北部湾经济区城市建设用地结构时空演变特征*

刘少坤，王嘉佳，林树高，陆汝成

(南宁师范大学 自然资源与测绘学院，广西 南宁 530001)

0 引言

《关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》提出实现“多规合一”的国土空间规划，促进生产、生活、生态3类空间科学布局[1]。建设用地是空间规划编制的核心内容[2]，是城市发展的重要生产、生活空间，探究其在区域内的结构特征，是以空间规划为手段实现总量管控的前提[3]。城市用地结构的合理程度直接影响着城市居民生活质量及城市竞争力水平[4]。近年来，有学者注意到城市化进程对城市建设用地结构变化带来的影响[5]，在研究内容上不断丰富，但多侧重于对用地结构时空演变特征[6]及其驱动机制[7]和优化策略的研究[8]；在研究对象上不断延伸，从单一城市[9]的微观尺度逐渐转向以城市群或省域为代表的中观尺度[10]再到国家层面的宏观尺度[11]；在研究方法和技术上不断创新，主要有信息熵[12]、洛伦兹曲线-空间基尼系数[13]和偏移-份额量[14]等方法，并利用GIS软件对相关空间变化特征进行可视化，提高了研究成果的直观可读性。纵观国内关于建设用地结构时空演变的研究文献，成果颇丰，但仍需要强化研究的有：(1)方法上偏重基于某个模型的定量定性分析，或是基于不同理论视角的方法两两结合，在同一项研究中同时采用3种方法综合分析中观尺度下城市用地结构时空演变特征的成果较少，如土地利用结构空间变化常用信息熵、基尼系数等方法进行研究，但这些方法仅从总体上反映土地结构的变化规律，要解析各类建设用地的空间配置差异，需要引入偏移-份额量模型加以分析[15]，可使结果趋于更合理；(2)在对象上，现有的研究多集中于超大城市，东、中部发展较快、较好的城市群，对经济欠发达地区的研究需要加强[16]，这对于区域经济发展战略及结构转型、协调区域空间规划编制有重要的现实意义。

如何编制具有区域协调、地方弹性特征的“多规合一”空间规划促使形成生产高效、生活适宜、生态文明和可持续发展的国土空间利用格局是当前城市发展问题研究的热点[17]。目前，广西城市化进程中的土地利用存在城镇建设用地供需矛盾日益突出、空间结构失衡的问题[18]。北部湾经济区各市土地利用效率与经济协调发展程度处于失调状态[19]。有鉴于此，拟应用信息熵、基尼系数和偏移-份额量等方法综合分析北部湾经济区2009—2017年间的城市建设用地结构时空演变特征，明晰经济区城市建设用地的区域差异和布局合理性，以期丰富北部湾地区城市土地资源可持续利用和空间规划的基础研究，为北部湾经济区的空间规划新增城市建设用地配置和找准城市用地结构调控方向提供参考。

1 研究区与数据来源

1.1 研究区概况

北部湾经济区是中国(广西)自由贸易试验区所在地和陆海新通道的重要节点，是广西实施“双核驱动”战略的主战场之一。北部湾经济区包括南宁、北海、钦州、防城港、玉林和崇左6个地级市，陆地面积超4万km2，拥有北部湾海域顶端约1600km的海岸线，是中国与东盟国家唯一既有陆地接壤又有海上通道的经济板块。自国务院批复实施《广西北部湾经济区发展规划》以来，北部湾经济区发展全面提速。2017年末，北部湾经济区内常住人口已达2400万人，其中城镇人口约950万人，城镇化率39.58%；地区生产总值8809亿元，占广西区的47.94%。《广西壮族自治区主体功能区规划》将北部湾经济区各市列为国家和自治区层面的重点开发区域，在《规划》指导下，2009-017年城市建设用地由423.79km2扩大到655.52 km2，各类用地均呈增长态势。

1.2 数据来源

用于实证分析的主要经济指标和各地级市各类建设用地面积数据分别取自《广西统计年鉴》(2010-2018)和《中国城市建设统计年鉴》(2010-2018)。根据数据的掌握程度和考虑其连续性，北部湾经济区城市建设用地结构分类以最新版的《城市用地分类与规划建设用地标准(GB50137-2011)》为主，按照转换原则整合新旧(GBJ137-90)两版分类面积，将北部湾经济区的城市建设用地分为7类，即居住用地、公共设施用地、工业用地、物流仓储用地、道路交通用地、市政公用设施用地和绿地。2009-2017年各类城市建设用地结构占比如下(见表1)。

表1 2009-2017年北部湾经济区各类城市建设用地结构占比 (单位：%)

2 研究方法

2.1 信息熵

美国数学家Shannon在1948年提出了用于度量系统信息量和不确定性程度——信息熵的概念。城市土地利用作为一个复杂的开放系统，其利用的结构演变特征可以用信息熵来表征。假设北部湾经济区城市建设用地总面积为Q，经济区内有n种类型的土地，每种类型的土地面积为Qi，则有[12]：

(1)

北部湾经济区各类型用地(Qi)占城市用地总面积(Q)的比例为：

(2)

根据信息熵指数的定义，城市建设用地结构信息熵表达式为：

(3)

信息熵H(单位为Nat，取自然对数及绝对值)值的大小反映城市各类型用地的复杂程度和面积分布的均匀程度。当H值最小时，即Hmin=0，表示区域内土地未开发；熵值越高，用地类型越多，各类型用地面积相差越小。当Q1=Q2==Qn=Q/n，此时H值最大，即Hmax=ln(n)，表示区域内土地开发成熟，城市用地达到了均衡状态。

可用均衡度(J)与优势度(I)衡量城市用地面积差异及各类型用地的空间格局。基于(3)式，可得均衡度和优势度式：

(4)

I=1-J

(5)

式中，均衡度是城市建设用地结构信息熵与其最大值之比，当J趋于0时，城市建设用地处于极不均衡状态；当J趋于1时，表明各结构用地处于理想状态，均衡度高。优势度则反映区域内某种用地的集中程度，与均衡度成反比关系。

2.2 偏移份额量

(6)

(7)

(1)份额量(NS)。表示i市j类建设用地根据研究区总建设用地规模的变化速度(R)所能增加的数量，是研究区对某市的补给效应。

(2)结构性偏移量(IM)。IM用来衡量i类用地在结构变化中是否处于增长优势。Ri为i类城市建设用地的平均增长速度，当IM为正值时，说明该类用地为增长性结构，增长率Ri高于总建设用地增长率(R)，反之则为衰减性结构。

(8)

(9)

(3)竞争性偏移量(RS)。RS用于比较区域内任意子区域某类用地和其他区域同类用地相比是否具有竞争优势[16]，Rij表示j市i类城市用地面积的变化速率。

(10)

(11)

2.3 基尼系数

基尼系数的经济学含义是，国民收入中未平均分配的那一部分占总收入的百分比。可应用基尼系数对区域土地利用类型的空间分布差异情况进行定量分析[22]。目前，常用的基尼系数计算式为：

(12)

式中，G表示基尼系数；Ki为北部湾经济区某市某类用地的累积百分比；Ti为某市建设用地总面积占北部湾经济区建设用地总面积的累积百分比。基尼系数取值为0～1，在国际惯例上，G<0.2，表示分布绝对平均；0.2

3 结果与分析

3.1 城市建设用地整体演变特征分析

采用信息熵模型分析北部湾经济区城市建设用地结构整体演变规律，根据信息熵模型计算研究区用地结构的信息熵、均衡度和优势度，结果见图1。

图1 2009-2017年北部湾经济区建设用地结构信息熵、优势度和均衡度

从图1可知，可将用地结构信息熵演变划分为3个阶段：(1)(2009-2012年)为快速增长期，用地结构信息熵值上升了0.056Nat，表明此时期区域内建设用地结构向有序化转变，用地结构变化均衡，单一地类优势度有所下降；(2)(2012-2014年)为衰减期，用地结构信息熵值减少了0.004Nat，表明研究区内土地复杂程度降低，用地结构变化剧烈，主要是道路交通用地和居住用地的比重变化较为明显；(3)(2014-2017年)为增长期，信息熵值年均增加0.004Nat，说明2014-2017年北部湾经济区建设用地结构向多样性发展，复杂程度提高，均衡度增强，各类型用地占比变化较小，当中，变化较为显著的为居住用地。

从建设用地信息熵与均衡度演变规律总体上看，都呈现出上升-下降-上升的变化过程，其用地结构历经了失衡—波动—均衡的演变过程，优势度则与均衡度变化相反。信息熵最低值为1.689Nat(2009年)，最高值为1.754(2017年)，2017年较2009年相比，信息熵和均衡度分别增加了0.065Nat、0.036Nat，表明北部湾经济区城市建设用地结构向多样性演变，各类型用地面积相差变化较小，用地布局的均质性有所提高，经济区内某类用地受一种或几种用地类型的支配程度逐渐减缓。

2009-2017年，北部湾经济区建设用地增加了231.73km2，年均增速达6.83%。其中，增长速度最快的是物流仓储用地、道路交通用地、公共设施用地、市政公用设施用地和绿地，新增的建设用地主要用于发展物流、道路、公共设施、市政设施和绿化等事业，以提升生产性服务业在国民经济中的驱动力，优化区域内道路交通网，完善物流运输、公共设施基础和加强区域生态环境建设。近年来，在《广西壮族自治区主体功能区规划》指导下，北部湾经济区城市建设用地稳步增长、结构优化成效明显，有力保障了南宁、钦州、北海、防城港等国家层面重点开发区域和玉林、崇左等自治区层面重点开发区域的建设，为促进区域同城化发展提供了基础。

3.2 不同类型建设用地演变规律

2009-2017年，研究区城市建设用地增长了54.68%，各地级市建设用地均按此速度增长的量即为份额量，但各地的用地指标是结合社会经济发展状况与用地需求统筹安排，难以按份额量进行用地配置，因此需引入偏移量进行调剂。偏移份额比可以反映各地级市各类用地的偏移量对份额量的调整力度，比单独分析份额量更有意义[23]。依据式(6)～式(11)测算北部湾经济区各类用地的偏移份额比和结构性偏移量，结果见表2、表3。

表2 北部湾经济区城市建设用地偏移份额比 (单位：%)

表3 北部湾经济区城市建设用地结构性偏移量 (单位：km2)

研究期内，北部湾经济区各地级市城市建设用地结构性偏移量演变特征一致。研究区的公共设施用地、物流仓储用地、道路交通用地、市政公用设施用地和绿地的结构性偏移量为正值，说明以上地类增长速度较经济区建设用地增长速度快，是导致区域建设用地扩张的主要原因，为增长性结构用地；居住用地和工业用地结构性偏移量为负值，两类用地在经济区建设用地中的面积占比正在逐步下降，属衰减结构用地。

从用地类型看，各结构用地偏移量的补给效应和挤出效应互有强弱。其中，物流仓储用地、公共设施用地、道路交通用地和绿地的偏移份额比多为正值，以上地类补给效应显著，呈现出迅速扩张的态势；居住用地、工业用地和市政公用设施用地的挤出效应较明显，呈收缩趋势。补给效应中的新增公共设施用地、道路交通用地和挤出效应中的工业用地、市政公用设施用地分别占新增总建设用地面积的23.95%，22.98%，8.48% ，3.88%。

3.3 城市建设用地的空间演变特征分析

由式(8)计算北部湾经济区城市建设用地竞争性偏移量，以分析各地类在各地级市中的演变特征，结果见表4。

表4 北部湾经济区城市建设用地结构竞争性偏移量 (单位：km2)

3.3.1 增长性结构用地空间特征

(1)公共设施用地。研究期内，经济区新增公共设施用地55.51 km2，占新增建设用地总面积的23.95%，是新增建设用地的主要地类。防城港、玉林和崇左等3市的公共设施用地竞争性偏移量为正值，是新增公共设施用地的主要汇集区，说明其公共设施用地较其他城市的新增建设用地的增速更明显、更具竞争优势；钦州、北海和南宁在新增公共设施用地上缺乏竞争优势，在发展中流失的份额分别为4.07km2，0.85km2，0.71km2。各市的公共设施用地较《城市用地分类与规划建设用地标准GB50137-2011》中划定的比例高，今后需加强该地类调控，助力形成可持续发展的国土空间利用格局。

(2)物流仓储用地。北海、钦州和崇左等市在物流仓储用地上较其他城市更具竞争优势，主要原因是位处沿海的北海、钦州两市和延边的崇左市近年加强建设各种物流基地，加快构建面向区内，辐射东盟的物流网，是新增物流仓储用地的主要集聚区。南宁、防城港和玉林在该类新增用地配置中缺乏优势，且南宁市的份额流失量最大，这与南宁市经济结构转型息息相关。

(3)道路交通设施用地。研究期内，交通道路设施用地增长量达28.83 km2，其中南宁、北海和崇左3市新增用地较其他城市大。南宁作为广西的交通运输中心，是该类新增用地的主要汇集地。钦州市在此类用地上较其他城市不具竞争优势，用地份额流失较为严重，流失量为5.27km2。近年来，北部湾经济区积极落实“1小时”经济圈政策，广布高铁线路和改扩建公路网，导致此类用地迅速增长。

(4)市政公用设施用地。南宁、北海和玉林等3市在新增市政公用设施用地配置上处于优势地位，南宁市的竞争优势尤为显著。其他3市的市政公用设施用地虽处在增长序列，但其竞争优势与同区域其他类型用地相比并不明显。

(5)绿地。绿地在新增城市建设用地中竞争优势明显，除北海和防城港市外，其余各市在该类用地上具有较明显的竞争优势，表明北部湾经济区内的绿化率和广场数量在近年来均得到快速增长，主要原因是各市先后举办园林园艺博览会，需大量土地资源建设展园；城市居民对生态环境、休闲娱乐场所的需求较以往更加旺盛。

3.3.2 衰减性用地结构空间特征

(1)居住用地。北部湾经济区新增居住用地被各地级市按不同份额所分配，但主要集中于南宁、崇左和钦州2地。其中南宁市的流入量最大，达9.31km2，2009—2017年，南宁市新增居住用地27.65 km2，是其余5市增量之和的2倍。北海市的竞争性偏移量流出量最高，为4.25km2，自2013年起，北海市的房地产开发投资额开始出现不同程度下浮，2017年，北海市全年房地产开发投资168.28亿元，同比下降4.6%。

(2)工业用地。研究期内，北部湾经济区新增工业用地主要分配至南宁、防城港和钦州等市，其中南宁市的竞争优势尤为突出，新增量达10.72 km2。北海、玉林和崇左三市竞争优势并不明显，玉林市竞争性偏移量的流出量最大为9.03 km2，末期比初期减少5.62 km2工业用地。近年来，南宁、防城港和钦州市在承接产业转移、临海工业、工业集群发展中发挥了不同程度的作用。

3.3.3 建设用地空间配置差异分析

据表4数据，借助SPSS20.0软件，采用欧式平方距和系统聚类法对北部湾经济区进行Q聚类，利用ArcGIS10.5中的自然间断点分级法将北部湾经济区的各类用地的竞争性偏移量划分为高值区、中值区和低值区，并绘制空间分布图(图2)，以便分析建设用地的空间配置差异。根据聚类结果，可将北部湾经济区各地级市划分为3个类型。

(1)南宁市。南宁市作为广西的首府，是全区政治、经济、交通中心，北部湾城市群的核心城市。近年来，“首位”城市效应辐射明显，在加快工业转型升级和国民经济社会发展中取得重大突破，研究期内，南宁市GDP年均增速达19.55%，对建设用地需求旺盛。由图2可知，南宁市除物流仓储用地的竞争性偏移量处于低值区外，公共设施用地和绿地处于中值区，其余4类用地均位处高值区，是新增建设用地的主要汇入地，吸纳了约53%的新增建设用地。

(2)北海市、玉林市和崇左市。以上3市的各类用地竞争性偏移量多数位处中值区，少数地类处于高值区和低值区，因首位城市的辐射效应，以及各市土地利用效率与经济协调发展程度处于失调状态，由此形成了竞争优势互有强弱的新增城市用地匹配格局，表明以上城市在建设过程中，侧重于某类用地的发展，或对某类用地所体现的社会职能有待增强，这是深入实施规划政策，强化某地在经济区中职能分工的结果。

图2 北部湾经济区城市建设用地结构竞争性偏移量空间分布图

(3)钦州市和防城港市。钦州市和防城港市作为港口城市，受经济发展水平所限，加上相邻城市的优势辐射，导致钦州市和防城港市对新增建设用地的需求偏小，竞争优势较弱，是新增道路交通用地和市政公用设施用地份额量的主要流失区。钦州市和防城港市的工业用地竞争性偏移量处于高值区，这与两市积极打造临港工业基地的发展战略息息相关。

3.3.4 各类城市建设用地结构变化均衡分析

信息熵能定性概括整个北部湾经济区建设用地结构的均衡度演变特征，但未能体现经济区内各结构用地的分布均衡程度，结果不够直观。应用基尼系数分析城市建设用地结构，能精准观测研究区域内用地结构变化的均衡程度，以描述城市各类型用地的分布情况[24]，为相关空间规划编制、评估、修改提供依据。根据式(12)计算研究期内各类用地的基尼系数，结果见表5。

表5 2009-2017年北部湾经济区城市建设用地结构变化空间基尼系数

由表5可知，初期的2009年北部湾经济区各类建设用地的基尼系数均小于0.2，表明各类用地在北部湾经济区内分布绝对均衡，各类用地在研究区内各地级市分布的面积比例大致相等。到了2017年，除工业用地和物流仓储用地外，其余5类用地的基尼系数仍小于0.2，处于分布绝对平均状态(用地结构内部有调整)。工业用地和物流仓储用地从原来的布局绝对均匀分别向布局较平均、布局相对合理的状态转变。从初、末期基尼系数的变化来看，经过近10年的发展，北部湾经济区各类建设用地分布互有差异，例如居住用地、公共设施用地、工业用地和物流仓储用地的基尼系数年际变化为正值，这4类用地在经济区分布越来越集中，用地面积占比不断演变，差别明显；道路交通用地、市政公用设施用地和绿地的年际变化为负值，表明该3类用地在城市发展中分布日趋平衡。多项政策叠加效应影响下的北部湾经济区城市化发展势必加剧城市建设用地的结构演变，城市建设用地结构空间演化特征和发展趋势是近年经济区内各市围绕“强龙头、补链条、聚集群”，加强产业统筹布局和分工协作，深化土地资源领域供给侧结构性改革的结果。

4 结论与讨论

4.1 结论

采用信息熵模型和偏移份额量可以综合分析北部湾经济区城市建设用地的总体时空演变特征、各类型用地的演变规律及揭示各地级市间的空间配置差异。引入基尼系数可对各类用地的分布均衡程度作合理性评价。本研究主要结论如下：

(1)总体来看，北部湾经济区城市建设用地结构演变在研究期内具有阶段性，城市建设用地总面积和各职能用地在研究期内均呈增长态势。同时，对各市各类用地偏移量分析可知，各市公共设施用地、物流仓储用地、 道路交通用地、市政公用设施用地和绿地增长较快，表现为增长性结构，工业用地和居住用地则表现为衰减性结构，比例不断降低；由衰减性结构用地溢出的偏移量主要分配在经济发展相对较好的南宁市，北海市、钦州市、防城港市、玉林市和崇左市所得的偏移量甚少。

(2)从空间分布格局来看，经济发展水平的不平衡产生不同城市用地的“需求-供给”关系，地区发展需求结构的不平衡使得各市对新增建设用地的吸纳竞争优势具有层次性。研究期内，北部湾经济区的城市建设用地在空间配置上形成了以南宁市为优势较强区，以钦州、防城港2市为优势较弱区,以北海、玉林、崇左市3市为优势一般区的“一强一弱，一般居多”的格局，这与地区社会经济发展速度耦合。另外，经济区各结构用地空间分布合理，土地资源领域的供给侧结构性改革强化了地区工业和物流仓储职能，各类用地在分布合理的阈值上进行了结构调整，变化较小。

(3)政策、社会经济和协同发展相互影响的结果会不断提高北部湾经济区的城市化水平，经济区或各地级市的优势地类会增加，某用地类型支配其他结构用地的程度会增强，需要根据《北部湾城市群发展规划》的要求加强经济区城市建设用地的管控，同时，需要按照《城市用地分类与规划建设用地标准GB50137-2011》规定的用地类型比例，以空间规划等手段加快经济区内相关地级市的用地结构调整，以确保区域产业协同发展，实现“一体化发展体制机制基本建立”的规划目标。

4.2 讨论

本研究分析了北部湾经济区城市建设用地的时空演变特征，研究成果可为空间规划编制，北部湾经济区新增建设用地的时空配置，深化土地资源领域的供给侧结构性改革和耦合产业协同发展提供参考。对造成建设用地的演变特征和各地类在各市之间的配置差异的机制尚未作深入挖掘，随着北部湾经济区响应“一带一路”倡议的不断推进，构建国际陆海新通道和中国(广西)自由贸易试验区的设立工作也在加快推进，北部湾经济区的城市用地会进一步扩张，各类用地的结构变化将更加剧烈，影响用地配置和布局的因素更加复杂，因此，应加强对北部湾经济区城市建设用地结构演变驱动机理的进一步研究，为定量调控提供依据。