基于多源數據的社區生活圈服務設施與人口匹配關系研究*——以寧波市中心城區為例

仲 亮 徐磊青 ZHONG Liang, XU Leiqing

0 引言

服務設施的規劃配置是城市規劃和建設中的重要內容。在“以人為本”的目標下，城市發展逐漸關注服務設施的配置效率和公平均衡[1]。2015年中央城市工作會議強調轉變城市發展方式，建設宜居和現代化的城市，推進公共服務均等化，為新常態下城市發展轉型指明方向[2]。在基本公共服務均等化的目標下，服務設施需要普惠廣大市民，結合區域均衡與人口規模進行配置布局，在配置方法上形成了基于“千人指標”和基于“用地（空間）”兩種技術路線[3]。2016年《中共中央 國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》首次提出“構建15分鐘生活圈”的要求。社區生活圈理論強調以人的需求為中心配置服務設施，更新了社區層面的規劃方法，在應對社會異質化需求、實現公共資源精準分配、增強社區歸屬感等方面具有積極意義[4]94。

服務設施是為居民日常生活提供產品和服務的空間載體，一般包括教育、醫療、文體、商業、市政等社會性基礎設施[5]。良好的服務設施水平能夠提升城市宜居水平、改善居民生活質量、提高居民幸福感。國內外學者對于服務設施的研究主要集中在區位分布[6-9]、優化布局[10-12]和可達性測算[13-16]等方面。在設施優化配置層面，不僅包括設施的配置策略、配置標準和區位分配等內容，近年來也出現了一些關于人口與服務資源相關性的研究。Grohmann等[17]利用Huff模型，對現有數學模型進行修正，計算城市居民對于服務設施的需求，解決多設施的選址問題；宋小冬等[18]50以供需關系為主線、以密度分析為基礎，對教育設施更新提出改進建議。樊立慧等[19]90根據教育醫療設施供需關系，構建協調發展度模型，對二者協調發展特征進行研究。楊智威等[20]利用Huff改進模型，分析醫療資源和人口匹配程度，發現醫療服務水平匹配度在局部空間有圈層現象。

社區生活圈是居住生活的基本單元，是居民日常進行購物休閑、醫療教育、就業通勤與生活服務等活動形成的空間范圍[21]。生活圈規劃的重要特點是從居民行為與需求的角度優化調整設施供給，達到提升生活品質和幸福指數的目標[22]112。生活圈理論最早始于日本，在隨后幾十年的不斷發展過程中逐漸擴散到韓國、中國臺灣等國家和地區，其研究與實踐的尺度覆蓋從城市到社區的各個層面[23]1701。從生活圈的發展來看，其概念的提出是更好地用以人為本理念組織社會生活空間，實現資源的優化配置，重塑社區活力生活。國內學者對于生活圈理論的研究主要集中在3個層面：一是生活圈層次與劃分，如柴彥威等[24-25]、袁家冬等[26]、熊薇等[27]對于生活圈體系進行職能劃分與構建，并明確了各層次生活圈的職能；二是生活圈視角下的服務設施優化配置，如孫德芳等[28]、朱查松等[29]以生活圈為單元，對不同地區的設施配置進行測度，提出優化配置方式；三是生活圈的規劃實施途徑，如廖遠濤等[4]94、李萌[22]111提出生活圈的規劃思路和對策，為生活圈理念的實施提供參考。

新技術與新數據的出現推動服務設施與生活圈研究發展，許多學者嘗試用新技術對設施配置、城市人口和生活圈進行定量研究。在服務設施層面，興趣點（POI）數據被用于分析業態集聚特征[30]和生活便利度指數[31]27。在城市人口層面，學者們利用位置服務（LBS）數據，圍繞城市職住平衡狀況[32]、城市活力特征[33]64開展大量研究。在生活圈層面，大數據推動生活圈研究從定性向定量轉變，如孫道勝等[34]采用個體居民GPS數據，界定社區生活圈的時空范圍，并對案例社區進行社區生活圈層的劃分；趙彥云等[35]通過POI數據對北京市“15分鐘生活圈”覆蓋率、達標率，以及與人口的發展協調性進行空間測度；韓增林等[23]1701使用城市網絡分析工具對大連市內6類公共服務設施分布進行空間分異分析，并對各個社區進行總體評價。

目前對于服務設施的研究相對全面，但現有研究尺度多為市、區等行政區劃單元，對于生活圈范圍服務設施配置的研究相對較少，尤其是對微觀尺度下社區生活圈設施與人口的定量研究不足。在服務設施配置從居住區范圍邁向生活圈范圍的背景下，需要新的技術和方法探索不同規模生活圈的配套設施服務水平差異，結合居住人口差異進行設施精細化配置。本文聚焦新時代背景下社區生活圈規劃方法，以浙江省寧波市中心城區為研究區域、6類服務設施為研究對象，基于多源數據分析各類服務設施與人口分布的匹配關系，探究現狀生活圈的供需失衡問題，為提高服務設施配置效率提供改進方向。

1 研究范圍與數據

1.1 研究范圍

本文以寧波市中心城區為研究范圍，包括海曙區、江北區、鄞州區、鎮海區、北侖區，陸域總面積為2 462 km2，占全市面積的25.1%（見圖1）①本文研究的“中心城區”范圍采用《寧波市城市總體規劃（2006—2020年）（2015年修訂）》確定的中心城區范圍，不含2016年撤市設區的奉化區。。截至2019年底，研究范圍聚集了寧波市47.3%的常住人口，約404萬人，區域內人口密度高、人口結構復雜、服務資源集聚，是研究設施配置的重點區域。

圖1 研究區范圍Fig.1 Scope of study area

1.2 研究數據

本文利用多源開放數據，對研究范圍內設施與人口分布情況進行研究。數據主要包括3類：興趣點（POI）數據、開源地圖（OSM）數據、騰訊宜出行定位數據。筆者對各項數據進行篩選，經過糾偏和投影后建立ArcGIS空間地理數據庫，以此為基礎進行生活圈的統計與分析。

（1）興趣點POI數據

POI（Point of Interest）數據是指電子地圖中的各個地標，包含名稱、類別、地區、地址、經緯度等基礎信息，具有獲取容易、準確度高、覆蓋面廣的特點[31]28。本文通過Python編程對高德地圖開放平臺進行數據抓取，獲得所有POI數據，并對數據進行去重、分類篩選。首先篩選出研究范圍內居住小區POI數據共2 538個，其次根據《城市居住區規劃設計標準（GB50180—2018）》（以下簡稱“《居住區標準》”），選取商業、教育、醫療、文體、養老、交通6大類與居民日常生活緊密相關的設施為研究對象，篩選相應POI數據，篩選后設施分類和數量如表1所示。

表1 篩選后設施POI數據分類Tab.1 Classification of selected POI data

（2）OSM地圖道路數據

OSM（OpenStreetMap）是依據開放許可協議自由使用的世界地圖，包含全球城市道路網絡、綠化水體、地標等信息。中國主要城市的OSM數據質量較穩定，并且該數據已用于對建成環境的評估研究[36]。本文通過OSM地圖獲取寧波市道路交通網絡，為構建GIS交通網絡數據集、計算15分鐘生活圈、統計各類設施數量和人口活動強度提供技術支撐。

（3）騰訊宜出行定位數據

騰訊宜出行定位數據是騰訊社交網絡用戶的分時段人口密度信息，記錄了包括微信（10.9億個月活躍賬戶）、騰訊QQ（8億個月活躍賬戶）、騰訊視頻（2.3億個月活躍賬戶）等多個騰訊產品用戶在智能手機終端的LBS定位數據，通過騰訊位置大數據服務窗口（https://heat.qq.com）和公眾號“宜出行”進行展示。由于騰訊產品有龐大的用戶群體，該數據能夠較好地反映研究區域內人口的空間分布情況，同時具有很好的時空分辨率[37]。本文采用2020年3月6日（周五）和3月8日（周日），從8: 00—22: 00的宜出行矢量數據，獲取時間間隔為1 h，數據量在每小時6萬個點左右（見圖2）。原始數據包括4個屬性，分別為經度、緯度、時間和人口活動強度。其中人口活動強度的統計精度為25 m×25 m網格，其數值反映了當前時段該定位的活動強度屬性值，與人口密度情況呈正相關[33]65。為了獲得接近實際的生活圈內人口分布情況，本文選取3月8日（周日）11: 00的騰訊宜出行定位數據進行分析。由于新冠肺炎疫情影響，所有小區均實行封閉式管理，大多數居民居家休息，同時該時間點為網絡產品使用的高峰時段，宜出行數據中活動強度點數較高，故數據能夠較好地研究范圍內居住區人口分布情況（見圖3）。

圖2 騰訊宜出行定位數據強度分時變化Fig.2 Changes of Tencent Easygo data in hours

圖3 騰訊用戶活動強度分布Fig.3 Tencent user activity intensity distribution

1.3 研究方法

1.3.1 基于GIS的網絡分析

社區生活圈關注步行可達范圍內的各類要素。從居民角度出發，與日常生活緊密相關的各項配套設施應在步行范圍內有所安排，并根據人口密度和人口結構差異確定設施數量與規模。傳統研究中，通常以小區為中心，利用直線距離計算配套設施的數量[38]。但由于城市中道路網絡的復雜性，該方法無法準確衡量設施的到達時間，與實際出行情況存在較大誤差。一些研究人員利用實際街道網絡模擬個人到達設施的路線與時間，能更為真實地評價服務設施的可達性[39]。本文對獲取的道路、設施、密度點位數據進行坐標系轉換和投影，在GIS平臺中建立空間地理數據庫，運用GIS網絡分析方法，以研究范圍內2 538個居住小區為中心，依托實際矢量路網，計算各個小區步行15 min最大范圍，作為該小區15分鐘生活圈，并通過空間連接工具分別統計各小區生活圈內各類設施數量和宜出行密度定位的活動強度，定量分析各小區生活圈內服務設施配套和人口密度情況。圖4-圖5為海曙區孝聞白衣小區的15分鐘生活圈中設施與密度定位情況，其步行15 min最大距離約為900 m，生活圈面積為1.75 km2，配套設施較為齊全，人口密度相對較大。

圖4 典型生活圈中設施分布情況Fig.4 Distribution of facilities in a typical living circle

圖5 典型生活圈中人口密度定位情況Fig.5 Population density in a typical living circle

1.3.2 相關分析

相關分析能夠衡量兩組連續變量的關聯程度，常用的相關系數有Pearson相關系數、Spearman相關系數和Kendall相關系數[40]。通過繪制散點圖，能夠發現生活圈設施與人口存在單調關系，故本文使用相關性分析方法，定量研究生活圈內各類設施與人口的相關性。由于設施和人口兩組數據均未通過正態分布檢驗，無法使用Pearson相關分析，但兩變量均連續且存在單調關系，故采用非參數檢驗方法Spearman相關分析。

1.3.3 設施人口匹配指數

在城市建設過程中，服務設施供需矛盾的現象經常出現。針對此類問題，傳統的設施配置優化思路有網絡劃分法[41]、時間均等化法[42]、選址與配置模型法[43]等，但都存在一定局限性，無法準確地根據人口需求對設施供給做出調整。宋小冬等[18]49提出以密度估計為基礎的分析方法：以居住人口為需求方，設施容量為供給方，以密度指標為基礎，采用空間疊合方式，將供給密度與需求密度相減，如果出現供給大于需求，則該區域設施供給有余，如果供給小于需求，則該區域設施供給不足。基于此，本文采用設施人口匹配指數衡量生活圈內設施與人口的供需矛盾情況。在確定生活圈設施與人口相關性后，以人口數量為自變量，設施數量為因變量，建立線性回歸模型：

式中：Yi為小區i的15分鐘生活圈內6類設施的總數，Xi為小區i的15分鐘生活圈內人口活動強度點數，能夠代表該生活圈相對人口數量，β0、β1為回歸系數。由于新版《居住區標準》內強調生活圈內服務設施的共建與共享，故統計定位數據時不是僅局限于小區內定位，而是選擇小區生活圈內定位信息，該范圍內人群均能夠便捷使用各項服務設施。則有生活圈設施人口匹配指數Mi為：

式中：Yi為回歸方程擬合的小區i生活圈設施數量，能夠反映與小區生活圈人口匹配的設施數量。Mi為小區i的設施人口匹配指數，為經過檢驗后回歸模型的殘差，由設施供給與擬合后的設施需求相減得到，為中間型指標。其值越接近0表明該小區設施供需平衡，數值越大表明設施供給越超配，數值越小表明設施供給越失配。

2 結果與分析

2.1 生活圈設施與人口分布概況

應用ArcGIS軟件對研究范圍內2 538個小區15分鐘生活圈設施和人口密度數據進行統計，并按照自然間斷點分級法對數據進行分級。由圖6可知，研究范圍內社區生活圈設施數量相對差異較大。其中，三江口核心區②三江口核心區為姚江、奉化江、甬江交匯區域，是寧波市中心繁華地段。為海曙區、鄞州區、江北區交匯區域，其周邊生活圈設施數量極高，靠近外側數量減少，近郊和遠郊居住區設施數量較少。鎮海區、北侖區有部分居住區集中區域設施數量較多。圖7為生活圈人口活動強度，能夠近似反映生活圈相對人口數量，呈現圈層分布，同樣在三江口核心區周邊有高度集聚，近郊和遠郊居住區密集處有部分人口密度較高區域。從設施與人口分布能夠看出，兩者存在較大相關性，在三江口核心區周邊，設施和人口有明顯集聚，向外呈現圈層遞減格局，表明中心老城區居住區和人口密集、設施配置較為完備；近郊居住區呈現組團分布，部分區域人口較多，設施數量相對較少；遠郊新建城區的居住區在外圍沿道路呈放射狀布局，分布相對零散，人口和設施都相對較少。在鎮海區和北侖區，區政府周邊居住區相對集中，設施和人口同樣呈現集聚的特征，外圍零散分布的居住區設施和人口均相對較少。

圖6 研究范圍內生活圈設施數量Fig.6 Number of facilities in central city living circles

圖7 研究范圍內生活圈人口活動強度Fig.7 Intensity of population activity in central city living circles

2.2 總體設施相關性分析

生活圈設施與人口活動強度散點圖表明，研究范圍內社區15分鐘生活圈內總體設施數量與人口總數存在單調關系（見圖8），且為正相關，人口越多，設施數量越多。有部分點位分布明顯與趨勢偏離，表明部分生活圈存在設施與人口不匹配情況。利用SPSS軟件對兩者進行Spearman相關分析，發現設施與人口活動強度呈現正相關，相關系數為0.936，表明相關性較強，同時P值小于0.001，兩者相關關系具有統計學意義。總體設施相關性結果表明，生活圈內設施數量與居住區人口呈現顯著正相關，傳統居住區規劃中采用的分類分級和千人指標的設施配置策略，在一定程度上能夠滿足居民對設施的使用需求。在生活圈規劃以人為本的目標下，設施配置可結合實際居住人口，考慮居民年齡結構和使用需求，對設施存在供需矛盾的生活圈需及時進行調整。

圖8 生活圈設施與人口活動強度散點圖Fig.8 Scatter diagram of facilities and population activity intensity in living circles

2.3 各類設施相關性分析

為進一步研究生活圈內各類設施與人口匹配情況，本文將6大類設施分別與人口活動強度進行Spearman相關分析，結果如圖9所示。根據相關性分析結果，生活圈內各類設施數量與人口數量均呈現正向相關關系，且具有統計學意義。其中，商業設施與人口的相關系數最高，其次為教育、文體和交通設施，醫療和養老設施相關系數較低。

圖9 生活圈各類設施與人口活動強度Spearman相關系數Fig.9 Spearman correlation coefficient of facilities and population activity intensity in living circles

商業設施多以市場為主導，由于經營追求利潤和效率，更注重區域人口的聚集性，故其設施數量與居住區人口關聯最為緊密。除商業設施以外，其他設施多為公共設施，通常由政府主導，以行政單元進行政策性配置，更注重設施的公平性和可達性，故相關系數稍弱。教育設施中的幼兒園多依附于居住區，與居住人口規模關系緊密，中小學受服務半徑制約多圍繞居住區布局，同時兼顧區域均衡。交通設施為公交和地鐵站點，出于公共目的為居民提供便捷服務，空間分布注重便利性，老城區內路網密集，站點相對較多。文體和醫療設施多為政府主導配置，大型醫院、體育場館和博物館等高層級設施服務范圍較廣，區級和街道級設施多就近提供服務，規劃配置時更關注公平性而非效率?；鶎羽B老設施通常結合社區布局，但當前養老設施數量較少，多數居住區設施缺失，故設施與人口關聯度較低。

圖10為人口強度點數與各類設施在各區的比例情況，能夠一定程度反映各類設施與人口分布不均衡現狀。根據寧波市統計局發布的2019年年末寧波各區縣（市）常住人口統計數據，研究范圍內5區人口分別為：海曙區97.4萬人（占24.11%）、江北區41.1萬人（占10.17%）、鄞州區142.9萬人（占35.37%）、鎮海區47.1萬人（占11.66%）、北侖區75.5萬人（占18.69%），與騰訊宜出行定位數據的人口強度點數比例基本相同，表明人口強度點數能夠較好地反映人口相對分布情況。從各區比例情況能夠看出，設施比例與人口比例大致相似，部分地區設施與人口的關系失衡。如鎮海區商業、交通設施不足，北侖區教育、文體設施不足，江北區和鄞州區的養老設施與人口不匹配等。

圖10 研究范圍內各區人口與設施比例Fig.10 Proportion of population and facilities by district

2.4 設施人口匹配程度分析

通過最小二乘法對線性回歸模型求解，并對模型結果進行檢驗，其參數如表2所示?？芍Ｐ驼{整后R2為0.839，通過顯著性檢驗，擬合程度較好。同時標準化殘差圖基本符合正態分布（見圖11），且峰值接近于0，符合原假設?？傻没貧w方程為：

圖11 模型標準化殘差圖Fig.11 Diagram of model standardized residual

表2 線性回歸模型及參數評估Tab.2 Linear regression model and parameter evaluation

根據該方程計算所有生活圈設施人口匹配指數，借助模糊數學思想，劃分生活圈的協調發展等級，可分為設施供需平衡、設施超配、設施明顯超配、設施失配、設施明顯失配。圖12中，黃色表示服務設施數量與人口數量基本匹配，淺紅色和深紅色分別表示設施超配和設施明顯超配，淺綠色和深綠色分別表示設施失配和設施明顯失配。由該圖可知，研究范圍內目前大部分居住區生活圈設施與人口基本匹配，其分布較為均衡，而設施超配/明顯超配和失配/明顯失配的居住區呈現不同分布格局。設施超配/明顯超配的居住區呈現集中分布，三江口核心區周邊的鼓樓、月湖、中馬、白鶴、百丈街道，以及鎮海區招寶山街道和北侖區新碶街道等區域設施種類較為齊全，設施數量較多，雖然區域內人口密度較高，但設施數量能夠較好滿足當地居民需求。設施失配/明顯失配的居住區多在城市近郊區域，呈現環狀包圍分布，有大分散、小集中的特點，包括石碶、望春、首南、駱駝街道等。由于快速城鎮化進程中新建居住區較多，人口大量流入，而配套設施的建設未及時跟進，造成生活圈內服務設施供需失配，需要進行調整。

圖12 生活圈設施人口匹配指數Fig.12 Matching index of facilities and population in living circles

2.5 生活圈視角下服務設施配置策略

（1）建立小尺度的規劃評估單元

當前城市發展步入存量時代，城市更新單元打破了以行政單位或地塊為改造單元的局限性[44]。建立基于街道尺度的規劃評估單元，對服務設施的使用情況和未來需求進行動態評估，能夠及時發現設施失配/明顯失配的社區，結合地區發展、項目落地情況，及時開展用地及建筑資源的動態挖潛，明確有需求且有條件改善的區域，作為優先更新地區，形成實施清單，為更新項目的落地提供依據。

（2）結合居住人口優化設施類型與數量

結合人口規模進行服務設施差異化配置是生活圈規劃的重要方向，《居住區標準》提出根據人口規模對生活圈層級進行劃分，并配置相應服務設施，各層級生活圈的配套設施為非包含關系，提高了高層級生活圈的服務能力。針對評估單元內設施失配/明顯失配的社區，需要重點進行查漏補缺，明確具體設施缺項情況，結合需求進行動態調整。針對人口數量多、設施需求旺盛的地區，可以通過增加設施數量、改擴建現有設施提高服務能級，匹配居住人口規模。對于醫療、文體、養老等政府主導的公共設施，需要推動資源均衡布局，結合城市級、街道級、社區級布局體系，構建科學合理的設施網絡，改善現有設施非均衡狀態，保障社區服務設施覆蓋。對于商業設施，可以在政府規劃和引導的同時，結合市場調節機制，打造便捷全面的商業網點。同時，設施的配置還要關注人口結構差異，滿足不同年齡群體的需求，重點關注老人和兒童等弱勢群體[22]116。老齡化特征明顯的地區，需要增加養老、醫療設施覆蓋，構建功能完善的養老體系。對于人口流入、學齡兒童較多的地區，需要增加教育設施供給，滿足學齡兒童的使用需求。

（3）構建便捷暢達的生活圈步行系統

設施超配與失配的生活圈分布一定程度上與路網密度有關。城市中心地區多采用小街區、密路網格局，道路網絡密集，步行可達性較好，15分鐘可步行范圍較大，居民到達服務設施較便利。而城市近郊與遠郊區域街區尺度相對較大，路網密度較低，15分鐘可步行范圍較小，居民能夠接觸的服務設施較少。針對設施失配/明顯失配的社區，可以適當增加路網密度，構建便捷暢達的步行系統，減少地物阻隔，擴大生活圈可步行范圍，促進生活圈之間融合與設施共享，能夠增加步行可達的設施數量，提高設施人口匹配指數。

3 結語

本文結合興趣點POI數據和騰訊宜出行定位數據，從供需平衡的視角研究生活圈設施服務水平，為各類設施與人口的空間匹配程度提出新的研究方法，為設施的優化配置提供技術支撐。聚焦寧波市中心城區的社區生活圈，研究方法和成果可在其他城市推廣，在生活圈人口分布、設施服務水平和配置優化等方面具有參考意義。本文在生活圈評估方面具有一定的創新性，但還是存在一些不足：騰訊宜出行數據僅為人口分布集中程度的相對比較，無法精確統計生活圈實際人口數量，在對需求評估時可能造成誤差；對生活圈內服務設施的研究僅考慮了數量，未考慮設施等級和規模。在未來的研究中可以綜合考慮設施等級、規模和數量，結合實際使用情況判斷設施服務水平，針對具體社區制定優化策略，滿足居民的使用需求。