基于主成分分析的文明城市评价研究——以济南市为例

张凤吕敏赵利梅付莎

(1.山东建筑大学 管理工程学院， 山东 济南250101； 2.山东建筑大学 商学院，山东 济南250101；3.四川省社会科学院，四川 成都610072；4.山东建筑大学 发展评估与规划处，山东 济南250101)

0 引言

城市化是当今时代发展的必然趋势，也是社会文明进步的重要标识，城市的文明创建有利于推动整个社会文明程度的跃升。 城市文明是一个包括经济、政治、文化、教育、科技、环境的综合概念，通常使用物质文明、精神文明、政治文明、社会文明、生态文明等指标进行建设和测量。 文明城市建设与每位居民的日常生活息息相关，直接影响居民的生活条件和质量。 文明城市研究基于目前城市建设现状及存在的问题，通过一定的分析探究，能够在一定程度上反映城市发展的协调程度和融洽状况，为评判社会治理能力和水平提供参考。

国内外学者关于文明城市的研究，主要集中在其城市创建、建设主体、测评方法等领域。 在文明城市创建方面，国外学者更多地把文明变成一种规则和制度融入到城市的发展建设中，围绕城市的可持续发展、城市建设与管理等方面进行了大量的理论研究，并将其成果运用到实践当中。 如HARRISON 等[1]、WASHBURN 等[2]、 CARAGLIU 等[3]、 GIFFINGER等[4]都将智慧城市建设作为文明城市的研究对象，认为智慧城市通过使用智能计算技术，不断改变着人类赖以生存的物质、精神、文化环境和社会经济结构，为解决城市问题提供了一个新的思考方向。 国内大多数学者认为新时代下的文明不仅是物质文明，更包括精神文明。 鲍宗豪[5]指出文明城市是指社会经济的各项事业全面进步、市民总体素质和城市总体文明程度较高的城市。 国内外学者的研究对于文明城市创建活动提供了非常宝贵的启示和借鉴。 在文明城市建设主体方面，主要包括城市政府、市民以及企业组织等。 罗西瑙[6]在书中指出城市治理实施过程需要公众参与，市民在建设文明城市中具有重要的地位，要建设市民文明的长效机制。 周帆[7]、王昕睿[8]将政府作为文明城市建设主体，研究了政府行为，强调了优化政府职能对推进全国文明城市创建工作的重要性。 CARAGLIU 等[3]则进一步认为政府并不是唯一建设主体，还应包括各种公共及私人机构，只有通过不同利益群体的共同参与，才能使最终的决策符合大多数人的利益。 上述研究仅探讨了文明城市创建单一主体，在创建主体多元性的研究方面还留有很大的思考空间。 文明城市建设所面临的环境是非常复杂的，而城市治理最为关键的便是各种有关主体参与到具体的治理事务中去且逐步达到协调一致。 想要促使城市不断向前发展，便需要充分协调好政府和有关各方之间的关系。 从研究文明城市建设的地域角度来看，孟和宝音[9]研究了包头市创建全国文明城市的经验与展望，而毛文学[10]评价分析了义乌的文明城市创建。 可以看出，现阶段对于文明城市创建的研究还很少，当前主要是区域创建的总结，缺乏实际具有代表性的综合文明城市创建研究。

济南市又被称为泉城，是山东省的省会城市兼政治、经济中心，并且以省会城市排名第一的好成绩入选2017 年全国文明城市名单。 对于济南市城市建设的研究主要有打造智慧城市[11]、品质城市[12]、宜居城市[13]等，但缺乏直接对于济南市文明城市创建的实证分析。 为此，文章以31 个城市为研究样本，采用主成分分析方法，建立合理的文明城市综合评价指标体系并进行实证分析，详细分析当前济南市文明城市创建中存在的不足和问题，并在此基础上提出相应的发展措施。 通过比较研究，系统总结和梳理了其他城市在文明城市创建中的优势和经验，从而建立起具有济南特色的文明城市。 以期为文明城市建设提供充分的理论基础和建设性意见。文章建立的文明城市评价体系是在对比《全国文明城市测评体系》情况下，充分考虑到城市间的可比性，去掉具有特殊地理区位特点、无法定量化比较、数据很难收集的指标后建立的，更容易进行城市间对比分析。

1 主成分分析评价体系的构建

1.1 指标选取

城市文明即城市的进步开化状态，是一个涉及多领域、多学科、多层次的综合概念。 在《全国文明城市评价指标体系(2018 版)》[14]基础上充分借鉴目前的文明评价文献，综合分析现存评价指标体系的优劣，同时兼顾数据的可得性与可比性原则，提出了经济发展、生态环境、科教发展、社会保障四大指标。 其中，经济发展指标可进一步分为反映经济发达程度的第三产业比重与国内生产总值(Gross Domestic Product， GDP) 水 平[15]、 研 究 与 开 发(Research ＆ Development，R＆D)经费支出[16]及社会消费品零售总额[17]；生态环境指标中选取人均公园绿地面积、市区空气质量优良率及工业固体废物综合利用率作为二级指标；社会保障指标包括职工平均工资、每万人拥有公共交通车辆、每万人拥有医生数[18]；科教发展指标包括每万人公共图书藏量[16]、高等学校专职教师及人均教育经费支出[19]。指标的选取与体系的建立采用德尔菲技术法，邀请相关专家经过几轮论证最终形成文明城市评价体系表，具体参数见表1。

表1 文明城市评价指标体系表

1.2 研究方法

采用主成分分析的评价方法分析文明城市发展水平，根据已建立的文明城市发展评价指标体系并通过构建主成分评价模型，分析各城市文明城市发展水平。 主成分分析是一种客观赋权法，能够减少人为的主观因素可能导致的误差，是国内一种广泛应用于社会、经济、管理、科教等领域的多元统计方法[20]，采用数据降维的方式，在指标体系中选择独立、重要的指标来涵盖大部分原来的多指标，通过选定的几个指标来对相关问题进行分析处理，适合处理经济、生态、社会文化等多方面多项指标的情况，可有效降低指标间的关联性，减轻数据分析上的工作量。 具体步骤分为:

(1) 对样本数据进行标准化处理

鉴于指标体系中涵盖经济、社会、生态等多方面的指标，指标值存在着量纲与数量级差异，对整体评价产生影响，因此通过无量纲化标准化处理数据，将原始数据集标准化成均值为0、方差为1 且接近于标准正态分布的数据集。

假设文明城市建设模型的评价对象有n个、指标变量有p个，将第i个评价对象的第j个指标取值为Xij，并转换成标准化指标，由式(1)表示为

式中xj、Sj分别为第i个指标的样本均值和标准差。

xj及Sj分别由式(2)、(3)表示为

(2) 提取主成分

计算特征值与特征向量。 相关矩阵相应正特征值λi为主成分方差贡献，正交化单位特征向量ai为方差贡献率，由式(4)表示为

ai越大则主成分反映信息能力越强，可根据ai的大小提取主成分。 当累积的贡献率＞80%时，就认为足够反映原来变量的信息。

(3) 计算综合得分

选择前m个指标变量y1，y2，…，ym，作为m个主成分，代替原来的p个指标，从而可以对m个主成分进行综合分析。

创建综合得分函数Fi，计算出各城市文明创建综合值，并进行相关排序，由式(5)表示为

2 文明城市评价实证分析

2.1 实证分析过程

为综合了解济南市文明城市建设水平，文章将其他省份城市作为对比进行分析，考虑到数据的可得性与准确性，除去西藏偏远地区的数据，选取包括深圳、广州、青岛、杭州、宁波、长沙、厦门、呼和浩特、合肥、郑州、成都、大连、银川、南京、福州、太原、昆明、西宁、乌鲁木齐、济南、武汉、贵阳、南昌、兰州、沈阳、石家庄、西安、海口、长春、哈尔滨等31 个省会与副省级城市的评价。 由于截至投稿时2019 年数据还未公布，所以文章的数据皆来源于《2018 中国城市统计年鉴》《2018 中国统计年鉴》及各城市《国民经济与社会发展统计公报》。

主成分分析及实证结果如下:

研究利用统计产品与服务解决方案软件(Statistical Product and Service Solutions，SPSS)，在对26 个省31 个城市的数据进行标准化处理后，对数据进行检验统计量与巴特利特球形检验，得到建业统计量检验值为0.754(＞0.6)且显著性值为0.00(＜0.01)，因此文章所选指标可以进行因子分析。

在确定主成分个数上，将特征值＞1 作为选取标准，主成分解释总方差表见表2，可以得到前4 个主成分累计方差贡献率达到81.735%(＞80%)[21]，能够代表数据绝大多数信息，因此选取前4 个公因子F1、F2、F3、F4作为新的变量来反映文明城市水平。

表2 主成分解释总方差表

进一步将每个主成分所代表的意义进行概括总结并命名，在此之前运用SPSS 软件将原因子载荷矩阵进行正交旋转，得到旋转后的载荷矩阵，因子载荷矩阵反映的是主成分与原指标变量的相关程度，载荷值越大则相关程度越大。 主成分载荷矩阵表见表3。

根据表3 主成分载荷矩阵可以得出各主成分对信息的概括，F1在R＆D 经费支出、人均地区产业总值与年末金融机构存款余额指标上载荷高，可以看作是经济发展水平因子；F2在象征着地区教育水平和质量的高校专职教师数量与人均教育经费支出指标上载荷高，代表着文化教育质量因子；F3在城市空气质量与固体废物利用率指标上载荷高，可以看作是生态环境质量因子；F4在表示公共社会保障的每万人拥有医生数与公共图书藏量指标上载荷高，代表社会与医疗保障因子。

表3 主成分载荷矩阵表

2.2 实证结果分析

基于表2、3 数据结果，代入式(5)计算文明城市各主成分的得分，以单个主成分方差贡献率为权数进行加权汇总即可求得主成分综合得分及排名，见表4。

基于各市文明城市综合得分，可将31 个城市划分为4 个层级:I 类城市综合得分F总＞0.28，代表城市文明状况良好，居于全国前列，包括深圳、广州、杭州、南京和长沙5 个城市；II 类城市综合得分0＜F总＜0.28，代表城市文明建设状况居于中上，包括成都、厦门、武汉、郑州、青岛、济南和西安等7 个城市；III 类城市综合得分-0.27≤F总＜0，代表城市文明建设状况居于中下，这一类别的城市较为集中、数量最多，包括宁波、福州、大连、合肥、呼和浩特、沈阳、南昌、昆明、哈尔滨、太原、乌鲁木齐和石家庄共12 个城市；IV类城市综合得分-0.51≤F总≤-0.3，表明文明城市建设状况较差，包括海口、兰州、长春、贵阳、银川、西宁和南宁7 个城市。

从表4 可看出，31 个城市综合得分差距大，排名前五的城市是深圳、广州、杭州、南京和长沙，其中深圳市得分最高，为1.73。 分析这些城市特点可知:东部沿海的发达省份城市，在资金技术、资源配置、科研强度等方面都具备一定实力。 而排名后六的IV 类城市为海口、长春、贵阳、银川、西宁和南宁，最低的南宁得分为-0.51，与排名前列的城市相比有很大差距，这些城市大多分布在中西部地区，经济发展相对落后，产业结构不合理，生产效率低下，导致其在文化教育及社会保障等方面发展较为落后，因此文明城市综合排名不高。 济南市得分值为0.14，与第一名的深圳也存在一定差距，在4 个分指标得分值中，济南市的排名除文化教育指标排名靠前位于第7 名外，其余指标皆位于14 名、15 名等中间位置。 文明城市综合发展水平中等，且有很大提升空间。

根据表4 中31 个城市数据绘制文明城市建设各主成分折线及综合指数得分柱状图，如图1、2 所示。 可以直观地观察到31 个城市文明城市创建综合指数得分以及4 个指标得分之间的对比关系。

表4 主成分得分与文明城市综合得分表

图1 文明城市建设各指标分值图

图2 文明城市建设综合指标图

经济发展指数较高的城市依次是深圳、广州和杭州等一线城市，与文明城市建设综合指数得分排名基本一致，说明经济发展指标对于文明城市建设综合得分的影响较大。 济南市在31 个城市中排名14 位，与排名第一的深圳市指数差距为4.5932。 在文化教育指标方面，济南市指数为1.02691，在31 个城市当中排名第7 位，排名前三依次为广州、西安和郑州。 在生态环境指标方面城市间的差距较大，济南市在31 个城市当中排名第15 位，与排名第一位的广州市指数差距为1.41456，这反映济南市在空气质量优化、固体废物利用等方面还有一定的上升空间。 在社会保障及医疗支持方面，济南市的指数为0.1208，位居第13 位，与排名第一的海口市差距为2.14703，在该指标体系中，排名与文明城市建设综合指数排名的吻合度较低。

基于上述计算方法，分别计算了2011 及2014年的31 个城市文明城市建设水平综合得分，与2018 年进行相应的比较，分析济南市文明城市建设的时间演变过程，见表5。

由表5 可以看出，排名两端的城市比较稳定。深圳、广州、杭州等一线城市仍位居前列，排名尾端的西宁、兰州等城市综合得分低。 济南文明城市建设综合得分排名由2011 年的13 位上升到2014 年的11 位，2018 年仍保持在11 位。 与排名第一的深圳得分差相比，在2011、2014、2018 年时差距分别为2.18、2.50 和1.59，呈现波动下降的趋势，反映出济南市的文明城市建设有小幅提升，未来将会呈现出继续提升的发展趋势。

通过构建相应的文明城市建设评价指标体系，结合主成分分析方法，可以较为准确并客观地看到，当前济南市在31 个城市中综合实力相对较好，但是与排名前列的城市相比还存在一定差距，通过详细分析济南市文明城市建设现状，发现主要存在以下几点问题:

(1) 2014—2018 年济南市人均GDP 及其增长速度如图3 所示。 济南市人均地区生产总量逐年增加，2018 年地区生产总值为2014 年的1.30 倍，但从增长速度看，5 年间波动较大，其中2014 年为增速最快的一年，2015 年增速下降，2016 年后回升，之后呈现波动上升趋势。 在31 个城市中，2018 年济南市人均GDP 水平排名中等。 综合来看，这表示济南市居民收入偏低、经济发展速度较缓。

表5 2011、2014、2018 年文明城市得分排名表

(2) 济南市居民的文教娱乐支出较少，近5 年占消费总支出的比重基本不变，平均约为10%。 图书馆藏量总量逐年增加但增幅缓慢，2017 年增幅仅为9.94%。 除此之外，济南的泉水文化虽远近闻名，但依照实际情况来看，目前大众对于泉水的历史底蕴与文化价值缺乏了解，很多具有泉城特色的民间技艺、历史典故、传说故事等文化表现形式有待整理和开发[22]，济南还尚未形成名副其实具有“泉城”称号的特色城市。

(3) 济南市人均公园绿化面积逐渐增加，工业固体废物综合利用率较高但不稳定，2018 年比2017年下降9.43%；空气质量优良率为51.5%，在全国排名第27 位，空气质量有待加强。 2014—2018 年济南市生态环境指标如图4 所示。 从变化趋势可看出，空气质量优良率逐步上升，2015 年增长较快，但市区全年环境空气污染指数达到优良的天数皆不足200 d。 目前，济南市未能有效处理施工工地存在的扬尘污染，同时由于济南城市道路拥堵，导致汽车尾气污染物排放量剧增，空气质量面临着严峻的考验。创城虽取得一定成效，但如交通违规、露天烧烤、乱搭乱建、生活陋习等一些不文明现象还没有完全杜绝[23]。

图4 2014—2018 年济南市生态环境指标图

(4) 济南市每万人公共交通拥有量在31 个城市中排名第17，每万人14.79 辆，而排名第一的深圳市则为每万人87.34 辆，说明济南市目前公共交通资源不足，现有公交线路和站点设置不科学。 依据高德地图在2019 年发布的《中国主要城市交通分析报告》显示，济南市路网高峰行程延时指数为1.781，为全国拥堵程度排名前十的城市[24]。 交通拥堵会增加各行业及社会成员的时间和经济成本，增加城市整体运行成本，降低城市整体的经济功能。 由于地形及泉脉生态保护因素，使得济南在国内二线城市中的交通规划建设严重滞后于其他相近体量的城市。 济南市的每万人拥有医生数指标显示，尽管相较于5 年前每万人拥有的医生数增加了74.46 人，但在31 个城市中济南市排名第19 位，医疗保障投入仍有不足。

为此，制定提升济南市文明城市创建的相关对策显得尤为重要。 在充分分析济南市当前存在的问题与劣势及借鉴其他城市发展中的优势后提出如下建议:

(1) 应该借鉴深圳市的发展经验，因地制宜大力发展优势产业，鼓励中小企业与民营产业的发展，作为鲁中地区经济增长极，济南市要充分发挥对周围地区辐射带动作用，形成自主创新重点领域，更加贴近本地产业发展需求，大力扶持以电子信息、生物技术等高新技术产业为主导的产业集群。

(2) 一方面要多开展对外文化交流，举办各类文化艺术节，推出高质量群众文艺产品等。 另一方面提高文艺馆、图书馆数量和质量，加大公共文献资源与公共数字资源建设力度。 要充分挖掘泉水文化，增强泉与人的互动，充分利用当下各类新媒体平台对济南的文化进行传播[25]，将其纳入城市品牌建设中。

(3) 要在保持现有水平的前提下，实施城市绿地建设工程，采用更为科学合理的植物养护方法，提高植物的存活率，增加城市总体绿地面积。 定期开展治理施工扬尘、工业场地扬尘、道路扬尘等活动，加大监督治理露天烧烤等不良行为，改善空气质量。

(4) 要逐步完善城市基础设施建设，优先发展城市公共交通，加快地铁线等市内轨道交通建设。济南市已于2015 年1 月获批轨道交通的规划和建设， 目前，济南地铁R1、R3 线路已建成通车，R2 线路在建中，地铁将为人们的出行提供极大的便利。充分利用大数据建立覆盖面更广、更为便捷及时的交通信息发布渠道，增加卫生技术人员数量和质量，瞄准国际先进水平，推动医疗卫生事业跨越式发展。打造数字市政，建设智慧济南城市。

3 结论

通过上述研究，可以得到以下结论:

(1) 综合来看，济南市的文明城市排名居中，具有一定的认可度；但从各维度来看，仍存在经济发展速度缓慢、居民收入偏低、科创实力不足、成果转化率低、建设泉城文化特色城市有待提高、交通拥堵问题凸出、空气质量差、环境污染严重、医疗保障投入不足等问题，济南市应大力发挥经济的辐射带动作用，打造城市品牌建设，完善公共设施，助力济南市在文明城市建设中更上一层。

(2) 济南文明城市建设综合得分排名由2011年的13 位上升到2014 年的11 位，2018 年仍保持在11 位，将会呈现出继续提升的发展趋势。 今后可从环境、经济、文化、社会等方面进一步加快城市建设步伐。