山東師范大學(xué) 田璐

一、研究背景

自改革開放以來，中國的高鐵營業(yè)里程達到了3.8萬公里，高速公路近15萬公里，都位居世界第一[1]。復(fù)興號動車組、港珠澳大橋、北京大興機場等一批新的基建項目，成為靚麗的中國名片。此外，中國也建成了全球最大規(guī)模的光纖和移動通信網(wǎng)絡(luò)，基本實現(xiàn)了城市光纖到樓到戶，農(nóng)村寬帶進鄉(xiāng)入村。

首先，基礎(chǔ)設(shè)施作為經(jīng)濟社會發(fā)展的必備條件，是一個城市發(fā)展的動力，而基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后則可能成為制約城市發(fā)展的因素。其次，基礎(chǔ)設(shè)施與城市相輔相成，城市基礎(chǔ)建設(shè)是社會經(jīng)濟活動正常運行的前提，是城市生活及各種活動的基本條件，也是城市競爭力的重要因素[2]。

本次課題研究從城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)出發(fā)，對城市給水、城市道路、城市交通、城市能源、城市排水、衛(wèi)生綠化系統(tǒng)發(fā)展水平進行統(tǒng)計分析，并以此對我國31個地區(qū)進行聚類分析，使得我國城市基建向良好方向發(fā)展，從而促進經(jīng)濟水平的提高。

二、對我國城市基建影響因素的分析

（一）數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)處理

為了能夠更好地了解各地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及發(fā)展?fàn)顩r，筆者選取2020年我國31個地區(qū)關(guān)于省市基礎(chǔ)建設(shè)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)均來自國家統(tǒng)計年鑒[3]。在開始分析之前，為了消除單位和量綱所帶來的影響，先對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。處理方法如下：對序列x1，x2，……，xn進行變換：

（二）相關(guān)分析方法介紹

我們在SPSS中進行相關(guān)分析時，選擇皮爾遜相關(guān)系數(shù)。其取值范圍是［-1,1］。相關(guān)系數(shù)的絕對值越大，則表明和的相關(guān)度越高。

以下分別對城市給水、城市道路、城市交通、城市能源、衛(wèi)生綠化系統(tǒng)中涉及的變量進行相關(guān)性分析，選擇最能代表各個系統(tǒng)的最佳指標(biāo)變量。

（三）城市給水

為了了解其發(fā)展?fàn)顩r，我們選取自來水綜合生產(chǎn)能力（單位為萬立方米/日）、人均生活用水（升/日）、城市人口用水普及率（%）三個變量對各地區(qū)的城市給水系統(tǒng)進行分析。下述檢驗規(guī)定顯著性水平α=0.05.

根據(jù)輸出結(jié)果，可以得到自來水綜合生產(chǎn)能力和人均生活用水之間相關(guān)系數(shù)為0.2，且未通過顯著性檢驗，因此將自來水綜合生產(chǎn)能力作為變量x1，人均生活用水作為變量x2。

（四）城市道路

城市道路建設(shè)被稱為城市連接鄉(xiāng)鎮(zhèn)，工業(yè)連接農(nóng)業(yè)的重要樞紐，也是城市規(guī)劃規(guī)范性、科學(xué)性、可持續(xù)發(fā)展性的重要體現(xiàn)方式之一。

我們選擇城市道路總長（公里）、城市道路面積（萬平方米）、城市道路網(wǎng)密度（表示城市建成區(qū)或城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)平均每平方公里城市建設(shè)用地上擁有的道路長度，單位為公里/平方公里）、人均道路面積（平方米）作為評價城市道路的指標(biāo)。

城市道路總長與城市道路網(wǎng)密度、人均道路面積相關(guān)程度較低，且未通過顯著性檢驗，但與城市道路面積相關(guān)系數(shù)為0.987，通過了顯著性檢驗，從現(xiàn)實意義來看，道路面積與道路總長關(guān)系密切，因此選擇其中一個變量作為評價指標(biāo)即可。雖然城市道路網(wǎng)密度與人均道路面積通過了顯著性檢驗，但相關(guān)系數(shù)為0.41，相關(guān)程度不是很高。因此，將城市道路總長、城市道路網(wǎng)密度、人均道路面積分別作為變量x3，x4，x5。

（五）城市交通

城市交通作為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)最重要的內(nèi)容之一，是改變產(chǎn)業(yè)布局、推動本地經(jīng)濟發(fā)展、促進人口遷移的主力軍。因此，我們選取公共車輛總數(shù)（輛）、公交車營運總長（公里）、每萬人公交車輛數(shù)（臺）作為衡量指標(biāo)。

可以得出，公交車輛總數(shù)與公交車運營總長之間高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.944，并且通過了顯著性檢驗。此外，公共車輛總數(shù)與每萬人公交車輛數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.401，為中度相關(guān)，且通過了顯著性檢驗。公交車運營總長與每萬人公交車輛數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)為0.359，也通過了顯著性檢驗。因此，我們只要選取其中一個指標(biāo)進行分析即可，這里將公共車運營總長作為變量x6。

（六）城市能源

城市能源是一個城市運行的動力，傳統(tǒng)能源有其發(fā)展的弊端，污染問題亟待解決，為推進新能源的發(fā)展，我們針對城市中人工煤氣供應(yīng)量（億立方米/年）、液化石油氣供應(yīng)量（噸/年）等進行研究，將液化石油氣供應(yīng)量作為自變量x7。

（七）城市排水

為了更好地了解各個城市排水系統(tǒng)的優(yōu)劣性，選擇排水管道長度（公里）、排水管網(wǎng)密度（公里/平方公里）為研究對象，進行相關(guān)分析。根據(jù)輸出結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，兩者相關(guān)系數(shù)為0.345，但是未通過顯著性檢驗。則將排水管道長度、排水管網(wǎng)密度作為變量x8,x9。

（八）衛(wèi)生綠化

從數(shù)據(jù)中可以看出，各大城市的衛(wèi)生無害化處理率大都達到了96%以上，公共綠地率基本在35%-48%之間，選取污水日處理能力（萬立方米）、城市環(huán)衛(wèi)車輛數(shù)（臺）、城市綠地面積（公頃）的數(shù)據(jù)進行研究。

從輸出結(jié)果得到，污水日處理能力和城市綠地面積相關(guān)系數(shù)為0.962，且通過顯著性檢驗，說明兩者之間高度相關(guān)。污水日處理能力、城市綠地面積與城市環(huán)衛(wèi)車輛數(shù)相關(guān)系數(shù)分別為0.886、0.837，都通過了顯著性檢驗。由此得出，三個變量之間相關(guān)程度很高，故只需要選取其中一個指標(biāo)衡量衛(wèi)生綠化系統(tǒng)即可，則將城市綠地面積作為變量x10。

三、對我國城市基建影響因素的實證分析

（一）適用方法

我們要對城市基礎(chǔ)建設(shè)作出整體性評價，需要綜合考慮各個指標(biāo)，本文將采取主成分分析法分析31個城市的基礎(chǔ)建設(shè)水平。

主成分分析法利用原先變量，通過空間投影和線性變換找到一些新的變量，這些新變量稱之為主成分，最后利用主成分對課題進行研究，簡化分析過程，最后得出結(jié)果[4]。

聚類分析就是指相似元素的集合，而不同的系統(tǒng)聚類方法是因為定義類與類間的距離方法不同，本文采用離差平方和法，類中各樣品到類重心的平方歐氏距離之和稱為離差平方和。

（二）主成分分析

采用SPSS軟件作為分析工具，對十個變量進行主成分分析，得到了相關(guān)系數(shù)矩陣、方差貢獻分析表、成分矩陣、成分得分系數(shù)矩陣。

由相關(guān)系數(shù)矩陣可以看出，評價城市基礎(chǔ)建設(shè)的十個變量之間存在相關(guān)性，例如，x1與x3,x6,x7,x8,x10與之間的相關(guān)程度都比較高，適合用主成分分析法。

由方差貢獻分析表可以得到，前三個主成分的累計貢獻率已經(jīng)達到了82%，因此，只需提取三個主成分就可以概括出絕大部分信息了，分別作為第一主成分、第二主成分、第三主成分，其中對應(yīng)的特征值分別為。

三個主成分的特征值如下：第一主成分與相關(guān)程度較高，第二主成分與、相關(guān)性較強，第三主成分與相關(guān)性較強。

由成分得分系數(shù)矩陣得出主成分表達式如下：

第一主成分對大部分（標(biāo)準(zhǔn)化）變量都有近似相等的正載荷。大的值表示十個變量普遍有大的值，表示基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)比較全面，因此我們稱第一主成分為（基礎(chǔ)設(shè)施）綜合成分。第二主成分在城市道路網(wǎng)密度、排水管網(wǎng)密度上有比較中等的載荷量，在人均生活用水變量上有比較大的負載荷，也就是說，大的y2值意味著x4、x9偏大，x2偏小，說明城市基礎(chǔ)建設(shè)比較落后，正在發(fā)展階段，稱第二主成分為基礎(chǔ)成分。第三主成分在人均道路面積和城市道路總長上有較大正載荷，在排水管網(wǎng)密度、液化石油氣供應(yīng)量上有較大負載荷，解釋含義和第二主成分類似，都屬于基礎(chǔ)成分。因此在接下來的關(guān)于地區(qū)分類中可以僅使用第一和第二主成分。

根據(jù)第一主成分和第二主成分得分繪制出散點圖，圖1便可以看成十維變量（標(biāo)準(zhǔn)化）在二維平面上的投影。圖1可以清晰描述各個地區(qū)的城市建設(shè)水平和劃分。

圖1 前兩個主成分的散點圖及聚類

由圖1可以看出，將各個地區(qū)按照第一主成分和第二主成分得分劃分成四類。也可計算各個地區(qū)的綜合得分，公式如下：

綜合得分也可以將31個地區(qū)分為四類，第一類包括廣東、江蘇、山東、浙江；第二類包括四川、天津、河南、黑龍江、安徽、江西、湖北、福建；第三類包括新疆、河北、湖南、遼寧、陜西、上海、云南、廣西、北京、重慶、山西；第四類包括內(nèi)蒙古、甘肅、海南、吉林、青海、貴州、寧夏、西藏。

（三）聚類分析

現(xiàn)通過系統(tǒng)聚類法對31個地區(qū)進行分類，采用離差平方和法，實際上就是在每一步合并使離差平方和增量達到最小的兩個類。

由聚類結(jié)果表將31個城市分為四大類，第一類包括浙江、山東、江蘇、廣東；第二類包括遼寧、吉林、貴州、重慶、上海、北京、西藏、海南、廣西；第三類包括天津、新疆、江西、黑龍江、河南、四川、湖北、安徽、湖南、福建；第四類包括寧夏、內(nèi)蒙古、河北、青海、陜西、云南、甘肅、山西。

（四）分類結(jié)果綜述

根據(jù)以上主成分分析和聚類分析結(jié)果來看，利用第一和第二主成分繪制的散點圖與聚類分析得到的結(jié)果比較接近，而綜合得分聚類的效果不如其他兩個方法。其一是因為主成分y1,y2,……,ym的線性組合一般沒有意義，其二是因為第一主成分對綜合得分的貢獻率很大，導(dǎo)致綜合得分只是一味地在重復(fù)y1的信息，而含有比較少的y2的信息。因此，綜合得分聚類效果不佳。

因此，綜合考慮散點圖和系統(tǒng)聚類分析，將31個地區(qū)重新分成四類，第一類包括廣東、江蘇、山東、浙江，這四個地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展快速，都在東部沿海地段，它們的基礎(chǔ)建設(shè)也領(lǐng)先于其他地區(qū)，其中用電量一直被視為經(jīng)濟運行的“風(fēng)向標(biāo)”，能在一定程度上反映各地經(jīng)濟走勢，根據(jù)國家電網(wǎng)發(fā)布的數(shù)據(jù)，山東的社會用電量居全國第一，廣東緊隨其后，江蘇位居第三，由此也可看出，這四個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展與基礎(chǔ)建設(shè)并駕齊驅(qū)。

第二類包括北京、上海、西藏、遼寧、吉林、貴州、重慶七個地區(qū)，由于北京、上海、吉林、遼寧、重慶地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)較為完善，因此這些地區(qū)致力于經(jīng)濟發(fā)展，而西藏和貴州地區(qū)，近年來，國家大力投資于其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，“十三五”期間，西藏的城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)就交出了新答卷。

第三類包括天津、江西、黑龍江、四川、湖北、安徽、湖南、福建、廣西、海南、河北、內(nèi)蒙古、黑龍江，這些地區(qū)大多分布在中部和北部地區(qū)，經(jīng)濟欠發(fā)達，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入較少。

第四類包括山西、陜西、新疆、河南、甘肅、寧夏、青海地區(qū)，這些地區(qū)是“西部大開發(fā)”重點扶持地區(qū)，更注重水資源和道路方面的建設(shè)，忽略了經(jīng)濟發(fā)展效益。

四、對策和建議

首先，我國目前面臨著地區(qū)發(fā)展不平衡不充分的問題，根據(jù)以上聚類結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)大部分地區(qū)經(jīng)濟與城市基礎(chǔ)建設(shè)共同發(fā)展，例如廣東、江蘇、浙江、重慶等地區(qū)，但也有少部分地區(qū)基礎(chǔ)建設(shè)落后于經(jīng)濟發(fā)展，例如北京、上海地區(qū)。

面對以上分析，給出下列對策和建議：

（1）合理規(guī)劃城市建設(shè)，加大對于經(jīng)濟發(fā)展薄弱地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)投資，帶動本地城市發(fā)展。

（2）充分考慮城市地勢地貌，建立特色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高城市管理水平。

（3）關(guān)注城市環(huán)境，做好垃圾分類，提升城市面貌。