王振坡 劉璐

摘要：利用天津市POI大數(shù)據(jù)，采取核密度估計、最近鄰分析、Riley's K函數(shù)方法，刻畫天津市市內六區(qū)及環(huán)城四區(qū)居住小區(qū)與公共服務設施的空間格局與集聚特征。研究發(fā)現(xiàn)：（1）天津市市內六區(qū)與環(huán)城四區(qū)的居住小區(qū)與公共服務設施呈現(xiàn)出“中心-外圍”結構的空間格局特征，不同類型的公共服務設施分布存在差異。（2）居住小區(qū)與公共服務設施的空間分布具有顯著的集聚特征，但集聚規(guī)模與強度差異明顯，二者空間分布的協(xié)調性程度有待進一步提高。

關鍵詞：居住小區(qū);公共服務設施;POI大數(shù)據(jù);空間格局

中圖分類號：F299.24 文獻標識碼：A

文章編號：1001-9138-（2021）06-0024-31 收稿日期：2021-05-21

隨著我國經(jīng)濟進入高質量發(fā)展階段，居民生活水平不斷提高，對城市居住小區(qū)與公共服務設施的訴求也日益豐富與多元。居住小區(qū)與公共服務設施的協(xié)調配置是提升居民生活質量的重要抓手，對消除社會隔離、維護社會和諧等具有重要影響，促進居住小區(qū)與公共服務設施空間的協(xié)調有助于優(yōu)化城市空間結構、保證城市各功能高效運行。2016年，中共中央、國務院發(fā)布《中共中央關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》，要求堅持共享發(fā)展的理念，健全公共服務設施，完善配套中小學、幼兒園、超市、菜市場，以及社區(qū)養(yǎng)老、醫(yī)療衛(wèi)生、文化服務等設施的建設，打造方便快捷的生活圈。2018年，住建部發(fā)布新版《城市居住區(qū)規(guī)劃設計標準》，在居住區(qū)分級控制中首次運用了生活圈概念。2019年，自然資源部提出“社區(qū)生活圈”是國土空間規(guī)劃關注的重要內容。因此，城市高質量發(fā)展要求下，如何對城市居住小區(qū)與公共服務設施進行空間布局成為城市規(guī)劃建設關注的焦點。從空間尺度刻畫居住小區(qū)與公共服務設施的布局特征，并在此基礎上探索二者間的協(xié)調關系，對于優(yōu)化城市空間結構、維護城市空間公平正義、推動經(jīng)濟高質量發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實意義。

城市空間格局特征的研究在區(qū)域經(jīng)濟學、城市地理學、城市規(guī)劃學等多學科領域均為重要的討論話題。其中，對居住空間的研究方面，學者們利用ESDA、緩沖區(qū)分析、地理加權回歸等方法對城市居住空間的價格分布、空間結構演變等方面展開研究。對公共服務設施配置的研究主要包含以下三個方面：一是公共設施配置的公平效率研究。如有學者從社會分異的視角進行設計，將南京市主城區(qū)作為案例，通過調查了解居民的需求差異來研究公共設施空間布局的公平效率。也有學者利用人口普查數(shù)據(jù)，以上海市奉城鎮(zhèn)為例，對教育設施、醫(yī)療設施空間分布的均等與公正進行測度，認為空間公正極具重要性，其能使公共服務空間配置達到地域平等。二是公共服務設施的空間布局研究。學者們運用Nearest Neighbor Analysis、多距離空間聚類等方法詳細分析公共服務設施的空間集聚特征，并在此基礎上從不同視角思考影響公共服務設施分布的因素，主要集中在外部影響、資源承載力、環(huán)境舒適度、居民需求、時空距離與可達性等方面。三是公共服務設施的可達性研究。學者們在研究中積累了豐富的測度可達性的方法，例如高斯2SFCA法、最短距離法、改進潛能模型法、引力模型法等，如有學者研究教育設施的空間分布差異，利用引力模型來測量中小學的可達性，并將構建可達性指數(shù)地圖化。還有學者以北京市為例，從供需角度測度教育、醫(yī)療等公共服務設施的可達性。

綜上，國內外學者主要從城市空間的結構與形態(tài)、格局與演變以及功能空間耦合關系等方面對城市居住空間與公共服務設施進行探討，研究逐漸深化也更加多元化，利用空間數(shù)理模型進行定量分析的研究逐漸增多，為本文提供了重要的理論與實踐指導。然而，在城市高質量發(fā)展背景下，探索居住小區(qū)與公共服務設施協(xié)調關系的案例研究還有待豐富?；诖?，本文選擇天津市市內六區(qū)與環(huán)城四區(qū)作為研究對象，選取居住小區(qū)與公共服務設施的網(wǎng)點數(shù)據(jù)，探索居住小區(qū)與公共服務設施在空間上的布局特征與集聚程度，并觀察二者在空間上的協(xié)調度，以期為天津市空間結構優(yōu)化與調整提供指導建議。本文主要的貢獻在于：（1）以城市功能空間協(xié)調關系為研究視角，利用Python技術挖掘詳實的空間網(wǎng)點數(shù)據(jù)，并引用多種數(shù)量模型刻畫了居住小區(qū)與公共服務設施的空間分布特征。（2）從空間尺度研究天津市公共服務設施與居住小區(qū)布局優(yōu)化問題，為城市公共服務設施供給理論提供實證研究成果，同時對優(yōu)化天津市公共服務設施空間布局與公共服務資源有效分配，推動城市高質量發(fā)展提供政策啟示。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

天津市是中華人民共和國省級行政區(qū)、直轄市、國家中心城市、國務院批復確定的環(huán)渤海地區(qū)的經(jīng)濟中心，行政區(qū)劃轄區(qū)16區(qū)，總面積11966.45平方千米，2020年末，常住人口1561.83萬人，城鎮(zhèn)人口1303.82萬人，城鎮(zhèn)化率為83.48%?？紤]到數(shù)據(jù)的可獲得性和公共服務設施的功能屬性，本文以天津市市內六區(qū)（和平區(qū)、河東區(qū)、河西區(qū)、河北區(qū)、南開區(qū)、紅橋區(qū)）和環(huán)城四區(qū)（東麗區(qū)、津南區(qū)、西青區(qū)、北辰區(qū)）作為研究區(qū)域，探討居住小區(qū)與公共服務設施空間布局特征，如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文的居住小區(qū)數(shù)據(jù)與公共服務設施網(wǎng)點POI數(shù)據(jù)均來源于高德地圖，筆者借助實時Python技術對其進行爬取與處理。首先對采集的POI數(shù)據(jù)進行篩選、去重與清洗，將與居民日常生活關聯(lián)性不強的設施剔除，最終選取22050條數(shù)據(jù)，其中居住小區(qū)點數(shù)據(jù)共4707條，公共服務設施數(shù)據(jù)共17343條，公共服務設施數(shù)據(jù)又細分為交通設施、教育設施、醫(yī)療設施、商業(yè)設施、文化設施5大類如表1所示。然后將所獲取網(wǎng)點數(shù)據(jù)導入ArcGIS10.6軟件，以點要素的形式標注于天津市行政區(qū)劃圖。

2 研究方法

2.1 核密度估計法

核密度估計法（KDE）在空間分析中被廣泛使用，能夠描述點要素的分布特征。核密度估計的原理主要是將要素點的位置作為中心，借助一個規(guī)則移動的單元格估計點要素的密度?？梢苑从吵鳇c要素在空間中的集聚程度，計算公式如下：

公式左邊的F（H）為核密度估計值，公式右邊的Jiw為POI點i與w的距離，D為帶寬，Q為空間權重函數(shù)，n是點要素到位置w的距離小于或等于D的要素點的數(shù)量。本文利用核密度函數(shù)探究城市居住小區(qū)和公共服務設施的空間格局特征，通過不同帶寬的模擬結果，最終選擇以1000m為帶寬來分析核密度的估計值，該帶寬能為清晰地識別天津市市內六區(qū)與環(huán)城四區(qū)中居住小區(qū)與公共服務設施點要素信息以及集中與分散的變化。

2.2 最近鄰分析法

最近鄰分析法以點的距離為基礎，測量點要素樣本的平均最近距離，并通過與平均距離的期望值相對比，判斷出點要素在空間上是集聚還是分散分布，計算公式如下：

公式中為觀測樣本最近鄰距離的平均值;為觀測樣本平均距離的期望值，M是區(qū)域面積，n為觀測樣本（點要素）的總數(shù);NNI為標準化最近鄰距離指數(shù)。判斷空間集聚程度主要有三種情況：一是當NNI<1時，點要素的空間分布為集聚型;二是當NNI>1時，點要素的空間分布傾向于離散型;三是當NNI=1時，點要素為隨機型分布。

2.3 Rileys K函數(shù)分析

Rileys K函數(shù)能夠解決點要素在不同空間尺度下可能會改變分布特征的工具，是點要素分析的常用工具，其在根據(jù)一定的半徑距離搜索圓的范圍內統(tǒng)計點的數(shù)量，能確定不同空間尺度下點要素的不同集聚模式，計算公式如下：

式中：n為點地物的個數(shù);Wij （t）為在距離t范圍內點i與點j之間的距離;M為研究區(qū)面積。L（t）>0，表示居住小區(qū)與公共服務設施點要素為集聚分布;L （t）<0，則為離散分布;L （t） = 0，為隨機分布。L （t）函數(shù)的顯著與否根據(jù)Monte Carlo方法進行檢驗后得出。L （t）的第一個峰值（偏離置信區(qū)間的最大值）可用于度量集聚程度，其所對應的t值用來度量集聚規(guī)模。

3 實證結果與分析

3.1 空間格局特征

根據(jù)核密度估計結果如圖2所示。公共服務設施和居住小區(qū)在研究范圍內的分布形態(tài)不僅具有差異性，同時也具有相關性。居住小區(qū)與公共服務設施的核密度分布差異明顯，但分布特征大體呈現(xiàn)出“中心-外圍”的格局。其中，居住小區(qū)的空間結構表現(xiàn)為在市內六區(qū)較為集中，在環(huán)城四區(qū)逐漸分散，而公共服務設施則表現(xiàn)出多個集聚中心的格局，且不同類型的公共服務設施空間分布的密度差異性較為顯著。具體來看：（1）交通設施呈現(xiàn)大分散、小集聚態(tài)勢，分布較為均衡，但中心城區(qū)的集聚程度明顯高于其他區(qū)域，東麗區(qū)、西青區(qū)等區(qū)域的密度值較低，可能是受到地鐵線路和公交站點分布的影響明顯。（2）教育設施的分布模式為“中心集聚-外圍分散”，在和平區(qū)、河北區(qū)、河東區(qū)、南開區(qū)、西青區(qū)及津南區(qū)有明顯的集聚特征，其中西青區(qū)、津南區(qū)雖有高密度的聚集區(qū)，但整體空間分布形態(tài)分散。（3）醫(yī)療設施高密度聚集區(qū)主要位于和平區(qū)與南開區(qū)，醫(yī)療設施呈現(xiàn)整體集聚和局部分散的特征。（4）商業(yè)設施分布呈現(xiàn)出以“圈層”分布，以核心社區(qū)為中心成圈層式擴散，設施分布的相對集中區(qū)主要以中心城區(qū)為主，并在環(huán)城四區(qū)出現(xiàn)了少量高密度的商業(yè)設施分布。（5）文化設施分布整體呈現(xiàn)中間多而集聚、邊緣少而分散態(tài)勢，具有明顯的空間偏向，區(qū)際差異大，聚集區(qū)主要以南開區(qū)、紅橋區(qū)、和平區(qū)、河西區(qū)為集聚核心，呈點狀向外圍圈層暈染，等級明顯。

3.2 空間集聚特征

最近鄰距離指數(shù)結果如表2所示。在研究范圍內，居住小區(qū)與各類公共服務設施樣本的NNI值都小于1，且置信水平達到99%，二者的空間分布特征表現(xiàn)為顯著的集聚，但集聚程度存在一定差異。其中，在天津市市內六區(qū)與環(huán)城四區(qū)中，整體空間布局中集聚性最強的是醫(yī)療設施，NNI為0.311;集聚程度最弱的是交通設施，NNI為0.572;商業(yè)設施、教育設施的NNI分別為0.369、0.403，居住小區(qū)的NNI是0.489，文化設施的NNI為0.536。按照空間集聚程度的大小進行排列，可得出“醫(yī)療設施>商業(yè)設施>教育設施>居住小區(qū)>文化設施>交通設施”。究其原因，醫(yī)療設施的規(guī)模與強度較大，可能是天津市早年為滿足城鄉(xiāng)居民的需求，政府建立了較多公立性質的醫(yī)療機構。根據(jù)資料顯示，天津市在新醫(yī)改提出后鼓勵興辦民營醫(yī)療機構，并吸引社會力量參與，促使了多元化辦醫(yī)格局形成，推動了天津市醫(yī)療與衛(wèi)生服務體系的發(fā)展。而交通設施集聚程度略低于其他設施可能是由于公共交通設施的集聚程度與交通的便利度相關，受政府規(guī)劃調控的影響較多，天津市政府在2000年組織編制了《天津市城市綜合交通規(guī)劃（2003-2020年）》，提出構建“快捷、高效、安全、綠色”的現(xiàn)代化綜合交通運輸體系，之后天津市優(yōu)先發(fā)展公共交通，加強交通樞紐建設，也成為我國第二個開通地鐵的城市，在外圍區(qū)域也有一定數(shù)量的交通設施分布，居民出行便利。

3.3 Ripleys K函數(shù)結果

為進一步探索居住小區(qū)與公共服務設施的集聚強度與規(guī)模，借助Arc GIS Pro2.5軟件中的Ripleys K函數(shù)工具繼續(xù)分析空間分布特征的差異，為檢驗顯著性，利用蒙特卡羅方法隨機模擬100次，生產置信區(qū)間的峰值。根據(jù)圖3顯示的L（t）曲線來看，居住小區(qū)與各類公共服務設施的L （t）曲線為“倒U型”，在不同空間尺度下，研究樣本的L （t）曲線都大于對應的最大置信區(qū)間，空間集聚性顯著，并且在99%的置信度下全部通過檢驗。

從集聚規(guī)模尺度來看，依次為“醫(yī)療設施（17.369km）>交通設施（17.249km）>居住小區(qū)（16.984km）>教育設施（16.616km）>商業(yè)設施（16.219km）>文化設施（11.956km）”，集聚規(guī)模差異明顯，其中醫(yī)療設施最大，文化設施最小。從集聚強度來看，各類設施的L （t）峰值依次為醫(yī)療設施（15.333km）>交通設施（15.256km）>居住小區(qū)（14.973km）>教育設施（14.804km）>商業(yè)設施（14.331km）>文化設施（11.184km）。從整體來分析，天津市居住小區(qū)與各類公共服務設施的集聚強度的差異較為顯著，協(xié)調性還需進一步提高，其中醫(yī)療設施與交通設施的集聚強度均明顯大于各類服務設施網(wǎng)點，與居住小區(qū)的協(xié)同程度較高，其他幾類公共服務設施的集聚規(guī)模與強度均小于居住小區(qū)，尤其是文化設施的空間集聚規(guī)模和集聚強度均小，這也與核密度估計結果、最近鄰域分析結果一致。究其原因，可能是天津市城市化發(fā)展進程中住房需求不斷增加，城市進行增量開發(fā)，向外圍地區(qū)拓展了居住用地，但除醫(yī)療、交通設施以外的公共服務設施的配套速度與居住小區(qū)相比較為滯后，導致集聚規(guī)模與強度均滯后于居住小區(qū)。

4 研究結論與對策建議

4.1 研究結論

（1）天津市居住小區(qū)與公共服務設施的空間格局均具有集聚特征。樣本的NNI值均小于1.0，在空間上的集聚特征均較強。不同類型的設施集聚程度順序為醫(yī)療設施>商業(yè)設施>教育設施>居住小區(qū)>文化設施>交通設施。市內六區(qū)的居住小區(qū)與公共服務設施集聚密度大，而交通設施作為公平導向較強的設施，具有“大分散-小集聚”的空間格局特征。

（2）天津市居住小區(qū)與公共服務設施空間集聚性特征具有顯著的差異。各類網(wǎng)點的最近鄰指數(shù)值均小于0，但從Ripleys K函數(shù)結果來看，其集聚的規(guī)模與強度不同，從集聚規(guī)模與強度來看，依次為“醫(yī)療設施>交通設施>居住小區(qū)>教育設施>商業(yè)設施>文化設施”，文化設施的空間集聚規(guī)模與強度較小，空間選擇范圍為有限。從整體來看，公共服務設施的集聚強度與規(guī)模滯后于居住小區(qū)，二者在空間上的協(xié)調水平仍有待提高。

4.2 對策建議

根據(jù)以上結論，圍繞合理優(yōu)化公共服務空間布局，提升公共服務設施配置公平與效率，助力城市高質量發(fā)展，提出以下幾點對策建議：

（1）引入社區(qū)規(guī)劃理念，合理優(yōu)化城市公共服務設施布局。公共服務設施具有正外部性，其配置的完備對于提升居民生活質量具有重要的意義。一方面，應遵循以人為本原則，引入社區(qū)規(guī)劃理念，依據(jù)居民的多方面需求打造15分鐘社區(qū)生活圈，提高豐富公共服務質量與類型，如在居住小區(qū)周圍打造便民功能網(wǎng)點，提升社區(qū)的便利度，從微觀層面破解空間的失配問題。另一方面，應加強在居住小區(qū)供給充足的城市外圍區(qū)域公共服務設施的建設與配置，促進形成社區(qū)生活圈與居住郊區(qū)化進程、城市發(fā)展相協(xié)調的網(wǎng)絡化公共服務體系，不斷提升社區(qū)生活品質。

（2）探索新型公共服務配置模式，提升公共服務設施配置公平與效率。一方面，從公共服務供給主體層面，構建“政府-社會-市場”多元主體協(xié)同供給的公共服務設施配置模式，政府應積極引導社會資本投入，在市場機制主導下促進公共服務產業(yè)化模式形成，提高公共服務設施配置的效率。另一方面，在多元主體框架下，發(fā)揮公共服務設施對空間布局的引導作用，倡導以公共服務設施優(yōu)化引導居住小區(qū)的更新改造，以微改造的方式進行更新，提升城市的公共效益。尤其要注重居民參與公共服務配置的權利，在公共服務設施建設時，為居民參與渠道，通過聽取其意見保障公正性，倡導城市空間的公平正義。

（3）優(yōu)化城市空間結構，助力城市高質量發(fā)展。一方面，合理引導人口遷移，居住小區(qū)分布集聚會增加對公共服務設施的競爭，應制定相關政策，引導疏解中心區(qū)域的居民，優(yōu)化城市空間結構。另一方面，應加強文化設施等數(shù)量較少、集聚較分散的短板設施供給，強化交通、商業(yè)、醫(yī)療等公共服務設施供給，通過公共服務設施的不斷優(yōu)化為產業(yè)集聚創(chuàng)造基礎條件，進而吸引人才擬流入集聚，煥發(fā)城市活力，實現(xiàn)城市高質量發(fā)展。

參考文獻：

1.陳龍等.城市公共服務設施與居住小區(qū)空間匹配性研究——以蘭州市為例.干旱區(qū)資源與環(huán)境.2019.33 （11）

2.楊瑛 李同昇 馮小杰.西安市主城區(qū)居住空間住宅價格分布格局與驅動機制.地域研究與開發(fā).2015.34 （05）

3.周春山 羅仁澤 代丹丹.2000-2010年廣州市居住空間結構演變及機制分析.地理研究.2015.34（06）

4.武文杰 等.北京市居住用地出讓的時空格局演變.地理研究.2010.29 （04）

5.Ko-Wan Tsou，Yu-Ting Hung，Yao-Lin Chang.An Accessibility-based Integrated Measure of Relative Spatial Equity in Urban Public Facilities.Cities.2005.06

6.王興平 等.基于社會分異的城市公共服務設施空間布局特征研究.規(guī)劃師.2014.30 （05）

7.鈕心毅 陳晨.郊區(qū)城鎮(zhèn)基本公共服務空間均等和公正的測度.城市規(guī)劃.2018.42 （10）

8.湛東升 等.城市公共服務設施配置研究進展及趨向.地理科學進展.2019.38 （04）

9.申慶喜 等.長春市公共服務設施空間與居住空間格局特征.地理研究.2018.37 （11）

10.羅若愚 劉怡 蹤家峰.居住分異下成都公共服務設施空間布局研究.西南交通大學學報（社會科學版）.2018.19 （02）

11.何丹 等.北京市公共文化設施服務水平空間格局和特征.地理科學進展.2017.36 （09）

12.韓增林 等.社區(qū)生活圈基礎教育設施空間可達性評價與布局優(yōu)化研究——以大連市沙河口區(qū)為例.地理科學.2020.40 （11）

13.高軍波 付景保 葉昌東.廣州城市公共服務設施的空間特征及其成因分析.地域研究與開發(fā).

2012.31 （06）

14.萬令軒 王曉芳 郭艷.基于高斯2SFCA的武漢市不同功能城市公園空間可達性研究.現(xiàn)代城市研究.2020.08

15.趙梓渝 龐瑞秋 王士君.長春市大型零售設施空間可達性績效測度.地理研究.2016.35 （03）

16.李朝奎 等.基于改進引力模型的醫(yī)療服務可達性評價.經(jīng)濟地理.2018.38 （12）

17.Michael， Pacione. Access to urban services — the case of secondary schools in Glasgow.Scottish Geographical Magazine.1989.105（1）

18.黎婕 馮長春.北京城市公共服務設施空間分布均衡性研究.地域研究與開發(fā).2017.36 （03）

19.鄒琳 侯慶春 許麗揚.天津市民營醫(yī)院發(fā)展歷程及對策建議.吉林醫(yī)學.2013.34 （01）

20.鄒哲 李樂園 蔣寅.天津市城市交通發(fā)展30年回顧與展望.城市交通.2010.01

21.高子軼 張海峰 馬曉帆.西寧市居住空間與公共服務設施空間協(xié)調性研究.干旱區(qū)資源與環(huán)境.2020.34 （02）

22.王振坡 劉璐 嚴佳.我國城鎮(zhèn)老舊小區(qū)提升改造的路徑與對策研究.城市發(fā)展研究.2020.27 （07）

23.張夏坤 等.生活圈視角下天津市中心城區(qū)公共服務設施配置的空間差異.干旱區(qū)資源與環(huán)境.2021.35 （03）

作者簡介：王振坡，天津城建大學經(jīng)濟與管理學院教授。

劉璐，天津城建大學經(jīng)濟與管理學院碩士研究生。

基金項目：天津市教委2019年度天津市研究生科研創(chuàng)新項目“居住分異視角下天津市公共服務設施空間布局研究”（2019YJSS010）。