城市體力活動空間供需均衡與空間優化研究*

蔚 芳 徐雯雯 胡曉鳴 黎小龍 詹小穩

0 引言

20世紀以來，快速城鎮化進程改變著人們傳統的生活習慣，高熱量飲食和靜坐的生活方式影響著每個人，與運動缺乏相關的健康風險成為公共健康的關鍵問題。慢性非傳染性疾病（Noncommunicable Diseases，NCDs），也稱慢性病，是全球過早死亡的最主要原因[1]。缺乏運動是慢性病死亡的重要原因之一，面對缺乏運動造成的棘手健康問題，人們逐漸從被動醫學治療轉向主動預防。研究表明，適當有規律的體力活動（Physical Activity，PA）有助于防治高血壓、糖尿病等慢性病，提高生活質量[2-3]。“2010健康人”將體力活動確定為十大健康指標之首，運動干預已成為許多國家提高人民健康水平的重要舉措。

體力活動不足是可預防的公共健康問題，受到物理環境、社會環境以及個體因素的影響[4]。城市綠色空間（Urban Green Space，UGS）和體育空間（Recreational Infrastructure，RI）為體力活動提供重要空間支撐，是影響體力活動和健康的眾多變量之一。研究表明，在綠色空間內進行體力活動能產生情緒恢復、減輕焦慮等健康溢出效應[5]。國外綠體結合模式已基本形成：德國大約58%的運動是在公園、森林中進行，綠色空間成了居民的主要運動空間[6]；英國政府也通過構建具備運動功能的口袋公園來鼓勵體力活動[7]。在我國，隨著 “全民健身”上升為國家戰略，積極參與體育鍛煉已成為社會共識。城市體育場館、社區體育設施均具有提供豐富的中高強度體育活動的價值，是關乎人們健康的重要空間[8]。因此，本文將UGS和RI共同構成的活動空間定義為體力活動空間，指支持居民進行休閑性中高強度體力活動的典型空間，包括公園、綠地、森林、體育場館、社區體育設施等。

綠色空間與體力活動之間存在的積極聯系已被學術研究證實。綠色空間通過提供體育鍛煉的機會積極促進健康，其空間布局對健康產生重要影響[9]。傳統的空間規劃重視從供給角度探索空間結構、空間布局以及指標要求，如今關注空間促進健康行為的影響要素、作用路徑等[10-11]，但仍缺乏更精細化的體力活動類型、強度、頻率和時間視角下的空間供需研究，現有研究多將綠色空間和體育空間作為單獨系統進行供需評估，健康導向下的綠體空間耦合、空間優化等理論與實踐還需進一步探討。基于此，本文以體力活動空間促進體力活動為突破口，總結“慢性病—體力活動—空間供需均衡”的內在邏輯，討論綠色空間和體育空間如何影響不同群體的體力活動，對比兩類空間的供需特征及差異，并探討促進PA的空間優化方式。

1 “慢性病—體力活動—空間供需均衡”的內在邏輯

1.1 體力活動：慢性病的處方

體力活動是重要的健康影響干預因素之一[12-13]。運動產生的健康效益不僅與運動的“質”即運動形式有關，還與運動的“量”，即頻率、強度、時間密切相關。每周3—5天，每天≥30 min，一周≥150 min的運動對慢性病有顯著的預防和改善效果[14-17]。但由于個體存在年齡、健康、疾病、興趣偏好等客觀差異，需對運動的“質”和“量”進行更精細化的管理。諸多文獻分析了PA與健康的關系，筆者整理172篇相關文獻發現（圖1）：不同運動改善慢性病的效果存在差異，有氧運動能有效預防和改善多種疾病；抗阻運動對心血管疾病等慢性病起到良好作用；柔韌運動對緩解心理疾病負擔有較好效果[18-20]；不同疾病對運動“量”的需求也不同，需根據疾病特征制定精準的運動處方。總體而言，合理選擇運動的“質”并提高運動的“量”是預防和改善慢性病的重要途徑。

1.2 體力活動空間特征影響體力活動水平

世界衛生組織（WHO）指出，健康城市是有活力的城市[21]，塑造健康的空間環境來鼓勵積極生活已成為改善健康的重要舉措。PA類型、強度、頻率和時間與體力活動空間特征緊密關聯。綠色空間的環境質量、可達性、可步行性等對PA產生重要影響。植被覆蓋率60%以上的綠色空間能顯著減輕熱島效應暴露風險[22]，使居民鍛煉時獲得良好心理體驗，提高活動意愿[23]和時間[24]。可達性與PA頻率高度相關，距離空間越近，活動頻率越高[25-26]，距綠色空間超過2 250 m比830 m內的居民進行PA的概率降低約36%[27]。綠色空間內的步行、跑步等活動受到廣泛關注[28]，空間中存在環境優美的健身路徑能有效提高步行水平[29]。體育空間包括城市體育場館和社區體育設施，其規模、可達性、公平性對中高強度PA的頻率、類型的選擇產生重要影響。

1.3 空間供需均衡：促進PA的空間優化路徑

體力活動空間對PA的作用受供需雙方的共同影響[30]。空間優化首先要厘清空間供需要素與PA屬性之間的關系（圖2），并以空間改善、合理布局、設施配置等途徑達到供給與需求的動態均衡，是促進PA并產生健康價值的重要路徑[31]。

將體力活動空間促進體力活動的健康效益納入規劃決策時，考慮綠色空間和體育空間的供需關系并以空間耦合的方式實現優化布局至關重要。健康效益取決于人們在特定空間中身體與空間互動的機會[32]，體力活動需求以及不同群體運動偏好構成了空間需求差異。老年人傾向于在綠色空間內鍛煉，青少年更偏好在體育空間中進行劇烈活動。考慮不同群體需求時，僅基于人口配置標準，易導致空間類型供給與群體需求不相匹配。因此，在既有空間資源稟賦差異背景下，促進PA的空間優化不僅要考慮群體需求，還應探究綠色空間和體育空間的供需關系，才能為資源的合理配置提供指導。

2 研究區域、數據來源與研究方法

2.1 研究區域與數據來源

本文以杭州市拱墅區為研究區域，下轄18個街道174個社區，總面積119 km2。北部有國家級半山森林公園，綠色空間和體育空間分布差異較明顯（圖3），對體力活動空間供需研究具有一定的典型性。

研究數據包括人口、土地利用、遙感數據等。2020年人口數據來源于World population網站；2018年土地利用數據來源于杭州市國土局，通過ArcGIS從土地利用數據中提取公園綠地、森林等用地構建綠色空間數據庫；體育空間數據、路網數據來源于Open Street Map和浙江省體育公共服務平臺網站；2020年Landsat8.0遙感影像來源于地理空間信息云平臺。

2.2 研究方法

2.2.1 構建供需評價體系

以社區為空間評價單元，基于已有研究，初步選擇影響PA的空間供需指標，考慮到過于復雜的指標體系計算疊加后可能會掩蓋空間主要供需關系的真實性。因此，采用Pearson相關分析方法剔除高度相關的指標，最終選取綠色空間的環境質量、可達性、可步行性和體育空間規模、可達性、可步行性6項指標表征空間的供需水平，測度指標如表1所示。

表1 體力活動空間供需指標及供需均衡度權重Tab.1 index and weights of space supply-demand balance of physical activity space

2.2.2 供需指標測度方法

2.2.2.1 綠色空間環境質量供需測度

在自然環境中進行鍛煉能比人工環境獲取更多的健康益處，高植被覆蓋度能有效調節氣候、減少污染和噪音[33]，營造舒適的鍛煉場所。因此，環境質量供給以植被覆蓋度（VFC）≥0.6的面積占比表征[34]，VFC的取值在[0,1]，采用ENVI計算NDVI和VFC的值。公式如下：

式中:NDVI指歸一化植被指數；NIR為近紅外波段反射值；R為紅光波段反射值。

式中：NDVIveg和NDVIsoil為純植被覆蓋和全裸像元NDVI值，取5%至95%置信度。

環境質量需求度反映居民對鍛煉環境的實際需求，以人口密度、人口脆弱性和環境風險衡量。綠色空間對改善環境有積極作用[22]，以夏季高溫作為環境風險因子的代表。由于老年人隨年齡增大身體機能對環境風險的調節能力下降[35]，以≥65歲的老年人口表征人口脆弱性，計算公式如下[36]：

式中：EQD為環境質量需求度；P為人口密度；P65+為65歲以上人口密度, 單位為人/hm2；Tmax和Tmin為2020年7月日均最高和最低溫度。

2.2.2.2 綠色空間可達性測度

可達性采用高斯兩步移動搜索法計算，該方法考慮了人口需求因素。根據《城市綠地規劃標準》，確定不同等級綠色空間可達性計算時的空間距離閾值（表2），并將狹長的沿河綠帶切分成規模適宜的空間單元。以綠色空間中心為供給點和社區質心為需求點，分兩步計算可達性：

表2 綠色空間可達性計算的空間距離閾值設置Tab.2 the catchment setting for UGS accessibility calculation

第一步，對綠色空間j，給定空間距離閾值d0形成空間作用域（catchment），利用高斯方程對落在作用域范圍內社區k的人口賦以權重，對加權后的人口加和，得到供給點j所有潛在需求者數量，綠色空間規模與潛在需求者數量比值為供需比率Rj。

式中：Pk是綠色空間j空間作用域（dkj≤d0）社區k的人口數量，dkj是從社區k到綠色空間j的空間距離，Sj是綠色空間面積，G(dkj，d0)為考慮空間摩擦的高斯方程，方法如公式（2）：

第二步，對于社區i，給定空間距離d0，形成空間作用域，利用高斯方程對落在該作用域內的供給比率Rl賦以權重并加和，得到可達性Ai。

2.2.2.3 綠色空間可步行性供需測度

可步行性以步行道密度和人口密度分別表征供需。步行道密度越高表示空間供給能力越強，人口密度越高表示需求越高。公式如下：

式中：WD和PD表示步行道密度（m/hm2）和人口密度（人/hm2）；Leng與n為綠色空間中步行道長度與數量；Gi為社區面積（hm2）。

2.2.2.4 體育空間可達性測度

根據PA強度，選擇3-6METs中等強度和＞6METs高強度的PA類型[37]，確定體育空間（表3）。采用高斯兩步移動搜索法，將市級、區級和社區級體育空間的d0分別設為5 000 m、3 000 m和300 m，以體育空間作為供給點j，面積為容納能力，計算社區i的體育空間可達性。

表3 PA類型、強度及中高強度體育空間Tab.3 types, intensity of PA and the moderate to vigorous physical activity space

2.2.2.5 體育空間公平性測度

基于公眾PA需求考慮體育空間布局公平性, 能讓居民更公平地享受健康服務，滿足多元化、多層次、多功能的鍛煉需求。根據區域經濟理論，采用集中化指數計算人口與體育空間的耦合程度，評價供需結構的合理性，公式如下：

式中:Ri為第i個社區的公平性指數；Xi和Yi分別是第i個社區的人口和體育空間的數量；ΣXi和ΣYi分別是研究區域的人口和空間總數。Ri越接近100，說明公平性越高；越接近于0，則反之。

2.2.3 供需均衡度量化評估

采用max-min歸一化方法處理供需數據，量化評估供需均衡度（SDB）。以熵權法計算各指標的權重（表1），加權疊加計算兩類空間的供需均衡度。研究表明，綠色空間和體育空間均對體力活動十分重要[5]，再以相同的權重疊加兩類空間，得到體力活動空間的供需均衡度。公式如下：

式中：S，ij和D，ij分別表示單項指標的供給和需求；SDBij表示單項指標的供需均衡度；SDB，ij表示歸一化的供需均衡度；wj表示權重；SDB表示空間供需均衡度，取值在[0,1]，值越大表示均衡度越高。

3 結果與分析

3.1 不同群體的空間供需格局

以綠色空間、體育空間的供給規模（空間面積）作為自變量；總人口、老年人和青少年的人口密度作為因變量，采用雙變量局部Moran’s I探究不同群體需求下的供需格局，對比不同人群對空間類型的主觀偏好與客觀供需情況之間的匹配度。

從空間供給與總人口密度結果看（圖4a-4d），綠色空間、體育空間與總人口密度的Moran’s I為-0.359和0.123，呈空間負相關和正相關。說明綠色空間與總人口密度在空間上的“高—低”型和“低—高”型聚集社區比“低—低”型和“高—高”型的社區更多，供需變量在空間上的差異較大。而體育空間與總人口密度呈正相關，“低—低”型和“高—高”型的社區分布在北部和南部。兩者“低—高”型，即供給難以滿足群體需求的社區均占比約25%，分布在西南側。

從空間供給與老年人、青少年人口密度的結果看，綠色空間供給與老年人、青少年需求的Moran’s I為-0.345和-0.366，“低—高”型和“高—低”型的社區聚集顯著（圖4b、4c）。體育空間供給與老年人、青少年人口密度的Moran’s I為0.133和0.100，“低—低”和“高—高”型的社區比較集聚（圖4e、4f）。南部社區的綠色空間供給低而老年人需求高，難以滿足老年人綠色鍛煉的需求；西南部的社區呈現體育空間供給低而青少年需求高的特征，這兩類社區是空間供給和群體需求匹配度較低的典型代表。北部多數社區的綠色空間供給高而老年人、青少年需求低，說明綠色空間供給雖滿足群體需求，但由于體育空間的缺乏，并無法滿足青少年多樣化的運動選擇。

3.2 空間供需均衡度的分布和分異特征

通過計算得到綠色空間和體育空間六項指標的供需均衡度（SDB）。由圖5可知，環境質量SDB由北至南均衡度遞減；可達性SDB呈顯著的“東北高、西南低”分異特征；可步行性SDB較高的社區靠近半山公園以及大運河分布，在北部、南部和中部均有小規模的集聚現象。體育空間規模SDB較高社區集中在中西部及北部少數區域；可達性SDB南高北低特征顯著，較高社區集中在南部老城區；公平性SDB高低分布較為均衡，較高區域聚集北部和南部。

加權疊加上述前三項指標得到綠色空間的供需均衡度（SDB），平均值為0.265，多數社區面臨供不應求的問題。由圖6a可知，綠色空間SDB較高的社區分布在北部、南部和中部的生態公園、體育公園、濱水空間附近。不同區域高SDB產生的原因存在差異：北面有半山公園，生態環境優越且可達性高；中部的善賢社區等靠近集體育、生態休閑于一體的城北體育公園，促進全民健身和游憩；南部社區靠近大運河，多條河流構成網絡狀的濱水空間，為居民提供優越的步行環境。其中，艮山門、刀茅巷等社區SDB明顯較高，因其靠近城東公園和凱旋體育文化公園，沿濱水空間配有自行車輪滑中心，提供有吸引力的運動空間。SDB較低的社區分布在東部和中西部，缺少高質量的公共綠地且人口密度較高，導致空間供不應求。

體育空間的供需均衡度（SDB）平均值為0.491，高于綠色空間，呈明顯的“南高北低”分布特征，與綠色空間的SDB分布存在差異（圖6b）。SDB較高的社區聚集在杭州市老城區的天水、大關等街道，已建成多元化的體育空間，社區體育設施配建完善且可達性較高。SDB較低的社區集中在中部、東部和北部，步行范圍內的體育空間多以小規模的中小學體育館、乒乓球場館為主，對于用地需求較大的足球場、體育中心等缺乏規劃。

最后，加權疊加綠色空間和體育空間的SDB得到體力活動空間總體供需均衡度。SDB值分布在0.01-0.69之間，平均值0.328，空間總體均衡度較低，空間分布呈“南北高、東西低”的特征（圖6c）。結合不同群體需求下的供需格局可知，體力活動空間SBD較高的社區并不代表空間類型供給和群體偏好相互匹配，部分高均衡度的社區也難以滿足老年人綠色鍛煉或青少年中高強度活動需求。

3.3 空間供需均衡對PA的影響分析

以綠色空間和體育空間的供需均衡度表征空間對PA的影響程度，均衡度越高則積極影響越大。采用GeoDa層次聚類分析方法，對174個社區的綠色空間和體育空間SDB進行分類，得到聚類分類地圖（圖7），將其分為四種類型：高UGS高RI社區，占比14.9%；高UGS低RI社區，占比12.1%；低UGS高RI社區，占比37.9%；低UGS低RI社區，占比35.1%。

體力活動空間均衡的高社區對提高PA時間、頻率和強度均有積極作用。該類社區沿大運河而建，濱水環境優美，毗鄰體育公園，居民在步行范圍內能獲得環境質量良好、步行道完善的綠色空間以及體育館、球場等運動空間。但考慮群體需求時，發現仍存在空間供給與特定群體需求不匹配的現象。高UGS低RI類型社區的綠色空間對PA的積極影響較高，促進步行、跑步、老年人運動，有效提高PA時間和頻率。此類社區靠近生態公園，綠色空間豐富，但體育空間可達性較低，難以滿足青少年多樣化的活動需求。低UGS高RI社區對PA的積極影響依賴于體育空間，體力活動強度得以保障且滿足青少年需求，但主要位于老年人口聚集的老城區，城市建設密度高，面臨綠色空間零碎、質量低、增綠難等問題，減少PA時間、頻率及老年人綠地鍛煉的機會。二者均低的社區對PA存在負面影響，分布在缺少自然資源稟賦的西部和中北部區域，步行道和體育設施建設薄弱，綠色空間以街頭綠地和面積≤2公頃的綠地為主，供給難以滿足需求，降低PA參與積極性。

總體而言，造成空間供需對PA影響差異的因素主要有：一是綠色空間和體育空間的分布不均衡。綠色空間的環境質量、可達性以及體育空間可達性、公平性等空間特征影響活動水平；二是不同群體的主觀偏好與社區擁有綠色空間和體育空間的稟賦有差異，空間環境對PA及人群產生不同的影響。

4 NCDs體力活動促進的空間規劃思考

針對四種空間類型，建議從人與空間精細化匹配、綠色空間運動化、綠體空間耦合、完善空間共享模式方面進行空間優化（表4）。

表4 空間類型特征及空間優化策略Tab.4 Features of space types and space optimization strategies

4.1 人與空間精細化匹配

高UGS高RI的社區應細化服務對象，將慢性病的“公園處方”理念融入空間規劃[36]，考慮年齡、需求差異等因素，針對不同群體設計符合個性化需求的活動空間。在老年人聚集區，完善廣場、舞蹈房等運動場所。考慮到老年人是慢性病易患人群，還應配建不同強度的力量訓練器械用于抗阻運動，標明運動時間和強度，完善以健康恢復為目的的空間規劃。青少年追求刺激劇烈運動且處于身心發育旺盛期，高需求區域配建多功能體育場館，如籃球場、羽毛球場等，提高PA水平進而增健體魄。

4.2 綠色空間運動化

高UGS低RI社區應依托森林公園和大運河等自然環境，保持生態完整性基礎上構建森林小徑，支持徒步、騎行活動，打造生態棲息地和居民活動相融合的綠色空間。生態干擾性較低的區域布置太極、球類運動等戶外空間，實現綠色空間運動化。其次，綠色空間規劃之初，將中高強度體力活動規劃與空間規劃結合，按照活動強度、時間、頻率，分析人口規模、結構、偏好等，測算空間總量、類型比例等滿足居民需求，使綠色空間變為受歡迎且高頻使用的運動空間。

4.3 綠體空間耦合

低UGS高RI的社區面臨開發強度大、增綠困難及綠色空間可達性低等問題。首先，利用微更新等方式挖掘角落空間，構建口袋公園。通過私有空間公共化模式實現資源再生產，如城市建設密集區的多個地塊共同退讓形成公共綠色空間[39]；也可厘清現有空間的權責類型和權屬關系，建立產權轉移激勵機制獲得增量空間，如容積率豁免、容積率獎勵等方式交換使用權，增加空間供公眾使用[40]。其次，線性綠道連接體力活動空間，實現空間耦合。綠道連接社區、綠色空間、體育空間以及商場等，提高積極出行及進入休閑活動的機會。

4.4 完善空間共享模式

低UGS低RI的社區面臨活動空間供不應求及增量難等問題，需盤活存量空間，完善空間共享模式。在社區步行范圍內全方位盤活現有資源，靈活設計公共空間，提高空間利用率和應變能力。如改造廢舊廠房為乒羽場館；老舊商場改造為健身房；綠色空間或廣場鋪地兼作太極、舞蹈場地，為活動提供物質保障。另外，運用完善的機制發展“學區模式”，即社區與學校體育設施共享模式[41]，通過場地共建共享彌補活動空間不足等問題。

5 結語

體力活動是緩解慢性病的重要途徑，綠色空間和體育空間為體力活動提供空間支撐。基于“體力活動空間供需均衡促進體力活動，體力活動改善慢性病，以此提高公共健康”的思路，梳理“慢性病—體力活動—空間供需均衡”的內在邏輯。研究發現，綠色空間和體育空間供需均衡度存在一定的空間差異，只有多樣化的空間才能滿足不同人群需求，社區周圍存在豐富的體育空間，且綠色空間環境質量、可達性、可步行性的供需均衡才能有效提高PA水平。識別空間供需特征能為規劃師和決策者提供空間規劃管理依據。

為達到促進PA的效果，針對四類空間，建議從人與空間精細化匹配、綠色空間運動化、綠體空間耦合、完善空間共享模式方面進行優化，以期為健康提供空間保障。目前，我國國土空間規劃體系正在轉型，完善基于公共健康等多學科融合的空間規劃理論與實證研究，有助于空間規劃對公共健康的推進。本研究仍有一定的局限性：采用生物物理方法測算供需指標，與PA強度有關的體育空間類型等定性指標沒有通過定量化的方法進行測度等。今后的研究可以輔以問卷等社會研究方法，將居民滿意度納入供需評判標準，深化空間健康效益，與多學科合作共同推進健康空間和人群健康的研究。