银川市智慧城市建设与绿色发展的耦合协调研究

罗旖璇

(宁夏大学 经济管理学院,宁夏 银川 750021)

随着我国城镇化建设的不断推进,城市面临人口剧增、交通拥堵、环境污染、城市负债等问题与挑战,经济的高速发展与城市生态环境承载力之间的矛盾日益凸显。 城市建设需要改变思路,向集约、智能、绿色、低碳生态化的新常态转型,实现城市的健康发展。 因此,建设新型示范智慧城市与提高环境承载力是我国发展智慧化、绿色化城市的必然趋势[1]。 根据《国家新型城镇化规划》的总体部署,我国在新型城镇化建设进程中要基于绿色低碳、便捷高效等理念,加快智慧城市建设步伐,促进生态文明体制改革,在新时代科技信息技术的支持下,建设绿色智慧城市,推动新型城镇化战略的实施和经济社会的可持续发展。

张云霞等[2]将智慧城市定义为按照科学的城市发展理念,利用新一代信息技术形成具备可持续发展内生动力的安全、便捷、高效、绿色的城市形态。 Mersal Amira[3]认为构建绿色城市是结合社会、经济、文化和环境要素以实现城市的可持续发展。 赵峥[4]则认为城市绿色发展的理论内涵是以提升生活质量为核心,在合理利用资源环境基础上处理好人与自然的共生关系。 城市绿色发展的实证研究分研究对象进行,包括国家层面[5-7]、区域层面[8-10]、省级层面[11-12]等。 在智慧城市建设与绿色发展关系方面,陈绍愿等[13]从生态位角度研究了现代智慧城市竞争和生态的复杂关系,将现代城市视为一种具有生态智慧的特殊生命体,提出城市竞争生态位的概念。 Ferrara R(2015)[14]分析得出,在智慧城市建设和绿色经济发展问题上建立明确的法律框架会使能源和环境立法与欧洲智能城市的和谐高效发展之间建立更直接的联系。 舒婷等[15]和樊荣等[16]分别分析了安徽省和山东半岛的新型城镇化、区域经济与城市生态环境的耦合关系。

国内外学者对智慧城市建设、城市绿色发展、智慧城市建设与绿色发展的关系进行了理论研究与实践探索,取得了显著成果,但对智慧城市建设与绿色发展间的协调发展研究仍存在不足。 一方面,现有研究多注重探讨智慧城市建设与绿色发展的理论关系,缺少对两系统间协调发展的实证研究;另一方面,国内相关学者对该方面的研究多集中在东部省份,而对处于内陆西北地区的耦合协调研究极为匮乏。 以西北主要省会城市之一——银川市为例,构建2010—2017 年智慧城市建设和绿色发展指标体系,运用组合赋权TOPSIS方法评价子系统综合发展能力,利用耦合协调模型分析银川市智慧城市建设与绿色发展的协调发展状况。

1 模型构建

1.1 指标体系构建

在国家新型城镇化建设背景下,智慧城市建设与绿色发展相互关联、相辅相成,各子系统内部指标众多,两大系统之间指标内容复杂,涉及主体多样。 基于以往众多学者的研究成果,结合银川市智慧城市建设、绿色发展的具体情况,遵循构建指标体系的科学性、稳定性、可量化和数据的可得性等原则,构建了以智慧城市系统和绿色发展系统为子系统的评价指标体系。 在智慧城市建设与绿色发展的耦合交互作用中,智慧城市系统下设包括智慧基础、智慧投入、智慧民生在内的3 个二级指标和13 个三级指标,绿色发展系统包括绿色状态、绿色相应、绿色压力的3 个二级指标和9 个三级指标,如表1 所示。

1.2 研究方法与模型

1.2.1 组合权重的确定

选择客观赋权评价法中的熵值法和变异系数法的组合权重确定指标权重,在有效避免传统主观权重确定方法中主观因素对结果造成影响的同时,还能够减少熵值法确定权重时导致的指标权重分配的均衡化缺陷,使评价结果进一步趋向合理。

设有n 个指标,每个指标有m 年的数据,构成原始指标数据矩阵Xij=(Xij)m×n,采用极差标准化法进行数据处理,指标分为正向指标和负向指标,得到标准化数据矩阵xij=(xij)m×n,正向指标为负向指标为 xij=式中,Xij为第i 年第j 项指标的原始数据值;xij为标准化后的数据值,max{Xi}为第j 项指标原始数据值中的最大值;min{Xi}为第j 项指标原始数据中的最小值。

表1 智慧城市建设与绿色发展评价指标体系

1.2.1.1 熵值法确定的权重

对标准化后的指标数值进行坐标平移,使Yij=xij+C,以保证所有数值的显著性,这里C 为平移幅度,取C=0.01。 对平移后的指标数值进行归一化处理,计算第j 项指标在第i 年份指标值中的比重,即Z ij=。 计算第j 项指 标的熵 值ej=-。 其中,ej为所有年份对指标的贡献量,也即熵,常数K=,以保证ej的值介于0～1 之间。 计算第j 项指标的差异性系数:dj=1-ej。最终得到第j 项指标的权重为

1.2.1.2 变异系数法确定的权重

由于评价指标体系中各项指标的量纲不同,不宜直接比较其差别程度。 为了消除各项评价指标的量纲不同的影响,需要用各项指标的变异系数来衡量各项指标取值的差异程度。 第j 项指标的变异系数为其中,βj是第j 项指标的变异系数,σj是第j 项指标的标准差,¯xj是第j 项指标的平均值。 由此得到第j 项指标的权重为为指标个数。

1.2.1.3 熵值法和变异系数法的组合赋权

采用乘法合成的方式确定组合权重,即首先将各赋权法确定的权重系数对应相乘,最后将乘积进行归一化处理,以在多指标决策过程中凸显指标间的重要度[17]。

设熵值法和变异系数法获得的权重向量分别是:βj=[δ1,δ2,…,δn]T,εj=[ε1,ε2,…,εn]T,得到组合赋权权重为:

式中:wj——组合赋权权重;δj——熵值法权重;εj——变异系数法权重。

1.2.2 组合赋权TOPSIS

组合赋权TOPSIS 是基于传统TOPSIS 法,将由熵值法和变异系数法确定的组合权重与其相结合的赋值表权重的评价模型,能较为客观全面地反映评价指标的动态变化和规律,体现出系统的综合发展水平。

1.2.2.1 基于组合权重的评价矩阵构建

在标准化评价矩阵的基础上,结合组合权重wj构建规范化评价矩阵Y:

1.2.2.2 第j 项指标到正、负理想值之间的距离

1.2.2.3 计算综合评价指数

第i 年各系统的综合评价指数为fi,取值为0～1,越接近1 表示综合评价得分越高,越接近0表示综合评价得分越低。 公式为:

式中:fi——综合评价指数。

1.2.3 耦合协调度模型

耦合源于物理学概念,用以反映各系统间由无序向有序状态间的相互转变过程,同时衡量了两个及以上的系统之间相互作用、相互影响的关系。 而协调度主要是度量系统与系统间或系统内部组成要素在发展过程中的平衡状态及其协调程度,侧重于系统之间的良性互动关系。 结合银川市耦合度及耦合协调度的实际情况,参考有关学者[1,19]已有的划分标准,将耦合度与耦合协调度的评价标准划分为5 个等级(见表2)。 一般耦合协调度模型的理论如下:

假设共有A、B 两个系统,各个系统分别对应a、b 个指标,f(A)、f(B)分别为两系统的综合评价指数,则系统A、B 间的耦合度公式为:

式中:L——耦合度,L∈[0,1]。 当L=0 时耦合度最低,当L=1 时耦合度最高。 系统间的耦合度体现出两系统之间的相互作用强度,但无法判断两系统是在何种程度上达到的协调水平,需要结合系统耦合度和系统的发展水平进行综合得出两系统的耦合协调度,公式为:

表2 智慧城市建设与绿色发展协调分类判别标准

式中:D——系统耦合协调度;f——综合发展指数;μ——智慧城市建设系统的贡献份额;ρ——绿色发展系统的贡献份额。 笔者认为智慧城市建设和绿色发展两系统处于同样重要的地位,因此取μ=ρ

2 银川市智慧城市建设与绿色发展的耦合协调实证分析

2.1 银川市智慧城市建设与绿色发展的综合评价

依据上述研究方法与模型,运用组合赋权TOPSIS 模型对银川市智慧城市建设与绿色发展进行了综合评价。 结果显示:2010—2017 年银川市智慧城市和绿色发展的综合发展水平总体均呈现上升趋势,其中智慧城市建设发展水平变动幅度较大,其总体发展水平较绿色发展水平高。 由图1 可知,银川市智慧城市建设发展水平经历了一系列波动,从2010 年的0.171 1 上升到2017 年的0.761 7,总体增长水平显著。 绿色发展方面,2010—2017 年银川市绿色发展水平呈现出先小幅下降后稳步提升的趋势,其中2015 年之前银川市的绿色发展状况表现不稳定,绿色发展综合指数在0.263 7 与0.507 4 之间徘徊,随后恢复上升趋势。 横向比较来看,除了2010 年和2012 年,其余年份银川市绿色发展水平均滞后于智慧城市建设综合发展水平,且两者的发展水平差距有进一步扩大的趋势。 综合发展指数的总体上升趋势说明样本期内银川市用实际行动在促进智慧城市建设和推动绿色发展,子系统内部运行良好,究其两者之间的关系以及耦合协调发展状况需要进一步探讨。

图1 2010—2017 年银川市智慧城市建设与绿色发展的综合评价得分

2.2 一般耦合协调分析

由一般耦合协调模型计算的耦合度及耦合协调度结果显示(见表2):2010—2017 年银川市智慧城市建设与绿色发展的耦合度基本处于发展类耦合行列,耦合协调度除2012 年趋于中度失调外,均属于轻度失调状态,并有向良好协调转变的趋势。 两系统间的耦合度持续高于耦合协调度,并在8 年间一直保持在0.8 以上,年度间变化差异小,较稳定,表明银川市智慧城市建设与城市的生态环境保护、促进绿色发展之间存在相互作用、相互影响的紧密关系,但并不能说明两系统间发展的互动与协调的程度。 2010—2017 年银川市智慧城市建设与绿色发展的耦合协调度上升幅度大,随着国家及地区政策的变化与经济的发展逐步趋于良好和优质,耦合度与耦合协调度间的差值日益缩小。 综合变化表明,2010 年银川市智慧城市建设与绿色发展的协调水平较低,2012 年后协调水平逐渐趋于稳固并有向良好互动方向发展的趋势,这得益于国家的政策支持和银川市政府、企业、科研机构等主体的不懈努力。

表2 2010—2017 年银川市智慧城市建设与绿色发展系统一般耦合协调发展类型

我国智慧城市建设在“十二五”规划期间拟定,银川市作为中国西部省会城市之一,于2013 年入选第二批国家智慧城市试点名单。 2015 年,宁夏人民政府颁布《宁夏空间战略规划》,按照将宁夏作为一个城市规划建设的思路,以城市群为主题形态,促进城市互联互通、智慧发展,更要坚持生态优先的战略,推进城市绿色发展,构筑整体生态系统,保护西部重要的生态安全屏障。 另外,《宁夏回族自治区新型城镇化“十三五”规划》于2017 年印发实施,其中同样强调要全面提升城市功能,包括提高规划设计水平,加强市政基础设施建设,完善公共服务体系,并着力打造绿色城市、智慧城市。 以上方案的颁布与实施充分印证了银川市智慧城市建设和绿色发展水平的提高,两系统间的耦合度及协调互动能力有所增强,其良好互动有待于继续保持和提高。

3 结论与展望

从综合发展指数来看,2010—2017 年银川市智慧城市建设综合发展水平呈波动上升趋势,总体增长水平显著,而绿色发展系统综合发展水平呈现先小幅波动后稳步提升的趋势,样本期内除2010 年和2012 年外,智慧城市建设综合发展水平均高于绿色发展系统。 从银川市智慧城市建设与绿色发展的耦合协调角度来看,2010—2017 年银川市两系统间的耦合度变动幅度较小,均处于发展类耦合行列;两系统间耦合协调度基本处于0.5 ～0.8 之间,属于轻度失调,2013 年后,银川市智慧城市建设与绿色发展的协调互动转变为轻度失调发展类绿色发展滞后型,系统状态逐渐从无序向有序转变。

银川市作为智慧城市试点城市以及宁夏“生态立区”战略的重要主战场之一,拥有丰富的政策、资金支持,但在促进智慧城市建设与生态文明建设的协调发展上需要继续努力,任重而道远。 为进一步实现智慧城市建设与绿色发展协调发展,根据以上研究结论,提出以下建议措施:首先要深入贯彻落实绿色发展理念,统筹推进智慧城市建设;其次,在推进城市基础设施完善更新和信息化建设过程中,需要用智慧化带动生态环境改善,“大手拉小手”,在提高银川市智慧化水平的同时,带动绿色产业发展;最后,要用科学高效的干预手段保护城市生态环境,增进城市智慧化与绿色化的协调互动,引导城市向集约、智能、绿色、低碳生态化发展。