基于多源數據的社區衛生服務設施布局優化研究

鐘瑞 徐虹 陳軍浩 吳承茜 徐苗

摘要：文章運用社區衛生服務設施點數據、居民點數據和道路網絡現狀數據，在探究武漢市人口與社區衛生服務設施空間分布特征的基礎上，通過對社區衛生服務設施點的服務區和可達性進行分析，采用基于可達性理論的模型進行優化布局試驗，發現其局限性，然后引入最小化設施點模型進行優化，最終提出優化武漢市社區衛生服務設施布局的針對性策略，旨在為現有社區衛生服務設施的布局優化提供參考，有序改進社區衛生醫療機構配置，促進社會發展。

關鍵詞：社區衛生服務設施;多源數據;布局優化;地理信息系統

中圖分類號：R197.1 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2022）17-000-04

0 引言

在健康城市理論背景下，城市公共服務設施建設均等化理論從基于“地”的供給均等化逐漸向基于“人”的需求公平性研究轉變，醫療衛生設施的研究重心也從物質空間問題轉向服務需求研究。在研究方法上，逐漸從定性研究轉向定量研究，多以“千人指標”定規模，以“服務半徑”定布局[1-2]。

我國學者采用地理信息系統技術進行公共服務設施布局研究，取得了豐碩的成果：高小芳選擇基于興趣點等大數據與地理信息系統軟件結合的測算方法，分別運用最近距離法和兩步移動搜索法，對社區康體設施開展可行性分析并進行對比[3];李陽運用地理信息系統的空間分析工具，分析總結哈爾濱公共服務設施分布存在的問題，并提出優化與提升策略[4];權明姬應用網絡數據和地理信息系統的空間分析技術，從人口規模有效性、交通可達性、區域經濟三個方面，對延吉市醫療設施布局進行了評價[5]。

總體來看，地理信息系統空間分析技術因分析模擬的可信度高，在公共服務設施的空間布局研究中得到了廣泛使用。因此，本文將武漢市作為研究區域，綜合運用地理信息系統空間分析中的可達性分析和服務區分析技術，合理評價研究區域內的設施布局，并據此提出優化解決方案。

1 研究范圍和研究方法

1.1 研究范圍

武漢市是湖北省省會，地處江漢平原東部、長江中游，總面積8569.15平方千米，截至2020年末，全市常住人口1244.77萬人[6]。本文選取武漢市下轄的江岸區、江漢區、硚口區、漢陽區、武昌區、青山區、洪山區、蔡甸區、江夏區、黃陂區、新洲區、東西湖區、漢南區共13個行政區作為研究區域，以該區域內的192個社區衛生服務設施和1476個居民點作為研究對象展開研究。截至2020年底，武漢市中心城區的每個街道均已配備1個社區衛生服務中心，但該市社區衛生服務設施的資源過于集中在主城區。

1.2 研究概念界定

我國的社區衛生服務設施主要包括社區衛生服務中心和社區衛生服務站，國家衛健委2020年7月發布的《關于全面推進社區醫院建設工作的通知》提出，“社區醫院建設以社區衛生服務中心為主，條件具備的鄉鎮衛生院也可開展建設工作”[7]。因此，本文主要針對社區衛生服務設施中社區衛生服務中心的布局進行研究，后文中提到的社區衛生服務設施主要指社區衛生服務中心。

1.3 數據來源和研究方法

本文的研究數據包括武漢市社區衛生服務設施點數據、居民點數據和道路網絡現狀。社區衛生服務設施點數據來源于百度地圖興趣點爬取的數據①，居民點數據和路網數據來源于1∶100萬全國基礎地理數據庫②，其中包含1476個居民點和城市快速路、高速、國道、省道、縣道、鄉鎮村道以及其他道路。

本研究遵循以人為本的原則，綜合考慮了居民點分布、醫療設施服務點分布、醫療設施與居民點之間的出行阻抗等因素，運用地理信息系統分析社區衛生服務設施的服務區和可達性，明確空間分布差異，并評價其服務能力，最后采用位置分配模型，為缺醫片區擬定合適的社區衛生服務設施選址點。

1.3.1 基礎數據的處理

通過對不同等級道路進行速度屬性賦值，構建道路交通網絡。城市快速路和高速為60千米/小時，國道和省道為40千米/小時，縣道為20千米/小時，鄉鎮村道和其他道路為10千米/小時。

1.3.2 社區衛生服務設施的服務區分析

運用地理信息系統軟件的服務區分析功能，啟動服務區分析工具后加載設施點，并設置服務區分析的屬性，進行服務區求解[8]。本研究將社區衛生服務設施的服務范圍按車行時間5分鐘、10分鐘、15分鐘進行中斷。

1.3.3 社區衛生服務設施的可達性分析

采用基于出行范圍的可達性評價方法，研究各社區衛生服務設施的10分鐘車行出行范圍，然后按照計算得出的可達面積大小，將可達性分為5個等級：小于2萬平方米、2～4萬平方米、4～6萬平方米、6～8萬平方米、大于8萬平方米，分別對應可達性的1～5級。

1.3.4 社區衛生服務設施的設施優化布局

利用地理信息系統軟件中“網絡分析師”模塊的“位置分配”工具，分別加載現有社區衛生服務設施點、候選社區衛生服務設施點和居民點，然后使用最小化設施點數模型確定新增社區衛生服務設施的位置和數量，從而得出模型設定的優化方式。

1.4 社區衛生服務設施布局優化模型

選取可達性理論作為優化布局的理論依據，運用計算機程序語言構建優化布局模型，并在此基礎上發現該優化方法的局限性，引入最小化設施點數模型，改進優化布局模型，為武漢市社區衛生服務設施的布局優化提供具有實用性的規劃模型。

1.4.1 基于可達性理論的模型構建

可達性的測評方法包括距離法、等值線法和重力模型等[9]。本文主要將可達性理論下的距離法作為測評方法進行優化模型的構建。運用程序設計語言Python進行模型構建，根據具體的矢量分布地圖，使用Python自帶的迭代算法，得出相應的設施布局優化結果。具體模型如下。

模型數學形式：

（1）

約束條件：

（2）

（3）

（4）

（5）

變量的含義：xn表示請求點（居民點）的坐標;k表示周邊請求點的個數;r表示周邊請求點間的距離;xb表示能覆蓋到最多請求點的候選設施點。公式（1）表示設置的服務設施數量最小;約束條件（2）表示每個請求點位于居民點;約束條件（3）表示保證設置設施點周邊至少有一個請求點;約束條件（4）表示周邊請求點間的距離;約束條件（5）表示選取保證覆蓋到最多請求點的候選設施點。

1.4.2 引入最小化設施點數模型的優化布局模型

運用可達性理論及Python迭代算法的分析，計算居民點間的最短直線距離，選取其運算結果具有一定的合理性，但并未實際考慮到設施點的服務能力及輻射距離，缺乏實用性。因此，本文引入最小化設施點數模型，結合GIS軟件進行分析，該模式考慮了設施的服務能力，并且運用道路交通網絡實際考慮了居民的出行距離。具體模型如下。

模型數學形式：

（6）

約束條件：

（7）

（8）

（9）

變量的含義：請求點（居民點）i∈I，候選設施點（社區衛生服務設施）j∈J;決策變量xj，當候選設施點j選中時，xj=1，否則xj=0;z為最終選定的服務設施數;成本變量wj為候選設施點j的服務能力;dij為居民點i到社區衛生服務設施j之間的距離;s為設定的醫院輻射距離。公式（6）表示設置的服務設施數量最小;約束條件（7）表示保證每個請求點至少被一個服務設施點覆蓋;約束條件（8）表示設定請求點i到候選設施點j的距離小于等于標準覆蓋距離s;約束條件（9）表示限制決策變量xj為（0，1）整數變量。

2 武漢市社區衛生服務設施空間布局研究

2.1 社區衛生服務設施與路網空間分布現狀

武漢市中心城區的道路網十分密集，而在城郊地區較為稀疏。社區衛生服務設施在空間上分布不均，多集中于交通發達、經濟條件較好的中心城區，江岸區、江漢區、硚口區明顯多于其他城區，城郊地區分布較少，總體呈現“城區密，城郊疏”的特征。

2.2 社區衛生服務設施服務區分析

研究范圍內社區衛生服務設施的5分鐘服務區的覆蓋范圍主要分布在三環線以內，10分鐘和15分鐘服務區的覆蓋范圍主要分布在四環線以內，是對5分鐘服務區的進一步補充，少部分服務區范圍零星分布在四環線以外的區域，但受道路網絡便捷程度的影響，周邊區域仍覆蓋不足，社區衛生服務設施嚴重短缺。

2.3 社區衛生服務設施可達性分析

武漢市社區衛生服務設施可達性等級呈現出由中心向四周擴散的趨勢，可達性等級的最高級（大于8萬平方米）出現在二環線以內，最低級（小于2萬平方米）出現在北部、東北部以及東南部。環線以內區域的可達性等級大部分在4級（6～8萬平方米）以上，環線以外區域的可達性等級均小于4級（6～8萬平方米）。

2.4 武漢市社區衛生服務設施的布局優化分析

2.4.1 優化結果

（1）基于可達性理論的模型試驗的布局優化結果。運用優化布局模型（1），設定不同的設施服務范圍，求解得出需要增加的社區衛生服務設施數量，如表1所示。

根據前文的可達性分析可知，在武漢市的城郊地區，社區衛生服務設施十分匱乏，由此判斷新增的衛生服務設施應大部分位于城郊地區（見表1）。綜合城郊地區人口分布、交通水平和經濟條件等因素的影響，將車行5分鐘（3千米）的距離作為設施服務范圍，結合表1可知，武漢市還需增設327個社區衛生服務設施。由于Python軟件的局限性，該方法僅能通過運算得出需新增衛生服務設施點的數量，無法確認新增衛生服務設施點的空間布局，進行圖面的可視化處理。因此，還需引入其他軟件進行模型處理及圖面表達優化。

（2）引入最小化設施點數模型的布局優化結果。研究發現，武漢市中心城區的居民點距離社區衛生服務設施點較近且交通便捷，而處于較偏遠位置的城郊區域無法得到鄰近的社區衛生服務。為擴大社區衛生服務設施的覆蓋面和增強可達性，應提高對環線外區域的服務空白區的重視度。采用最小化設施點模型的方法，按照最少設施點覆蓋最多居民點以及道路交通便捷的原則，模擬增設了179個社區衛生服務設施，大部分分布于環外區域。

對比兩個優化方案的結果可知，引入最小化設施點數模型的優化結果相比基于可達性理論模型實驗的優化結果，減少了148個設施點數，在引入最小化設施點數模型、綜合考慮道路交通網絡及居民點分布的優化方案后，減少了需新增的設施點，在保證設施可達性的同時，增強了優化方案的可行性。同時，引入GIS進行優化結果的可視化表達后，明確了新增設施點在研究區域內的空間分布，更有助于后續開展社區衛生服務設施新建工作。

2.4.2 優化結果分析

優化后研究區域內設施分布不均衡的問題得到了改善。將新增設的179個社區衛生服務設施與原192個社區衛生服務設施點合并后，新增設的社區衛生服務設施多分布于社區衛生服務設施短缺的城郊區域，其中較多設施新增設于黃陂區、江夏區及新洲區，分別占新增數量的34.08%、25.14%和19.55%。由此可見，在今后的城市發展中，應以黃陂區、江夏區及新洲區為重點增設區，著重建設城郊區域的社區衛生服務設施。

優化后研究區域內人口匹配不平衡的問題得到修正。對優化后的社區衛生服務設施布局進行5分鐘、10分鐘、15分鐘服務區分析可知，本次布局優化以補充10分鐘以內的服務區為主，以補充5分鐘以內的服務區為輔，優化后社區衛生服務設施的覆蓋度達到了84.49%，增長了48.92%，極大地提升了居民點的服務區覆蓋度，在優化設施人口匹配的同時極大地縮短了周邊居民的就醫路程。同時由于新洲區的居民點密集，且道路密度較高，該區域內的服務區面積增加最為明顯。

優化后研究區域內城郊設施的可達性得到了較大提高（見表2）。分布在可達性等級為2級、3級和5級區域內的居民點數量增加，分別提高了1.42%、8.94%和9.28%。運用相同可達性分析方法對優化后的設施點布局分析發現，研究區域內大部分地區的可達性等級大于3級（4～6萬平方米），且城郊區域內的可達性面積得到了擴大。同時，北部和西南部地區的居民點分散，該區域內新增設施多為“一設施服務一居民點”的模式，因此該地區的設施可達性等級為最高級（大于8萬平方米）。

綜上所述，引入最小化設施點數模型優化武漢市社區衛生服務設施布局，極大地改善了武漢市社區衛生服務設施分布不均衡、人口匹配不平衡和城郊設施可達性不高的情況，對現有社區衛生服務設施的布局優化具有現實意義。

3 結語

本文以武漢市社區衛生服務設施為研究對象，根據設施的服務區分析和基于出行范圍的可達性評價，得出現有社區衛生服務設施布局存在的問題，而后采用不同模型對整個研究范圍內的任意位置建設社區衛生服務設施，力求在新增最小設施點數的前提下最大限度覆蓋居民點。文章采用最小化設施模型進行了社區衛生服務設施的布局優化，研究表明，采用最小化設施模型，能夠將設施的服務能力及輻射距離作為設施增設的約束條件，在增加最少設施數量的同時，確保優化方案的合理性。

本文的不足之處在于，對社區衛生服務設施的分析僅考慮了設施的輻射距離以及居民點的空間分布，忽略了其他非空間的因素，如居民點的人口結構和出行習慣、社區衛生服務設施的等級與特征等。同時，由于優化過程僅考慮了添加新設施，而未涉及重新分配現有設施，所以優化方法的可行性還有待提高。以上問題在后續的研究中還有待進一步解決。

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[7] 國家衛生健康委.國家衛生健康委關于全面推進社區醫院建設工作的通知：國衛基層發〔2020〕12號[EB/OL].基層衛生健康司，http：//www.nhc.gov.cn/jws/s3581/

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[9] 陳潔，陸鋒，程昌秀.可達性度量方法及應用研究進展評述[J].地理科學進展，2007（5）：100-110.

作者簡介：鐘瑞（1999—），女，云南紅河人，本科在讀，研究方向：城鄉規劃與設計。

徐虹（1977—），女，湖北天門人，博士，副教授，系本文通訊作者，研究方向：建筑設計、建筑歷史、城市設計。

陳軍浩（2000—），男，湖北荊門人，本科在讀，研究方向：信息管理與信息系統。

吳承茜（1999—），女，湖北武漢人，本科在讀，研究方向：城鄉規劃與設計。

徐苗（2000—），女，湖北天門人，本科在讀，研究方向：城鄉規劃與設計。