊得分遠遠高于其他5個指標得分, 經濟緊湊得分排名第二; 而公共服務緊湊得分一直最低, 次低的是土地利用緊湊得分, 表明對綜合緊湊度影響較大的是生態環境協同緊湊和經濟緊湊, 而貢獻較小的是公共服務緊湊和土地利用緊湊(圖1)。

2.2 相對河北而言, 北京和天津綜合緊湊度變化趨勢較平緩

從圖2可看出, 京津冀城市綜合緊湊度整體呈現上升趨勢, 相對河北而言, 北京和天津城市綜合緊湊度變化趨勢較為平緩, 且在2009年后緊湊度趨于穩定且相差無幾。

表2 城市綜合緊湊度判斷矩陣

圖1 1997—2015年京津冀城市綜合緊湊度得分變化折線圖

Figure 1 The line chart of the score changes of urban comprehensive compactness in Beijing, Tianjin and Hebei from 1997 to 2015

圖2 1997—2015年京津冀城市綜合緊湊度變化趨勢

Figure 2 The change trends of urban comprehensive compactness in Beijing, Tianjin and Hebei from 1997 to 2015

2.3 綜合緊湊度整體小幅提升, 城市間差距不斷減小

總體來看, 從1997—2015年京津冀城市綜合緊湊度得分的中位數呈上升趨勢, 偏度系數變化趨勢不明顯, 說明緊湊度整體小幅提高。而標準差系數呈下降趨勢, 說明各城市間緊湊度得分的離散程度逐漸減弱, 城市間緊湊度的差距逐漸降低(表3)。

從1997—2015年間, 石家莊市除2003年排在第5位、2004年排在第9位之外, 其他年份都位居前三名。而張家口市除2002年排在第9位、2003和2014年排在第10位之外, 其他年份都位居后三名。相對13個城市來說, 北京的排名大部分年份居于中間位置(圖3)。由此可見, 城市緊湊度與城市發展狀況存在相關性。南部地區的石家莊市, 以其較高的政治經濟地位處于地區發展前列, 再加上其主城區面積較小, 西邊是山區, 城區以外以農田居多, 使得石家莊在空間擴展時阻礙較多, 所以其城市緊湊度綜合評分也相應處于京津冀地區前列。北京雖城市發展狀況優于石家莊, 但由于北京先前的發展模式主要是向城市郊區無序蔓延擴張, 使得城市緊湊度綜合得分不夠突出。

2.4 緊湊度等級大部分處于中低水平

采用自然斷裂點分級法將京津冀城市綜合緊湊度分為高度緊湊(0.8＜U≤1)、緊湊(0.65＜U≤0.8)、中度緊湊(0.5＜U≤0.65)、低度緊湊(0.3＜U≤0.5)和不緊湊(0≤U≤0.3)共5個等級。可知區域大部分城市的緊湊度多年集中在緊湊、中度緊湊和低度緊湊三個等級, 高度緊湊和不緊湊城市較少, 表現為中間大、兩端小的“紡錘狀”特性。其中, 從1997—2015年北京綜合緊湊度逐漸從中、低度緊湊等級變為緊湊等級, 緊湊度有所上升(表4)。

表3 1997—2015年京津冀城市綜合緊湊度得分統計性描述

圖3 1997—2015年京津冀城市綜合緊湊度排名(僅展示前三名和后三名)

Figure 3 The rank of urban comprehensive compactness in Beijing, Tianjin and Hebei from 1997 to 2015

2.5 緊湊度空間異質性顯著

綜合分析各城市的經濟、人口、土地利用、基礎設施、公共服務及生態環境各個方面, 雖總體上看, 京津冀地區的城市緊湊度較高, 城市隨著時間增長而日趨緊湊, 空間差異縮小, 但由于人口集聚方式、城市經濟發展的不同階段以及交通通達度等方面各城市存在地區差異性和不平衡性, 從而使得京津冀地區的城市緊湊度呈現出明顯的空間差異性。

城市綜合緊湊度自西南向北部逐漸降低。緊湊度較高的城市多分布于京津冀西南和中部地區, 即以石家莊和北京為中心的城市圈。低度緊湊和不緊湊城市多位于京津冀北部地區。從細部來看, 生態環境和人口對城市緊湊度影響較大。在生態環境和人口緊湊度得分方面也呈現出由南向北遞減趨勢。還可看出西北部城市緊湊度隨年份增長有所上升, 但總體緊湊度仍低于其他地區。

緊湊度中心由中部向西南部轉移, 在相當長一段時間內區域內緊湊度最高點維持在石家莊市。從時間來看, 自2005—2012年石家莊市一直是京津冀地區綜合緊湊度最高的城市, 綜合各單項指標可知, 自2005—2012年以來, 石家莊市的土地利用和人口緊湊度得分均高于區域的絕大部分地區(圖4)。

表4 1997—2015年京津冀城市綜合緊湊度聚類分級表

圖4 1997—2015年京津冀城市綜合緊湊度空間分布

Figure 4 The spatial distribution of urban comprehensive compactness in Beijing, Tianjin and Hebei from 1997 to 2015

并且, 綜合各年數據來看, 生態環境和經濟建設對城市緊湊度有比較重要的影響。京津冀城市的緊湊發展需要經濟、土地、生態因素的綜合促進。與此同時, 緊湊城市的發展水平也是城市功能混合和資源使用效率的集中體現。因此, 在提升城市經濟發展水平的同時, 也要注意交通、生態以及用地結構的優化, 加強資源利用效率, 實現密度較高、結構合理、效率良好的內在要求, 進而構建高效的京津冀城市發展空間, 促進城市的可持續發展。

3 討論與結論

3.1 討論

京津冀各城市緊湊度建設快慢不一, 需長期實踐才能探索出適合本地區的發展思路。在緊湊型城市建設過程中, 要考慮土地、就業、基礎設施、人口、生態環境等多因子的協同緊湊發展, 還要考慮城市職住空間、通勤時間和距離等方面, 緊湊型城市建設如果大幅增加了通勤成本, 那么實踐可能會出現新問題。

由于數據、時間等限制, 本文存在一些不足: (1)選取指標方面, 交通方面應包括城市軌道交通, 公交系統效率、公交和地鐵路網長度、地鐵客流量等。(2)限于數據來源渠道, 選取的指標無法體現城市用地的混合功能, 這有待以后進一步研究。(3)京津冀尺度較大, 如果縮小到區縣級, 可能會發現城市緊湊型發展的局部規律, 也會更精確地計算緊湊度, 但數據獲取方面可能較難。統計指標可能在衡量城市用地時無法認識空間變化, 還需借助遙感等分析工具。(4)此外, 緊湊度評價是否能分析城市緊湊式發展建設成果值得思考, 即僅靠統計數據構建模型進行評價是否科學合理有待探討, 城市緊湊式發展是城市空間發展策略, 終究要為城市居民服務, 城市生活群體對緊湊式發展建設評價應融入到緊湊城市研究中。基于段義孚先生提出的人本主義思想在地理學的應用, 發現僅靠緊湊度構成的評價維度不太全面, 居民對城市緊湊式發展后空間變化的情感態度與認知、居民背景、區域歷史、個性特點差異與其對緊湊城市生活空間評價間的關系以及緊湊城市環境下居民空間行為演變與其性格特點、地方環境塑造間的關系都有待深入研究。而且，國外如英國、日本等在緊湊型城市建設過程中已考慮為老年人等群體實行公共交通網絡結構建構, 美國也已考慮緊湊城市街道尺度要適合人類通行的舒適尺度。當然這一研究可能會引出許多城市緊湊式建設的討論, 會讓人們重新審視過于快速、追求高密度的土地和空間開發可能引發的新問題。以后, 對京津冀城市緊湊度評價應從人本主義思想的角度分析緊湊城市區域空間建設上的不足。

3.2 結論

本文選取了土地利用、經濟、人口、基礎設施和生態環境協同等因子構建綜合緊湊度模型對京津冀城市緊湊度進行時空間分析, 結果發現:

(1)從時間上, 對城市綜合緊湊度影響較大的是生態環境協同緊湊和經濟緊湊, 而公共服務緊湊貢獻較小; 綜合緊湊度整體上升。相對河北而言, 北京和天津變化速度較緩慢, 與城市擴展已達到較高水平有關;京津冀城市緊湊度整體小幅提高, 盡管還有部分城市的緊湊度處于較低水平, 但各城市間緊湊度得分的離散程度逐漸減弱, 城市間緊湊度差距逐漸減小, 各城市內涵式建設發展工作已然開始, 無序和過度擴張的城市擴展形態問題得到一定緩解。

(2)從空間上, 城市綜合緊湊度自京津冀西南向北部逐漸降低, 緊湊度較高城市多分布于京津冀西南和中部地區, 出現了以石家莊和北京為中心的城市圈, 說明城市首位度較高的城市其緊湊度發展較快速。

綜上, 生態環境和經濟建設對城市緊湊度有較重要的影響, 京津冀緊湊發展不能只注重經濟作用, 而是需要經濟、土地、生態因素共同促進。與此同時, 緊湊城市的發展水平也是城市功能混合和資源使用效率的集中體現。

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Measurement and analysis of urban compactness changes in Beijing, Tianjin and Hebei

HE Dan1, ZHOU Jing2, CAIJianming3,*, CHEN Zixuan1

1. College of Applied Arts and Science, Beijing Union University, Beijing 100191, China 2. State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System, Resources and Environment, Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, 100101, China 3. Key Laboratory of Regional Sustainable Development Analysis and Simulation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

In addressing the issues such as urban pollution, chaotic land use, and disorderly spread of built-up areas in the process of rapid urbanization, Beijing-Tianjin-Hebei region adopted a compact urban development approach to effectively alleviate these problems. To monitoring the effectiveness of this approach, a comprehensive measurement index system and model was constructed in this paper, in which the temporal and spatial evolution of socio-economic data were discussed in terms of urban compactness.The results show that the regional coordinated compactness of the ecological environment and economic activities had greater contribution to the urban comprehensive compactness, while the compactness of public services had less contribution. Spatially, the urban comprehensive compactness in Beijing-Tianjin-Hebei region dropped from southwest to north, and high compactness cities tended to distribute at the southwest and central region, centered on Shijiazhuang, the capital of Hebei province and Beijing, the capital of China. Comparing with Hebei, the change of comprehensive compactness in Beijing and Tianjin was relatively flat; while the comprehensive compactness had generally increased slightly in the whole region; the gap between cities had decreased continuously. The most compactness levels were at low and medium ones with significant spatial heterogeneity. Finally, the paper proposed that many aspects including population density, employment space, infrastructure construction, living space, and ecological space should also be taken into consideration in the future in promoting the construction of compact cities in Beijing, Tianjin and Hebei.

urban comprehensive compactness; compact city; change characteristics; measurement and analysis; Beijing, Tianjin and Hebei

何丹, 周璟，蔡建明, 陳子軒. 京津冀城市緊湊度變化測度與分析[J]. 生態科學, 2022, 41(3): 178–186.

HE Dan, Zhou Jing, CAIJianming, et al. Measurement and analysis of urban compactness changes in Beijing, Tianjin and Hebei [J]. Ecological Science, 2022, 41(3): 178–186.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.03.021

F292

A

1008-8873(2022)03-178-09

2020-07-06;

2020-07-22

北京市社會科學基金項目(19JDGLA006,14CSC015); 國家自然科學基金項目(41771089)

何丹(1980—) , 女, 湖南岳陽人, 博士, 副教授, 碩士生導師, 主要從事城市與區域發展、交通與土地利用、GIS空間分析與應用研究, E-mail: hedan@buu.edu.cn

蔡建明, 男, 研究員, 博士生導師, 主要從事城市可持續性與城市發展戰略、都市農業與城鄉互動發展和城鄉旅游發展等研究, E-mail: caijm@igsnrr.ac.cn