基于Lowry模型的北京市城市空间结构模拟_周彬学.pdf

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1、地 理 学 报 ACTA GEOGRAPHICA SINICA 第68卷 第4期 2013年4月 Vol 68 No 4 Apr 2013 基于Lowry模型的北京市城市空间结构模拟 周彬学 1 2 戴特奇1 梁进社1 张 华1 1 北京师范大学地理学与遥感科学学院 北京 100875 2 北京师范大学珠海分校不动产学院 珠海 519087 摘要 以Lowry模型为理论支撑 以北京市发展现状为研究对象 从模型构建 参数设置和情 景模拟三个方面探索Lowry模型框架在城市空间结构研究中的应用 基于杜能区位论 构 建以区域地租总额最大化为目标函数 以北京市经济发展现状 现有土地资源供给为约束条 件

2、的线性规划模型 以北京市2010年投入产出表 2011年北京市统计年鉴 2010年北京市 企业调查数据等数据来源为支撑 完成模型相关参数的设置 以北京市市域为研究对象 以乡镇街道办为基本研究单元 基于对北京市基本行业分布格局分析 构建模型的情景约束 条件 模拟分析了在北京市基本行业空间格局框架确定情况下的城市产业 居住空间分布 特征 总结了模型的结构启示及模型的模拟启示 本文不仅丰富了模型框架的内涵 而且在 实际应用中检验了模型的技术流程和分析能力 为基于Lowry模型的城市空间结构分析框架形 成奠定基础 拓展了国内城市空间结构研究的研究视角 关键词 Lowry模型 模拟 线性规划 土地利用

3、产业 空间结构 1引言 城市空间结构是指在特定区域内自然环境的约束下 在城市经济系统 社会系统的共 同推动下 城市的就业功能产生居住功能需求 而居住功能产生服务功能需求 就业功 能 居住功能和服务功能的空间分布及功能联系又产生了交通功能需求 最后上述四个功 能在相互联系和相互制约中形成了城市功能要素的空间分布格局 这种空间分布格局表现 为城市的土地利用结构 城市空间结构是城市系统的物质因素和社会经济因素相互作用的 产物 这种相互作用的结果最终表现为城市产业空间布局 城市居住空间布局 城市交通 网络等各类型城市土地利用结构有机组合的城市空间结构特征 截至2010年底 中国城镇化率已达到49 68

4、 人口规模在100万以上的城市数量达 到194个 随着城市规模的不断扩大 城市空间结构日益复杂 城市问题日益凸显 面对 城市空间结构问题的综合性和演变规律的复杂性 当前研究成果的解释能力和指导作用还 非常有限 而数学模型以其严密的逻辑性在城市空间结构研究中具有独特优势 在众多的城市土地利用与交通模型中 以产业空间布局特征为基础 考虑城市内外联 系和内部依存来安排城市功能的一个著名的模型即为1964年问世的Lowry模型 该模型 由经济基础模型和重力模型两部分构成 1 2 其基本运算流程分两步进行 首先由经济基础 模型在给定基本人口的前提下推算出城市的服务人口和总人口 然后利用重力模型 确定 上

5、一步得到的服务人口的工作区位和城市总人口的居住区位 3 4 经济基础模块中 该模型 认为城市经济由两个经济部门组成 一是基本活动 这些活动的服务对象是本城市以外的 收稿日期 2012 01 13 修订日期 2013 02 21 基金项目 国家自然科学基金项目 41001071 41171107 中央高校基本科研业务费专项资金项目 Foundation National Natural Science Foundation of China No 41001071 No 41171107 The Fundamental Research Funds for the Central Univers

6、ities 作者简介 周彬学 1981 男 陕西韩城人 博士 主要从事城市与区域发展研究 E mail zhouzhouworld 通讯作者 戴特奇 1980 男 讲师 中国地理学会会员 S110008061M 主要研究经济地理和交通地理 E mail daiteqi 491 505页 68卷地 理 学 报 地区 它们生产的商品和劳务越过了城市的边界 另一是服务活动 也称作非基本活动 它们生产的商品和劳务在城市边界以内被消费 由于Lowry模型及其推导具有很强的运作性 所需要的数据适中 参数不多 已被广 泛用于分析城市主要变化产生的影响 被看成为一个基本的分析程序 其自身的优点促使 模型具有很

7、强的生命力 在应用中获得完善和发展 投入产出分析 最优化行为理论与 Lowry模型的融合 5 9 拓展了城市的经济部门个数 而且考虑了部门间的相互依存关系 最 优化理论使该模式具备一定的经济行为基础 熵最大化和随机效用最大化方面的努 力 10 12 以及在交通成本函数修正上的努力推动了交通模块的理论解释和扩展 13 全明振 和摩尔以区域GDP最大化为目标 设计线性均衡模型 并在此基础上进行相应对偶规 划 14 国内学者已经关注Lowry模型 但当前研究仍停留在模型认识 梳理和理论探索阶 段 15 23 Lowry模型在发展中结构功能不断完善 分析功能逐步增强 与其他城市交通与 土地利用模型相比

8、 已有的Lowry系列模型也有自身的不足 主要表现在 第一 模型不 涉及家庭类型划分 房地产类型划分 及房价类型划分 模型使用了简化的区位选择逻 辑 就业人口的空间选择是统计学意义的集中选择行为 而不是真正的个人选择 第二 就业人口的空间选择由交通成本和居住魅力 可居住用地面积 共同影响 没有阿隆索模 型中的一致性均衡 第三 上述的特性决定了该模型的基本单元不能小于统计数据的最小 尺度 进而影响了模型的应用范围 本文以Lowry模型为理论基础 以北京市发展现状为研究对象 从模型构建 参数设 置和情景模拟三个方面探索Lowry模型框架在城市空间结构研究中的应用 在模拟分析的 基础上归纳模型结构

9、情景模拟及北京市城市空间结构特征启示 将模型从理论探索层面 拓展到实际应用 探索模型实际应用中参数设置规律 为模型进一步完善和实际应用性的 提高奠定基础 2模型构建及参数设置 2 1 模型构建 首先 基于杜能区位论 本研究借助杜能区位论中的广义地租定义 将城市土地的地 租总收入最大作为目标函数 具体表现为 模型框架以每个研究区域的每个产业总产值为 自变量 目标函数由三部分构成 第一项为社会纯收入 第二项为就业出行成本 第三项 为购物出行成本 第四项为中间产品运输成本 第五项为最终产品消费运输成本 即求扣 除就业出行总成本 购物出行总成本 中间产品运输成本和最终产品运输成本之后的社会 纯收入最大

10、化 MAX i 1 m k 1 n Z k x k i i 1 m Hi j 1 m c w ij wj g c w ij u 1 m Hu g c w uj i 1 m si j 1 m c s ji Rj g c s ji u 1 m su g c s ju i 1 m k 1 n j 1 m l 1 n aklx l i P k j u 1 m P k u f c k iu i 1 m k 1 n j 1 m kR c iQ k j u 1 m Q k u f c k iu 1 其次 以土地供给总量 各行业最终输出需求为约束条件 构建模型分析框架的约束 条件体系 约束条件为 2 12 式

11、 x k i j 1 m l 1 n aklx l i P k j f c k ij u 1 m P k u f c k iu kR c i F k i i 1 2 m k 1 2 n 2 wi k 1 n k x k i i 1 2 m 3 492 4期周彬学 等 基于Lowry模型的北京市城市空间结构模拟 Ri Hi j 1 m wj g c w ij u 1 m Hu g c w uj i 1 2 m 4 TPi Rii 1 2 m 5 R c i si j 1 m TPj g c s ji u 1 m su g c s ju i 1 2 m 6 k x k i L k i i 1 2

12、m 7 TPi L R i i 1 2 m 8 L R i L k i Lii 1 2 m 9 x k i xup k i i 1 2 m 10 i 1 m F k i Fukk 1 2 n 11 x k i 0 wi 0 Ri 0 TRi 0 R c i 0 i 1 2 m k 1 2 n 12 最后 在约束条件和情景的设定下完成模型最优化运算和求解 式中 akl为投入产出模式中的中间投入系数 它们在各区域之间是相同的 没有差异的 Z k 为k部门的社会纯收入率 即社会纯收入占产业总产值的比重 F k i 为i区域的k部门的 净输出 Fuk为全市k部门的净输出总额上限 f c k ij 为k

13、部门的单位产出从i区域运往j区 域的运输成本函数 c w ij为i区域的每个工人到j区域的上下班通勤成本 c s ij为i区域的每个 居住人口到j区域的购物通勤成本 g c w ij 为i区域的每个工人到j区域的上下班通勤成本阻 抗函数 g c s ij 为i区域的每个居住人口到j区域的购物通勤成本阻抗函数 Hj为j区域的居 住魅力指数 Sj为j区域的购物魅力指数 P k j 为j区域k部门的中间投入需求指数 Q k j 为 j区域k部门的最终消费品供给指数 k 为k部门单位产出所需的就业人口 L k i为i区域k 部门的用地约束量 L R i 为i区域的居住用地约束量 Li为i区域的产业用地

14、和居住用地总 量约束 TPi 为i区域的居住用地需求函数 xup k i 为i区域的k部门的总产出上限 外生 变量 x k i 为i区域的k部门的总产出 R c i为在i区域期望的消费人数 k为人均对k部门的最 终使用系数 为目标年份一个就业人口能够抚养的总人口数量 外定参数 kR c i是i区 域对k部门的最终使用量 wj为j区域的就业工人数 Rj为在j区域居住的工人数 TPj为在j 区域居住的总人口 以上均为内生变量 2 2 模型参数设置 在本研究的Lowry模型框架中 所有产业要在综合效率和资源供给限定的条件下进行 竞争 产业的综合竞争力与产业要素需求 产业功能有密切关系 在综合考虑产业

15、部门属 性的一致性 各产业部门之间的竞争机制 以及产业部门在本模型分析框架中对城市空间 结构特征的影响的基础上 本文在北京市2010年投入产出表42个部门的基础上将产业部 门进行归并 最终归并为7个 其中 占北京市经济规模主导地位的第三产业中 生产性 服务业已经成为引领首都经济快速发展的主导行业 本文首先将其作为第三产业中的一 类 主要基于张耘的划分方法 北京市的生产性服务业主要包括金融服务 信息服务 科 技服务 商务服务和流通服务业等五大行业 24 然后将第三产业中的其余部门进一步划分 为一般服务业和社会服务业 第二产业中 按照生产要素投入类型 分别提取出劳动密集 型制造业 资本密集型制造业

16、和技术密集型制造业 除此之外的产业都归并到其他行业 本研究将面对307个区域的7个部门 归并后的产业部门目录如表1 结合北京市历年统 计年鉴 确定产业部门相关参数 1 借助归并后的投入产出表 计算出7个产业门类之间的消费系数 表2 493 68卷地 理 学 报 2 用北京市投入产出表 2010 中各部门消费 总量除以2010年北京常住人口获得北京市人均消费 系数 表2 3 借助北京市企业调查数据 2010 用2010 年各部门总就业人数除以2010年对应部门总产值 获得北京市劳动力需求系数 表2 4 依据北京市统计年鉴数据 用北京市常住 总人口除以同一年份的北京市就业人口总数得到 2010年北

17、京市人口抚养比为1 758 5 距离阻抗矩阵相关系数 距离成本阻抗矩 阵指的是在一定道路网络基础上 北京市任意两个 街道办之间的出行时间成本 参考 中国公路设计 标准 和 城市道路设计标准 对北京市2004年城 市总体规划道路网络进行速度设定如表3 在通勤阻抗矩阵方面 根据上表的道路速度设定 在路网基础上寻找北京市两两乡 镇街道办之间的最近距离 并计算两两街道办 街道办i到街道办j 之间的理想时间距离 C ij 结合城市居民通勤时间分布规律 25 以最小二乘法基本原理为依据 借助遗传算法 表1 产业门类 Tab 1 Industrial categories 部门 包含部门 劳动密集型制造业

18、食品制造业及烟草加工业 纺织业 纺织服装鞋帽皮革毛皮羽毛及其制造业 木材加工及家具制造 业 造纸印刷及文教体育用品制造业 非金属矿物制品业 金属制品业 工艺品及其他制造业 资本密集型制造业 石油加工 炼焦及核燃料加工业 化学工业 金属冶炼及压延加工业 技术密集型制造业 通用 专用设备制造业 交通运输设备制造业 电气机械及器材制造业 通信设备 计算机及其他 电子设备制造业 仪器仪表及文化 办公用机械制造业 一般服务业 邮政业 批发和零售业 住宿和餐饮业 居民服务和其他服务业 生产性服务业 金融业 房地产业 租赁和商务服务业 研究与试验发展业 综合技术服务业 交通运输及仓储业 文化 体育和娱乐业

19、公共管理和社会组织 信息传输 计算机服务和软件业 社会服务业 教育 卫生 社会保障和社会福利业 水利 环境和公共设施管理业 其他行业 电力 热力的生产和供应业 燃气生产和供应业 水的生产和供应业 建筑业 农林牧渔业 煤炭 开采和洗选业 石油和天然气开采业 金属矿采选业 非金属矿及其他矿采选业 废品废料 数据来源 北京市投入产出表 2 0 1 0 表2 产业部门具体参数 Tab 2 Specific parameters of industrial departments 劳动 密集型 制造业 资本 密集型 制造业 技术 密集型 制造业 其他 行业 一般 服务业 生产性 服务业 社会 服务业 人

20、均最终 使用量 万元 人 就业 系数 人 万元 单位产值 用地面积 公顷 亿元 产业社会 纯收入率 劳动密集型 制造业 0 2 3 8 9 0 0 1 6 7 0 0 3 2 1 0 0 9 0 8 0 0 5 9 7 0 0 3 4 6 0 0 2 5 8 0 5 5 8 2 0 0 3 1 9 0 9 8 1 9 0 1 5 0 9 资本密集型 制造业 0 1 2 9 6 0 2 8 2 5 0 0 7 6 6 0 1 2 0 3 0 0 1 4 0 0 3 2 6 0 2 0 5 2 0 1 5 3 4 0 0 0 9 0 1 0 7 8 0 2 3 6 技术密集型 制造业 0 0 1

21、3 6 0 0 1 2 8 0 4 7 2 8 0 0 4 8 2 0 0 1 9 9 0 1 0 8 1 0 0 2 2 5 0 6 4 1 5 0 0 0 8 5 0 2 1 8 0 1 2 6 7 其他行业 0 1 4 7 8 0 2 6 1 4 0 0 1 5 4 0 3 4 1 5 0 0 5 2 7 0 0 4 7 9 0 0 9 3 1 1 5 6 8 6 0 0 1 8 4 2 1 8 7 5 0 1 1 3 5 一般 服务业 0 1 3 2 6 0 0 6 5 4 0 1 6 0 8 0 0 7 2 5 0 0 5 4 0 0 8 6 8 0 0 7 1 4 0 4 1 5

22、0 0 4 0 5 0 7 6 5 8 0 3 0 7 生产性 服务业 0 1 0 8 0 1 4 0 1 0 0 6 8 2 0 1 2 0 5 0 3 3 5 6 0 3 2 4 4 0 1 0 9 9 2 7 7 6 4 0 0 2 2 7 0 5 7 3 6 0 2 1 6 1 社会服务业 0 0 0 2 0 0 0 1 7 0 0 0 0 9 0 0 0 4 3 0 0 0 3 1 0 0 0 7 7 0 0 3 7 9 1 0 2 5 3 0 0 4 5 4 1 3 2 4 6 0 0 4 4 1 数据来源 2 0 1 0 年北京市投入产出表 企业调查数据 表3 北京市道路网络道路

23、属性 Tab 3 Attributes of road network in Beijing 道路等级 速度设定 k m h 单车道通行能力 p c u h l n 国道 8 0 1 8 0 0 市道 6 0 1 6 0 0 县道 4 0 1 0 0 0 城市快速道路 8 0 2 0 0 0 中心城主干道 6 0 1 5 0 0 中心城次干道 4 0 1 3 0 0 中心城支路 3 0 1 2 0 0 区县主干道 5 0 1 3 0 0 区县次干道 3 0 1 2 0 0 城铁 6 0 数据来源 中国公路设计标准 和 城市道路设 计标准 494 4期周彬学 等 基于Lowry模型的北京市城市空

24、间结构模拟 构建参数选择模型 最终选择指数函数模式 exp C ij 作为区域之间的通勤阻抗函 数 拟合度最好时 1 5694 在通勤成本估算方面 购物通勤阻抗函数和就业通勤阻抗函数相同 利用两两区域 之间的最短路网距离通勤时间乘以单位时间内的通勤成本即可得到区域之间通勤的实际经 济成本矩阵 在货物运输成本估算方面 依托数据来源 估算步骤及公式如下 首先 核算道路 货物运输业总收入 由于没有道路货物运输业总收入的统计数据 对其进行估算 假设道 路货物运输业总收入占物流业务总收入的比重与规模以上道路货物运输业总收入占规模以 上物流业务总收入的比重相同 具体公式为 道路货物运输业总收入 物流业务总

25、收 入 规模以上道路货物运输业总收入 规模以上物流业务总收入 第二 公路货运中每吨 货物每公里的平均运费核算 模型中我们假设所有货物的运输成本相同 我们获得了道路 货物运输总收入 而道路货物运输总收入的高低取决于公路货运周转量 具体计算公式 为 公路货运中每吨货物每公里的运费 道路货物运输业总收入 公路货运周转量 第三 单位产业总产值货运需求量估算 统计数据中没有分行业的物流信息 仅有全市的公路货 运量总量 因此仅能建立全市总产值和公路货运总量之间的函数关系 并以此反映产业总 产值与公路货运量之间的平均关联水平 具体公式为 单位产业总产值货运需求量 公路 货运量 北京市产业总产值 第四 单位产

26、业总产值每公里运输费用估算 借助单位产值 货运需求量和公路货运中每吨货物每公里的平均运费可以建立产业产值与物流费用之间的 关系 借助前述研究 具体计算公式为 单位产业总产值每公里运输费用 单位产业总产 值货运需求量 公路货运中每吨货物每公里的运费 计算得到2010年北京市单位产业总产值单位运输距离的物流费用约为8 8399 10 5万 元 万元 km 6 土地需求系数 城市土地利用类型分类标准与国民经济分类标准之间存在差异 要准确获取各产业部门单位产值土地需求量 就必须寻找出二者之间的客观联系 到企业 实地调研是准确寻找二者联系的根本方法 然而 面对整个城市的所有关注的产业部门 实地调研的工作

27、量非常巨大 为了协调工作效率和工作准确程度 基于现有的土地利用数 据 企业调查数据 政府研究报告以及部分区域的实地调研数据 通过调查 回归分析相 结合的方法估算出每个产业单位产值的土地需求量 对土地利用门类进行归并 确定本次 产业部门划分中 每个产业部门对应的用地类型 表4 7 人口抚养比系数 2010年北京市平均每个就业人口抚养包括自己在内的1 758个 人口 8 社会纯收入率 在投入产出表核算体系中 社会纯收入被定义为产业总产值中扣 除中间投入消耗 劳动者报酬消耗和固定资产折旧之后的剩余部分 9 居住用地需求系数 通常人均居住面积指的是人均所需要的居住建筑面积 结合 2008年北京市土地利

28、用现状数据和北京市当年总人口 核算出北京市的人均居住面积 为16 5 m2 人 10 商业吸引力系数 学者们用商业发达指数测度特定区域内商业的相对发达程 度 26 表4 产业部门用地类型 Tab 4 Land types of departments 行业 劳动密集型 制造业 资本密集型 制造业 技术密集 型制造业 其他行业 消费者 服务业 生产性服 务业 社会服务业 用地 类型 M M M C 1 C 7 C 8 E 6 U 1 U 2 U 4 W U 3 S 3 C 2 C 2 C 6 C 2 C 5 C 6 C 9 资料来源 作者根据研究资料整理 495 68卷地 理 学 报 11 居住

29、吸引力系数 居住用地供给量的多少直接决定着就业人口在特定区域内选择 居住地的机会大小 本研究依托居住用地面积核算居住吸引力系数 12 最终需求指数 在支出法国民经济核算过程中 扣除中间投入消耗和本地消费之 后的部分为净出口 当净出口为正时即为最终净输出 反之为最终净输入 13 中间投入需求系数 从投入产出表中提取 在中间投入部分的运输成本核算中 各部门的总产值既是中间投入活动的起点 也是中间投入活动的终点 区域之间用于中间 投入产品的流量跟两地之间的产业部门总产值呈正相关 而与两地之间的距离呈负相关 3情景设置 土地约束 所有乡镇街道办的产业 居住用地土地需求总量均不大于北京市2008年 30

30、7个乡镇街道办的产业用地和居住用地的总量 其中产业用地和居住用地相互竞争 产业产值 所有乡镇街道办的所有产业产值总量均不超过2010年发展现状 居住魅力 以2008年居住建筑面积规模为导向的居住魅力设置 最终输出 结合北京市2010年投入产出表最终输出结构 要求生产性服务业最终输 出必须为正 即在满足本地其他产业中间消费和居民最终消费之后必须保持出口 而且不 设定发展上限 以充分体现北京市生产性服务业的产业职能 一般性服务业的最终输出也 必须为正 但依据该行业在2010年北京市投入产出表中的净输出数量 该行业的净出口 量占其总产出的比重比较小 因此对其出口额度上限进行设定 规定其最终输出上限设

31、定 为2010年的净输出额118亿元 剩余的产业部门当前产值均小于当前北京市的最终使用需求量 而且各产业部门的净 输入额度差异比较显著 这些产业部门的最终输出上限详细设置见表5 4模拟结果分析 4 1 产业总产值及产业结构特征 1 在总产值方面 模型模拟结果与现状约束差距较小 而各产业模拟值与现状差距 水平差异显著 在总量方面 部门增加值总量模拟值占现状值比重高达89 41 而且比 总产值模拟值占现状值比重高出1 74个百分点 说明模型模拟运算中效率较高的产业部门 在产业结构中的比重在上升 在各产业总产值方面 模拟值占现状对应值的比重最高的两 个产业部门分别是劳动密集型制造业和生产性服务业 其

32、模拟值分别占现状对应值的 98 16 和97 32 模拟值占现状对应值比重最低的两个产业部门分别是其他行业和社会 服务业 其模拟值分别占现状对应值的66 29 和74 96 在各产业的最终输出方面 资 表5 产业总产值 产业结构及最终输出模拟结果 Tab 5 The simulation results of industrial gross output value industrial structure and the final output 产业部门 2 0 1 0 年各产业 总产值 亿元 企业调查数据 2 0 1 0 各产业 增加值比重 企业调查数据 模型模拟 各产业总产值 亿元

33、模型模拟 各产业增加 值比重 最终输出 上限 亿元 最终输出 模拟值 亿元 劳动密集型制造业 1 8 6 4 3 2 3 0 0 1 8 3 0 1 2 3 2 9 1 0 0 0 1 1 2 4 2 4 资本密集型制造业 2 3 1 4 4 3 5 9 2 0 5 7 6 3 3 5 7 1 0 0 0 1 0 0 0 技术密集型制造业 7 0 6 8 5 8 8 6 6 5 7 6 5 7 3 7 9 0 5 4 1 5 4 1 其他行业 6 7 2 5 0 6 9 6 1 4 4 5 8 2 7 1 2 9 1 0 1 8 0 5 2 6 一般服务业 5 2 3 5 9 8 1 7 0

34、8 4 4 9 5 5 5 1 6 4 0 1 1 8 1 1 8 生产性服务业 2 0 5 8 0 0 7 5 2 0 9 2 0 0 2 9 2 1 5 6 7 0 1 0 0 0 0 6 0 0 0 6 5 社会服务业 1 9 4 7 9 6 5 9 9 1 4 6 0 1 4 5 0 2 3 5 5 4 3 6 5 4 数据来源 2 0 1 0 年北京企业调查数据 作者根据实验结果自绘 496 4期周彬学 等 基于Lowry模型的北京市城市空间结构模拟 本密集型制造业 技术密集型制造业以及一般服务业的最终输出均达到模型约束上限 该 约束条件对这三个部门的发展起到了显著的约束作用 也表明

35、这些部门的综合经济效率较 高 劳动密集型制造业 其他行业 社会服务业的最终输出均未达到约束上限 其他行业 的净进口额与约束上限的差额高达895 26亿元 表5 2 在产业结构方面 各产业在产业体系中的地位波动明显 相对于企业调查数据中 的2010年各产业实际增加值比重 服务业比重显著上升 而制造业比重明显下降 4 2 就业人口总量及空间布局 1 就业人口规模对比分析 模拟结果表明 就业总人口的模拟值为实际值的 88 22 低于产业增加值占现状值比重 其主要原因是生产性服务业在产业体系中的比重 提升 这也可以反映出最优化目标导向的模型模拟过程中 产业结构的调整方向朝着经济 效率较高的产业部门倾斜

36、 2 就业人口空间布局总体分析 在就业人口空间布局方面 空间布局的宏观相似性 和微观差异性并存 就业中心特征显著 城市中心区拟合度较高 局部波动显著 北京市 当前的中心指向性就业空间分布格局得到较好体现 在就业总量方面 模拟结果中的金融 街 CBD和中关村3个就业中心得到突出显示的同时 东北三环为起点向外延伸的奥林匹 克中心区的显著性得到增强 此外 模型模拟结果中的就业人口在空间布局上从市中心向 外围逐步递减的趋势与现状相同 但递减速度较快 五环以外的就业人口比重显著下降 图1c 在就业密度方面 中关村 金融街和CBD三个就业中心区中 CBD和金融街的 高就业密度比较显著 而中关村就业中心显著

37、性被弱化 规模最庞大的就业中心围绕着 CBD地区展开 图1 d 东北二环和三环之间的高就业密度中心得以显现 较现状相比 连成了一片 两者的拟合度也很好的反映了这一特征 图1 3 基于拟合度的就业人口空间布局空间一致性分析 为了对比模型模拟结果与现实 状况之间的差异性 本文构建一个简单的对比分析参数 命名为拟合度 拟合度公式如下 P x i xi xi 13 式中 P为拟合度 在本研究中设定所有变量均为非负 所以P的取值范围为P 1 x i为模 型框架中第i项结果的模拟值 xi为第i项结果的现状值 当 1 P 0时 说明模型模拟结果比现状结果大 当P 0时 说明模型模拟结果 和现状结果相等 在空

38、间布局特征相似性方面 P的值波动越小 说明模拟结果的空间布局 特征与现状相似性越高 反之越差 图1 2010年北京市的就业人口总量 a 密度 b 现状 模拟就业人口总量 c 密度 d 空间布局 Fig 1 Spatial distribution of total employment a and employment density b in 2010 and the simulation of spatial distribution of total employment c and employment density d 数据来源 2010年北京企业调查数据 根据实验结果自绘 ab

39、cd 497 68卷地 理 学 报 笔者将拟合度划分为5个等级 小于 0 5 0 5 0 2 0 2 0 2 0 2 1 大于1 当拟合度在 0 2 0 2范围内时 模拟值在实 际值的80 120 之间浮动 表示拟合程度良好 当拟合度 在 0 5 0 2和0 2 1时 模拟值分别在实际值的50 80 和 120 200 之间浮动 表示拟合程度较好 当拟合度在小 于 0 5和大于1范围时 表示模拟值分别小于实际值的50 或 者大于实际值的2倍 表示拟合程度较差 模拟运算中的就业总人口的拟合度空间分布特征表明 从中心到外围 就业人口的拟合程度在逐步降低 就业人口 拟合程度良好的街道办有56个 而7

40、0 左右的乡镇街道办位 于五环内 拟合程度较好的街道办有100个 在空间布局上呈 现紧紧围绕拟合程度良好的街道办周围 从中心向外围分布 超过80 的乡镇街道办位于六环以内 在六环以外的地区 除了各区县的中心城区 其他地方的拟合程度均比较差 而且 以模拟值低于实际值的50 的区域为主 图2 与北京市就业人口空间布局现状相比 模型模拟结果中的 就业人口空间布局具有更强的中心指向性 虽然模拟结果中 的就业人口总规模低于现状规模 但在城市中心区 特别是五 环以内 模拟结果中的就业人口规模与现状基本一致 而且局 部街道办的模拟就业人口还高于现状 而随着到市中心距离的增加 模型模拟就业人口规 模快速下降

41、低于现状就业人口规模的趋势越来越明显 4 3 城市人口总量及空间布局 1 居住人口总量对比分析 在人口总量方面 模型模拟运算中获得的居住人口总量 为1601 17万人 为实际居住人口总量的82 28 与产业总产值占当前实际经济规模的 87 67 产业增加值占实际增加值的89 41 相比 模型模拟结果中的人均总产值和人均 增加值均高于现状 在本研究中 产业用地和居住用地之间相互依赖又相互竞争 产业部 门单位产值所需要的劳动力数量越多 这些劳动力的居住用地刚性需求会增加 居住用地 需求的增加反过来又对产业用地形成的压力就越大 进而影响了该产业部门的竞争力 上 述模拟结果很好的诠释了这一点 即产业部

42、门单位产值所需要的劳动力越少 则该部门的 竞争力相对较强 2 居住人口的空间布局总体分析 在居住人口的空间布局方面 模拟结果与2010年 居住人口分布现状相比呈现总体大格局相似 局部小格局差异空间分布特征 以居住用地 建筑面积作为居住魅力对居住人口空间布局的分配力量比较强烈 人口总量布局方面 在 五环沿线 以局部大规模的居住区为点形成环绕城市中心区的居住带 以居住带为分水 岭 向内和向外的街道办居住总人口均呈下降趋势 图3a 图3c 人口密度布局方面 模拟结果中的人口密度空间布局特征与现状具有一定的相似性 但从中心到外围递减速度 较快 图3b 图3d 在拟合度方面 拟合程度良好的街道办有61个

43、 而75 左右的该类型乡镇街道办位 于五环内 拟合程度较好的街道办有88个 在空间布局上呈现紧紧围绕拟合程度良好的 街道办周围 从中心向外围分布 超过85 的乡镇街道办位于六环以内 其中 拟合度在 0 2 1范围内的乡镇街道办分布相对集中 在东二环到东四环之间形成一条南至南四环 北至北五环的分布带 这一区域的居住人口规模较现状有显著上升 其次是首都机场周边 及通州主城区所在地形成两个比较显著的居住人口增长极 拟合度在 0 5 0 2范围内的街 道办主要分布在四环和六环之间 是拟合度良好区域和拟合度较差区域的过渡带 在六环 图2 2010年北京市的就业人口 总量拟合度的空间布局 Fig 2 Sp

44、atial distribution of fitting degree of total employment in 2010 数据来源 2010年北京企业调查 数据 根据实验结果自绘 498 4期周彬学 等 基于Lowry模型的北京市城市空间结构模拟 以外的地区 除了各区县的中心城区 其他地方的拟合程度均比较差 而且以模拟值低于 实际值的50 的区域为主 图4b 总之 在居住人口空间分布格局方面模型的模拟结果呈现如下启示 第一 就业的空 间布局对居住人口的空间布局特征起决定性作用 中心指向性的就业分布特征决定了居住 人口以城市中心区和城市中心边缘区为主的居住地选择导向 第二 以居住魅力和交

45、通成 本综合作用的居住人口空间分配模式能够较好的反映当前就业空间分布格局下的居住人口 布局特征 良好的揭示了城市就业人口的居住地选择规律 第三 模型模拟结果的拟合度 总体呈现从中心到外围逐步变差的过程 说明模型对城市中心区的解释能力较强 而边缘 图3 2010年北京市的总人口 a 密度 b 现状 模拟总人口 c 密度 d 的空间布局 Fig 3 Spatial distribution of total population a and population density b in 2010 and the simulation of spatial distribution of tota

46、l population c and population density d 数据来源 2010年北京企业调查数据 根据实验结果自绘 图4 2010年北京市的居住魅力 a 总人口拟合度 b 的空间布局 Fig 4 Spatial distributions of living attraction a and fitting degree of total population b in 2010 数据来源 2010年北京企业调查数据 根据实验结果自绘 abc d ab 499 68卷地 理 学 报 地区较差 4 4 产业 居住用地拟合度的空间布局 1 居住用地和产业用地的空间布局特征凸显了

47、北京市产业中心指向性带来的城市居 住空间布局特征 模型模拟结果显示 产业用地的被利用率从城市中心区向外围逐步递 减 呈圈层分布 以CBD 金融街 中关村和东北三环为中心 形成高密度产业集聚 地 这些区域在用地竞争过程中 产业用地以其竞争优势获得了优先发展权 部分居住用 地被迫转换为产业用地 形成位居城市中心区的产业发展优势区 这些区域的实际产业用 地量高于本地产业用地供给量的120 围绕着产业发展优势区 是产业用地均衡区 这 些区域的实际产业用地量位居本地产业用地供给量的80 120 之间 紧邻的外围依次为 实际产业用地量位居本地产业用地供给量50 80 之间的产业未充分发展带和实际产业 用地

48、量低于本地产业用地供给量50 的产业弱发展区 图5b 与产业用地相对应 城市居 住用地的被利用率受到产业用地的严重排挤 并且呈现从城市中心区到外围地区的圈层分 布结构 在模型取得最优解时 居住用地的实际使用量均低于本地居住用地供给量的 70 而且从城市中心区向外围逐步降低 居住用地利用率高于本地供给量60 的区域从 西四环 南四环延伸到东五环 北五环 这些地区也是模拟结果中人口密度最高的区域 居住用地利用率高于本地供给量50 的区域延伸到了六环附近 六环以外的地区居住用地 占本地居住用地供给量比重均低于50 图5a 2 总用地使用率的空间布局特征充分体现了产业的竞争性 在总用地拟合度方面 总体

49、土地的利用率不高 仅有41个街道办的土地被完全使用 其中 以金融街 CBD 中关村 东北三环延伸的奥林匹克中心区为中心的产业中心区土地利用率最高 41个土 地被完全使用的街道办中 上述区域占31个 此外 外围各区县的县城所在地 总用地 的拟合度也非常高 区域中心性得到凸显 图5c 在模拟实验中 基于模型最优化目标和 重力模型分配比重的固定性 当局部区域的土地被完全使用 就会抑制其他地区其他产业 的发展 这也是造成在以实际经济发展状况提取参数之后 模型模拟的经济总量与当前现 状有很大差异的原因 因此 当前的模型框架能够体现出Lowry模型框架对就业 居住空 间布局关系的揭示 而不能够对空间个体特

50、征进行详细的描述和分析 重力模型分配机制 的优化是模型框架需要进一步改进的方向 图5 北京市的居住用地拟合度 a 产业用地拟合度 b 总用地拟合度 c 的空间布局 Fig 5 Spatial distribution of fitting degree of residential land a industrial land b and total land area c in 2010 数据来源 根据实验结果自绘 bac 500 4期周彬学 等 基于Lowry模型的北京市城市空间结构模拟 5模型模拟启示 5 1 模型结构启示 1 城市系统的产业 就业 居住的逻辑结构和空间配置关系在模型框架