城市居住小区与公共服务设施空间布局优化

王振坡 刘璐

摘要：利用天津市POI大数据，采取核密度估计、最近邻分析、Riley's K函数方法，刻画天津市市内六区及环城四区居住小区与公共服务设施的空间格局与集聚特征。研究发现：（1）天津市市内六区与环城四区的居住小区与公共服务设施呈现出“中心-外围”结构的空间格局特征，不同类型的公共服务设施分布存在差异。（2）居住小区与公共服务设施的空间分布具有显著的集聚特征，但集聚规模与强度差异明显，二者空间分布的协调性程度有待进一步提高。

关键词：居住小区;公共服务设施;POI大数据;空间格局

中图分类号：F299.24 文献标识码：A

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

随着我国经济进入高质量发展阶段，居民生活水平不断提高，对城市居住小区与公共服务设施的诉求也日益丰富与多元。居住小区与公共服务设施的协调配置是提升居民生活质量的重要抓手，对消除社会隔离、维护社会和谐等具有重要影响，促进居住小区与公共服务设施空间的协调有助于优化城市空间结构、保证城市各功能高效运行。2016年，中共中央、国务院发布《中共中央关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，要求坚持共享发展的理念，健全公共服务设施，完善配套中小学、幼儿园、超市、菜市场，以及社区养老、医疗卫生、文化服务等设施的建设，打造方便快捷的生活圈。2018年，住建部发布新版《城市居住区规划设计标准》，在居住区分级控制中首次运用了生活圈概念。2019年，自然资源部提出“社区生活圈”是国土空间规划关注的重要内容。因此，城市高质量发展要求下，如何对城市居住小区与公共服务设施进行空间布局成为城市规划建设关注的焦点。从空间尺度刻画居住小区与公共服务设施的布局特征，并在此基础上探索二者间的协调关系，对于优化城市空间结构、维护城市空间公平正义、推动经济高质量发展都具有重要的现实意义。

城市空间格局特征的研究在区域经济学、城市地理学、城市规划学等多学科领域均为重要的讨论话题。其中，对居住空间的研究方面，学者们利用ESDA、缓冲区分析、地理加权回归等方法对城市居住空间的价格分布、空间结构演变等方面展开研究。对公共服务设施配置的研究主要包含以下三个方面：一是公共设施配置的公平效率研究。如有学者从社会分异的视角进行设计，将南京市主城区作为案例，通过调查了解居民的需求差异来研究公共设施空间布局的公平效率。也有学者利用人口普查数据，以上海市奉城镇为例，对教育设施、医疗设施空间分布的均等与公正进行测度，认为空间公正极具重要性，其能使公共服务空间配置达到地域平等。二是公共服务设施的空间布局研究。学者们运用Nearest Neighbor Analysis、多距离空间聚类等方法详细分析公共服务设施的空间集聚特征，并在此基础上从不同视角思考影响公共服务设施分布的因素，主要集中在外部影响、资源承载力、环境舒适度、居民需求、时空距离与可达性等方面。三是公共服务设施的可达性研究。学者们在研究中积累了丰富的测度可达性的方法，例如高斯2SFCA法、最短距离法、改进潜能模型法、引力模型法等，如有学者研究教育设施的空间分布差异，利用引力模型來测量中小学的可达性，并将构建可达性指数地图化。还有学者以北京市为例，从供需角度测度教育、医疗等公共服务设施的可达性。

综上，国内外学者主要从城市空间的结构与形态、格局与演变以及功能空间耦合关系等方面对城市居住空间与公共服务设施进行探讨，研究逐渐深化也更加多元化，利用空间数理模型进行定量分析的研究逐渐增多，为本文提供了重要的理论与实践指导。然而，在城市高质量发展背景下，探索居住小区与公共服务设施协调关系的案例研究还有待丰富。基于此，本文选择天津市市内六区与环城四区作为研究对象，选取居住小区与公共服务设施的网点数据，探索居住小区与公共服务设施在空间上的布局特征与集聚程度，并观察二者在空间上的协调度，以期为天津市空间结构优化与调整提供指导建议。本文主要的贡献在于：（1）以城市功能空间协调关系为研究视角，利用Python技术挖掘详实的空间网点数据，并引用多种数量模型刻画了居住小区与公共服务设施的空间分布特征。（2）从空间尺度研究天津市公共服务设施与居住小区布局优化问题，为城市公共服务设施供给理论提供实证研究成果，同时对优化天津市公共服务设施空间布局与公共服务资源有效分配，推动城市高质量发展提供政策启示。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域概况

天津市是中华人民共和国省级行政区、直辖市、国家中心城市、国务院批复确定的环渤海地区的经济中心，行政区划辖区16区，总面积11966.45平方千米，2020年末，常住人口1561.83万人，城镇人口1303.82万人，城镇化率为83.48%。考虑到数据的可获得性和公共服务设施的功能属性，本文以天津市市内六区（和平区、河东区、河西区、河北区、南开区、红桥区）和环城四区（东丽区、津南区、西青区、北辰区）作为研究区域，探讨居住小区与公共服务设施空间布局特征，如图1所示。

1.2 数据来源与处理

本文的居住小区数据与公共服务设施网点POI数据均来源于高德地图，笔者借助实时Python技术对其进行爬取与处理。首先对采集的POI数据进行筛选、去重与清洗，将与居民日常生活关联性不强的设施剔除，最终选取22050条数据，其中居住小区点数据共4707条，公共服务设施数据共17343条，公共服务设施数据又细分为交通设施、教育设施、医疗设施、商业设施、文化设施5大类如表1所示。然后将所获取网点数据导入ArcGIS10.6软件，以点要素的形式标注于天津市行政区划图。

2 研究方法

2.1 核密度估计法

核密度估计法（KDE）在空间分析中被广泛使用，能够描述点要素的分布特征。核密度估计的原理主要是将要素点的位置作为中心，借助一个规则移动的单元格估计点要素的密度。可以反映出点要素在空间中的集聚程度，计算公式如下：

公式左边的F（H）为核密度估计值，公式右边的Jiw为POI点i与w的距离，D为带宽，Q为空间权重函数，n是点要素到位置w的距离小于或等于D的要素点的数量。本文利用核密度函数探究城市居住小区和公共服务设施的空间格局特征，通过不同带宽的模拟结果，最终选择以1000m为带宽来分析核密度的估计值，该带宽能为清晰地识别天津市市内六区与环城四区中居住小区与公共服务设施点要素信息以及集中与分散的变化。

2.2 最近邻分析法

最近邻分析法以点的距离为基础，测量点要素样本的平均最近距离，并通过与平均距离的期望值相对比，判断出点要素在空间上是集聚还是分散分布，计算公式如下：

公式中为观测样本最近邻距离的平均值;为观测样本平均距离的期望值，M是区域面积，n为观测样本（点要素）的总数;NNI为标准化最近邻距离指数。判断空间集聚程度主要有三种情况：一是当NNI<1时，点要素的空间分布为集聚型;二是当NNI>1时，点要素的空间分布倾向于离散型;三是当NNI=1时，点要素为随机型分布。

2.3 Rileys K函數分析

Rileys K函数能够解决点要素在不同空间尺度下可能会改变分布特征的工具，是点要素分析的常用工具，其在根据一定的半径距离搜索圆的范围内统计点的数量，能确定不同空间尺度下点要素的不同集聚模式，计算公式如下：

式中：n为点地物的个数;Wij （t）为在距离t范围内点i与点j之间的距离;M为研究区面积。L（t）>0，表示居住小区与公共服务设施点要素为集聚分布;L （t）<0，则为离散分布;L （t） = 0，为随机分布。L （t）函数的显著与否根据Monte Carlo方法进行检验后得出。L （t）的第一个峰值（偏离置信区间的最大值）可用于度量集聚程度，其所对应的t值用来度量集聚规模。

3 实证结果与分析

3.1 空间格局特征

根据核密度估计结果如图2所示。公共服务设施和居住小区在研究范围内的分布形态不仅具有差异性，同时也具有相关性。居住小区与公共服务设施的核密度分布差异明显，但分布特征大体呈现出“中心-外围”的格局。其中，居住小区的空间结构表现为在市内六区较为集中，在环城四区逐渐分散，而公共服务设施则表现出多个集聚中心的格局，且不同类型的公共服务设施空间分布的密度差异性较为显著。具体来看：（1）交通设施呈现大分散、小集聚态势，分布较为均衡，但中心城区的集聚程度明显高于其他区域，东丽区、西青区等区域的密度值较低，可能是受到地铁线路和公交站点分布的影响明显。（2）教育设施的分布模式为“中心集聚-外围分散”，在和平区、河北区、河东区、南开区、西青区及津南区有明显的集聚特征，其中西青区、津南区虽有高密度的聚集区，但整体空间分布形态分散。（3）医疗设施高密度聚集区主要位于和平区与南开区，医疗设施呈现整体集聚和局部分散的特征。（4）商业设施分布呈现出以“圈层”分布，以核心社区为中心成圈层式扩散，设施分布的相对集中区主要以中心城区为主，并在环城四区出现了少量高密度的商业设施分布。（5）文化设施分布整体呈现中间多而集聚、边缘少而分散态势，具有明显的空间偏向，区际差异大，聚集区主要以南开区、红桥区、和平区、河西区为集聚核心，呈点状向外围圈层晕染，等级明显。

3.2 空间集聚特征

最近邻距离指数结果如表2所示。在研究范围内，居住小区与各类公共服务设施样本的NNI值都小于1，且置信水平达到99%，二者的空间分布特征表现为显著的集聚，但集聚程度存在一定差异。其中，在天津市市内六区与环城四区中，整体空间布局中集聚性最强的是医疗设施，NNI为0.311;集聚程度最弱的是交通设施，NNI为0.572;商业设施、教育设施的NNI分别为0.369、0.403，居住小区的NNI是0.489，文化设施的NNI为0.536。按照空间集聚程度的大小进行排列，可得出“医疗设施>商业设施>教育设施>居住小区>文化设施>交通设施”。究其原因，医疗设施的规模与强度较大，可能是天津市早年为满足城乡居民的需求，政府建立了较多公立性质的医疗机构。根据资料显示，天津市在新医改提出后鼓励兴办民营医疗机构，并吸引社会力量参与，促使了多元化办医格局形成，推动了天津市医疗与卫生服务体系的发展。而交通设施集聚程度略低于其他设施可能是由于公共交通设施的集聚程度与交通的便利度相关，受政府规划调控的影响较多，天津市政府在2000年组织编制了《天津市城市综合交通规划（2003-2020年）》，提出构建“快捷、高效、安全、绿色”的现代化综合交通运输体系，之后天津市优先发展公共交通，加强交通枢纽建设，也成为我国第二个开通地铁的城市，在外围区域也有一定数量的交通设施分布，居民出行便利。

3.3 Ripleys K函数结果

为进一步探索居住小区与公共服务设施的集聚强度与规模，借助Arc GIS Pro2.5软件中的Ripleys K函数工具继续分析空间分布特征的差异，为检验显著性，利用蒙特卡罗方法随机模拟100次，生产置信区间的峰值。根据图3显示的L（t）曲线来看，居住小区与各类公共服务设施的L （t）曲线为“倒U型”，在不同空间尺度下，研究样本的L （t）曲线都大于对应的最大置信区间，空间集聚性显著，并且在99%的置信度下全部通过检验。

从集聚规模尺度来看，依次为“医疗设施（17.369km）>交通设施（17.249km）>居住小区（16.984km）>教育设施（16.616km）>商业设施（16.219km）>文化设施（11.956km）”，集聚规模差异明显，其中医疗设施最大，文化设施最小。从集聚强度来看，各类设施的L （t）峰值依次为医疗设施（15.333km）>交通设施（15.256km）>居住小区（14.973km）>教育设施（14.804km）>商业设施（14.331km）>文化设施（11.184km）。从整体来分析，天津市居住小区与各类公共服务设施的集聚强度的差异较为显著，协调性还需进一步提高，其中医疗设施与交通设施的集聚强度均明显大于各类服务设施网点，与居住小区的协同程度较高，其他几类公共服务设施的集聚规模与强度均小于居住小区，尤其是文化设施的空间集聚规模和集聚强度均小，这也与核密度估计结果、最近邻域分析结果一致。究其原因，可能是天津市城市化发展进程中住房需求不断增加，城市进行增量开发，向外围地区拓展了居住用地，但除医疗、交通设施以外的公共服务设施的配套速度与居住小区相比较为滞后，导致集聚规模与强度均滞后于居住小区。

4 研究结论与对策建议

4.1 研究结论

（1）天津市居住小区与公共服务设施的空间格局均具有集聚特征。样本的NNI值均小于1.0，在空间上的集聚特征均较强。不同类型的设施集聚程度顺序为医疗设施>商业设施>教育设施>居住小区>文化设施>交通设施。市内六区的居住小区与公共服务设施集聚密度大，而交通设施作为公平导向较强的设施，具有“大分散-小集聚”的空间格局特征。

（2）天津市居住小区与公共服务设施空间集聚性特征具有显著的差异。各类网点的最近邻指数值均小于0，但从Ripleys K函数结果来看，其集聚的规模与强度不同，从集聚规模与强度来看，依次为“医疗设施>交通设施>居住小区>教育设施>商业设施>文化设施”，文化设施的空间集聚规模与强度较小，空间选择范围为有限。从整体来看，公共服务设施的集聚强度与规模滞后于居住小区，二者在空间上的协调水平仍有待提高。

4.2 对策建议

根据以上结论，围绕合理优化公共服务空间布局，提升公共服务设施配置公平与效率，助力城市高质量发展，提出以下几点对策建议：

（1）引入社区规划理念，合理優化城市公共服务设施布局。公共服务设施具有正外部性，其配置的完备对于提升居民生活质量具有重要的意义。一方面，应遵循以人为本原则，引入社区规划理念，依据居民的多方面需求打造15分钟社区生活圈，提高丰富公共服务质量与类型，如在居住小区周围打造便民功能网点，提升社区的便利度，从微观层面破解空间的失配问题。另一方面，应加强在居住小区供给充足的城市外围区域公共服务设施的建设与配置，促进形成社区生活圈与居住郊区化进程、城市发展相协调的网络化公共服务体系，不断提升社区生活品质。

（2）探索新型公共服务配置模式，提升公共服务设施配置公平与效率。一方面，从公共服务供给主体层面，构建“政府-社会-市场”多元主体协同供给的公共服务设施配置模式，政府应积极引导社会资本投入，在市场机制主导下促进公共服务产业化模式形成，提高公共服务设施配置的效率。另一方面，在多元主体框架下，发挥公共服务设施对空间布局的引导作用，倡导以公共服务设施优化引导居住小区的更新改造，以微改造的方式进行更新，提升城市的公共效益。尤其要注重居民参与公共服务配置的权利，在公共服务设施建设时，为居民参与渠道，通过听取其意见保障公正性，倡导城市空间的公平正义。

（3）优化城市空间结构，助力城市高质量发展。一方面，合理引导人口迁移，居住小区分布集聚会增加对公共服务设施的竞争，应制定相关政策，引导疏解中心区域的居民，优化城市空间结构。另一方面，应加强文化设施等数量较少、集聚较分散的短板设施供给，强化交通、商业、医疗等公共服务设施供给，通过公共服务设施的不断优化为产业集聚创造基础条件，进而吸引人才拟流入集聚，焕发城市活力，实现城市高质量发展。

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作者简介：王振坡，天津城建大学经济与管理学院教授。

刘璐，天津城建大学经济与管理学院硕士研究生。

基金项目：天津市教委2019年度天津市研究生科研创新项目“居住分异视角下天津市公共服务设施空间布局研究”（2019YJSS010）。