高铁对兰西城市群县域空间经济格局的影响

□文/姚亚光 米雪丽

（兰州交通大学交通运输学院 甘肃·兰州）

［提要］为获取高铁对兰西城市群县域空间经济格局的影响，利用网络分析法的加权平均旅行时间模型对综合交通可达性进行测算，构建基于“3D”理论空间经济评价指标体系，分析可达性对于距离、整合视角下空间经济的影响，借助PLS结构方程模型获取高铁基础设施对空间经济的驱动机制。结果表明：（1）高铁开通极大地提高兰西城市群29个县域的整体可达性水平，“核心-边缘”结构被进一步强化，沿线县域可达性优化要明显好于非沿线县域。（2）高铁开通对经济距离、经济整合的总体效应表现为以兰州市区、西宁市区为核心，优越区向外围沿高铁线路逐渐扩大，同时极化效应显著。

高铁系统（HSR）正处于全球先进交通系统的前沿，其不仅压缩了区域间的旅行时间，改善了区域间的交通便捷程度，而且对区域自身的经济发展潜力以及区域间的经济联系强度也产生了深远的影响，高铁与区域经济发展的相关性研究已成为交通规划、经济地理等诸多国内外专业学者关注的热点话题之一。研究方法常运用成本栅格法、网络分析法、加权平均旅行时间、经济潜力模型、引力模型、场强模型；研究对象以中东部高铁发达地区的单条高铁线路或者高铁网络为主，仅考虑无高铁、现状高铁两种状态；研究范围多从全国、区域、省域等尺度入手。尽管当前研究已比较丰富，但仍有不足之处：对高铁欠发达的西北地区研究较少；加权旅行时间未考虑城市内部拥挤时间，与现实情况不符；新经济地理视角广泛关注物流经济、旅游经济、贫困程度，鲜有涉及高铁经济并从城市群县域角度分析高铁基础设施建设驱动空间经济结构变动的机制。兰西城市群地处西部腹地，以兰州市、西宁市为中心，是第九个国务院批复的城市群。随着“一带一路”建设加快推进，兰西城市群已成为向西开放的重要枢纽和载体，该地区的发展关系到西部地区全面建成小康社会和实现社会主义现代化。由于地形地势因素复杂以及经济发展较为落后，第一条高铁开通时间较晚且高铁网络稀疏，因此探讨高铁对兰西城市群可达性及空间经济的时空演化具有重要的意义。鉴于此，本文以兰西城市群29个县域为主要研究对象，采用2018年甘肃、青海两省的基础道路和社会经济数据，在无高铁、现状高铁、规划高铁三种交通格局下，运用网络分析法对县域间最短时间进行测算，构建了“3D”理论的经济指标体系，基于偏最小二乘法结构方程模型（PLS-SEM）获取高铁基础设施建设对空间经济的驱动机制，以期深入剖析高铁为兰西城市群带来的具体效应，从而为兰西城市群的高铁交通与区域经济协调发展提供强有力的理论支撑及科学的建设意见。

一、研究区域与数据获取

（一）研究区域。兰西城市群位于中国西北内陆，衔接甘肃、青海两省（34°50'N-37°37'N，98°55'E-105°25'E），战略地位突出。兰西城市群高速铁路发展相对较慢，现状高铁仅有兰新、兰渝及中川城际三条高速铁路投入运营，依据《兰州—西宁城市群发展规划实施方案》规划高铁为兰州—中卫、兰州—张掖三四线。本文所划定的兰西城市群范围依据《兰州—西宁城市群发展规划》（2018-2035），以县域为研究单元，将兰州市主城五区（包含城关、七里河、西固、安宁、红古），西宁市市区（城东、城中、城西、城北、湟中）予以合并，同时将其他地级市的市辖区合并为市区来研究（如白银市的白银区、平川区合并为白银市区，海东市的乐都区、平安区合并为海东市区），共划分出29个研究单元（如图1A），总面积9.75万平方公里，截至2018年底，研究区内常住人口为1，249万人，GDP总量为5，344亿元。为了方便论文叙述，将民和回族土族自治县、大通回族土族自治县、互助土族自治县、积石山保安族东乡族撒拉族自治县、循化撒拉族自治县、化隆回族自治县简称为民和县、大通县、互助县、积石山县、循化县、化隆县。（图1）

图1 研究区概况图

（二）数据获取。本文研究数据主要基础路网数据（图1B）、高速铁路数据（图1C）与兰西城市群社会发展数据，各县区的经济总量与人口规模用GDP总量与常住人口表示，数据来源于《甘肃省统计年鉴2019》和《青海省统计年鉴2019》，为2018年数据。高速铁路数据与基础路网数据利用1∶600万《中国交通地图册2019年版》提取出29个县域的路网要素并矢量化，路网要素由高速铁路、普速铁路、高速公路、国道、省道与县道组成。利用ArcGIS10.2网络分析法测算任意县域间的最短时间，根据《中华人民共和国行业标准：公路工程技术标准（JTG01-2014）》规定的道路设计速度，结合西北地区的实际情况，设定不同道路的行驶速度如下：高速铁路运行速度为200km/h，普速铁路运行速度为90km/h，高速公路、国道、省道以及普通公路的运行速度分别为120km/h、80km/h、60km/h以及30km/h。同时，考虑到高速公路及铁路与其他道路衔接只能在高速公路及铁路的出入口进行，故可通过设置连通组来实现。为了构建合理的可达性模型以及在“交通经济带”理论下高铁基础设施已成为区域内生产要素交换的重要通道，势必会形成新的经济增长点，作出如下假设：（1）铁路与高速公路的换乘均通过县级城市实现；（2）规划期内各铁路与公路网络格局保持不变；（3）高铁基础设施建设对兰西城市群经济发展有显著的正面影响。

二、研究方法

（一）县域交通可达性模型。借鉴城市交通可达性的评价方法，县域间的可达性水平也可以用一个县域到其他县域的加权平均旅行时间来衡量，加权平均旅行时间越高可达性水平越低，反之亦然。而县域间的旅行时间是指一个县域到另一个县域的最短通行时间，在考虑实际情况的基础上，假设以某县域为目的地，旅行时间应分为两部分，一是出发地县域与该县域之间的时间距离；二是出发地县域与该县域内部拥挤所耗费的时间即内部拥挤时间，计算公式如下：

式中：Tij为县域i到县域j的旅行时间；trij为县域i到县域j的时间距离；ti、tj分别为县域i、县域j的内部拥挤时间；pi为县域的常住人口，以百万人为单位，由于兰西城市群存在个别县域人口不足十万人，则该县域的内部拥挤时间为零；Ai为县域可达性；Mj为县域j的经济实力，用计算，Pj、Gj为县域的GDP总量与常住人口；n为除县域i以外的县域总数。

（二）基于“3D”理论的空间经济评价指标体系。在2009年世界银行发布的《重塑世界经济地理》报告中首次提出包含密度（Density）、距离（Distance）、整合（Divison）三大要素的“3D”分析框架，并明确表明高密度、短距离、强整合是经济成功发展的基本条件，同时在经济整合的大背景下，经济密度与经济距离联系紧密：由于经济发展普遍存在着不平衡，经济集聚是经济发展的必经之路，经济密集程度越高，吸引范围就会越大，这会促使人们缩短与经济密集区的距离；反过来，由于经济距离的缘故，人们为了获取更多的经济收益，便会不断向经济密集区靠近，进而促进经济密度的增加，因此密度与距离都是依赖集聚经济来发挥作用，密度高意味着聚合经济效应较强，从而会带来较高的生产力与生产优势，在某种程度上，距离对集聚经济发挥的是微观作用，体现产出与经济密集区距离的反向关系，整合强调市场与产业的相互交流与联系，即跨越障碍阻隔的能力。借鉴已有研究，本文尝试运用新经济地理理论从密度、距离和整合三个维度构建新的空间经济评价指标，见表1。（表1）

表1 空间经济评价指标一览表

经济地理集中度与地均GDP相比更能体现经济发展的集中程度，经济潜力是距离的一种代替，经济空间整合反映一个县域与其他县域的经济联系紧密程度，新经济地理多以空间距离作为衡量指标，但在空间距离一定的情况下，时间距离往往成为影响经济发展的重要因素，因此距离不完全指的是空间距离，本文以时间距离并利用经济潜力模型、引力模型测算空间经济距离、经济整合计算公式如下：

式中：Ri为i县域的经济密度，Bi为县域i的GDP总量，Ni为县域i的土地面积；Ei为县域i的经济潜力，Ci、C分别为县域i、区域内所有县域的GDP总量，Tij为县域i到县域j的旅行时间；Iij为县域i、j的经济联系强度，Pi、Pj为县域i、j的GDP总量，Gi、Gj为县域i、j的常住人口，Ii为县域i的对外经济联系总量，n为除县域i以外的县域总数。

（三）PLS结构方程模型。基于最小二乘法（PLS）的结构方程模型是多元数据探索与分析典型方法，相较于传统的SEM模型，其对样本数量的要求不高，数据不必满足正态分布，且能够避免单个变量在回归分析过程中的多重共线性以及内生性问题，因此在社会统计分析研究中被广泛应用。运用Smart-PLS3.0软件构建结构方程模型，模型由结构方程（潜变量之间的关系）与测量方程（潜变量与观测变量之间的关系）两部分构成，用于解释经济密度、产业距离、市场距离、经济整合、高铁运营里程、高铁站点数、高铁线路数等变量对兰西城市群的空间经济与高铁基础设施建设的影响，考虑到兰西城市群的实际情况，将高铁基础设施建设的指标作为内生潜变量，空间经济视为外生潜变量，计算公式如下：

式中：X、Y为内外生潜变量，Λx、Λy为内外生潜变量在内外生观测变量之间的因子荷载矩阵，σ、ε为内外生潜变量的误差，η为内生潜变量，ξ为外生潜变量，Γ为路径系数，代表内生潜变量对外生潜变量的影响，ζ为残差项，即干扰变量。

三、高铁对县域可达性的影响

利用ArcGIS进行反距离差值得到高铁开通对兰西城市群可达性变化的空间格局，并用自然断裂点法对测算结果进行分组。在无高铁格局下（图2a），可达性整体水平偏低，呈现出显著的“核心-边缘”结构，加权平均旅行时间均值为179min，并以白银市区-皋兰县-永靖县-民和县-海东市区为中心向外围地区逐渐增加，贵南县、贵德县等西南地区处于边缘，可达性较差。在现状高铁格局下（图2b），可达性整体水平提升较大，加权平均旅行时间均值降为155min，缩减率为13.4%，由于兰新、兰渝以及中川城际的开通，“廊道效应”明显，高铁沿线的县域可达性提升较大，其中定西市区、榆中县可达性提升最为显著，达到了40%以上，变化不明显的临夏市区、化隆县以及循化县仅为5%左右，可见这些县域受高铁影响较小，在空间上形成“孤岛状”，高铁沿线的县域可达性的优化要好于非高铁沿线的县域，同时可达性的空间格局改变主要发生在东部地区，且仍然是东部高西部低的空间格局。在规划高铁的格局下（图2c），区域整体可达性水平的提升不大，加权平均旅行时间均值降为152min，相较于现状高铁缩减率仅为2%，但高可达性的空间范围明显扩大，兰州—中卫、兰州—张掖三四线的开通使得东北地区连成一片，除了景泰县以外均成为高可达性县域。从变化值来看（图2d），高铁开通对边缘地区可达性的改善较为显著，其中榆中县、定西市区以及陇西县提升幅度最大，对西部地区县域提升也较为明显，而中部地区县域的提升幅度不大，这说明高铁在整体上压缩了县域间的时间成本，促进了县域之间的联系，但影响却是非均质性的，非高铁沿线县域与高铁沿线县域相比区位优势较弱，使得生产要素向发达地区流动，从而导致“核心-边缘”格局被进一步强化。（图2）

图2 高铁开通前后可达性变化图

四、高铁可达性对县域空间经济的影响

（一）对距离视角下空间经济的影响。在无高铁的格局下（图3a），兰西城市群县域的整体经济潜力水平较低且存在明显的差异，经济潜力指数均值为1225.6，经济潜力优越区为兰州市区（3074.63）、西宁市区（2248.23）、皋兰县（2233.89）、白银市区（1665.43）、海东市区（1560.85）五个经济较为发达的县域，西南地区由于可达性较差，远离经济较发达的县域，因此经济潜力处于区域的低谷状态，最小值贵南县仅为388。在现状高铁的格局下（图3b），区域各县域的经济潜力指数均有所提升，均值为1407.8，增长率为14.9%，经济潜力的优越区沿着高铁线延伸，榆中县、定西市区、大通县以及湟源县进入经济潜力优越区，同时边缘地区同仁县、渭源县、陇西县的经济潜力得到明显改善。在规划高铁的格局下（图3c），经济潜力指数提升幅度较小，经济潜力优越区范围进一步扩大，由于兰州-中卫线的开通，靖远县的经济潜力显著提升，步入优越区的行列。从变化值来看（图3d），经济潜力指数变化大的县域为海东市区、定西市区、靖远县以及榆中县，部分远离高铁的县域湟源县、尖扎县经济潜力也有不小的提升，说明高铁建设带来的“时间收敛效应”在一定程度上是可以弱化空间距离影响的，南方地区的永靖县、渭源县、贵德县、贵南县、临夏市区以及少数民族自治县经济潜力的提升幅度较小，可见高铁对经济潜力的提升是非均衡的，南方地区由于交通基础设施不完善，高铁的效应难以充分发挥。（图3）

图3 高铁开通前后经济潜力变化图

（二）对整合视角下空间经济的影响。整合反映区域县域的一体化程度，这对于县域提高自身的竞争力以及推进县域间的动态平衡具有重要作用。城市群内部的整合主要为生产要素间的交流与联系，本文在“流空间”理论的基础上，县域对外经济联系强度表示城市群内某一县域对外“流”的总和，能表现出该县域在城市群县域间相互作用网络中的地位。在无高铁的格局下（图4a），经济联系强度的均值为49.24，兰州市区、西宁市区在城市群县域中处于双核心地位，经济联系强度远高于其他县域，白银市区较好，经济联系强度也高于150，而共和、海晏等县域地处区域边缘，经济发展受到较大阻碍，故经济联系强度较低。在现状高铁的格局下（图4b），经济联系强度的均值为75.79，增幅为53.92%，可见区域整体的经济联系强度有较大的提升，前八位分别是兰州市区（638.96）>西宁市区（373.92）>榆中县（191.15）>海东市区（143.97）>白银市区（138.52）>大通县（88.69）>定西市区（88.53）>皋兰县（79.58），其他县域经济联系强度均低于60，特别是贵德县、贵南县等县域经济联系强度仅为1.40、0.77。在规划高铁的格局下（图4c），经济联系强度的均值为79.12，相较于现状高铁增幅仅为4.3%，其中靖远县变化较为显著，经济联系强度已超过60。从变化值来看（图4d），对比兰州市区与西宁市区的经济联系强度，前者的绝对值以及增长幅度要远高于后者，表明高铁开通使得兰州市区获得更大发展机遇，兰州市区与西宁市区的差距正在逐渐拉大，且高铁沿线县域的经济联系强度增长幅度普遍大于非沿线县域，涨幅最高的县域兰州市区（265.65），最低的县域贵南县仅为0.07，存在着显著的极化效应。（图4）

图4 高铁开通前后经济联系变化图（103亿元*万人/h2）

五、结论

基于兰西城市群县域的社会经济数据，在无高铁、现状高铁、规划高铁三种格局下运用网络分析法测算加权平均旅行时间评价可达性时空演化水平，并构建“3D-PLS”模型分析高铁基础设施建设对空间经济体系的影响，得出的主要结论如下：

（一）高铁引发的时间收敛效应是非均衡的，一方面对兰西城市群县域的可达性水平提升较大，呈现出显著的“廊道效应”，非高铁沿线县域与高铁沿线县域相比区位优势较弱；另一方面可达性水平的变化呈现出东部最大，西部次之，中部最小的空间格局，部分边缘县域可达性也得到明显改善。

（二）在距离、整合视角下，高铁开通对经济距离、经济整合的总体效应表现为以兰州市区、西宁市区为核心，优越区向外围沿高铁线路逐渐扩大，兰州市区与西宁市区的差距被拉大，高铁建设使得兰州市区获得更大的发展优势，同时极化效应显著，高铁对西南地区经济发展的效应存在不足。