长江中游城市群城市紧凑度时空差异分析

张祚，罗翔，闫平平

(1.华中师范大学公共管理学院，湖北 武汉 430079；2.湖北大学商学院，湖北 武汉 430062)

在中国快速城镇化的进程中，城市空间形态与空间结构也随之快速变化[1-2]。“十一五”与“十二五”期间，中国城镇化年均增长率分别为1.39 %、1.23 %[3]。快速城镇化在为中国经济发展作出重要贡献的同时[4]，也引发了诸多问题，如：建设用地无序扩张、国民经济过度依赖房地产业和投资的房地产化倾向、环境过度污染[5]。在此背景下，“十三五”规划纲要中明确提出“合理控制国土空间开发强度”“优化空间开发结构，逐年减少建设用地增量，提高土地利用效率”等限制城市用地过度蔓延的目标。聚集与分散一直是城市空间研究的主线[6]，而针对当前城市蔓延的现状[7]，紧凑城市越来越多地被中国学者所关注。然而，对于中国城市而言，紧凑城市的发展模式是否等于城市效率的提升？或者两者到底存在什么样的辩证关系？目前仍有待理论与实证的探索与更新。

紧凑城市(compact city)最早被提出于1973年，Dantzig将紧凑城市视为一个动态的、具有内在关联的城市系统[8]。国外较早开始了对紧凑城市的探索，比较有代表性的包括：简·雅各布斯提出城市集中主义，以城市空间功能多样性吸引不同时间段的人流量，特定的人如街道商户等成为“街道眼”并于无形中维护着城市的安全[9]。已有研究普遍肯定了紧凑城市作为一种高密度城市，会对城市运行的各方面产生一定影响[10-11]，如：Burton探讨了紧凑型城市对低收入群体生活机会福利的影响，认为紧凑城市鼓励高度公共化交通或步行、自行车交通，可以改善公共交通拥堵，减少社会隔离和更好地使用公共基础设施，但随之也会减少生活空间和可支付性住房等[12]；Newman等和Breheny认为紧凑城市高人口密度与混合的土地利用功能等特征有助于强化城市空间的使用，促进中心城区的兴旺[13-14]。然而，紧凑城市是否必然利于城市的可持续发展仍是国外学者研究的热点问题之一[15]。

国内学者基本认同紧凑城市有利于城市的可持续发展，有助于减少通勤成本、减少社会隔离、降低犯罪率，提高市政公共设施供给的利用率[16-17]。而制度的调控、市场以及人口、经济发展水平、土地利用结构均对城市紧凑度有着重要影响[18-19]。大多数对城市紧凑度的研究为省域、地级市尺度的定量分析。中国城市紧凑度整体水平不断上升，且东、中部地区差异十分明显[20]，城市内部受自然条件、规划政策等因素也表现出差异化，如王德利提出，随着北京城市规模的扩张，城市紧凑度从中心向外围不断递减，这样的趋势不仅与地形有关，也与城市周期性扩展相关[21]；田烨等强调，尽管经济紧凑度仍有所上升，但交通设施不完善、规划政策等成为拉低城市紧凑度的重要因素[22]。立足于中国城市化迅速发展与城市建设用地有限的国情，早前国内学者大多只围绕城市紧凑度进行单向研究，随后更多学者开始关注城市紧凑度对低碳城市、城市形态、城市效率等的关系问题[23-24]。如：吕斌等发现紧凑城市与低碳城市的空间形态特征基本一致，并从空间功能角度进一步强调相对于城市外部空间形态应该更注重城市内部功能与结构[25]。

随着“点—轴”系统理论的提出，经济带被认为是最佳的区域发展结构[26]。长江经济带涵盖长江流域11省(市)，连接成渝—武汉地区连同海岸经济带形成“T”字型的一级轴线，侧面反映出经济实力、开发潜力的布局框架。城市群多中心的发展模式促进了城市间生产要素的交换与信息技术的交流，形成动态的城市空间网络[27-28]，最大限度提升了城市外部性，横向联系如高铁以及机场的通达缩小了城市规模的局限性[29]。大多数城市产业优势不强、辐射范围较小是导致城市群内部仍未形成紧密空间辐射网络的主要原因[30]。从当前全国城市群范围看，长江中游城市群涵盖武汉城市圈、环长株潭城市群、环鄱阳湖城市群为主体形成的特大型城市群，占地面积31.7 km2，是长三角城市群面积的3倍。随着2015年《长江中游城市群发展规划》的颁布，如何推动长江中游城市群发展，依托黄金水道推动长江经济带发展、加快中部地区全面崛起、探索新型城镇化道路、促进区域一体化发展成为有着重大现实意义的议题。

综上，目前学界对标准化、理想化的城市紧凑度未形成较为明确标准，而对城市紧凑度的研究对节约利用能源问题乃至提高城市运行效率都具有重要现实意义。作为促进区域社会经济发展的主要空间载体，城市群可持续发展问题成为关注焦点[31-32]。本文尝试以对长江经济带起着重要支撑作用的长江中游城市群为研究对象，依照“选取指标—熵值法确定权重—超效率法评价城市凑度与城市效率—计算结果的时空分析”的技术路线，通过定量评价、分析长江经济带城市紧凑度与城市效率的时空效率及其相关程度，为推进地区城市群新型城镇化、实现可持续发展提供借鉴与参考意义。

一、研究方法与指标体系构建

(一)研究方法

1.指标权重的确定

熵值法主要以指标值之间的差异程度来决定权重系数[33]。具体而言：指标的变异程度与熵为负相关，变异程度越大，则表示涵盖的信息量越多，即权重越大，反之，该指标变异程度越小，表示涵盖的信息量越少，即权重越小。具体步骤如下

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

(1)

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

(2)

式(1)、式(2)分别对应正向指标和负向指标，对两式中各项指标进行无量纲化处理，其中maxXi、minXi分别为i城市j指标评价样本值的最大值和最小值，Yij为两式中各项指标进行无量纲式化处理的值，Xij为i城市的j指标。

Ej=-ln(n)-1ΣPij·lnPij

(3)

Pij=Yij/Σyij

(4)

根据信息熵的定义，用式(3)和式(4)求出一组数据的信息熵。其中Pij为j项指标在i城市指标值的占比，E为熵值。若Pij=0，则定义limPij· lnPij=0，其中n表示样本的组数，Ej为评价指标j的熵值。

Wj=(1-Ej)/Σ(1-Ej)

(5)

式中：Wj为评价指标j的权重。

2.城市紧凑度与效率评价

DEA数据包络法(data envelopment analysis)作为一种根据“投入—产出”观测值来估计生产效率的非参数生产前沿面模型[34]，通过不断发展完善，被大量运用于效率测算[35]。超效率DEA模型不仅避免了主观性带来的权重模糊问题，也克服了DEA模型中有效决策单元效率值均为1而无法进一步比较测算的问题，具有较强实用价值。本文具体采用的超效率DEA模型，基本原理是在做DMU(决策单元)决策效率评价之时，以除DMU以外的所有决策单元的投入—产出线性组合代替该DMU的投入—产出。具体计算过程主要通过MyDEA工具实现。

3.类型的对比与划分

象限图法以笛卡尔坐标系为基础，将城市紧凑度与城市效率的均值做标准化处理并分别作为X轴与Y轴，以(x，y)=(0，0)为原点，形成四象限图[36]。其中：第一象限表示城市紧凑度与城市效率双高，二者高度协调；第二象限表示城市效率高，城市紧凑度较低，即效率优先；第三象限表示城市紧凑度与城市效率双低，二者低级协调；第四象限表示城市紧凑度高，城市效率低，即紧凑度优先。

(二)指标体系与数据来源

从紧凑城市的发展导向来看，主要包括：限制城市蔓延、实现能源与土地的节约利用、提高城市的运行效率等几个主要目的，具体表现为高人口密度、高公共交通化、土地功能混合利用等空间特征[37]。综合考虑以往学者构建的城市紧凑度指标体系，按照数据可获得性、可比性等原则从土地利用紧凑、经济紧凑、人口紧凑、基础设施紧凑、公共服务紧凑、生态环境协同6个方面构建指标体系，并运用熵值法计算出各指标权重(表1)。

各项指标中，土地开发利用程度对城市经济增长有重要影响，通过土地开发为城市基础设施建设积累资金，进一步拉动二、三产业生产，吸引人口向中心城区集聚，提高公共服务的规模效益。经济紧凑度包含了能够反映人民生活水平、产业结构现状、市区投入及产出强度3个层面的指标。此外，人口紧凑度表示城市人口密集程度；基础设施紧凑度表示公共交通发展水平；公共服务紧凑度表示教育、医疗、文化、零售等土地功能混合利用情况；生态环境协同度表示城市环境可持续发展水平。

表1城市紧凑度测算指标体系构建

对于城市效率的计算，主要从“投入”“产出”两个方面构建指标体系。在投入方面，以城市建设用地面积来表示土地投入，市区二、三产业从业人数表示劳动力数量，全社会固定资产投资表示资本投入规模；在产出方面，选取二、三产业产值表示经济效益，人均社会消费品零售额表示城市居民生活水平，以人均绿地面积表示环境效益。

本文所选指标数据采用的原始数据及相关计算主要引自2011～2015年《中国城市统计年鉴》，以及2011～2015年的《湖北省统计年鉴》《湖南省统计年鉴》《江西省统计年鉴》。

二、研究对象及其概况

(一)研究对象的选择

城市群作为新型城镇化推进的集合性主体，要更加强调城市间经济联系而不是城市规模扩张；与单个城市相比，城市群更加注重功能一体化、专业化分工、利益协同化[38]。城市群是区域经济在城市空间上的形态，在空间结构上具体表现为“中心—外围”的特点，并逐渐形成圈层结构，进一步影响城市群的产业演化与城乡协调发展[39]。2015年4月5日，国务院正式批复武汉城市圈、环长株潭城市群、环鄱阳湖城市群为主体形成的特大型长江中游城市群，具体包括的城市：湖北省的武汉、黄石、黄冈、鄂州、孝感、咸宁、仙桃、天门、潜江、襄阳、宜昌、荆州、荆门；湖南省的长沙、株洲、湘潭、衡阳、岳阳、常德、益阳、娄底；以及江西省的南昌、景德镇、萍乡、九江、鹰潭、宜春、新余、抚州、上饶、吉安的部分县(区)(表2)。

长江中游城市群不仅在国家战略、历史文化和资源禀赋上有着得天独厚的优势，同时中国几条重要的铁路在此与长江交汇，在全国区域发展格局中占有重要地位。依托黄金水道与重要交通通道的长江中游城市群，肩负着成为支撑长江经济带、形成国家重要经济增长极、成为有一定国际影响力城市群的重任。然而，长江中游城市群不是简单的已有城市群相加，如何在城市(群)间破除壁垒，不断发挥辐射引领作用，带动武汉城市圈、环长株潭城市群和鄱阳湖城市群协调发展，充分发挥市场作用实现资源互通共享，不断推进城乡融合与新型城镇化建设，不但有着典型的示范意义，也是全方位深化改革开放和推进新型城镇化的重点区域。

(二)研究对象基本概况

长江中游城市群所包括的31个城市，2014年GDP为61 798.53亿元，占全国GPD的9.60 %。但城市间无论空间大小还是人口规模、经济发展都存在一定差异。值得注意的是：第一，在二、三产业GDP占比中，排名前五的有武汉、南昌、黄石、九江、鹰潭，最高为武汉99.58 %，最低为宜春86.99 %。第二，不同城市的单位面积投入、产出差异非常明显。从单位面积投入来看，最高为武汉29 732.84万元/km2，最低为宜昌800.92万元/km2，大部分城市单位面积投入不足，大于10 000万元/km2的只有武汉、黄石、长沙、株洲、湘潭、南昌；从单位面积产出来看，最高为武汉46 628.99万元/km2，最低为宜昌828.74万元/km2，大于10 000万元/ km2的只有武汉、黄石、长沙、株洲、湘潭、南昌、九江、鹰潭。第三，从市区开发利用强度来看，城市开发强度普遍偏低，只有武汉、黄石、南昌3个城市开发强度大于30 %，依次为31.82 %、37.13 %、31.95 %。第四，此外，孝感居住人口密度最高，为上饶的16.15倍；九江的人均绿地面积最高，为孝感的4.59倍(图1、图2)。

表2长江中游城市群城市具体包括的城市

图1 2014年31个城市市区面积与人口密度对比

图2 2014年31个城市人均GDP与市区人口对比

三、城市紧凑度与城市效率的时空差异

(一)城市紧凑度时空差异

从2010～2014年间长江中游城市群中各城市紧凑度计算结果的总体对比来看，城市紧凑度在2010～2011年稍有下降，总体仍为上升趋势，而各省均值，湖北>湖南>江西(图3a)。进一步通过取高斯核函数作出31个城市历年城市紧凑度值Kernel 密度估计的分布图(图3b)，以刻画长江中游城市群城市紧凑度分布的整体形态，及其不同时期的动态变化特征。结果显示，不同年份城市紧凑度值的密度分布形态基本类似，但曲线尾部有逐渐向右延伸的趋势，说明高值范围在扩大；而左边曲线峰顶逐渐下降，说明低值密度分布有降低趋势。从各城市表现来看，除长沙、株洲、岳阳、南昌紧凑度下降，其余大部分城市都为上升趋势；较为明显的有吉安、咸宁、武汉，分别增长71.94 %、42.93 %、37.16 %；城市紧凑度呈现出明显的省域地区差异，湖北、湖南历年的城市紧凑度水平高于江西，其中只有湖南城市紧凑度下降，其余大部分城市都为上升趋势；较为明显的有吉安、咸宁、武汉，分别增长71.94 %、42.93 %、37.16 %；城市紧凑度呈现出明显的省域地区差异，湖北、湖南历年的城市紧凑度水平高于江西，其中只有湖南城市紧凑度稍有下降；而紧凑度高的城市大多靠近中心城市且沿长江、鄱阳湖分布(图4)。

(二)城市效率时空差异

从2010～2014年间长江中游城市群中各城市效率计算结果的总体对比来看：城市效率值在2011～2013年稍有下降，总体仍为上升趋势;而各省均值：湖南>江西>湖北(图5a)。进一步通过取高斯核函数作出31个城市历年城市效率值Kernel 密度估计的分布图(图5b)，以刻画长江中游城市群城市效率分布的整体形态，及其不同时期的动态变化特征。结果显示，2010年后城市效率值的密度分布中心逐年右偏，且变化区间变大，说明城市间密度值整体提高且差距变大；但2013年后，密度曲线形态接近，变化趋稳。

从各城市表现来看，大部分城市效率值小于1，即处于无效状态；2010与2013年没有效率值有效城市；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为岳阳、常德、新余、鹰潭；2014年城市效率值有效城市为长沙、岳阳、常德、鹰潭。相比城市紧凑度，城市效率表现出更为明显的地区差异，湖南城市效率值上升程度为江西的1.35倍，为湖北的2.56倍。而城市效率值高的城市也多靠近中心城市且沿长江分布，这与紧凑度的空间特征表现基本一致(图5、图6)。

图3 各省份紧凑度平均值与Kernel密度分布

图4 长江中游城市群紧凑度测算结果

图5 各省份城市效率平均值与Kernel密度分布

图6 长江中游城市群效率值测算结果

(三)相关程度与类型划分

通过对2010～2014年5年间31个城市紧凑度与城市效率的均值并做标准化处理并运用象限图法分析，发现：城市效率与城市紧凑度并非同步协调，表现为效率优先的城市数量明显多于表现为紧凑优先的城市。相当一部分城市长期处于低级协调状态。2014年，低级协调类城市占比重为29.03 %；而研究区期内，低级协调类占比重为38.71 %。按照城市规模的划分[注]根据《国家新型城镇化规划(2014～2020年)》，按市辖区人口数量将本文中所研究的长江中游城市群31个城市划分为超大城市(500万人口以上)、特大城市(300万～500万人口)、大城市(100万～300万人口)、中等城市(50万～100万人口)、小城市(50万人口以下)。，以2014年为例，除了武汉、长沙两个超大、特大城市属于高级协调类型，仍有3个大城市(仙桃、潜江、株洲)、中等城市(黄石、湘潭、九江)、2个小城市(景德镇、鹰潭)也属于高级协调型(表3)。

总体而言，尽管高级协调类的城市逐年增加，但仍有相当数量城市仍为低级协调，效率优先城市数量多于紧凑优先城市数量(表4)。城市规模等级与城市紧凑度和城市效率的相关关系并未表现出明显的规模等级效应，这有别于前期相关研究得出的结论[40]。造成差异的原因，一方面受到研究对象的数量、研究口径大小的影响；另一方面，作为本研究对象的31个城市不仅属于长江中游城市群范围，同时大部分也属于武汉城市圈、长株潭城市群、环鄱阳湖城市群，城市群的圈层结构加强了城市间的经济交流，提高了城市效率值。图7是长江中游城市群城市类型划分及其空间公布。如图7所示，长江中游城市群呈现出多中心抱团的发展模式，核心城市表现出极强的集聚能力带动周边范围，节点城市如黄石、株洲、湘潭、景德镇等成为次核心城市，形成区域空间发展的新态势。通过进一步分析发现长株潭城市群具有均质发展状态的集群式空间格局；而武汉城市圈和环鄱阳湖城市圈则分别受长江和鄱阳湖等地理要素的影响较大。

表32014年按城市规模等级划分的城市关系类型数量

图7 长江中游城市群城市类型划分及其空间分布

四、结语

本文以长江中游城市群作为实证研究对象，综合运用熵值法、超效率DEA模型评价法和象限法对城市紧凑度与城市效率的时空差异进行测度与分析，得出以下结论：

表42014年城市紧凑度与城市效率增减变化统计

第一，从长期来看，城市紧凑度与城市效率呈正相关，这与国内学者提出的两者呈正相关的观点基本一致。从短期变化来看，城市紧凑度与城市效率之间的变化存在时间上的滞后，城市紧凑度上升，城市效率值不一定会迅速上升。这进一步论证了紧凑度与城市效率在时间进程上并非同步协调关系。

第二，长江中游城市群中大部分城市较长时间处于低级协调状态，即城市紧凑度与城市效率均普遍偏低。这类“双低”状态城市在加大土地、人力、资金投入的同时未获得较理想的产出，粗放式的发展方式不利于城市的可持续发展，所以低级协调型城市应当控制城市建设用地规模，优化土地利用结构，通过改善医疗教育、生态环境、高房价等问题，不断提高城市宜居水平与人居质量。

第三，尽管有学者证明城市规模等级影响城市紧凑度与城市效率值之间的相关关系，但研究发现长江中游城市群并没有表现受到明显的城市规模等级的作用影响。长江中游城市群作为一个区域性经济合作体，进一步加强城市之间互动与有机联系有利于实现功能一体化、专业化分工、利益协同化，并进一步影响城市群的产业演化，带动邻近城市形成新一批次核心城市，在提升城市群整体活力与效率的同时也能促进城乡协调发展。