混凝土級配理論在城市群發(fā)展中應(yīng)用的可行性分析

張達(dá)祥

(北京雙圓工程咨詢監(jiān)理有限公司 北京 100080)

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混凝土級配理論在城市群發(fā)展中應(yīng)用的可行性分析

張達(dá)祥

(北京雙圓工程咨詢監(jiān)理有限公司 北京 100080)

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的穩(wěn)步推進(jìn)，中小城鎮(zhèn)如何與中心城市相銜接，積極融入更大的區(qū)域范圍，實(shí)現(xiàn)多贏共榮的目標(biāo)一直備受關(guān)注。經(jīng)過對混凝土相關(guān)理論的研究分析，發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度分布規(guī)律和城市發(fā)展一般規(guī)律具有相似性，從而通過類比混凝土材料級配理論，提出城鎮(zhèn)級配的概念，以期為探索出城市群中中心城市和中小城鎮(zhèn)及政府之間的級配關(guān)系提供理論基礎(chǔ)。

混凝土；級配理論；城市群

一、引言

在2014年3月國務(wù)院公布的《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020年)》中，增強(qiáng)中心城市輻射帶動(dòng)功能，加快發(fā)展中小城市，有重點(diǎn)地發(fā)展小城鎮(zhèn)，促進(jìn)大中小城市和小城鎮(zhèn)協(xié)調(diào)發(fā)展被正式列為未來城鎮(zhèn)化工作的重點(diǎn)和目標(biāo)。因此，在城市群中如何合理地確定中心城市和中小城鎮(zhèn)的比例，對于促進(jìn)城鎮(zhèn)一體化發(fā)展就顯得尤為重要。鑒于此，本文創(chuàng)造性地引入混凝土材料級配理論的概念，試圖通過混凝土材料級配與城鎮(zhèn)級配的類比，建立城鎮(zhèn)級配模型，從而厘清城市群內(nèi)中心城市和中小城鎮(zhèn)的級配關(guān)系，同時(shí)為政府制定城市群發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)提供理論參考。

二、混凝土強(qiáng)度分布規(guī)律與城市發(fā)展規(guī)律的對比

隨著人口的大量聚集和二、三產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，城市已經(jīng)成為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中心和推動(dòng)現(xiàn)代社會高度發(fā)達(dá)的前沿基地1。然而由于區(qū)位條件、資源稟賦等的差異，各城市的功能定位和發(fā)展速度都不盡相同。因此，在城市群內(nèi)各城市都奮力向前的同時(shí)，如何準(zhǔn)確定位不同類型的城市在區(qū)域中的功能和地位，充分發(fā)揮各城市的資源優(yōu)勢和區(qū)位優(yōu)勢逐漸成為城市建設(shè)與區(qū)域空間開發(fā)的關(guān)鍵問題?；炷磷鳛楝F(xiàn)代土木工程中應(yīng)用最廣、用量最大的材料，在房屋建筑、道路、橋梁、地鐵、井巷、水利和港口等工程中扮演著重要角色，是城市發(fā)展壯大的基石。一直以來，混凝土都被認(rèn)為是一種耐久性材料，不僅能在使用過程中抵抗各種破壞因素的作用，還能保護(hù)里面的鋼筋不被腐蝕。因此，本文在研究時(shí)想到如果能通過對比混凝土強(qiáng)度的分布規(guī)律和城市發(fā)展的一般規(guī)律，找出混凝土強(qiáng)度分布和城市發(fā)展的共同規(guī)律,并將混凝土各材料之間的級配關(guān)系類比到不同類型城鎮(zhèn)間的配位關(guān)系，那么經(jīng)“配合”形成的城市群是否經(jīng)過一段時(shí)間也能擁有如混凝土般良好的耐久性、較強(qiáng)的抗壓能力和較好的經(jīng)濟(jì)效益。

強(qiáng)度作為土木工程結(jié)構(gòu)對材料的基本要求，是選擇施工材料的重要指標(biāo)。根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度是指按標(biāo)準(zhǔn)方法制作的，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為150mm×150mm×150mm的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的抗壓強(qiáng)度值，以fcu表示，單位為N/mm2或MPa。按《標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)定的條件和方法進(jìn)行檢測，通過大量的試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析得到不同養(yǎng)護(hù)溫度下混凝土“完整的強(qiáng)度齡期曲線”，如圖2-1左圖所示。

圖2-1 混凝土強(qiáng)度增長曲線和城市化進(jìn)程對比圖

與混凝土的強(qiáng)度增長曲線相似，1975年美國地理學(xué)家諾瑟姆在《城市地理》一書中通過對各個(gè)國家城市人口占總?cè)丝诒戎刈兓难芯堪l(fā)現(xiàn)，城市化進(jìn)程具有階段性規(guī)律，即全過程呈一條稍被拉平的S型曲線，如圖2-1右圖所示。后來經(jīng)過世界各國城市化進(jìn)程證實(shí)，城市化階段性的一般規(guī)律是：(1)第一階段為城市化的初級階段，一般城市人口低于總?cè)丝诘?0%左右，城市人口增長緩慢；(2)第二階段，城市化進(jìn)程逐漸加快，當(dāng)城市化水平為33-35%時(shí)出現(xiàn)持續(xù)遞增的加速度，S曲線呈指數(shù)曲線攀升，一般到50%左右出現(xiàn)城市化拐點(diǎn)，城市化加速度開始遞減，城市化的邊際成本將逐漸增大，但城市化率還是上升的，一直持續(xù)到城市人口超過70%以后才進(jìn)一步趨緩。城市化拐點(diǎn)把中期階段細(xì)分為中前期和中后期，反映了城市化加速度的不同；(3)第三階段，城市化進(jìn)程緩慢上升或停滯或略有下降趨勢。

對比混凝土強(qiáng)度增長曲線圖和城市化進(jìn)程階段圖，不難發(fā)現(xiàn)：(1)兩者在曲線形狀上都呈現(xiàn)為稍被拉平的S型曲線，起于坐標(biāo)原點(diǎn)，沿X軸向右延伸，分別止于28d齡期和晚期階段；(2)強(qiáng)度增長曲線和城市化率曲線在0～3d、初期階段都以較小斜率緩慢增長，在3～7d、中前期階段呈現(xiàn)加速增長，在7～14d、中后期階段表現(xiàn)為逐步減速增長，并最終在14～28d、晚期階段達(dá)到穩(wěn)定進(jìn)入停滯狀態(tài)；(3)兩條曲線上均存在一個(gè)拐點(diǎn)，在拐點(diǎn)以下曲線呈加速增長，拐點(diǎn)以上曲線呈減速增長，并分別以100%和80%為漸近線。綜上，可以認(rèn)為混凝土強(qiáng)度分布和城鎮(zhèn)發(fā)展的城市化率在一定程度上具有相似的發(fā)展規(guī)律，這便為城鎮(zhèn)級配概念的提出奠定了類比的可能性。

三、混凝土材料級配與城鎮(zhèn)級配的類比

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》所述，普通混凝土的基本組成材料是水泥、水、粗集料和細(xì)集料4種成分。通常，混凝土中水泥和水形成水泥漿，占混凝土質(zhì)量的25%～35%，集料占65%～75%。水泥漿在混凝土中包裹在粗、細(xì)集料表面并填充集料間的空隙，在未硬化的混凝土中起到潤滑作用，賦予新拌混凝土拌合物一定的和易性。在硬化后的混凝土中，硬化水泥漿體起膠結(jié)作用，將混凝土粗細(xì)集料膠結(jié)成整體，賦予混凝土強(qiáng)度。

類似地，人類社會在漫長的發(fā)展過程中也形成了不同類型的城市規(guī)模。根據(jù)《中國中小城市發(fā)展報(bào)告(2010)：中國中小城市綠色發(fā)展之路》顯示，我國中小城市數(shù)目已達(dá)2160個(gè)，56%的地級以上城市為中小城市。綠皮書指出，城市化的高速發(fā)展使原有的城市劃分標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需要。為此，綠皮書依據(jù)中國城市人口規(guī)?，F(xiàn)狀，提出的全新劃分標(biāo)準(zhǔn)為：(1)超大城市：城市人口1000萬以上；(2)特大城市：城市人口500至1000萬；(3)大城市：城市人口100至500萬，其中300萬以上500萬以下的城市為Ⅰ型大城市，100萬以上300萬以下的城市為Ⅱ型大城市；(4)中等城市：城市人口50至100萬；(5)小城市：城市人口50萬以下，其中20萬以上50萬以下的城市為Ⅰ型小城市，20萬以下的城市為Ⅱ型小城市。

按照以上劃分標(biāo)準(zhǔn)，本文可以假定：由在全國或一定區(qū)域內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中處于重要地位、具有綜合功能或多種主導(dǎo)功能、起著樞紐作用的大城市、特大城市和超大城市所組成的中心城市扮演著混凝土材料中粗集料的角色，構(gòu)成全國濟(jì)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的主要連接點(diǎn)，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起主導(dǎo)作用；由中等城市和小城市及具有一定規(guī)模工商業(yè)的城鎮(zhèn)組成的廣泛分布、幅員遼闊的中小城鎮(zhèn)充當(dāng)著細(xì)集料的角色，作為中心城市在區(qū)域的補(bǔ)充，發(fā)展地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)、帶動(dòng)農(nóng)村發(fā)展、轉(zhuǎn)移制造業(yè)和農(nóng)村勞活力，與中心城市共同起到骨架作用；城鎮(zhèn)間的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)則扮演著水泥的角色，作為城市群中的膠凝材料，填充并膠結(jié)著各中心城市和中小城鎮(zhèn)之間的空隙，賦予城市一定的抗壓強(qiáng)度并形成穩(wěn)定的城市群。物流和信息流作為經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的活力源泉，如水一般和扮演水泥的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)形成水泥漿，在“配合”后的城市群中起到潤滑作用，使得中心城市和中小城鎮(zhèn)通過物流、信息流的運(yùn)輸和傳遞形成具有密切社會和經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的城市群。當(dāng)由不同規(guī)模的城市所組成的城市群初具雛形后，政府的宏觀調(diào)控就猶如混凝土振搗機(jī)械一般起著攪拌夯實(shí)的作用，擠出城市群內(nèi)的經(jīng)濟(jì)泡沫，讓各生產(chǎn)要素在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的帶動(dòng)下產(chǎn)生流動(dòng)，并密實(shí)地分布在城市群的各個(gè)角落。具體如表3-1所示。

表3-1 混凝土材料級配與城鎮(zhèn)級配類比表

據(jù)此，我們將混凝土材料級配的理論類比到城市規(guī)劃和區(qū)域發(fā)展的實(shí)踐中，便在城市群中形成了以中心城市、中小城鎮(zhèn)為骨架，以經(jīng)濟(jì)活動(dòng)為膠凝材料，以物流、信息流為活力源泉，以政府宏觀調(diào)控為助力的城鎮(zhèn)級配模型。在模型中，中心城市、中等城市、小城鎮(zhèn)通過經(jīng)濟(jì)要素的流通和協(xié)作形成緊密聯(lián)系、互惠互利的城市群，改變了傳統(tǒng)城市發(fā)展觀念里中心城市作為集工業(yè)、商貿(mào)、金融、文化科技、信息、服務(wù)中心為一體的多核心城市[2]。不同于傳統(tǒng)發(fā)展模式里中心城市作為多功能中心，城鎮(zhèn)級配模型更注重不同規(guī)模城市之間的互惠互利，旨在通過規(guī)劃過程中大小城鎮(zhèn)的“級配”作用，從而達(dá)到城市群同發(fā)展、共促進(jìn)、享繁榮的目的。

四、混凝土質(zhì)量評定與城市群應(yīng)用效果的類比

根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，混凝土抗壓強(qiáng)度是用養(yǎng)護(hù)至28d齡期的150mm×150mm×150mm的立方體試件在溫度20±2℃、相對濕度在95%以上條件下以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的極限抗壓強(qiáng)度值，以fcu表示，單位為N/mm2或MPa。其中,水泥強(qiáng)度等級(fce)和膠水比(C/W)是影響混凝土強(qiáng)度的決定性因素，因?yàn)榛炷恋膹?qiáng)度主要取決于水泥石的強(qiáng)度及其與集料間的黏結(jié)強(qiáng)度，而這兩者又取決于水泥的強(qiáng)度等級和水膠比的大小[3]。集料本身的強(qiáng)度一般大于水泥石的強(qiáng)度，因此對混凝土強(qiáng)度的直接影響很小，但能通過回歸系數(shù)(A,B)產(chǎn)生間接影響。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，在原材料一定的情況下，混凝土28d齡期抗壓強(qiáng)度與膠水比之間呈線性關(guān)系，并受水泥實(shí)測強(qiáng)度的影響，符合下列經(jīng)驗(yàn)公式：

同樣地，對于類比混凝土材料級配理論建立的城市群發(fā)展過程中城鎮(zhèn)間的級配關(guān)系，也需要選擇合理的指標(biāo)對其應(yīng)用效果進(jìn)行評價(jià)。GDP作為衡量一個(gè)國家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合水平的通用指標(biāo)，被認(rèn)為是衡量國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況最重要的一個(gè)指標(biāo)。但采用GDP來反映經(jīng)濟(jì)狀況最大的缺陷在于GDP是一個(gè)總量的概念，并不體現(xiàn)為國民的實(shí)際生活水平和福利狀況，而人均GDP則正好彌補(bǔ)了GDP在這方面的不足。所以，選擇城市群的人均GDP作為評價(jià)城鎮(zhèn)級配關(guān)系在城市群中應(yīng)用效果的指標(biāo)[4]，即發(fā)展成型且成熟的城市群在一年內(nèi)實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)總值與所屬范圍內(nèi)常住人口的比值。這樣也就和混凝土質(zhì)量評定中抗壓強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算具有相似的原理，兩者都是通過對整體在一定時(shí)期內(nèi)某一數(shù)值的測算從而求得每一單位所獲得的效果，并且比值和效果之間呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，比值越大，效果越好。

通過進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)影響混凝土強(qiáng)度的因素和影響城市群人均GDP的因素之間也存在類似的關(guān)系，于是將混凝土強(qiáng)度的影響因素引申到城市群人均GDP的影響因素即為：經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和物流、信息流作為中心城市和各中小城鎮(zhèn)的“黏結(jié)劑”，城市群內(nèi)頻繁且有效的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)會加強(qiáng)城鎮(zhèn)間的聯(lián)系和融合，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的增加會使城市群的交易頻率提高、交易對象增加，交易范圍擴(kuò)大，即“市場密度”增大，物流、信息流的流通和傳輸有利于經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中各生產(chǎn)要素的交換和協(xié)作。如此，經(jīng)濟(jì)上更適用的要素就能夠通過物流和信息流的傳遞配置到生產(chǎn)過程中，不僅可以帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)總量的增加，效率也會因此提高，從而對城市群的人均GDP產(chǎn)生重要影響。綜合考慮，得出城市群應(yīng)用效果的一般公式：

G=g(E,L,I,α,β)

式中：G——城市群人均GDP水平 E—城市群中經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的活躍指數(shù) L—城市群中物流的配合程度 I—城市群中信息流的覆蓋范圍 α，β—影響系數(shù)，與城市群中的中心城市和中小城鎮(zhèn)有關(guān)

由公式可知，城市群人均GDP水平作為因變量，是在城市群中經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的活躍指數(shù)、物流的配合程度、信息流的覆蓋范圍以及與與城市群中的中心城市和中小城鎮(zhèn)有關(guān)的影響系數(shù)共同作用下的函數(shù)。

五、結(jié)論

經(jīng)過前面混凝土強(qiáng)度分布規(guī)律與城市發(fā)展一般規(guī)律的比較、混凝土材料級配與城鎮(zhèn)級配以及混凝土質(zhì)量評定與城市群應(yīng)用效果的類比，本文對混凝土級配理論在城市群發(fā)展中應(yīng)用的可行性進(jìn)行了綜合分析評價(jià)，并通過模型在關(guān)中城市群和珠三角城市群中應(yīng)用效果的對比，得出如下結(jié)論：(1)混凝土強(qiáng)度分布和城鎮(zhèn)發(fā)展的城市化率在一定程度上具有相似的發(fā)展規(guī)律；(2)混凝土材料級配與城鎮(zhèn)級配能建立一一對應(yīng)的類比關(guān)系；(3)混凝土質(zhì)量評定與城市群應(yīng)用效果評價(jià)擁有相似的計(jì)算原理和方法。綜上所述，本文認(rèn)為混凝土級配理論在城市群發(fā)展中的應(yīng)用是可行的。

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張達(dá)祥(1981-)，男，漢族，四川達(dá)州人，北京雙圓工程咨詢監(jiān)理有限公司第九監(jiān)理部部長助理，工程師，本科，研究方向：城市建設(shè)及工程項(xiàng)目管理。