基于“選擇熵法”的城市緊湊度評價—以關(guān)中城市群為例

冉超 劉舒茜 何家環(huán)

長安大學(xué)建筑學(xué)院，陜西西安 710061

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的逐步，關(guān)中地區(qū)城市建成區(qū)面積也相應(yīng)擴(kuò)張，導(dǎo)致居民出行距離加大，選擇私家汽車出行方式的概率提高，從而導(dǎo)致城市交通擁堵、碳排放量的增長，加大了關(guān)中地區(qū)的交通壓力。20世紀(jì)60年代，隨著小汽車的逐漸增多，歐美國家為應(yīng)對小汽車發(fā)展帶來的城市蔓延問題，提出了“緊湊城市”等城市發(fā)展理念，鼓勵城市空間發(fā)展的緊湊性和高密度性[1]。國外學(xué)者對緊湊城市內(nèi)涵的研究包括鼓勵城市土地的混合使用[2]。20世紀(jì)90年代后為了實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展，緊湊城市的內(nèi)涵擴(kuò)展到鼓勵以提倡公共交通，限制私家車使用為主的低碳出行方式[3]。因此形成了一種鼓勵城市集約化發(fā)展，并通過完善的大運量快速公共交通系統(tǒng)，將人口密度較高、土地利用混合度較高、土地開發(fā)強度較高的城市發(fā)展片區(qū)連接起來，從而形成緊湊型空間組織形式[4]。其密度、土地使用混合度、土地開發(fā)強度是較為重要的三個指標(biāo)[5]。由于緊湊城市提出的出發(fā)點是緩解日益嚴(yán)重的碳排放量問題，阻止城市空間擴(kuò)展，因此緊湊城市被認(rèn)為是可以帶來很好的資源環(huán)境效應(yīng)，降低交通出行帶來的碳排放量；解決城市“攤大餅”式發(fā)展的問題，提高城市的土地利用效率等方面的關(guān)鍵城市發(fā)展理念[6]。

隨著進(jìn)入快速城鎮(zhèn)化階段，城市人口的增長從而導(dǎo)致“攤大餅”式的城市擴(kuò)張已經(jīng)是不可避免的趨勢。但是，相對匱乏的土地和能源資源、嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境約束要求關(guān)中地區(qū)必須探索可行的發(fā)展道路。因此，近年來，我國學(xué)者逐漸對緊湊城市理念展開研究[7]，并對“緊湊度”與其相關(guān)影響因素指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行了分析[8]。但是，由于關(guān)中地區(qū)的城市發(fā)展形態(tài)與功能表征都不同于發(fā)達(dá)國家或我國東部沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，“提高城市開發(fā)強度、促進(jìn)土地利用混合度以及鼓勵低碳出行” 的緊湊城市內(nèi)涵是否是解決關(guān)中地區(qū)城市高碳排放量問題的關(guān)鍵，還需要研究分析。因此，本文在研究緊湊城市在關(guān)中城市群的內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，建立“緊湊度”評價指標(biāo)體系，采用選擇熵法對關(guān)中地區(qū)5個地級市的緊湊度進(jìn)行評價，為促進(jìn)城市的緊湊型發(fā)展提供了科學(xué)思考。

1 評價對象

關(guān)中城市群包含的地域范圍包括西安都市圈、咸陽、寶雞、渭南、銅川、商洛部分區(qū)域及楊凌示范區(qū)的廣大地域空間。片區(qū)內(nèi)人口稠密，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高，歷史文化資源豐富。擁有西部地區(qū)獨有的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶和星火科技產(chǎn)業(yè)帶，形成了較為顯著的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。其通過高校資源、大型國企、研究機構(gòu)等形成的產(chǎn)業(yè)帶，在全國的區(qū)域競合中地位顯著。

2 城市緊湊度評價指標(biāo)體系建立

由于目前對于緊湊度的測定還是各家不一，也沒有一個固定的標(biāo)準(zhǔn)值劃分城市“緊湊度”的程度。但大多討論城市緊湊度時，最初對緊湊性的關(guān)注主要是高密度。許多對于緊湊城市對城市可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境質(zhì)量，以及城市形態(tài)與可持續(xù)發(fā)展之間關(guān)系的研究也大多將“人口密度”、“用地開發(fā)密度”、“經(jīng)濟(jì)活動密度”等指標(biāo)作為緊湊性的主要指標(biāo)[9]。此后，城市“商住平衡”“職住平衡”等表征土地利用混合度的指標(biāo)和容積率、建筑高度等表征城市開發(fā)強度也成為度量城市緊湊性的指標(biāo)。到了后期，又納入了基礎(chǔ)設(shè)施的利用效率等指標(biāo)。

總體而言，現(xiàn)有的緊湊性測度指標(biāo)研究基本都是在城市人口與經(jīng)濟(jì)規(guī)模在一定水平以上的較發(fā)達(dá)城市的基礎(chǔ)上研究的。這些指標(biāo)體系過度注重土地利用功能混合和已有開發(fā)用地的建設(shè)強度增強等因素。但是，相對于較發(fā)達(dá)城市而言，關(guān)中城市群由于城市的發(fā)展時間與模式不同，汽車行業(yè)發(fā)展時間較短，公共服務(wù)設(shè)施不足等原因，城市土地利用混合度較高，但沒有真正達(dá)到緊湊城市城市高效運行，公共服務(wù)設(shè)施高度共享，人均能耗水平較低的最終結(jié)果。因此，現(xiàn)有的緊湊度指標(biāo)體系并不能正確反映出關(guān)中城市群中城市緊湊度。

目前，我國需要的不是一個空間緊湊的表象，而是要通過良好的空間要素組織和布局，實現(xiàn)城市的效率和可持續(xù)發(fā)展。其中，城市開發(fā)密度等指標(biāo)只是緊湊城市的表現(xiàn)形式，而其內(nèi)涵是合理的空間組織與功能布局，人均能耗的降低與公共服務(wù)設(shè)施的高度共享是緊湊城市的結(jié)果。因此，對城市緊湊的度量指標(biāo)需要放在核心的城市空間組織上，也要從形態(tài)——機制——結(jié)果三個維度進(jìn)行度量。而且，形態(tài)、機制和結(jié)果三個方面的指標(biāo)中的單項指標(biāo)可能無法達(dá)到最優(yōu)，但是，只有三者的平衡和相互制約，實現(xiàn)城市在有限空間內(nèi)的最優(yōu)資源配置，才是關(guān)中地區(qū)城市所需要的。首先，緊湊性的主要體現(xiàn)方面是城市范圍的大小，主要表現(xiàn)在密度指標(biāo)方面。因此，可以用居住人口密度、就業(yè)人口密度、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出密度以及建筑密度等相關(guān)密度指標(biāo)來體現(xiàn)。其次，緊湊城市的內(nèi)在機制是合理的空間結(jié)構(gòu)，可以用土地利用結(jié)構(gòu)熵來測量。第三，緊湊城市的最終結(jié)果是公共服務(wù)設(shè)施的高度共享。如公共服務(wù)設(shè)施的可獲取性與基礎(chǔ)設(shè)施配置率。最后，形成關(guān)中地區(qū)城市緊湊性評價指標(biāo)體系（見表1）。

表1 關(guān)中地區(qū)城市緊湊度評價指標(biāo)體系

高強度發(fā)展人口變化率與建成區(qū)面積變化率變化關(guān)系GDP增長率/建城區(qū)面積變化率機制 居住密度 單位居住用地的城市人口城市人口變化率/建城區(qū)面積變化率GDP增長率與建成區(qū)面積增長率變化關(guān)系城市人口/居住用地面積利用 人均公共汽車 公共汽車客運量/城市人口居住用地的比例ln（居住用地的比例）+商業(yè)用地比例ln（商業(yè)用地的比例）+ 公共服務(wù)設(shè)施用地比例ln（公共服務(wù)設(shè)施用地的比例）結(jié)果 公共空間利用 人均道路面積 道路面積/城市人口綠地面積比 公共綠地/建成區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施土地利用結(jié)構(gòu)熵居住用地、公共設(shè)施用地與公共服務(wù)設(shè)施用地的熵

3 數(shù)據(jù)來源與評價方法

以2014年為研究時段，在查詢《2014城市統(tǒng)計年鑒》、《2014年中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》、《2014中國環(huán)境年鑒》的基礎(chǔ)上。對關(guān)中5個地級市的緊湊度進(jìn)行度量，并對其個人能耗、人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)規(guī)模等指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，研究城市緊湊性能否真正降低人均能耗。

第一步，采用初值化的方法對各項原始數(shù)據(jù)去除量綱化。以最優(yōu)值為基準(zhǔn)點，然后用每個數(shù)值除以該指標(biāo)對應(yīng)的最優(yōu)值。

第二步，確定各項無量綱化的數(shù)據(jù)權(quán)重值。權(quán)重值的確定主要有德爾菲諾法、AHP層次分析法、熵值法，主成分分析法等。本文采用選擇熵法來確定指標(biāo)的權(quán)重。

式中，因子Ej在分指標(biāo)下Ij的數(shù)值為xij，用

其代表Ij下的Si的貢獻(xiàn)度；熵Ej則來指代前面所提到的所有的評價對象對Ij的總體的貢獻(xiàn)度；公式中常量K取值為1/logn，可使得0≤Ej≤1。而自公式2可得出，在某一項指標(biāo)之下的所有對象的貢獻(xiàn)度近乎一致的情況下，Ej趨于1，而其對象的貢獻(xiàn)度相同，則能夠說明，這一指標(biāo)在評價各個對象之時是微不足道、不足輕重的。故而，當(dāng)Ej值為1時，則不考慮該類指標(biāo)，也即其權(quán)重值為0。因此，可以這樣來定義dj在Ij之下的各個城市貢獻(xiàn)度的同一性程度：

dj是Ij對識別過程起到作用大或小的“確認(rèn)度”量值，則Ij是Ij的最高值。當(dāng)dj為0，同一性的程度為最大，又當(dāng)Ij的權(quán)重值為零，其他類型的指標(biāo)，則可以使用公式4算出權(quán)重

由此可以獲取到客觀權(quán)向量

最后將無量綱化的數(shù)據(jù)與指標(biāo)權(quán)重加權(quán)求和，得出各個城市的緊湊度值 （見表2）。

表2 人口、經(jīng)濟(jì)規(guī)模以及人均能耗指標(biāo)與關(guān)中城市緊湊度的相關(guān)分析

4 評價結(jié)果分析

首先，關(guān)中地區(qū)城市處于不緊湊狀態(tài)。根據(jù)計算結(jié)果，城市緊湊度最高的為西安市，值為0.511；緊湊度最低的為銅川市，值為0.058，二者相差近10倍。通過對這5個城市的緊湊度統(tǒng)計分析表明，關(guān)中地區(qū)地級以上城市的緊湊度平均為0.14（數(shù)據(jù)按照0-1標(biāo)準(zhǔn)化，如果值越趨于1，表明緊湊度越高），處于相對較低水平。充分表明從空間利用的角度，關(guān)中地區(qū)城市尚處于不緊湊階段 （見圖1）。

圖1 關(guān)中地區(qū)城市的緊湊度分布

其次，關(guān)中地區(qū)城市的緊湊度與城市人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)規(guī)模有較強的聯(lián)系。通過對城市緊湊度與城市人口規(guī)模進(jìn)行相關(guān)分析（見表2），發(fā)現(xiàn)人口規(guī)模與緊湊度的相關(guān)指數(shù)為0.32，城市緊湊度與城市經(jīng)濟(jì)規(guī)模的相關(guān)系數(shù)為0.278，這表明了關(guān)中地區(qū)城市的人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)規(guī)模與城市的“緊湊度”呈正比關(guān)系，提升城市的總體人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)規(guī)模，能夠直接提升城市空間利用的“緊湊度”。

第三，人均能耗與關(guān)中地區(qū)城市的緊湊度之間沒有很強的聯(lián)系。通過對城市緊湊度與城市人均能耗的相關(guān)分析（見表2），發(fā)現(xiàn)緊湊度與人均燃油消耗和人均用電量兩項指標(biāo)之間的相關(guān)性系數(shù)較低。緊湊度與人均燃油的相關(guān)系數(shù)為0.121，緊湊度與人均用電的相關(guān)系數(shù)為0.141。這些數(shù)據(jù)表明，提高城市的緊湊度指標(biāo)并不能直接導(dǎo)致城市碳排放量的降低。

5 結(jié)語

本文運用選擇熵的方法對關(guān)中地區(qū)城市群 5個城市的緊湊度進(jìn)行了測度，根據(jù)測度結(jié)果，本文得出以下結(jié)論。

第一，關(guān)中城市群中各城市的綜合緊湊度水平較低，存在較大的提升空間。關(guān)中城市群地處西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)，城市化水平有待進(jìn)一步提高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)還處于不斷升級完善階段，應(yīng)充分抓住“西部開發(fā)”戰(zhàn)略和“兩型社會”建設(shè)的良好機遇，制定合理的發(fā)展政策，提升城市緊湊度，實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

第二，從緊湊度的相關(guān)性來看，人口規(guī)模與經(jīng)濟(jì)規(guī)模相關(guān)性較大，而人均能耗相關(guān)性較低。因此，在人口規(guī)模與經(jīng)濟(jì)規(guī)模沒有達(dá)到相對較高水平時，單方面提高城市緊湊度并不是降低碳排放量的關(guān)鍵因素。

第三，由于資料獲取原因，本文只選取關(guān)中地區(qū)大中型城市作為討論而忽略了中小型城鎮(zhèn)的城市緊湊度評價，作者將在后續(xù)的研究中做出補充。

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