京津冀城市紧凑度变化测度与分析

何丹, 周璟, 蔡建明, 陈子轩

京津冀城市紧凑度变化测度与分析

何丹1, 周璟2, 蔡建明3,*, 陈子轩1

1. 北京联合大学应用文理学院, 北京 100191 2. 中国科学院青藏高原研究所, 青藏高原地球系统科学国家重点实验室, 北京 100101 3. 中国科学院地理科学与资源研究所, 中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室, 北京 100101

当前京津冀在快速城市化进程中出现了城市污染、用地混乱、建成区无序蔓延等问题, 城市紧凑型发展有利于有效缓解这些问题。因此，利用京津冀城市社会经济统计数据构建综合紧凑度测度指标体系及模型, 探讨城市紧凑度时空间演变特征及规律。结果发现: 生态环境协同紧凑和经济紧凑对京津冀城市综合紧凑度影响较大, 而公共服务紧凑贡献较小；京津冀城市综合紧凑度自西南向北部逐渐降低, 紧凑度较高的城市多分布于京津冀西南和中部地区, 出现了以石家庄市和北京市为中心的紧凑型城市圈。相对河北而言, 北京和天津综合紧凑度变化趋势较平缓；京津冀城市综合紧凑度整体小幅提升, 城市间差距不断减小；紧凑度等级大部分处于中低水平；紧凑度空间异质性显著。最后，提出京津冀在推进紧凑型城市建设时，应将人口密度、就业空间、基础设施建设、居住空间、生态空间等多方面纳入考量。

城市综合紧凑度; 紧凑型城市; 变化特征; 测度分析; 京津冀

0 前言

京津冀包括北京市、天津市及河北省的保定、唐山、廊坊、石家庄、邯郸、秦皇岛、张家口、承德、沧州、邢台、衡水共11个地级市。其中, 北京、天津、保定、廊坊为中部核心功能区, 京津保地区将率先联动。地处京津保地区的雄安新区作为疏解北京地区人口和产业的承接地, 也将为河北带来发展机遇。西方城市发展实践的紧凑城市理论倡导提高建成区土地利用效率和开发密度、土地功能混合度提升的同时发展公共交通, 部分思想对解决目前京津冀城市面临的困境和促进京津冀协同发展有重要借鉴和指导意义。城市紧凑度概念最早由Dantzig G和Satty T提出[1], 随后在城市样本研究和土地利用空间重构方向上逐步修正和完善, 针对西方城市蔓延等问题具有重要指导意义[2-3]。国内研究包括探讨紧凑城市对能源排放等生态环境的影响[4-6], 也有对全国不同尺度规模城市紧凑度时空特征的探讨[7-9]。因此,定量表达紧凑度需要多指标衡量[10], 目前选取度量指标如分形维度、紧凑度[11]、城市中心集聚度[12]、人口或就业地空间分布不均衡度[13]、人口与就业增长弹性[14-15]、建成区占比[16]、土地利用结构[17-18]、公共服务设施运营效率、物质流通效率、居民就业活动空间[19]等基于城市空间形态、公共服务、基础设施效率、人口生活空间等视角考察城市紧凑式发展进展, 且考虑到经济、人口等要素相互协调问题, 选用评价模型也从传统多元回归、熵权法[20]、层次分析、灰色关联分析[21]和相关数学模型[22]进展到如今结合神经元网络模型的进化树[23]等人工智能模型。综上所述, 目前国内外学者对紧凑城市、城市紧凑度概念和内涵进行了解读与评价, 选取指标包括了经济、人口、公共服务、基础设施、城市景观等, 中西方在紧凑城市是基于可持续发展目标的高密度的、功能混用的、公共交通主导的城市形态这一观点上基本达成共识。但学者们较关注空间和数值两个维度的评价, 对紧凑度建设过程及思路、紧凑型城市未来空间演变预测有待深入探讨。本文据前人研究基础和紧凑型城市内涵构建指标体系及模型, 定量评价京津冀城市紧凑度及差异, 进而探讨城市紧凑度时空间演变特征和规律, 以便对紧凑型城市建设现状有所理解, 达到监测紧凑度建设效果和提升紧凑度的目的, 供政府相关部门决策参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文大部分初始数据来自《中国城市统计年鉴(1998—2016年)》和《中国城市建设统计年鉴(1998—2016年)》, 部分缺失数据根据《北京市统计年鉴》、《天津市统计年鉴》、《河北省统计年鉴》及官方网站统计数据予以补齐。

1.2 综合测度模型

U=a+b+CI+DI+EI+I (1)

1.3 指标体系构建和权重设置

1.3.1 指标体系构建

紧凑城市可持续发展需在土地利用、人口、经济、生态等方面寻求最佳平衡点, 在提高城市经济效益的基础上, 合理布局城市用地、配备高效的基础设施、营造良好的居住环境等, 紧凑度要在各方面反映城市的“高密度”、“高质量”、“高效率”。城市综合紧凑度指标体系选取采用复合指标法, 选取6个维度构建综合指标体系。其中土地利用紧凑考虑的是土地使用结构与利用效率, 强调土地集约利用使建成区土地具有更高使用率及综合功能, 其二级指标均以建成区为参照, 同时可直接表达城市景观紧凑; 经济紧凑二级指标选择了二三产业比重和产业投入与产出情况, 且根据市区比重计算密度以此表达城市业态紧凑; 人口紧凑分别从居住与就业两个维度分析且以市区为基本单元, 反映了人类在城市生活中两大生活基础要素分布情况, 反映了人的基本生活空间紧凑情况; 基础设施紧凑考虑的是城市运转重要载体的紧凑建设情况, 选取了公交、道路、用水用气指标, 道路用非农人口平均值表示, 水、气使用情况以建成区来表征, 建成区基础设施紧凑程度也是人口与业态紧凑的间接表达; 公共服务紧凑选取了文化、社会保障、医疗、教育等指标, 城市紧凑发展需公共服务布局跟进; 生态环境协同是考虑到紧凑城市建设带来的建设用地大幅增加而可能影响环境的问题, 绿地补充将为紧凑城市环境增添保障, 所以将城市建成区绿地建设加入考量。以上指标反映了紧凑城市在日常运转、开发建设、土地利用景观、环境维护、基础服务的潜在表征, 表达了一个城市的紧凑式建设进展。最终汇总得到6个一级指标和29个二级指标, 构建出综合紧凑度评价指标体系(表1)。

表1 城市综合紧凑度评价指标体系及各指标权重

1.3.2 权重设置

采用yaahp10.0软件运用AHP层次分析法来确定各指标权重, 标度类型为1—9, 构建测度模型。通过比较各一级指标重要性而构建综合紧凑度判断矩阵, 然后比较二级指标重要性依次建立各一级指标判断矩阵(表2)。各判断矩阵一致性比例均小于0.1, 因此均通过一致性检验。

构建完判断矩阵后计算结果, 得出各指标权重(表2)。

=/Max(2)

2 京津冀地区城市紧凑度变化特征分析

2.1 生态环境协同紧凑对综合紧凑度影响较大, 而公共服务紧凑贡献较小

在6个单项指标得分中, 生态环境协同紧凑得分远远高于其他5个指标得分, 经济紧凑得分排名第二; 而公共服务紧凑得分一直最低, 次低的是土地利用紧凑得分, 表明对综合紧凑度影响较大的是生态环境协同紧凑和经济紧凑, 而贡献较小的是公共服务紧凑和土地利用紧凑(图1)。

2.2 相对河北而言, 北京和天津综合紧凑度变化趋势较平缓

从图2可看出, 京津冀城市综合紧凑度整体呈现上升趋势, 相对河北而言, 北京和天津城市综合紧凑度变化趋势较为平缓, 且在2009年后紧凑度趋于稳定且相差无几。

表2 城市综合紧凑度判断矩阵

图1 1997—2015年京津冀城市综合紧凑度得分变化折线图

Figure 1 The line chart of the score changes of urban comprehensive compactness in Beijing, Tianjin and Hebei from 1997 to 2015

图2 1997—2015年京津冀城市综合紧凑度变化趋势

Figure 2 The change trends of urban comprehensive compactness in Beijing, Tianjin and Hebei from 1997 to 2015

2.3 综合紧凑度整体小幅提升, 城市间差距不断减小

总体来看, 从1997—2015年京津冀城市综合紧凑度得分的中位数呈上升趋势, 偏度系数变化趋势不明显, 说明紧凑度整体小幅提高。而标准差系数呈下降趋势, 说明各城市间紧凑度得分的离散程度逐渐减弱, 城市间紧凑度的差距逐渐降低(表3)。

从1997—2015年间, 石家庄市除2003年排在第5位、2004年排在第9位之外, 其他年份都位居前三名。而张家口市除2002年排在第9位、2003和2014年排在第10位之外, 其他年份都位居后三名。相对13个城市来说, 北京的排名大部分年份居于中间位置(图3)。由此可见, 城市紧凑度与城市发展状况存在相关性。南部地区的石家庄市, 以其较高的政治经济地位处于地区发展前列, 再加上其主城区面积较小, 西边是山区, 城区以外以农田居多, 使得石家庄在空间扩展时阻碍较多, 所以其城市紧凑度综合评分也相应处于京津冀地区前列。北京虽城市发展状况优于石家庄, 但由于北京先前的发展模式主要是向城市郊区无序蔓延扩张, 使得城市紧凑度综合得分不够突出。

2.4 紧凑度等级大部分处于中低水平

采用自然断裂点分级法将京津冀城市综合紧凑度分为高度紧凑(0.8＜U≤1)、紧凑(0.65＜U≤0.8)、中度紧凑(0.5＜U≤0.65)、低度紧凑(0.3＜U≤0.5)和不紧凑(0≤U≤0.3)共5个等级。可知区域大部分城市的紧凑度多年集中在紧凑、中度紧凑和低度紧凑三个等级, 高度紧凑和不紧凑城市较少, 表现为中间大、两端小的“纺锤状”特性。其中, 从1997—2015年北京综合紧凑度逐渐从中、低度紧凑等级变为紧凑等级, 紧凑度有所上升(表4)。

表3 1997—2015年京津冀城市综合紧凑度得分统计性描述

图3 1997—2015年京津冀城市综合紧凑度排名(仅展示前三名和后三名)

Figure 3 The rank of urban comprehensive compactness in Beijing, Tianjin and Hebei from 1997 to 2015

2.5 紧凑度空间异质性显著

综合分析各城市的经济、人口、土地利用、基础设施、公共服务及生态环境各个方面, 虽总体上看, 京津冀地区的城市紧凑度较高, 城市随着时间增长而日趋紧凑, 空间差异缩小, 但由于人口集聚方式、城市经济发展的不同阶段以及交通通达度等方面各城市存在地区差异性和不平衡性, 从而使得京津冀地区的城市紧凑度呈现出明显的空间差异性。

城市综合紧凑度自西南向北部逐渐降低。紧凑度较高的城市多分布于京津冀西南和中部地区, 即以石家庄和北京为中心的城市圈。低度紧凑和不紧凑城市多位于京津冀北部地区。从细部来看, 生态环境和人口对城市紧凑度影响较大。在生态环境和人口紧凑度得分方面也呈现出由南向北递减趋势。还可看出西北部城市紧凑度随年份增长有所上升, 但总体紧凑度仍低于其他地区。

紧凑度中心由中部向西南部转移, 在相当长一段时间内区域内紧凑度最高点维持在石家庄市。从时间来看, 自2005—2012年石家庄市一直是京津冀地区综合紧凑度最高的城市, 综合各单项指标可知, 自2005—2012年以来, 石家庄市的土地利用和人口紧凑度得分均高于区域的绝大部分地区(图4)。

表4 1997—2015年京津冀城市综合紧凑度聚类分级表

图4 1997—2015年京津冀城市综合紧凑度空间分布

Figure 4 The spatial distribution of urban comprehensive compactness in Beijing, Tianjin and Hebei from 1997 to 2015

并且, 综合各年数据来看, 生态环境和经济建设对城市紧凑度有比较重要的影响。京津冀城市的紧凑发展需要经济、土地、生态因素的综合促进。与此同时, 紧凑城市的发展水平也是城市功能混合和资源使用效率的集中体现。因此, 在提升城市经济发展水平的同时, 也要注意交通、生态以及用地结构的优化, 加强资源利用效率, 实现密度较高、结构合理、效率良好的内在要求, 进而构建高效的京津冀城市发展空间, 促进城市的可持续发展。

3 讨论与结论

3.1 讨论

京津冀各城市紧凑度建设快慢不一, 需长期实践才能探索出适合本地区的发展思路。在紧凑型城市建设过程中, 要考虑土地、就业、基础设施、人口、生态环境等多因子的协同紧凑发展, 还要考虑城市职住空间、通勤时间和距离等方面, 紧凑型城市建设如果大幅增加了通勤成本, 那么实践可能会出现新问题。

由于数据、时间等限制, 本文存在一些不足: (1)选取指标方面, 交通方面应包括城市轨道交通, 公交系统效率、公交和地铁路网长度、地铁客流量等。(2)限于数据来源渠道, 选取的指标无法体现城市用地的混合功能, 这有待以后进一步研究。(3)京津冀尺度较大, 如果缩小到区县级, 可能会发现城市紧凑型发展的局部规律, 也会更精确地计算紧凑度, 但数据获取方面可能较难。统计指标可能在衡量城市用地时无法认识空间变化, 还需借助遥感等分析工具。(4)此外, 紧凑度评价是否能分析城市紧凑式发展建设成果值得思考, 即仅靠统计数据构建模型进行评价是否科学合理有待探讨, 城市紧凑式发展是城市空间发展策略, 终究要为城市居民服务, 城市生活群体对紧凑式发展建设评价应融入到紧凑城市研究中。基于段义孚先生提出的人本主义思想在地理学的应用, 发现仅靠紧凑度构成的评价维度不太全面, 居民对城市紧凑式发展后空间变化的情感态度与认知、居民背景、区域历史、个性特点差异与其对紧凑城市生活空间评价间的关系以及紧凑城市环境下居民空间行为演变与其性格特点、地方环境塑造间的关系都有待深入研究。而且，国外如英国、日本等在紧凑型城市建设过程中已考虑为老年人等群体实行公共交通网络结构建构, 美国也已考虑紧凑城市街道尺度要适合人类通行的舒适尺度。当然这一研究可能会引出许多城市紧凑式建设的讨论, 会让人们重新审视过于快速、追求高密度的土地和空间开发可能引发的新问题。以后, 对京津冀城市紧凑度评价应从人本主义思想的角度分析紧凑城市区域空间建设上的不足。

3.2 结论

本文选取了土地利用、经济、人口、基础设施和生态环境协同等因子构建综合紧凑度模型对京津冀城市紧凑度进行时空间分析, 结果发现:

(1)从时间上, 对城市综合紧凑度影响较大的是生态环境协同紧凑和经济紧凑, 而公共服务紧凑贡献较小; 综合紧凑度整体上升。相对河北而言, 北京和天津变化速度较缓慢, 与城市扩展已达到较高水平有关;京津冀城市紧凑度整体小幅提高, 尽管还有部分城市的紧凑度处于较低水平, 但各城市间紧凑度得分的离散程度逐渐减弱, 城市间紧凑度差距逐渐减小, 各城市内涵式建设发展工作已然开始, 无序和过度扩张的城市扩展形态问题得到一定缓解。

(2)从空间上, 城市综合紧凑度自京津冀西南向北部逐渐降低, 紧凑度较高城市多分布于京津冀西南和中部地区, 出现了以石家庄和北京为中心的城市圈, 说明城市首位度较高的城市其紧凑度发展较快速。

综上, 生态环境和经济建设对城市紧凑度有较重要的影响, 京津冀紧凑发展不能只注重经济作用, 而是需要经济、土地、生态因素共同促进。与此同时, 紧凑城市的发展水平也是城市功能混合和资源使用效率的集中体现。

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Measurement and analysis of urban compactness changes in Beijing, Tianjin and Hebei

HE Dan1, ZHOU Jing2, CAIJianming3,*, CHEN Zixuan1

1. College of Applied Arts and Science, Beijing Union University, Beijing 100191, China 2. State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System, Resources and Environment, Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, 100101, China 3. Key Laboratory of Regional Sustainable Development Analysis and Simulation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

In addressing the issues such as urban pollution, chaotic land use, and disorderly spread of built-up areas in the process of rapid urbanization, Beijing-Tianjin-Hebei region adopted a compact urban development approach to effectively alleviate these problems. To monitoring the effectiveness of this approach, a comprehensive measurement index system and model was constructed in this paper, in which the temporal and spatial evolution of socio-economic data were discussed in terms of urban compactness.The results show that the regional coordinated compactness of the ecological environment and economic activities had greater contribution to the urban comprehensive compactness, while the compactness of public services had less contribution. Spatially, the urban comprehensive compactness in Beijing-Tianjin-Hebei region dropped from southwest to north, and high compactness cities tended to distribute at the southwest and central region, centered on Shijiazhuang, the capital of Hebei province and Beijing, the capital of China. Comparing with Hebei, the change of comprehensive compactness in Beijing and Tianjin was relatively flat; while the comprehensive compactness had generally increased slightly in the whole region; the gap between cities had decreased continuously. The most compactness levels were at low and medium ones with significant spatial heterogeneity. Finally, the paper proposed that many aspects including population density, employment space, infrastructure construction, living space, and ecological space should also be taken into consideration in the future in promoting the construction of compact cities in Beijing, Tianjin and Hebei.

urban comprehensive compactness; compact city; change characteristics; measurement and analysis; Beijing, Tianjin and Hebei

何丹, 周璟，蔡建明, 陈子轩. 京津冀城市紧凑度变化测度与分析[J]. 生态科学, 2022, 41(3): 178–186.

HE Dan, Zhou Jing, CAIJianming, et al. Measurement and analysis of urban compactness changes in Beijing, Tianjin and Hebei [J]. Ecological Science, 2022, 41(3): 178–186.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.03.021

F292

A

1008-8873(2022)03-178-09

2020-07-06;

2020-07-22

北京市社会科学基金项目(19JDGLA006,14CSC015); 国家自然科学基金项目(41771089)

何丹(1980—) , 女, 湖南岳阳人, 博士, 副教授, 硕士生导师, 主要从事城市与区域发展、交通与土地利用、GIS空间分析与应用研究, E-mail: hedan@buu.edu.cn

蔡建明, 男, 研究员, 博士生导师, 主要从事城市可持续性与城市发展战略、都市农业与城乡互动发展和城乡旅游发展等研究, E-mail: caijm@igsnrr.ac.cn