宁夏固原市空间扩展的经济绩效演变

任晓娟，陈晓键，马泉

(1.西安建筑科技大学 建筑学院，西安 710055；2.自然资源部第一航测遥感院，西安 710054)

0 引言

提高城市建设用地效率是当前城市发展的重要议题。已有研究表明，中国城市建设用地利用效率表现出明显的空间非均衡特征，呈现出东部地区>西部地区>中部地区的地理格局，且总体上表现出效率降低的趋势[1]，这是在中国财政二元结构背景下，以土地财政拉动地方政府财政收入的城镇外向型扩张模式暴露出的典型问题[2-4]，这种低效的城市建设用地使用模式未来会加剧城市建设用地与生态用地之间的矛盾，会造成城镇化本身和经济增长的不可持续[5]。在此现实背景下，国家层面不断推行治理办法，2013年国土资源部发布的《国土资源部办公厅关于建立土地利用动态巡查制度加强建设用地供后开发利用全程监管的通知》(国土资厅发[2013]30号)，强调了要提高城市建设用地的使用效率；2014年《国民经济和社会发展十三五规划纲要》明确提出了完善绩效考核办法和利益补偿机制，实施区域差别化绩效考核办法；《国家新型城镇化规划》(2014—2020年)提出了“管住总量、严控增量、盘活存量”的原则和提高土地利用效率的要求。国家的城镇化发展目标也从数量增长导向型的“推进城镇化”转变为质量导向型的“促进城镇化健康发展”[5]。当前，提高城市建设用地效率的关键在于厘清城市空间扩展经济绩效的现状。国内学者对城市空间经济绩效的研究重点集中在研究城市空间经济绩效与相关影响因素的互动机制[6-7]、客观评价城市空间经济绩效发展水平[8-9]、探索提升城市空间经济绩效的路径[10-11]等方面，但在空间指导性方面还有待进一步拓展。在此背景下，研究以宁夏固原市为例，以城市发展典型历史时期的高分辨率遥感影像和统计数据为基础数据源，在空间分析技术的支持下，通过层级解构的方法剖析了经济绩效对城市空间扩展的响应过程，以期对城市空间扩展和经济绩效提升提供一定的决策依据。

1 数据源及研究方法

1.1 研究区概况

固原市是宁夏南部区域性中心城市，人地矛盾较为突出。自2002年撤地建市以来，固原市经济结构不断转型，经济增速加快，城市空间从单中心、团聚状向多组团、外延式扩展演变，并表现出“蛙跳式”的扩展趋势。研究根据固原市遥感影像提取的建成区图谱信息，结合城市空间扩展的相关指标定量化测算发现，固原市建成区空间扩展表现出典型的周期性、明确的扩展方向性、形态结构复杂化和扩展弹性失调等特征[12]，故研究固原市设市以来的建成区空间扩展的经济绩效具有一定的典型性。

1.2 技术路线

研究以宁夏固原市为研究对象，以固原市2014年城市建成区适度外扩的区域为研究范围，总面积约52.68 km2。研究借助GIS操作平台，通过对固原市设市以来3个典型时期的高分辨率遥感影像进行人工解译和数字化，获取2003年、2009年和2014年三期矢量化的建成区图谱信息，进一步结合现状调研资料和相关统计资料，定量化、可视化地测算了固原市快速扩展时期的城市空间经济绩效(图1)。

图1 固原市空间扩展的经济绩效研究流程图

1.3 数据来源及数据预处理

1)统计数据来源及预处理。研究中统计数据分别来源于相应年份的《中国城市统计年鉴》(下文简称《年鉴》)。通过统计分析发现，自2003年撤地建市以来，固原市GDP增速持续加快，14年间的平均增速超过15%，并在2008年和2011年形成两个显著的波峰。GDP增速在2009年发生了一定的波动，从2012年开始显著回落，2014年之后的降幅趋于平缓；固定资产投资增长率分别在2009年和2014年达到两个顶峰；固定资产投资占GDP比重从2009年开始缓慢加速，在2014年开始激增；地方财政预算内支出占GDP比重在2009年前呈波动式上升的特点，在09年后趋于平稳；二三产业增加值占GDP的比重则在2014年之后表现为下降的趋势(图2、图3)。

图2 固原市经济发展历程

图3 固原市经济发展历程简析

研究从《年鉴》[13]中提取了有代表性、能反应城市发展变化重要时间节点的2003年、2009年和2014年的固原市国民生产总值、固定资产投资、二三产业产值、地方财政预算内支出等统计数据，计算相应的比值，并对上述计算结果进行标准化处理后得到相应年份的经济绩效指标数据(表1)。

表1 统计数据内容及标准化处理结果

注：表格内数据为归一化处理后的标准数据。

其中，产业结构相似度的计算公式为[14]：

(1)

式中:SI为产业结构相似度指数，Ci为城市产业类型i的产值占城市GDP的比重；Ri为产业类型i占区域j的GDP的比重；j为影响区，n为产业类型；Cp为研究城市的GDP，Rpj为影响区域j的GDP。研究以宁夏回族自治区作为影响区，仅考虑二三产业的结构相似度。

指标中，固定资产投资增长率代表了城市建设活动的程度和可能趋势；二三产业产值占GDP比重和产业结构相似度可以反映城市规模大小、地方经济的灵活适应性和城市经济对国家经济的依赖程度等因素；固定资产投资占GDP比重、地方财政预算内支出占GDP比重、单位GDP能耗反映了城市经济活动创造物质并为其他系统服务的能力。

2)遥感数据来源及预处理。研究所选的遥感卫星数据为美国快鸟(QuickBird，QB)卫星影像(即2003年0.61 m分辨率的QB四波段捆绑预备正射卫星影像，2009年0.61 m分辨率的QB四波段捆绑预备正射卫星影像)和我国2014年的高分一号(GF-1)2 m彩色卫星影像(表2)。遥感数据的预处理经过了4个主要步骤：(1)分别对不同时期QB遥感卫星的全色和多光谱波段影像进行几何配准，对GF-1卫星的全色和多光谱波段影像进行几何配准，并对两种卫星影像进行配准；(2)对经过几何配准的全色和多光谱波段影像进行融合，得到0.61 m分辨率的QB四波段融合影像和2 m分辨率的GF-1四波段融合影像；(3)用同一个矢量范围文件对已融合后的0.61 m分辨率QB影像及2 m分辨率GF-1融合影像进行裁剪，得到空间范围一致的研究区影像；(4)，应用地理信息系统和遥感影像处理软件对研究区影像进行人机交互解译，获取相应年份的研究区土地利用图谱信息(图4)。

表2 遥感数据基本特征

图4 固原市空间基本信息提取流程示意图

3)其他数据来源及预处理。同时，研究还结合了部分现状调研信息，包括道路等级的确定，用地性质的判断和核准，建筑层数的确定和容积率的推算等。其中，容积率能够反映地块的集聚能力和程度。研究借助现状调研数据，通过在ArcGIS平台进行图像处理中加载建筑基地面积以及建筑层数，再通过软件计算获得。

容积率的计算公式为：

(2)

式中：Rai为地块i的容积率；Ai为地块i的面积；aj、fj分别代表了地块i中的建筑j的基底面积和层数。

1.4 研究方法

研究以城市发展典型历史时期的高分辨率遥感影像和统计数据为基础数据源，采用空间分析技术支撑下的定性和定量相结合的研究方法，对固原市空间扩展的经济绩效展开研究。研究首先结合已有研究成果[14][注]在经济产出效力层，本文用地均产出替代地均投入产出强度，用GDP表示当年城市产出。地均产出能反映一个城市产值密度和经济集中程度；在经济服务层，本文用地方财政预算内支出占GDP的比例反映国民收入和城市公益性需求的变化程度。，通过对城市空间扩展的复杂性问题采用层级解构的方式，将固原市空间扩展的经济绩效通过5个层级的指标展开定量分析。5个层级即经济产出绩效层、经济增长绩效层、经济增长潜力开发绩效层、经济增长稳定绩效层和经济服务绩效层。在定量研究后，对各项指标采用主客观结合的方法赋权并进行栅格运算，得到对应评价层的绩效评价结果。该方法能较好地反映城市空间的扩展过程对空间经济绩效的扰动和空间经济绩效的平面、空间和时空耦合特征，并且便于实现定量化和空间可视化研究。

2 固原市空间扩展简析

固原市中心城区的快速扩展基本产生于2000年以后。2000年以前，固原市中心城区的建设发展主要围绕古城展开，规模小且形态紧凑。撤地建市以来，固原市空间扩展显著加速，从早期的中心城区面积不断扩大并沿河沿路发展，到近年来的跨越古雁岭、福银高速而向西、向南迅速扩展，城市骨架被持续拉大，空间结构由单中心、团聚状向多组团模式演变，城市形态日趋复杂。为了便于空间描述，根据固原市城市形态特征与扩展顺序，将固原市划分为4个主要的城市区域，A区为2003年建成区的主要构成部分(前期的原城区)，B区为2003—2009年的扩展区(前期的新扩展区)，A和B区在后期即是相对于新扩展区的原城区；C和D区为2009—2014年的扩展区，另外，清水河以东仍有少量扩展区(图5)。

图5 固原空间扩展分区示意图

2003年，A区集中了固原市几乎全部的居住用地和行政、办公、商业用地，各类用地混合度高，其中居住用地具有低开发强度的显著特征，在清水河以东的区域主要分布着区域性交通设施和场站用地、仓储用地等；至2009年，西北方向的路网建设将城市骨架显著拉大，城市建设跨越古雁岭向B区发展，在用地功能方面主要是对A区行政用地的疏解，而古雁岭也被纳入城市用地范畴，在其退耕还林之后对城市生态绿地条件的改善起到了巨大的作用；清水河以东南部也扩展迅速，主要是沿路发展，形成了一定的工业用地；至2014年，A区的更新改造成效显著，原村庄型的低开发强度居住用地被开发强度更高的居住小区型用地所替代便是其中的典型特征之一，行政用地向外疏解之后的空间更多地被商业用地占用，城市风貌也得到改善。西北新区不断得到填充发展，新区配套的居住用地、商业用地和进一步疏解的行政用地构成了C区主要的新增用地类型，西北组团的科教行政功能得到强化。同时，城市建设跨越福银高速向西南方向拓展，规划有序的居住用地、连续成片的商业用地构成了西南组团的主要用地类型。近年来，固原市的快速空间扩展兼具了内涵式更新和外延式扩张的过程，其中原城区的更新发展主要表现为对原有建设用地的使用性质和开发强度的改变，而新扩展区域则主要表现为以明确的用地性质和空间形态对农业用地的替代。

对于城市空间的扩展，一方面被认为是效益递增和不完全竞争条件下的空间聚集，另一方面被看作是空间的生产性推动下的城市建设投资[15]，当土地地租高出农地地租和开发成本之和时，城市就会产生外延式扩张[16]，且随着城市规模的增长，城市生产率可能会经历先增后减的“倒 U”型转变[17]。所以，及时把握快速空间扩展表象下的城市空间经济绩效，是科学决策城市发展模式和外延扩展时机的关键。

3 固原空间扩展的经济绩效演变研究

3.1 各层级评价指标的空间演变与评析

研究期内，各层级指标变化过程不尽相同，变化趋势各异；在空间表现上，原城区与新扩展区域的空间形态特征具有显著差异，原城区的绩效普遍高于新扩展区，且其成组成团分布的特征更为显著(表3)。

表3 2003—2014年间固原市经济绩效各层级评价指标变化及其空间

2003年至2014年间，固原市分层级的经济绩效变化结果表现不尽相同，其中表现出提升结果的有经济产出绩效、经济增长潜力开发绩效和经济服务绩效，而经济增长绩效和经济增长稳定性绩效水平降低(表4)。从绩效变化的空间演变来看，原城区经济绩效水平的不断提升拉动了经济产出绩效、经济增长潜力开发绩效和经济服务绩效的优化，而扩展区绩效水平不足直接拉低了经济增长效力绩效和经济增长稳定性绩效。更进一步地，城市产业结构与区域产业结构的相似度高，产业灵活性不够，且二三产业发展后劲不足，城市整体经济结构虚高而实际水平和质量有限是导致城市经济增长稳定性绩效降低的直接诱因。同时，城市新区的快速扩展造成的经济增长稳定性绩效巨幅降低，最终拉低了绩效整体水平在前期下降，提示城市空间发展中要对可能存在的个别突变因素保持警惕。指标变化过程还表明，过快的城市空间扩展在一定程度上提升了原城区的开发潜力，相应地，这些区域在下一阶段的开发潜力就会降低。

表4 2003—2014年间固原市经济绩效评价子层动态变化过程分析

注：表示绩效“提升”或者“优于”；表示绩效“降低”或者“劣于”。

3.2 空间经济绩效整体水平的空间演变分析与评价

城市的快速扩展容易引起城市经济绩效的波动，研究期内，固原市经济绩效水平在波动中得到提升，其中原城区绩效水平不断提升，而扩展区多表现出绩效不佳的状况(表4、表5)。从空间扩展方向来看，固原市始终保持相同方向的扩展是城市空间经济绩效提高的一个可能存在的原因[12]。从空间分布来看，城市自然本底对经济绩效的空间分布具有指向性作用，清水河以东区域和古雁岭始终代表了城市经济绩效的低值空间，同时对城市形成3个独立经济中心的发展结构发挥了空间阻力作用。2003年城市东侧沿清水河水域形成显著的低绩效带，西侧靠近古雁岭区域形成低绩效带，原城区的高绩效空间并不十分突出；至2009年，原城区的绩效水平不断得到提升和扩大，主要向北、向西进行辐射扩展，但外围区域绩效水平过低，造成了城市整体绩效水平欠佳；至2014年，原城区的高绩效空间进一步扩大，西北新区和西南新区经济绩效也得到了一定程度的培育发展，共同承担了拉动城市经济的重任，促进了城市经济绩效的巨幅抬升。

表5 2003—2014年间固原市经济绩效变化及其空间演变

从变化过程来看，一方面，原城区能够通过更新发展较好地适应城市整体扩展，通过地块集聚水平、地块空间引领力的显著增强引领城市空间经济绩效水平持续提高，而且这种绩效水平具有累积效应，能对城市空间经济绩效的整体水平和新扩展区域产生显著的拉动作用，具体表现为经济产出绩效、经济增长绩效、经济增长潜力开发绩效和经济服务绩效的多方面绩效水平提升。

伴随着城市空间经济绩效的波动提升，城市空间结构经历了由单中心到“一主一次”2个组团再到“一主两次”3个组团的演变过程，而绩效水平的总体提升证明了“多组团结构具有更高的城市经济绩效”这一现象不仅存在于特大城市，而且在中小城市中同样存在(图6)。另一方面，从分区演变过程来看，相对于其他扩展区域，D区绩效水平高于其他扩展区，这表明D区扩展的时机是在城市整体发展经济绩效累积相对充足的条件下产生的，且D区与A区的空间联系相对于其他新扩展区更为紧密，其空间流动能力更强，B区、C区和清水河以东区域则受到自然基底的阻隔，与原城区联系的紧密程度较弱，在空间流通性、空间引领力和空间增长潜力等方面的指标绩效水平提升不足，导致这些区域的整体经济绩效水平偏低。据此判断，扩展时机和扩展条件对城市经济绩效水平同样具有显著影响的作用，即原城区通过内涵式扩展持续提高自身的经济绩效水平，当其中的经济增长潜力开发绩效持续提高且较前期增长接近一半水平时，城市便具备了向多组团结构扩展的新时机，否则，就要予以城市空间扩展的缓冲培育期，在缓冲培育期内，新扩展区域内的快速填充发展和原城区的更新发展能够为新一期的城市空间扩展提供经济绩效的历史累积。

图6 固原空间扩展与经济绩效演变示意图

综上研究不难发现，新扩展区域的经济绩效需要一定时间周期的培育才能得到发挥，而原城区的空间经济绩效水平对城市整体绩效水平具有引领作用，当城市原城区的历史累积充足时，城市经济绩效水平会表现出一定程度的提升，其经济增长潜力开发绩效提升到一半水平时城市具有新的扩展时机。

4 基于空间经济绩效演变的固原市空间扩展建议

4.1 重点提升有较大改进空间的绩效影响指标，促进城市空间高效扩展

影响空间经济绩效的指标中不仅包括交通聚集力指数、地块集聚力指数、二三产业增加值占GDP比重等在城市空间扩展中保持相对稳定的指标，还包括空间聚集力提升度、用地空间引领力指数、产业结构相似度、空间增长潜力指数、空间流通能力等易变指标，其中产业结构相似度、空间引领力、空间流通能力等表现出较强的敏感性和提升潜力，且对于改进城市空间经济绩效有较大作用，建议城市管理主体重点改进这类指标，促进城市空间的理性高效扩展。首先，针对固原市经济绩效演变中已暴露出来的二三产业发展后劲不足和产业结构虚高而质量不佳的问题，建议固原市加快产业专业化的培育，并通过产业专业化发展不断提高城市的人口吸引力和城市经济活力，改善城市扩展弹性失调的问题，保持城市空间扩展的经济绩效持续优化。其次，针对新扩展区域空间引领力不足的这一现状，建议固原市加快城市新扩展区域的建设发展时效。再次，不同于原城区高度混合的用地特点，新扩展区用地分区更为明确和单一，空间信息流和交通流的组织较为简单，建议新扩展区增强以空间信息流、交通流、货运流等为表征的空间流动能力，提升新扩展区用地的空间经济绩效和扩展质量。

4.2 注重城市空间扩展的质量，兼顾城市空间扩展的时机、时段和实效性

当前，对城市发展质量的追求已经上升到国家战略层面，提升城市建设用地绩效的已经成为指导城市空间扩展的直接目标之一。因此，建议固原市在不牺牲生态绩效和社会绩效的前提下，以经济绩效水平的提升作为指导城市空间扩展的依据，科学把握城市空间扩展的合理时机、扩展阶段和扩展实效性。当前，固原市已经暴露出了扩展弹性失调的典型问题[12]，且原城区的空间增长潜力开发绩效已经逼近一半水平而新扩展区域的潜力开发绩效尚未发挥，即：原城区的空间增长潜力开发绩效指数持续提升并超过一半水平，未来在原城区进一步提升空间增长潜力开发绩效的可能性降低，而新扩展区域尚且有待填充发展以提升空间潜力开发绩效。建议城市管理主体充分考虑城市空间扩展的动态性、复杂性、突变性等多重属性，对城市空间外延式扩展的主要指标进行动态跟踪、定期考核，注重外延扩展与内涵填充交互式进行的政策引导，从而保证城市空间外延式扩展的阶段绩效，防止持续性外延式扩展所导致的城市空间经济绩效逆转状态的发生。

4.3 差别化对待城市原城区和新扩展区

基于固原市原城区的空间发展持续优化，而新扩展区域绩效水平偏低的现状，建议固原市在未来一定周期内对待原城区和新扩展区域的方式要有所差别化，即城市在注重空间扩展数量的同时，还要加强质量的提升。其中，原城区是城市发展的核心动力，对城市空间经济绩效水平具有决定作用，建议原城区在新扩展区增长的缓冲阶段，充分利用内涵填充的机遇，在空间增长潜力开发绩效水平逼近一半的情况下，未来重点加强以城市人口与用地弹性系数为表征的城市经济服务能力和以空间聚集力提升度与空间流动能力为表征的经济增长效力绩效的指标提升；而新扩展区域则需要在空间引领力、空间流动能力、空间增长潜力等指标方面加强发展，以提高新增用地的经济效益、加快城市空间信息流等的变化，并提高新增区域未来的经济聚集能力。

5 结束语

5.1 结论

当前，城市空间扩展的经济绩效是评价城市空间发展状态的重要依据之一。研究以宁夏南部区域性中心城市——固原市为例，以固原市撤地设市以来典型发展时期的高分辨率遥感影像和部分统计数据为基础数据源，在空间分析技术的支持下，通过层级解构的方式对其快速扩展时期的空间经济绩效演变过程进行实证研究，剖析城市空间快速扩展表象下的城市空间经济绩效的演变特征。

研究结果表明，城市空间经济绩效对城市空间的扩展能够较为显著地响应，并能印证空间经济绩效演变的时空特征的现实存在。伴随着城市的快速空间扩展，固原市经济绩效水平在波动中得到提升，原城区经济绩效水平前期降低，后期优化提升，新扩展区域绩效水平总体保持偏低的态势。尽管经济绩效水平取得了优化的结果，但在新扩展区域绩效水平培育成熟并得以发挥之前，城市管理主体需要对原城区的历史累积能否继续支撑下一阶段的快速空间扩展保持审慎的态度。这是因为，新扩展区域的空间经济绩效需要经历一定时间周期的培育才能成熟，当城市扩展强度过大导致原城区历史累积不足以支撑城市快速扩展时，城市经济绩效水平会产生下滑，城市空间扩展模式需要得到及时调整。在指标定量测算的过程中还发现，特殊历史时期和原因下，任何影响城市空间扩展经济绩效的指标在产生大幅突变时，都可能引起绩效结果的质变，该类指标应该在后期发展中引起重视，并及时引导修正。

因此，建议城市管理主体对城市空间扩展过程中的经济绩效进行动态跟踪和定期考核，根据绩效反馈结果科学决策城市扩展模式和时机，引导城市向更为优质的绩效方向发展。

5.2 启示

固原市空间扩展的经济绩效演变的研究印证了城市空间扩展对城市经济绩效水平存在扰动，及时评估城市空间扩展的经济绩效，对于城市空间扩展的时机选择、扩展模式以及形态结构引导等方面具有实际的指导价值。同时，固原市空间扩展的经济绩效研究提供了以下启示：

首先，新扩展区域的空间经济绩效需要一定时间周期的培育才能发挥价值，城市发展的历史累积对城市空间扩展的经济绩效具有决定性作用。根据上述研究不难发现，除了生态绿地、水体等大面积连续生态用地的经济绩效始终低迷以外，固原市新扩展区在后期的绩效差值较前期水平均有所改善，表明新扩展区的经济绩效经历一定时间缓冲期的培育便可以逐渐发挥其经济绩效价值。在此过程中，固原市经历了城市空间结构由单中心团聚状向多组团演变的过程，多组团结构的经济绩效优于自然空间分割下的双组团结构的经济绩效。而且，固原市整体绩效水平的提升主要得益于原城区经济绩效水平的持续优化，表明原城区的绩效历史累积在空间更新中得到了提升，为城市经济绩效总体水平的优化产生了重要的引领作用。总之，当原城区的经济绩效始终保持增长的势头且累积充足时，城市空间扩展的经济绩效水平会保持增长趋势，也印证了“城市空间具有动态非唯一的最优规模”的存在。

其次，影响城市空间经济绩效水平某些关键因素的大幅量变可能引起绩效水平的整体质变。城市空间经济绩效水平的变化趋势不仅与原城区的空间经济水平基本保持一致，而且还受到某些重要指标的引领作用，这类指标可能造成了城市空间经济绩效的空间分异，如经济增长稳定性绩效，其中产业结构灵活度低和质量不足是关键原因；也可能对城市整体的绩效水平产生影响，比如空间经济增长效力绩效，其中新扩展区域的空间引领力不足、空间流动性差等是主要原因。毋庸置疑，固原市在追求更高水平的城市空间扩展经济绩效时需要对这类指标予以足够的重视。

再次，城市空间扩展能否保持高速、持续性需要持谨慎态度。受城市原城区的历史累积、新扩展区域绩效的周期性培育和关键因素对城市空间经济绩效的协同影响作用，在城市经济绩效水平持续增长而新扩展区域绩效水平连续降低的现状下，且原城区的经济增长潜力开发绩效持续提高而未来可开发潜力相对降低的背景下，城市管理主体需要对原城区能否继续支撑城市下一阶段的空间快速扩展保持警惕。