城市群产业转型升级与空间格局优化协同演进机理与测度方法探究

毛广雄， 曹玉华， 任启龙， 刘传明， 李 会

(1.淮阴师范学院 城市与环境学院，江苏 淮安 223300；2. 江苏高校重点哲社基地淮河生态经济带研究院， 江苏 淮安 223300)

引言

当前，促进区域协调发展已上升为新时代我国重大战略之一，成为贯彻新发展理念、推进新型城镇化、优化国土空间开发格局、建设现代化经济体系的根本遵循。国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要提出，“发展壮大城市群和都市圈，分类引导大中小城市发展方向和建设重点，形成疏密有致、分工协作、功能完善的城镇化空间格局”。国家发展改革委《关于培育发展现代化都市圈的指导意见》(发改规划〔2019〕328号)提出，“以推动都市圈内各城市间专业化分工协作为导向，推动中心城市产业高端化发展，夯实中小城市制造业基础，促进城市功能互补、产业错位布局和特色化发展”。

作为新型城镇化的主体形态和现代化经济体系建设的重要载体，城市群已经成为支撑中国经济发展的核心区域和城市化水平最高的区域[1]，以及参与国际竞争与分工的核心地域单元。国家“十三五”规划纲要涉及的19个城市群规划建设，承载了我国78%的人口，贡献了超过80%的国内生产总值(GDP)。随着长江中游城市群、哈长城市群、成渝城市群、长三角城市群等多个城市群先后获得国务院批复并上升为国家战略，京津冀协同发展、长三角一体化、粤港澳大湾区发展规划等相继出台，我国区域板块之间日益呈现出一种以城市群主导、产城融合、协同演进为主要特征的新型区域竞合关系。

现有对城市群产业转型升级和空间格局演变的研究以应用性案例分析和描述性利弊分析居多，对二者协同演进的基本逻辑、量化测度、理论性探索和批判思考相对较少。深化城市群“产业转型升级—空间格局优化”协同演进过程的机理、效应及调控等的研究，可为相关城市群产业升级、格局优化、调控策略等的研究提供理论借鉴和实践参考。

一、产业转型升级的本质

早在17世纪，威廉·配第就首次分析了产业结构变动与经济增长的内在关联。在此基础上形成了配第—克拉克定律，以及库兹涅茨法则、霍夫曼定理、钱纳里标准模型、雁行形态学说等诸多经典理论。这些理论表明，伴随经济发展水平的提升，产业效率的差异会促使生产要素在不同部门之间流动，进而实现资源要素的优化配置。产业转型升级的本质是产业结构的升级。产业结构升级包含两种形态的变化趋势：一是产业结构的高度化，即产业技术水平和附加价值由低水平状态向高水平状态演变；二是产业结构的合理化，即产业部门之间的协调能力及关联水平的提高[2]。区域产业转型升级的关键在于提升区域内产业层次的关联性和整体性[3]，企业规模、政策、市场、劳动力流动、文化等因素会对产业转型升级产生综合影响，而知识创新和技术进步则是影响区域产业转型升级的主要因素，技术创新通过提高要素生产效率，促进社会分工深化和资源的有效配置，从而推动产业结构升级。环境规制和资源禀赋对产业结构合理化和高级化均存在门槛效应，生产力禀赋要素对地区产业转型升级具有促进和抑制的双重影响，且促进作用大于抑制作用[4]。从全球产业价值链(GVC)角度看，产业转型升级是某一产业(包括该产业内的企业)逐步走向更具获利能力的过程，也是某一产业(企业)获得其他产业(企业)难以复制的核心竞争力与产业价值的过程[5]。

产业升级的前提是嵌入全球价值链，升级的路径是向全球价值链的两端延伸，进而实现一国或地区国际分工地位的整体提升。城市空间形态演化是产业结构演进和替代过程中生产要素通过空间效应实现的自我修复结果[6]。一方面，产业结构的变化导致劳动力在产业间转移，使企业与工人聚集在城市，形成人口与生产要素的规模经济，促进城镇发展并推动产业升级。另一方面，产业转移所引发的产业转型升级带动产业和人口高度集聚，促进区域集聚发展，推动城镇化发展。产业转型升级的内在表现是生产要素禀赋结构的变化与重新配置，以及要素生产效率的提升，其外在特征是产业(企业)空间集聚的变化。产业转型升级具有一定的路径依赖和空间集聚偏好，是城镇空间扩展的重要因素[7]。

二、城市群空间组织的逻辑

有关城市群空间组织(格局)的研究可以追溯到18世纪空想社会主义的“乌托邦”城市建设思想和霍华德的“田园城市”思想。伴随着西欧、北美的产业结构和全球经济组织形式的深刻变化，发达国家为了改善居住与交通条件，发展都市区外围的小城镇，逐渐形成了城市空间全域发展的“城市—区域”(City-Region)[8]。此后，基于全球城市理论、劳动空间分工理论，斯科特提出了全球城市区域(Global City-Region)的概念[9]。进入21世纪，各国通过强化区域内城市群的实力，增强“城市—区域”的综合竞争能力，基于城市网络的多中心巨型城市群遂成为欧洲发展与关注的重点。泰勒提出的世界城市网络的概念，推动了城市群空间理论从等级体系模式向网络关系模式的范式转变[10]。

伴随全球化和信息化时代的到来，人流、物流、资金流、信息流等空间流交汇日益频繁，城市孤立发展的格局被打破，形成了分工协作、密切联系、水平而非层级性的网络化的城市体系[11]，城市群空间成为一国或地区经济发展的重要承载和依托。研究表明，在工业化、市场化、自组织，以及集聚与扩散等内部动力和全球化、跨国公司、体制、政策等外部动力共同作用下，城市群空间格局呈现出动态演化的特征，主要表现在形态扩张和功能演变两个方面[12]。城市群空间发展取决于生态(人口规模、人口密度和空间等)、经济(经济功能、劳动力的供求关系、交通和经济组织等)、社会(社会组织、性质等)以及行政管理等因素。在全球化与信息技术革命背景下，全球化与地方化的交织演进、流空间与城市网络组织、社会文化力量及知识创新等成为其演进的新动力。城市群空间格局演化的基本趋势是由极化、单中心化向分散化、多中心化乃至网络化发展[13]。要素成本、技术进步、行政分割和城市发展等因素则影响城市在城市群中的功能分工格局及其动态变化[14]。总体来说，在城市群中，各城市经济、创新和服务等方面的功能差异使其具有不同的能级[15]。因此，作为城镇化空间组织的最优形态，城市群的整体功能具有“1+1>2”的系统效益。

三、城市群产业转型升级与空间格局优化的关联机制

城市群发展的过程是其产业结构持续优化升级和要素、空间、功能不断完善的过程，一方面表现为产业转型升级加速城市群空间格局的优化，另一方面表现为城市群空间格局优化引领产业转型升级的方向。

(一)产业转型升级加速了城市群空间格局的优化

城市群产业结构、消费结构、产业集聚与扩散等变化推动城市群空间格局的演化[16]。城市群产业转型升级具有“合理化”和“高度化”的双重特征，是产业分工与专业化的形成与演化过程，当产业规模化集聚达到一定程度时，其外部性逐渐显现，产业分工协作成为必然。城市群作为密切协作的多层级有机体，按城市能级分层承接相应产业环节，形成有效的产业分工和高效的协同运作体系，从而形成城市群内城市之间的产业网络关系。城市群内部“要素—产业—空间”的动态匹配，城市间有效的产业分工和高效的协同运作维系着城市群共生发展，促使城市之间的经济技术联系更加紧密，进一步影响要素的流动路径、动力机制、空间形态复杂性、空间职能等，最终表现为产业空间结构与城市群空间结构的相互嵌套[17](图1)，这一过程在工业化阶段最为明显。

图1 产业转型升级促进城市群空间格局优化的动力机制

(二)城市群空间格局优化引领产业转型升级的方向

城市功能定位差异影响产业转型升级的方向、进程和效果(图2)。要素流动产生产业分工和集聚的双重效应及产业链各环节的动态转移，从而形成城市群范围内的核心、外围及边缘城市[18]。核心城市主要集聚产业链高端环节，以知识密集型产业为主，发挥服务功能；外围城市主要集聚产业链中端环节，以资本密集型产业为主，发挥生产功能；边缘城市主要集聚低端制造环节，以劳动密集型产业为主，发挥生产功能。在城市内部，同样存在空间格局优化导致产业功能更替和资源要素重组的问题。每一次规划空间重构都将引起城市传统产业经济向知识和信息产业转型，并加速传统制造业向郊区及边缘地区迁移[19]。因此，由“城市群—城市—城市中心区”有机构成的国土空间多尺度的城市功能的合理定位、比较优势及其在城市群区域中的属性和地位，决定城市群产业转型升级的方向和内容[20]。

四、城市群产业转型升级与空间格局优化协同演进的机理

城市群作为一个系统，是由产业结构和空间格局两个子系统共同组成的，这意味着城市群产业转型升级与空间格局优化之间必然存在相互制约、相互促进的关系，且二者之间具有一定耦合性和协同性。产业转型升级带来的产业分工与协同是城市群空间格局优化的基础，即“以产促城”是二者协同演进的前提条件。而空间资源的有限性决定了城市群空间格局对产业转型升级具有反馈和制约作用，因此“以城兴产”是二者协同演进的必要条件。在要素配置、产业组织协调、层级自组织等机制的共同作用下，实现“以产促城”“以城兴产”的双向互动，可以促使城市群产业结构与空间结构相互嵌套、协同演进(图3)，最终形成城市群尺度的“产城融合”的良性互动发展局面。

图2 城市群空间格局优化对城市产业功能定位的影响

图3 城市群产业转型升级和空间格局优化的协同演化机理

(一)“以产促城”的产城协同演进机制

外部规模经济和外部范围经济是城市聚集经济的载体。产业集聚可提高城市劳动生产率，规模经济可使产业规模扩大[21]。同时引导产业向专业化方向发展。专业化与产业聚集是相通的，规模生产体系需要集聚更多的对有效产出起决定作用的生产要素，并促进产业的集约化发展，进而引发生产要素从分工较低的产业向分工较高的产业聚集和转移。不同城市具有不同的资源禀赋优势，由此形成了城市群内部各城市之间产业分工与协同的格局。

城市空间是一种稀缺资源。经济主体争夺城市空间既是市场经济规律的必然结果，也是城市群及其内部各城市产业转型升级的源动力。产业转型升级带来产业分工的深化与产业环节的分类集聚，由此衍生出更多的产业集聚体，吸引更多的资源参与城市群的深度发展[22]。城市群及其内部各城市的规模和功能定位随之调整变化，推动城市群规模不断扩大、城市间联系度不断增强，进而使城市群空间格局不断得以优化。产业转型升级为“因”，空间格局优化为“果”，此即“以产促城”的产城协同演进的逻辑。

(二)“以城兴产”的城产协同演进机制

城市群对刺激地区经济活动具有显著影响。城市群空间格局优化为产业转型升级所需的产业转移、扩散与集聚过程提供了要素、空间等实体资源和知识、技术、服务等无形资源的系统化支持[23]。随着新的生产方式、技术手段以及社会网络的引入，城市群产业环节必然发生迁移、扩散和再集聚，在利润(价值)最大化原则的驱使下，产业发展需要突破单一城市的要素依赖，在城市群中寻找最优的产业资源要素组合[24]。同时，产业深度分工使产业环节发生裂变，各个产业环节按照价值贡献的大小分为不同的层级，并根据城市的区位、资源禀赋、价值创造能力以及产品特征等条件与城市群内部的不同城市相匹配，形成产业与城市的对应关系。因此，空间格局优化为“因”，产业转型升级为“果”，此即“以城兴产”的城产协同演进的逻辑。

五、城市群产业转型升级与空间格局优化协同演进的测度

(一)产业转型升级的测度

产业转型升级测度的方法主要有：(1)采用产业结构超前系数[25]、Theil指数[26]和“偏离—份额”分析法[27]等单一因素测度产业结构优化水平；(2)构建指标体系评价产业结构优化水平[28]。一般认为，产业分布均衡特征的合理化和产业优化提升程度的高度化共同构成了区域产业转型升级的内容。其中，产业结构合理化要求三次产业协调发展，产业、需求和就业等结构相互适应，且在经济增长的同时生态环境得到有效的保护和利用；产业结构高度化包含高级化和高效化两个方面，分别指的是产业由低层次向高层次转变和产业资源配置效率的提高。基于已有的研究成果，本文从合理化、高级化、高效化三个维度，选取适当指标，构建城市群产业转型升级综合评价指标体系，如表1所示。

表1 城市群产业转型升级综合评价指标体系

其中，产业结构偏离度X1表示三次产业增加值比重与相应的就业比重的差异程度，其值越接近0，表明产业结构与就业结构越协调。计算公式为，

(1)

式(1)中，yi和li分别为第i个产业增加值比重和从业人员比重。

生活性服务业供需比X2为居民文教娱乐、医疗保健的消费支出与生活性服务业增加值的比值，反映生活性服务业供需结构的协调水平，其值越接近1，表明生活性服务业供需结构越平衡。

能源供需比X3为各类能源生产总量与各类能源消耗总量的比值，反映地区能源的自给能力，其值越接近1，表明能源自给能力越强。

万元GDP“三废”排放量X4为“三废”排放总量与GDP的比值，反映经济增长对环境影响的程度，其值越小，表明单位GDP产生的环境损耗越低。

产业附加值率X7为三次产业增加值与三次产业总产出的比值，反映生产活动追加价值的能力，其值越大，表明产业结构的高附加值化水平越高。

高新技术产业发展系数X10为高新技术产业增加值与规模以上工业增加值的比值，反映高新技术产业发展的水平，其值越大，表明高新技术产业的结构技术化水平越高。

能源产出率X11为GDP与各类能源消耗总量的比值，反映能源的利用效率水平，其值越大，表明单位能源创造的GDP越高，能源利用效率越高。

全社会劳动生产率X12为GDP与就业总人数的比值，反映全社会劳动力配置水平，其值越大，表明全社会劳动效率越高。

总资产贡献率X13是从企业(规模以上工业企业)角度考察资产配置水平和盈利能力的指标，其值越大，说明工业企业的资产利用效率越高。

(二)空间格局优化指标测度

空间格局是城市群发展程度、阶段和过程在空间上的投影，反映城市群内部各城市在经济、社会、等级规模以及职能等方面的关系。已有研究从不同角度，采用分形理论[29]、社会网络分析[30]、引力模型[31]、潜力模型[32]、地理信息技术[33]等手段和方法对城市群空间格局进行了测度。其中，引力模型被看作探索城市群内部城市网络关系的基础。传统引力模型表示为，

(2)

式(2)中，F为城市之间的联系，Qa、Qb为城市a和b的实绩指标(如经济、人口等)，dab为两城市之间的距离，μ为距离摩擦(衰减)系数，k为介质系数。

由于传统引力模型将城市视为质点，对城市间产业结构互补性考虑不足，因此，本文借鉴朱小川等学者的度量方法[31]，从城市群内部各城市间产业投入产出关系出发，对传统引力模型加以修正，构建行业间投入产出引力模型(Inter-industry Input-output Gravity Model，IIG)，其计算值可作为城市群空间结构状态的度量指标。修正后的引力模型表示为，

(3)

(4)

式(3)中，Fab为城市a和b之间产业投入产出关系的联系引力，dtab为城市a和b之间的时间距离。Lai为a城市i产业的就业人口，Lbj为b城市j产业的就业人口，n为产业数量。aij为i和j产业之间的投入产出指数，yij和yji分别为i产业流入j产业和j产业流入i产业的产值。在只考虑产业间相互联系时，根据式(3)计算可得aij=aji。

(三)基于耦合协调模型的协同演进测度

从系统论角度出发，借鉴物理学容量耦合概念及容量耦合系数模型，可建立多个系统(或要素)相互作用的耦合度模型。假设变量ui(i=1,2,…，m；j=1,2,…，n)表示单个子系统，则复合系统耦合度模型为，

(5)

由产业转型升级和空间格局优化两个子系统构成的城市群复合系统耦合度模型可表示为，

(6)

其中，C为耦合度，取值为[0，1]，当u1=u2=1时，说明复合系统达到良性共振耦合；当C=0时，说明两个子系统处于无关状态。C值越大，耦合性越好，反之，则耦合性越差。

为了克服城市群产业转型升级与空间格局优化存在的交错、动态和不平衡问题，更好地评判城市群两个子系统之间交互耦合的协调程度，识别复合系统实施调控的影响因素，建立城市群产业转型升级与空间格局复合系统的耦合协调度模型，

(7)

T=αu1+βu2(α+β=1)

(8)

其中，D为协调度，C为耦合度，T为产业转型升级与空间格局优化综合协调指数，α、β为待定系数。

基于张延平等学者的研究成果[34]，根据复合系统耦合协调度的大小进行类型划分，划分标准如表2所示。

表2 耦合协调度等级划分标准

六、结论与未来研究方向

城市群产业转型升级与空间格局优化协同演进系统，是指城市群产业转型升级与空间结构优化两个子系统在产业、空间、制度等诸多领域相互交织、相互适应，并通过相关耦合因子的相互作用而形成一个持续推动城市群要素、空间、功能动态协调演化的系统。研究城市群“产业—空间—制度”协同演进的规律，可以有效解决城市群竞争力提升、空间格局优化及环境与生态系统优化等问题，为促进城市群产业发展、空间优化、互联互通、环境保护等的全方位协同发展提供新的视角和思路。

在城市群“产业—空间—制度”系统的协同演进过程中，产业转型升级具有基础性并起着核心作用。传统产业的快速转型升级，是制造业主导向服务业主导、传统服务业主导向现代服务业主导、资本驱动主导向创新驱动主导的演替过程，是城市群转型发展和功能重构的内在驱动因素；空间格局优化具有方向性并起着引领作用。在由“城市群—城市—城市中心区”有机构成的国土空间多尺度自上而下、由外向内的逐级联动优化和反馈下，城市群网络系统通过引领技术升级、市场升级、管理升级的方向，引导资金、技术、物质、人才和信息等要素在产业间有序交换与流动，促进资源的优化配置和产业结构的高级化。可以说，城市群产业转型升级是城市群形成的首要原因和空间格局优化的重要动力，而城市群空间优化又制约和影响产业转型升级的方向。

城市群产业转型升级和空间格局优化互为关联、互相影响，具有一定的耦合性和协同性，二者共同构成了城市群“产业转型升级—空间结构优化”这一复合系统。基于现代系统科学思想建立起来的耦合系统时空模型，从耦合协调度和耦合协调类型等方面描述这一复合系统耦合机制及时空协调性规律，简单、概括、易操作。今后要进一步强化相关城市群、产业、空间以及“产业转型升级—空间格局优化”系统的实证研究，以客观、准确的量化指标表达各子系统相互作用及其协同演化态势，深化对系统动态演变的影响因子及其作用机理、过程及一般规律的认识，为提出相应的调控措施、促进二者耦合协调发展提供一定的方法论指导。