城市"三生"空间功能格局与分异特征分析-以辽宁省为例

杨月恒，郭力娜，姜广辉

(1. 华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063210；2. 北京师范大学 资源学院，北京 100091)

引言

党的十八大报告提出要"促进生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀"，指出了城市"三生"空间的优化方向和目标[1]。随着城市规模的不断扩大和城镇化速度的不断加快，新时代城市高质量发展对于城市空间协调发展提出了更高的要求[2]。目前，以"三生"空间为主题的研究基本形成了一个比较完备的体系，分为3个环节，首先是功能分类，其次是空间识别，最后是空间优化[3]，如刘继来[4]等创建了基于国家层次的"三生"分类与评估体系，分析了中国"三生"空间时空格局及演变的特点；刘明薇[5]等以土地的多功能性为原则，结合现行土地利用分类标准，分析了河南"三生"空间格局；李晓青[6]等基于各类专项规划的分类体系和框架，构建了"三生"空间规划体系；雷嫦[7]等将土地利用的主要功能作为划分依据，从而对都匀市的"三生"空间进行分类。在对"三生"空间进行识别和优化的过程中，较多利用了遥感数据和土地利用现状数据，如朱媛媛[8]等以遥感影像、统计数据作为数据源，构建了"三生"空间区划指标体系；邹艳[9]等将遥感影像分类与土地功能相结合，对徐州"三生"的空间格局及时空演变特征进行了研究；张永蕾[10]等选用多源空间数据，分析海南岛"三生"的空间聚集和协调特性。除此之外，还有一些专门针对城市"三生空间"的定量化研究，如李广东[11]等借助构建好的城市"三生"空间功能分类体系来对空间功能价值量核算函数群进行整合；金星星[12]等以"三生"空间评价体系为依托，对闽三角城市群"三生"空间的时空分布差异及影响因素进行分析；刘鹏飞[13]等创建了一套独具特色的城市"三生"空间优化评价指标，总结了我国城市的"三生"空间质量水平的一般特征和规律；李慧燕[14]测算了京津冀13个城市的新型城镇化水平，并运用耦合模型对城市间及各城市"三生"空间协调发展水平进行探究。已有研究在思路、方法和技术方法为本研究提供了有益的借鉴。然而，对于城市这样一个人工复合程度较高的空间来说，其内部"三生"空间的物理区分难度较大，如何有效利用城市统计数据提供的信息辅助来研究城市"三生"空间时空格局和分异是非常有益的探索。同时，考虑到辽宁是我国城镇化进程较早的省份，一直以来城镇化水平较高[15]，城镇体系空间格局基本清晰。但在新时代背景下，随着人口老龄化和外出务工人口增加，城镇化空间发展与人口、资源和环境之间仍存在一定程度不协调，故有必要对城镇空间特别是"三生"空间时空变化进行量化研究，可以为城市空间协同发展和高质量发展提供参考。基于此，选取辽宁省14个地级市，采用统计数据建立"三生"空间分类体系并对城市"三生"空间功能格局和时空分异进行量化评价分析，以期为城市空间优化提供参考。

1研究区概况与数据方法

1.1 研究区概况

辽宁省地处东经118°53′至125°46′，北纬38°43′至43°26′。地势北高南低，山地丘陵坐落在东部和西部，朝着中部平原降低，呈马蹄形向渤海偏斜(见图1)。现辖14个地级市，城镇主要分布在辽中平原的沈大-京哈的"人"字型轴线上，该轴线是城镇、人口、产业集聚的中心地区；次要轴线为阜新-朝阳和沈阳-丹东轴线。

由《2019年辽宁省国民经济和社会发展统计公报》显示，截至2019年末，辽宁省城镇人口2 963.9万人。本年度地区生产总值约为24 909.5亿元，比上年增长5.5%。其中，第一产业增加值约为2 177.8亿元，增长3.5%；第二产业增加值约为9 531.2亿元，增长5.7%；第三产业增加值约为13 200.4亿元，增长5.6%。

2010～2015年城镇空间增长主要集中在产业园区和新城建设两大方向，由于开发区的发展使得区域联系增强，全省城镇体系出现轴带相连的整体格局；2016～2019年城镇空间的增长主要集中在开发区或者新区，增长区域回归中心城市发展。

图1 研究区域

1.2 数据来源

研究所用数据是从辽宁省统计局官网下载的2016～2019年辽宁省统计年鉴(2020年辽宁省统计年鉴虽然已经公布 ，但是对于此次研究的数据支撑力度不够，所以不予采用)，从中整理汇总了辽宁省14个地级城市现状建设用地面积，具体类型为居住用地(R)、公共管理与公共服务设施用地(A)、商业服务业设施用地(B)、工业用地(M)、物流仓储用地(W)、道路与交通设施用地(S)、公共设施用地(U)、绿地与广场用地(G)。各类用地代码取自《城市用地分类与规划建设用地标准》，编号为GB50137-2011。

1.3 研究方法

1.3.1"三生"空间及其功能量化标准

(1)与城市现状建设用地相结合的"三生"空间类型及其量化标准

土地具有不同的功能属性，每一种土地利用类型可能对应着不一样的土地利用功能，但存在根本性的差异。例如，居住用地既为人们生活休息提供场所，但又有商业生产的性质，所以既是生活用地又是半生产用地；工业用地最重要的功能是生产功能，但它也构成了生活功能的一部分，所以既是生产用地又是弱生活用地。因此，在借鉴扈万泰[16]、黄金川[3]、刘明薇[5]以及刘继来[4]等建立的"三生"空间分类与评价体系的基础上，结合《城市用地分类与规划建设用地标准》(中华人民共和国住房和城乡建设部，2012)，依照国土空间利用的主导功能，以土地利用的主要功能为基础进行划分[17]，与城市现状建设用地相结合，最终确定"三生"空间类型及其量化标准，结果见表1。

具体评价赋值规则参考刘继来[4]的"三生空间"评价体系：以生活用地为例，生活用地为最高的5分，半生活用地为3分，弱生活用地为1分，非生活用地为0分，生产用地和生态用地评分规则与此相同。

表1 城市"三生"空间分类及其量化标准总表

1.3.2 "三生"空间分异特征研究方法

(1)“三生”空间功能量化：加权平均法

加权平均法反映了评价对象不同方面重要性的定量分布水平。其表达式为：

(1)

(2)“三生”空间区域齐全程度：“多样性”指数法

采用吉布斯—马丁(Gibbs-Martin)的多样化指数(GM)来估量城市“三生”空间类型完整性和多样化程度的指标。其表达式为[18]：

(2)

式中：GM为第i类“三生”空间“多样化”指数；fi为第i种空间类型的功能得分；n为“三生”空间类型总数(n=3)。GM的取值范围为[0,1]，GM值越高表示该城市“三生”空间“多样化”程度越高。

(3)“三生”空间区域差异：“优势度”指数法

优势度是衡量研究区域内各空间类型分布程度的指标，也是决定研究区域内空间类型多样性的参数。优势指数与多元化指数成反比，优势指数越高，“三生”空间专门化程度越高，受一种或几种空间功能类型支配程度高，多样性就越低[19]。计算公式为[7]：

(3)

式中：D为某类空间“优势度”指数；S为城市某类空间功能得分；Si为i类空间类型的得分；n为“三生”空间的空间类型总数(n=3)。

2城市"三生"空间功能格局与变化分析

2.1 城市"三生"空间功能量化结果与分析

根据公式(1)，计算得到2015和2018年研究区各城市"三生"空间功能量化结果(见表2)。分析发现，在数值上，"三生"空间量化分值表现出生活空间>生产空间>生态空间的整体趋势；2015～2018年，各类空间量化得分都表现出一定增长态势，这与城市发展过程中空间的扩张有必然关系，其中生活空间增加最多，生产次之，生态空间增加最小。

表2 "三生"空间功能量化结果(2015/2018年)

为进一步分析各城市"三生"空间功能量化结果的差异，根据表2绘制柱状图，结果见图2。分析图2发现，2015和2018年，生产、生活和生态空间量化分值均略有增长，但变化幅度不大；生产空间和生活空间量化均值相近，在20左右，生态空间量化得分在3类空间中最低，这也是因为城市是以人为主体的生态系统，具有明显的弱生态功能；沈阳和大连2个城市各类空间量化结果远高于其他城市，在全省具有明显优势；对比图2(a)～图2(c)，发现，生态空间在各城市间的差异较其他2类空间更明显，即生态空间存在较大的城市间差异。

图2 2015和2018年研究区各城市"三生"空间量化结果对比图

2.2 城市"三生"空间格局与变化

为进一步分析"三生"空间量化结果空间格局与变化情况，研究利用GIS软件对其变化结果进行等级划分(划分标准见表3所示)和并制图(见图3～图5)。

表3 等级划分

生活空间功能格局与变化。结合表2分析图3，2015～2018年辽宁省生活空间量化分值平均增长5.72，呈现扩张的趋势。明显扩张区域主要分布在大连市、朝阳市，占全省生活空间量化分值变化总值的40.23%；逐渐扩张区域位于沈阳市、鞍山市以及丹东市；生活空间缩小区域主要分布在阜新市，呈现出一定程度的负增长；锦州市、铁岭市、辽阳市以及本溪市呈现逐渐缩小的变化趋势；盘锦市、抚顺市和营口市处于保持的状态。

图3 2015～2018年生活空间量化结果空间变化图

生产空间功能格局与变化。结合表2分析图4，2015～2018年辽宁省生产空间量化分值平均增长4.85，呈现扩张的趋势。明显扩张区域主要分布在大连市，占全省生产空间量化分值变化总值的22.6%；生产空间逐渐扩张区域为朝阳市、沈阳市、营口市以及鞍山市；生产空间保持的区域为盘锦市、丹东市、抚顺市、铁岭市以及葫芦岛市；生产空间逐渐缩小区域主要分布在锦州市、辽阳市以及本溪市。

图4 2015～2018年生产空间量化结果空间变化图

生态空间功能格局与变化。结合表2分析图5，2015～2018年辽宁省生态空间量化分值平均增长2.72，呈现扩张的趋势。明显扩张区域主要分布在营口市，占全省生产空间量化分值变化总值的56.9%；生态空间逐渐扩张区域为朝阳市以及大连市；生态空间逐渐缩小区域为锦州市、葫芦岛市以及辽阳市；剩下的地级市处在保持的状态，而且大部分集中在中部和东部地区。综合"三生"空间格局与变化分析结果，发现中部沈阳、西部城市朝阳和沿海大连等个别城市"三生"空间变化较其他城市更明显。

图5 2015～2018年辽宁省生态空间量化结果空间变化图

3城市"三生"空间分异特征

为了研究城市"三生"空间的分异特征，借用"多样性"指数揭示城市内部的功能用地齐全程度；借用"优势度"指数反应城市内部的功能用地分配均匀测定度；"优势度"指数是"多样性"指数高低的一个参数，"优势度"指数与"多样性"相反，"优势度"指数越大，功能用地分布越不均匀，优势功能用地越突出。根据相关研究文献[20]，并结合辽宁省城市本身的特点，将多样化指数和优势度指数划分为低、中低、中高、高4个类型。利用Arc GIS10.3软件空间分析中的自然间断点分级法，绘制了辽宁省城市"三生"空间分异特征图(如图6、图7所示)。

3.1 "多样性"指数

图6 2015～2018年"三生"空间"多样性"指数

辽宁省城市"三生"空间多样性指数呈现出"中心低，四周高"的趋势(见图6)。城市"三生"空间的多样性指数整体上呈现缓慢的上升趋势，从2015年的0.644 1到2018年的0.647 8，多样性指数均在0.6以上，整体处于中等偏上水平，标志着城市内部的各功能类型逐渐齐全。2015年"三生"空间的多样性的低、中低、中高、高类型分别占比为7.14%、35.71%、14.29%、42.86%，大部分为高多样性，多样性指数最高的城市为阜新，数值为0.666 5，最小的城市为铁岭市0.592 2；2018年"三生"空间的多样性的低、中低、中高、高类型分别占比为28.57%、14.29%、14.29%、42.86%，以营口市多样性指数最高0.666 3，鞍山市多样性指数最小值0.6124。根据功能量化得分(如表2所示)，城市"三生"空间分值差距越大，多样性分值越低。例如2015年阜新市"三生"空间得分较为均衡，所以多样性分值较高，2015年铁岭"三生"空间分值差距较大，所以多样性分值较低；2018年营口市"三生"空间得分较为均衡，所以多样性分值较高，2018年鞍山市"三生"空间分值差距较大，所以多样性分值较低。根据2015～2018年多样性差值计算结果，多样性指数呈上升趋势的城市占比为35.71%，增长最多的为本溪市和铁岭市；基本保持的城市为沈阳市和辽阳市；呈现下降趋势的城市占比为50.00%，减少最多的为朝阳市和葫芦岛市。

3.2 "优势度"指数

辽宁省城市"三生"空间的"优势度"在空间上呈"北高-南低"的态势。优势度高说明"三生"空间类型向某一两个类型集中，多样性不够，空间类型有待进一步优化。图7所示为2015～2018年"三生"空间"优势度"指数。

图7 2015～2018年"三生"空间"优势度"指数

分析图7，2015年三生空间优势度指数的低、中低、中高、高类型分别占比为14.29%、28.57%、35.71%、21.43%，大部分处于中高类型，三生空间类型布局需调整优化；优势度指数最高的城市为铁岭市0.883 0，最小的值为城市为沈阳市0.066 5；2018年三生空间优势度指数的低、中低、中高、高类型分别占比为14.29%、35.71%、35.71%、14.29%，大部分处于中低和中高类型，优势度有一定程度下降，但仍需进一步调整；优势度指数最高的城市仍然是铁岭，但优势度指数较2015年略有降低，最小城市为沈阳市，优势度指数为0.088 4，较2015年略有增加。对比图7(a)和7(b)发现，城市三生空间的优势度指数整体上呈下降趋势，从2015年的0.593 9到2018年的0.589 2，处于中等偏下的水平，三生空间专门化程度在降低，受一种或几种空间功能类型支配程度在减弱，其中呈现上升趋势的占比为35.71%，增长最多的为阜新市、辽阳市，下降趋势的占比为64.29%，减少幅度最大的为营口市、朝阳市。

4结论

(1)数值上，受城市现状建设用地面积及城市扩张的影响，生活空间功能量化分值最高，生产空间次之，生态空间最低；研究期间各类空间都表现出一定增长态势，其中生活空间增加最多，生产次之，生态空间增加最小；城市间各类空间量化分值均是沈阳和大连明显高于其他城市，铁岭市最低。

(2)空间上，2015～2018年辽宁省城市"三生"空整体表现出扩张状态。其中，生活空间扩张最快的为大连市；生产空间扩张仍以大连市变化最明显；生态空间除省会城市沈阳稍有增长外，大部分城市变化不大，反映出城市建成对生态空间的管理程度有待进一步提高。

(3)空间分异上，城市"三生"空间的"多样性"指数整体上呈现缓慢的上升趋势，标志着城市内部的各功能类型往齐全化方向发展；与多样性指数对应的是"三生"空间的"优势度"指数呈现下降趋势，整体在中等偏下的水平，"三生"空间专门化程度在降低，受某一种空间功能类型支配程度在减弱。

(4)综合分析发现，由于沈阳、大连城市发展程度高于其他城市，它们在"三生"空间配置上也存在一定的优势，但大连市"三生"空间变化情况要比沈阳活跃，反映出沈阳作为省会城市在发展过程中的约束或理性，同时大连的后续发展需要更加注重质量，更加注重对城市生态的建设与保护；研究区沿海城市和西部城市的变化较其他区域明显，这与城市区位和发展机遇有一定关系，但建议在城市发展过程中注意优化配置"三生"空间用地，保证城市高质量发展。