基于客观评价的北京城市宜居性空间特征及机制

湛东升 , 张文忠 , 余建辉 , 谌 丽 , 党云晓

(1.中国科学院 a.区域可持续发展分析与模拟重点实验室,b.地理科学与资源研究所,北京100101； 2.中国科学院大学,北京100049； 3.北京联合大学 应用文理学院,北京100191)

基于客观评价的北京城市宜居性空间特征及机制

湛东升1a,1b,2, 张文忠1a,1b, 余建辉1a,1b, 谌 丽3, 党云晓1a,1b,2

(1.中国科学院 a.区域可持续发展分析与模拟重点实验室,b.地理科学与资源研究所,北京100101； 2.中国科学院大学,北京100049； 3.北京联合大学 应用文理学院,北京100191)

以北京市宜居要素空间数据库为基础，构建了城市宜居性客观评价的分析框架，运用GIS空间分析和数理统计方法对北京城市宜居性空间特征进行综合评价，并探讨其形成机制。结果表明：(1)北京城市宜居性由服务设施因子、环境健康因子和城市安全因子3个维度构成，且对城市宜居性的贡献度依次递减；(2)各宜居主因子空间特征存在明显差异，其中服务设施因子呈明显的内高外低特征，环境健康因子呈东部、北部高和西部、南部低特点，城市安全因子呈多中心分布格局；(3)北京城市宜居性总体格局呈现出典型的“中心-边缘”结构，且北城要明显优于南城，非参数计量方法进一步揭示出城市宜居性的距离衰减特征和人口密度分布特征具有相似性；(4)北京城市宜居性空间特征形成机制包括自然地理条件、城市历史发展惯性、市场因素、政策和规划力量等因素共同作用。

城市宜居性；空间格局；形成机制；北京市

0 引言

随着城市化快速发展，2011年中国实现由农村社会向城市社会过渡的重要转变，城市宜居性已成为越来越多市民关注的话题，也是城市化后续动力的重要支撑，对吸引人才和提高城镇化质量等具有重要意义。以北京为代表的中国超大城市，自1990年代开始经历了大规模的城市空间拓展与重构过程，城市宜居性得到极大改善，但由于城市空间转型过程的渐进性与不彻底性，导致医疗教育、公园游憩、交通设施、生态环境和社会治安等宜居要素存在不同程度的空间分异特征[1-6]。城市宜居要素可达性或属性特征的空间差异对局地居民生活质量产生深刻影响，并引起政府和规划部门的高度重视。因此,有必要从城市宜居要素视角出发对北京城市宜居性空间特征进行综合评价，并分析其形成机制，为科学合理调控北京宜居城市建设方向提供实践依据。

城市宜居性是指人们对居住和生活环境的适宜程度[7]。国外社会机构和学者已对城市宜居性进行过大量研究[8-10]。1961年世界卫生组织(WHO)率先提出居住环境的“安全性、健康性、便利性和舒适性”四大基本理念[11]。P.Evans认为城市宜居性应包括生活可持续和生态可持续两方面[12]。另有学者关注了社会环境、物理环境和服务设施可达性等要素对城市宜居性影响[13]。英国经济学家智库(EIU)和美世咨询公司(Merce)等商业机构也从不同宜居要素出发对全球宜居城市排名进行评价[14-15]。国内学者分别从城市和城市内部街道等不同空间尺度对城市宜居性开展大量实证研究[16-19]。前者侧重于不同城市人居环境比较或特定城市人居环境的时间序列特征，如陈浮等从建筑质量、环境安全、景观规划、公共服务和社会文化环境等方面强调城市人居环境质量的内涵[20]；顾文选则提出宜居城市应包括社会文明、经济富裕、环境优美、资源承载、生活便宜和公共安全六大标准[21]。后者更关注城市内部不同街区的城市宜居性特征，如张文忠认为北京城市内部宜居性应由城市安全性、环境健康性、生活方便性、出行便捷性和居住舒适性5个方面的主观与客观评价因素构成[22-23]。顾成林等则认为城市内部居住环境质量包括周边环境质量、文化环境质量和便利环境质量3个方面[24]。

尽管国内外城市宜居性评价尚未形成统一的标准，但评价指标构成却存在一些共性特征，大多数评价均包括医疗教育、交通、自然环境、人文环境和公共安全等关键宜居要素。从评价方法看，主观评价重点关注城市宜居性的居民满意度特征，而客观评价主要利用统计数据关注城市单元尺度的宜居性特征，针对城市实体宜居要素的城市内部居住环境客观评价还亟待补充。因此，在国内外相关研究的基础上，建立北京城市宜居性客观评价的分析框架，综合运用GIS空间分析和数理统计等方法对北京城市宜居性空间特征进行刻画，在此基础上总结其形成机制，为城市内部居住环境客观评价提供方法参照，为北京宜居城市建设与实践提供借鉴。

1 研究设计

1.1 城市宜居性评价指标选取

城市宜居性客观评价是一个复杂的系统概念，应由不同维度的宜居子系统构成。在遵循全面性、层次性、系统性、科学性和可操作性等原则基础上，结合当前北京市居民对城市宜居性的现实需求特征，从城市安全性、生活方便性、自然舒适性、人文舒适性、交通便捷性和环境健康性6个维度18项指标，构建了北京城市宜居性客观评价分析框架(图1)。

图1 北京城市宜居性客观评价分析框架

(1)城市安全性。既包括威胁生命财产安全事件的发生频率，也包括城市防御自然灾害或人为灾害的能力[1,25]，受数据可获得性影响，可选取城市财产犯罪密度和避难设施场所的可达性两项指标来表征。

(2)生活方便性。旨在反映居住周边地区所能提供的公共服务设施便捷程度，包括医疗教育、购物餐饮和银行等日常生活设施[22,26]，可选取小学、中学、卫生服务站、三级医院、超市、商业银行和餐馆等7项服务设施可达性来表征。

(3)自然舒适性。广义上涵盖了所在城市的温度、湿度、降雨、风力、地形、海拔等自然要素[27]，以及城市绿化和河流水域空间等自然景观特征[28]。但就城市内部小区域而言，温度、湿度、降雨和风力等自然要素变化并不太明显，故选取城市公园和河流水域可达性来表征。

(4)人文舒适性。主要强调一个地区社会文化氛围的丰富性、包容性、特色性等特征，后两项特征通常难以直接进行测度，但研究表明，社会文化氛围的丰富性与文化设施空间分布存在相关性[26,29]，可选取图书馆、博物馆和文化站等文化设施的可达性来表征。

(5)交通便捷性。是对居民交通出行便利程度的评价，忽略道路通行条件和小汽车拥有状况等因素影响，这里主要考虑公共交通使用的便捷性[30-31]，可选取到最近邻的公交站点和地铁站点距离来表征。

(6)环境健康性。指居住区及其周边地区能够享受到健康的生活环境，没有水、土、气、声等方面健康危害，可选取市民比较关注的空气环境质量(AQI)[32]和城市交通噪声[33]的属性特征来表征。

1.2 研究方法

(1)GIS空间分析。为了更精确地测度各街道宜居要素的可达性，首先，利用ArcGIS 10.1中“创建渔网”工具在研究区范围内构建500 m×500 m的格网，同时保留各街道边界的完整性；其次，运用“近邻分析”工具，求出每一格网重心到各宜居要素的最近距离；最后，计算所有格网重心到各宜居要素的最邻近设施均值，来表征街道内该项宜居要素的可达性。其中，街道犯罪密度、空气质量指数(AQI)、交通噪声3项宜居要素主要为其街道空间属性值。为了消除街道空间单元对城市犯罪数的影响，用犯罪密度来表示街道城市安全状况，犯罪密度(次/km2)=街道财产犯罪数/街道面积；空气质量指数(AQI)计算利用了北京市环保局27个环境监测站的2010年冬季代表月份(1月)和夏季代表月份(7月)的AQI均值数据，通过ArcGIS 10.1的“克里金插值”和“分区统计”方法得到研究区内各街道空气质量状况；城市道路为交通出行提供便利的同时对居民日常生活产生的噪声影响也引起关注[34-35]，通常离城市交通线路越近，居民受到的交通噪声污染则越强，因此，选用街道道路密度来表征街道交通噪声的影响范围。

(2)因子分析。为避免人为方法确定指标权重的主观性，选用因子分析中的主成分分析方法对北京城市宜居性空间特征进行客观评价。主成分分析的核心思想是利用降维思想把原来多个变量提取为少数综合指标的多元统计方法，利用较少的新变量去解释原始变量的大部分信息[36]。各项主成分特征值的贡献率作为其对应的权重值，进一步计算城市宜居性综合得分。

1.3 数据来源

鉴于北京城市内部客观宜居要素数据的可获得性，研究数据以2010年为准。其中，城市犯罪数来自2010年北京市公安局公布的每周财产犯罪警情数据；避难设施场所来自2010年北京市规划局公布地震应急避难场所规划；超市、银行和餐馆数据来自2010年北京市工商企业登记数据；空气质量指数(AQI)选自北京市环保局公布的环境监测站点2010年冬季(1月)和夏季(7月)代表月份数据；小学、中学、卫生服务站、三级医院、图书馆、博物馆和文化馆等宜居要素数据来自北京市政务数据资源网公布数据；城市道路和河流通过矢量化获取。

2 结果与分析

2.1 宜居主因子提取

由于城市宜居性评价指标均为逆向指标，故采用极值法对原始数据进行标准化处理。以特征值>1原则作为主因子提取标准，主成分分析结果共提取了3个主因子，累计贡献率达到74.828%。采用最大方差法进行因子旋转，对旋转后的因子载荷结果进行分析(表1)：第1主成分特征值为10.994，贡献率为61.077%，反映了小学、中学、卫生服务站、三级医院、超市、银行、餐馆、城市公园、公共图书馆、博物馆、文化站、地铁站和避难场所等服务设施的可接近性较好，且“交通噪声”相对较强，将其命名为“服务设施因子”；第2主成分特征值为1.404，贡献率为7.8%，反映了距离河流较近且空气质量指数较高，将其命名为“环境健康因子”；第3主成分特征值为1.071，贡献率为5.95%，主要与犯罪密度有关，可命名为“城市安全因子”。主成分因子的贡献度表明各宜居主因子的影响效应大小，按贡献大小排序依次为服务设施因子>环境健康因子>城市安全因子。

表1 主成分分析结果

2.2 宜居主因子空间特征

2.2.1 服务设施因子呈明显的内高外低特征。运用自然分裂法对服务设施因子得分进行空间分类处理，并按得分高低分为五级、四级、三级、二级和一级(图2)。结果显示，服务设施因子存在明显的内高外低特征，说明北京城市服务设施可接近性相对较好的街区仍集中在城市中心区域，而城市近远郊街区的服务设施可接近性则明显要差。具体特征为：(1)宜居性五级街道共计17个，主要分布于城市二环道路以内和部分北三环附近街道，包括安贞、东四、广安门内、大栅栏和朝阳门等街道；(2)宜居性四级街道共计35个，以三环以内街道为主，同时包括北四环附近部分街道以及地铁1号线向西延伸区域，包括德胜、三里屯、亚运村、燕园和八角等街道；(3)宜居性三级街道共计40个，多集中在三环至五环附近以及部分五环外围临近区域，包括花园路、麦子店、高碑店、苹果园和清河等街道(35，40，27，14个)；(4)宜居性二级街道共计27个，主要分布在城市五环以外地区以及南四环与南五环附近街道，包括西三旗、回龙观、三间房、鲁谷和小红门等街道；(5)宜居性一级街道共计14个，主要分布在城市五环以外的郊区街道，包括长辛店、黑庄户、金盏、西北旺和孙河等街道。

图2 服务设施因子空间分布特征

2.2.2 环境健康因子呈现出东部和北部高、西部和南部低的特点。用类似方法对环境健康因子得分进行空间分类(图3)，可以看出城市东部和北部区域的环境健康因子得分明显较高，而城市西部和南部区域环境健康因子得分则相对较低，说明城市西部、北部的环境健康性具有明显优势。具体特征：(1)环境健康因子五级街道共计9个，主要分布在城市西北部、东三环与东四环附近部分街道，包括上庄、温泉、西北旺、麦子店和劲松等街道；(2)环境健康因子四级街道共计48个，主要集中在东二环与东五环、北二环与北五环之间区域，包括建外、高碑店、亚运村、学院路和望京等街道；(3)环境健康因子三级街道共计44个，在城市中心与外围地区均有零星分布，包括什刹海、甘家口、天坛、平房和四季青等街道；(4)环境健康因子二级街道共计25个，主要分布在城市西南部和东部少数街道，包括白纸坊、卢沟桥、长辛店、常营和通州城区等街道；(5)环境健康因子一级街道共计7个，主要集中在城市西南部和首都机场等区域，以王佐、八角、老山和黄村等街道为代表。

图3 环境健康因子空间分布特征

2.2.3 城市安全因子呈现出多中心分布格局。对城市安全因子得分进行空间分类后结果显示(图4)，城市安全因子得分呈现出多中心分布格局，与其他学者对北京财产犯罪空间的研究结论相符[37]，说明北京城市安全因子的空间异质性特征比较明显，尚不存在明显的财产犯罪空间集聚区。具体特征有：(1)城市安全因子五级街道有两个，分别为东升和劲松街道；(2)城市安全因子四级街道共计24个，在城市二环道路以外均有零星分布，包括学院路、北太平庄、展览路、六里屯和管庄等街道；(3)城市安全因子三级街道共计51个，同二级街道空间分布类似，主要在城市二环道路以外散落分布，包括东坝、十八里店、卢沟桥、马连洼和西三旗等街道；(4)城市安全因子二级街道共计51个，主要集中在城市二环以内和北城外围街道，包括建国门、什刹海、四季青、西北旺和崔各庄等街道；(5)城市安全因子一级街道共计5个，主要分布在城市西北部郊区街道，包括苏家坨、上庄、温泉、香山和五里坨等乡镇街道。

图4 城市安全因子空间分布特征

2.3 城市宜居性空间特征

2.3.1 城市宜居性空间格局呈现“中心-边缘”模式。根据各宜居主因子得分及其贡献率进一步计算城市宜居性综合得分，并运用自然分裂法对综合得分结果进行空间分类处理(图5)。结果显示，北京城市宜居性具有明显的“中心-边缘”结构，且城市北部地区宜居性明显优于城市南部地区，这与孟斌等学者利用主观问卷调查数据得到北京市宜居满意度空间特征具有相似性[38]，说明城市宜居性客观评价与主观感知评价的空间关联性。具体特征：(1)城市宜居性五级街道共计34个，主要集 中在二环以内、二环与三环之间部分区域，包括什刹海、前门、月坛、朝外和德胜等街道；(2)宜居性四级街道共计34个，更多分布于城市四环以内的北城地区，以及南二三环之间和地铁1号线向西延伸部分街道，包括展览路、麦子店、花园路、右安门和八角等街道；(3)宜居性三级街道共计32个，主要集中在城市四环以外区域和南四环附近部分街道，包括青龙桥、奥运村、平房、卢沟桥和马家堡等街道；(4)宜居性二级街道共计19个，主要集中在城市五环沿线及外围区域，包括花乡、四季青、东小口、来广营和通州城区等街道；(5)宜居性一级街道共计14个，主要分布在城市五环以外的郊区街道，包括长辛店、黄村、西北旺、金盏和黑庄户等街道。

图5 城市宜居性空间特征

2.3.2 城市宜居性的空间衰减规律。与传统的建模方法相比，非参数计量方法的优点在于不要求预先设定全局函数对数据进行拟合，可以更准确地反映城市内部空间结构的复杂特征[39]。因此，采用非参数计量方法来进一步探讨北京城市宜居性的空间规律特征，并比较其与城市人口密度空间分布的异同。把街道宜居性、六普街道人口密度与各自街道重心到市中心距离(即与天安门距离)进行非参数计量分析的拟合结果显示(图6)，城市宜居性和人口密度分布的空间距离衰减特征均非常明显，表现出较强的相似性，计算二者的相关系数达到0.727，说明北京城市宜居性高值区域的人口分布相对密集，可能与居民对城市宜居性高值区域的居住环境区位偏好有关[40]。有所区别的是，城市宜居性分布曲线较为平滑，呈明显的线性分布，而人口密度分布曲线先增后降，呈典型的负指数分布特征。

因此，拟采用线性回归方程来进一步揭示北京城市宜居性的距离衰减规律。分析结果表明，回归方程模型整体显著，F值=377，对应p值<0.05，且模型解释效果较好，决定系数R2=0.742，方程可表示为：Y=1.16-0.109X。式中：Y为街道城市宜居性；X为街道重心到市中心距离，表明距离市中心距离每增加1 km，城市宜居性会降低0.109个单位。

图6 城市宜居性与人口密度分布特征比较

3 宜居性空间特征的形成机制

北京城市宜居性空间特征是自然地理条件、城市发展历史惯性、市场因素、政府和规划力量等因素综合作用的结果，这些因素对不同城市宜居要素空间分布产生不同方式、不同程度的影响，进而影响各宜居主因子和城市宜居性的空间分布特征。

(1)自然地理条件。自然地理条件是北京城市宜居性空间特征形成的基础因素。从地形来看，北京城市主城区主要位于华北平原北端的山前平原上，城市西部和北部靠近山地，可利用土地面积有限，不利于各项公共服务设施布局，因此,对部分城郊临山街道的城市宜居性提高产生极大制约。另外，地形、地貌和水文等要素特征则是城市公园、河流等自然宜居要素的空间分布的自然本底条件，如北京城市西北部临山区域则为建设城市自然公园提供先天便利。从风向来看，地区盛行风向对城市污染物扩散产生重要影响，位于盛行风向上风向有利于该地区空气污染物扩散，可以提高局地的空气质量，相反则会降低局地的空气质量。北京冬季空气污染更为严重，且盛行偏北风，导致北京城市空气质量整体上存在南北分异特征。

(2)城市发展历史惯性。城市发展历史惯性是北京城市宜居性空间特征形成的助推力。北京传统的旧城区主要集中在城市二环以内，该区域历史发展悠久，科教文卫资源丰富，公共交通和其他服务设施也非常健全，由于长时期的历史发展积累效应，不难理解其能够成为北京城市宜居性的高值区域。另外，受到城市北部位于“上风上水”区域的传统发展理念影响，历史上北京城市开发建设长期存在着“重北轻南”现象，导致北京城市发展的南北差异比较显著。因此，与南城相比，北城街道城市宜居性处于明显的优势地位。

(3)市场因素。市场因素是影响城市宜居性空间特征的关键因子。不同城市宜居要素的空间分布机理不尽相同，但市场因素始终在起作用。像超市、银行和餐馆等生活方便性服务设施的空间布局主要与市场因素有关，而教育、医疗、文化和交通等公共服务设施空间布局虽带有一定公益性质，但也受到市场因素的深刻影响。一般来说，如果一个区域某项宜居要素的市场需求量大，易带来更多数量或更高等级的该类宜居要素在此布局，提高其宜居性。相反，一个区域某项宜居要素的市场需求规模低于其合理布局的门槛人口，则会限制其宜居要素的空间选择。另外，像城市财产犯罪等安全性宜居要素的空间分布也与市场经济因素存在关联性，市场经济活跃的商业中心或交通人流密集区域往往也是城市财产犯罪的高发区。

(4)政府和规划力量。政府和规划力量对北京城市宜居性空间特征具有重要的宏观调控作用。城市宜居要素涵盖诸多涉及民生的公共服务设施，但市场经济的趋利性本质会限制公共服务设施在市场获利较低的区域布局，导致公共服务设施“空间”和“人群”不均等现象比较普遍。政府部门主要通过政策制定和规划引导等方式加强对城市宜居要素空间分布的宏观调控，实现更为合理的空间布局，使更多社会弱势群体能够享受到城市基本公共服务设施，提高居民的宜居满意度，减少“空间剥夺”现象的发生，充分发挥公共服务设施空间布局的社会效益最大化特征。就城市财产犯罪而言，区域警力部署和治安管理强度等政府管治因素也会对城市安全因子空间特征产生显著影响，警力布局不足和治安盲区则易诱发城市财产犯罪。

4 结论与讨论

4.1 结论

(1)北京城市宜居性客观评价可以进一步提炼为服务设施因子、环境健康因子和城市安全因子3个维度，且这3个宜居主因子对城市宜居性的贡献度依次递减，说明服务设施因子是影响北京城市宜居性客观评价的最重要因子。因此，提高北京城市宜居性的关键是提高服务设施可达性，促进服务设施的空间合理分布。政府决策和规划部门应注重公共服务设施空间布局的社会公平性，树立公共服务设施均等化的城市发展理念，提高城市宜居性整体水平，缩小城市宜居性空间分异。

(2)不同宜居主因子的空间特征差异明显，服务设施因子呈明显的内高外低特征，环境健康因子呈东部北部高和西部南部低的特点，城市安全因子呈多中心分布格局。北京城市宜居性总体格局则呈现出典型的“中心-边缘”结构，并存在明显的南北方向差异，与宜居满意度空间格局一致，非参数计量分析进一步揭示出北京城市宜居性的距离衰减特征及其与城市人口密度分布特征的相似性。表明提高城市宜居性客观建设水平有助于改善居民宜居满意度，并对居民居住区位选择产生强大的吸引力，提高街道人口密度。

(3)北京城市宜居性空间特征的形成机制可归结为自然地理条件、城市历史发展惯性、市场因素以及政府和规划力量等因素的综合作用。这为科学合理调控北京宜居城市建设提供了重要启示：应根据自然地理条件因势利导地进行自然宜居要素布局；积极扭转城市发展存在的不良历史惯性因素，打破宜居城市建设的空间锁定效应，促进公共服务设施均等化建设；加强政府和规划部门在公共服务设施布局、社会治安管理和环境规制等方面的宏观调控，避免单靠市场因素作用引起的城市宜居要素空间分布滞后性与社会不公平。

4.2 讨论

城市宜居性是一个动态的概念，随各项宜居要素特征变化而改变，结论仅是对城市宜居性空间特征的静态刻画，研究仅从宜居要素供给视角考虑，着重探讨城市内部宜居要素可达性或属性特征差异，而对城市宜居要素供给数量、质量和居民宜居需求因素等均尚未做考虑，后期可从主客观评价相结合视角对城市宜居性进行更深入的研究。

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Spatial Characteristics and Forming Mechanism of Urban Livability in Beijing Based on Objective Evaluation

Zhan Dongsheng1a,1b,2, Zhang Wenzhong1a,1b, Yu Jianhui1a,1b, Chen Li3, Dang Yunxiao1a,1b,2

(1a.KeyLaboratoryofRegionSustainableDevelopmentModeling, 1b.InstituteofGeographicalScienceandNaturalResourcesResearch,CAS,Beijing100101,China; 2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China; 3.CollegeofAppliedArtsandScience,BeijingUnionUniversity,Beijing100191,China)

By building objective evaluation analysis framework of urban livability based on spatial database of livable factors in Beijing, and by adopting GIS spatial analysis and mathematical statistics method, spatial characteristic of urban livability in Beijing urban areas are evaluated and its formation mechanism are discussed. Results show that: (1)Urban livability is constituted by service facilities factor, environmental health factor and urban safety factor but their contribution to urban livability is decreasing;(2)Spatial pattern of each main factor for urban livability exist obvious difference. Service facilities factor is high in the inner city and low in the outer city, environmental health factor is high in the northwest and low in southeast, and urban safety factor is polycentric;(3)The overall pattern of urban livability in Beijing presents a typical “center-edge” structure and urban livability in northern area is better than that in southern area. Besides, urban livability have been revealed with the trait of distance decay which is similarity to population density distribution by nonparametric statistical method;(4)Formation mechanism of spatial pattern of urban livability mainly contains natural geographical conditions, inertia of historical development, market factor, policy and planning factors.

urban livability; spatial pattern; formation mechanism; Beijing City

2015-07-15；

2016-06-05

国家自然科学基金重点项目(41230632);国家自然科学基金项目(41201169)

湛东升(1987-)，男，安徽寿县人，博士研究生，主要从事人居环境、职住关系等方面的研究，(E-mail)zhands@126.com。

余建辉(1983-)，男，甘肃张掖市人，副研究员，博士，主要从事城市和区域发展研究，(E-mail)yujh@igsnrr.ac.cn。

TU984.113

A

1003-2363(2016)04-0068-06