基于競爭生態(tài)位的長三角城市群進化成長分形評價

施建剛 張永剛 吳光東

[摘要] 文章從城市生命體的運行機制和進化成長規(guī)律出發(fā)，構(gòu)建了包括新陳代謝、生長發(fā)育、遺傳變異、自適應(yīng)和應(yīng)急性等4方面19項指標的城市競爭生態(tài)位指標體系，進而論證城市群內(nèi)的城市競爭生態(tài)位間具備分形特征，據(jù)此構(gòu)建了基于競爭生態(tài)位的城市進化成長分形評價模型，用以評價城市群及城市的進化成長狀態(tài)和趨勢。在此基礎(chǔ)上，選取了包括上海、南京、杭州等 26 市在內(nèi)的長三角城市群，測算出有關(guān)城市在1985—2015 年的城市競爭生態(tài)位，綜合運用Eviews 8.0軟件進行雙對數(shù)回歸分析、擬合分析驗證等進行分析后，提出了強化區(qū)域的統(tǒng)一規(guī)劃管理、強化城市群的分工協(xié)作和功能互補、積極培育首位城市的新經(jīng)濟增長極、充分發(fā)揮首位城市的“同城效應(yīng)”、提升領(lǐng)先位序城市的治理能力、加強跨區(qū)域生態(tài)環(huán)境的共建共享等對策建議。

[關(guān)鍵詞] 生命特征；競爭生態(tài)位；進化成長；分形評價

[DOI] 10.13939/j.cnki.zgsc.2018.26

隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展和城市化水平的提高，城市對人類生存發(fā)展的重要性愈加凸顯，城市也從封閉結(jié)構(gòu)向開放形態(tài)不斷進化成長。從系統(tǒng)論的角度看，城市作為一個具有新陳代謝、生長發(fā)育、遺傳變異、自適應(yīng)與應(yīng)急性等特征的人工生命體，在自身的進化成長過程中，既要保持自身生命特征之間的內(nèi)在平衡，更要關(guān)注自身的競爭生態(tài)位，才能不斷地提高城市個體和城市群落的生存能力和成長能力，逐步實現(xiàn)自身的結(jié)構(gòu)和功能的進化成長，同時也推動著城市群落的整體發(fā)展和能級提升?，F(xiàn)有的城市競爭生態(tài)位研究還處于起步階段，得出的城市競爭策略判別模型僅能提出一些方向性的基本策略取向，還沒有從城市的生命特征、運行機制、競爭生態(tài)位、進化成長等角度來研究城市競爭行為和競爭策略；與此同時，分形理論僅用于空間方面的城市規(guī)模結(jié)構(gòu)和分布研究，較少用于經(jīng)濟、社會等領(lǐng)域的研究，更缺乏從城市生命體、競爭生態(tài)位的角度出發(fā)，對城市生命體及城市群落的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、發(fā)育、演變等的研究。因此，將競爭生態(tài)位和分形理論引入城市的進化成長研究領(lǐng)域是非常有必要的，也非常具有現(xiàn)實意義。

1 長三角城市群概況

長三角城市群在上海市、江蘇省、浙江省、安徽省范圍內(nèi)，由以上海為核心、聯(lián)系緊密的多個城市組成，主要分布于國家“兩橫三縱”城市化格局的優(yōu)化開發(fā)和重點開發(fā)區(qū)域。規(guī)劃范圍包括：上海市，江蘇省的南京、無錫、常州、蘇州、南通、鹽城、揚州、鎮(zhèn)江、泰州，浙江省的杭州、寧波、嘉興、湖州、紹興、金華、舟山、臺州，安徽省的合肥、蕪湖、馬鞍山、銅陵、安慶、滁州、池州、宣城等 26 市，國土面積 21.17 萬平方公里，2016 年地區(qū)生產(chǎn)總值14.72萬億元，總?cè)丝?.5 億人，分別約占全國的 2.2%、19.8%和11.0%。長三角城市群是我國經(jīng)濟最具活力、開放程度最高、創(chuàng)新能力最強、吸納外來人口最多的區(qū)域之一，是“一帶一路”與長江經(jīng)濟帶重要交匯地帶，在國家現(xiàn)代化建設(shè)大局和全方位開放格局中具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位。但與此同時，長三角城市群還存在首位城市功能相對較弱、城市群發(fā)展質(zhì)量不高、城市包容性不足、城市建設(shè)無序蔓延、生態(tài)系統(tǒng)功能退化等問題，值得引起重視和關(guān)注。[1]

2 基于競爭生態(tài)位的城市進化成長分形評價模型

2.1 評價指標體系

城市生命體的各項生命特征，都依賴于一定的子系統(tǒng)來實現(xiàn)。[2]城市生命體的各類子系統(tǒng)和支撐體系，構(gòu)成了城市生命體的運行機制 （見表1）。由于城市系統(tǒng)由大量子系統(tǒng)組成，眾多子系統(tǒng)運動狀態(tài)的不同變化影響著總系統(tǒng)的綜合效應(yīng)，形成漲落現(xiàn)象。漲落的完成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整適應(yīng)推動著城市內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進化，當漲落在一定限度內(nèi)的時候，子系統(tǒng)通過自適應(yīng)與應(yīng)急性的“自愈”功能，來實現(xiàn)城市生命體系統(tǒng)新的有序。從熱力學(xué)第二定律可以推導(dǎo)出，在沒有外力干擾的情況下，城市生命體將沿著阻力最小的方向進化。其中，外部形態(tài)方面，城市生命體首先在優(yōu)勢區(qū)位進行生長發(fā)育，由于區(qū)位間存在差異，也就是所謂的位勢，促使城市生命體的活動從低勢位向高勢位的流動，從而形成一種從無序走向有序的負熵流，產(chǎn)生自組織現(xiàn)象；內(nèi)部功能方面，由人流、物流、能量流、信息流、資金流等的共同作用形成了空間的集聚，空間的集聚又使區(qū)位條件發(fā)生變化，進而產(chǎn)生新的流動，進一步產(chǎn)生更高一級的自組織現(xiàn)象，促使城市生命體內(nèi)部從無序向有序、從低級向高級有序進化。[3]

從城市生命體的運行機制出發(fā)，按照指標與生命特征密切相關(guān)，對城市生命體的發(fā)展至關(guān)重要；指標具有廣泛的代表性，并且可量化分析；指標盡可能精簡，代表性優(yōu)先，數(shù)量次之等原則，將城市競爭生態(tài)位指標對應(yīng)分解為新陳代謝、生長發(fā)育、遺傳變異、自適應(yīng)和應(yīng)急性等4方面19項指標（見表2） ，運用信息熵方法確定各指標的權(quán)重系數(shù)，采用基于生命特征的城市競爭生態(tài)位計算公式（1）進行計算[4]，可以得出城市競爭生態(tài)位有關(guān)數(shù)據(jù)。

Fi：第i個城市的競爭生態(tài)位，F(xiàn)i越大，城市的生態(tài)位越高，越有利于城市在城市群落間的競爭和發(fā)展；βj：第j個生態(tài)因子的權(quán)重，反映該因子對城市生態(tài)位的影響；xij：城市i的第j個生態(tài)因子的現(xiàn)實生態(tài)位；xaj：第j個生態(tài)因子的最佳生態(tài)位。

2.2 模型推導(dǎo)及構(gòu)建

城市群指在一個區(qū)域內(nèi)相關(guān)作用的城市生命體組成的有機整體。為定義一般的城市群落體系，可以引用L. Bertalanffy的系統(tǒng)論方法，將城市群落體系看作是一個有序集合[5]，用符號Qi 表示系統(tǒng)要素Fi（ i= 1， 2，… ， n）， n為體系內(nèi)城市總數(shù)）的某種測度（如新陳代謝、生長發(fā)育、遺傳變異、自適應(yīng)和應(yīng)急性等生命特征），則對于有限數(shù)目的城市情況下，有如下形式的微分方程組：

由此可得城市群落中城市生命體相關(guān)作用的基本模式，式中系數(shù)U= eC，C為積分常數(shù)。

由于式（6）實際上是一個廣義的分形模型，而冪指數(shù)（分享系數(shù)）具有分維意義。雖然公式（6）不能直接與Hausdorff分維公式進行類比，但可從Pareto 分布中引伸出來。由于F是城鎮(zhèn)之間互為測度的結(jié)果，且統(tǒng)計數(shù)據(jù)也一般采用以年為單位的指數(shù)增長形式，故城市群內(nèi)的城市競爭生態(tài)位間具有明顯的分形特征。

因此，我們可以在Zipf 模式的基礎(chǔ)上，借鑒冪指數(shù)模型，經(jīng)過對數(shù)變換，構(gòu)建出基于競爭生態(tài)位的城市進化成長分形評價模型：

式中，F(xiàn)j為第j位城市的競爭生態(tài)位的數(shù)值；F1為首位城市的城市競爭生態(tài)位的數(shù)值；ri為第i位城市的位序；q為常數(shù)。

依據(jù)城市群內(nèi)城市競爭生態(tài)位有關(guān)計算結(jié)果，將有關(guān)數(shù)據(jù)從大到小進行排列，將各城市的數(shù)值和位序代入公式（7），運用EViews8.0軟件，進行雙對數(shù)回歸分析，可以得到Zipf指數(shù)q以及判定系數(shù)R2，開展基于競爭生態(tài)位的城市生命體的規(guī)模—位序分形分析。由于基于競爭生態(tài)位的城市生命體分形維值Df表征了城市生命體規(guī)模分布的特征，因此可以從Df=q=1，r1/rn=N0；Df>1，q<1；Df<1，q>1；Df→∞，q→0；Df→0，q→∞等多種情況，對城市群的分布狀態(tài)、城市生命體之間的關(guān)系等進行綜合評價，并得出針對性對策建議。

3 長三角城市群實證分析

3.1 競爭生態(tài)位計算

本文所采用數(shù)據(jù)主要來源于《中國城市統(tǒng)計年鑒》（1986年—2016年）（當年的統(tǒng)計年鑒是上年的有關(guān)數(shù)據(jù)，如2016年版的城市統(tǒng)計年鑒是2015年相關(guān)數(shù)據(jù)）[6]，以及部分上海市、江蘇省、浙江省的統(tǒng)計年鑒和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。通過計算，1985—2015年長三角地區(qū)26城市基于生命特征的競爭生態(tài)位計算數(shù)據(jù)如表3所示。同時，分別計算出新陳代謝、生長發(fā)育、遺傳變異、自適應(yīng)與應(yīng)急性等競爭子生態(tài)位計算數(shù)據(jù)（略）。長三角城市群基于生命特征的競爭生態(tài)位示意圖見圖1。

3.2 基于整體競爭生態(tài)位視角的城市進化成長評價

將表3的長三角城市群基于生命特征的競爭生態(tài)位計算結(jié)果按照序列和從大到小的順序進行排列，其中城市序列用X指標代替，1985—2015年中的不同年份用Y1-Y7指標代替，可以得到長三角城市群城市競爭生態(tài)位序列。通過將每個城市的位序（橫坐標）和規(guī)模（縱坐標）在雙對數(shù)坐標圖上做散點圖，并對作對數(shù)變換后的城市規(guī)模（因變量）和對應(yīng)位序（自變量）進行回歸，求出q和R2的數(shù)值，具體見表4。

從表4中的數(shù)據(jù)可以看出，回歸的判定系數(shù)R2均接近 1，說明符合位序-規(guī)模分布，各規(guī)模級的分布較為連續(xù)；斜率q在1985-2010年的數(shù)據(jù)為0.670至0.794之間，均小于1，說明規(guī)模分布比較平均，中間位序的城市競爭生態(tài)位發(fā)展良好；Df值從1985年的1.123逐步增加至2015年的1.324。表明首位城市壟斷性趨弱，中間位序城市發(fā)展良好，可能造成增長極作用弱化，區(qū)域內(nèi)城市各自為營、搶奪資源和惡性競爭（雙對數(shù)回歸散點圖見圖2）。

從圖2可以看出，長三角城市群的競爭生態(tài)位/位序雙對數(shù)回歸散點圖，整體呈現(xiàn)三段式折線分布：前段和后端較為陡峭，中段較為平緩；2000年的競爭生態(tài)位/位序雙對數(shù)回歸散點圖例外，比較接近直線分布，即相對比較理想的城市群位序—規(guī)模分布。圖中的三段式折線說明位序靠前的城市差距較為明顯，中等位序規(guī)模的城市差距較為接近，位序靠后的城市差距也偏大。此外，從圖中可以看出，2015年前4位城市與中等位序規(guī)模城市的差距競爭生態(tài)位趨于擴大，后3位的城市與中等位序規(guī)模城市的差距同樣也趨于擴大。如果城市競爭生態(tài)位的首位度規(guī)模差距保持繼續(xù)縮小的趨勢，將導(dǎo)致首位城市的壟斷性進一步降低，區(qū)域增長極的作用繼續(xù)弱化。

3.3 基于分項競爭生態(tài)位視角的城市進化成長評價

對1985—2015年長三角城市群有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行計算，可以分別得到基于新陳代謝、生長發(fā)育、遺傳變異、自適應(yīng)與應(yīng)急性城市競爭生態(tài)位視角的的有關(guān)分形數(shù)據(jù)，對其進行分析后可以發(fā)現(xiàn)：

第一，從新陳代謝生命特征看，長三角城市群競爭生態(tài)位的分形維數(shù)Df總體呈圍繞1.600附近波動，城市的物流、信息、市場等資源趨于分散，城市之間規(guī)模差異過小可能會導(dǎo)致增長極作用難以發(fā)揮，區(qū)域內(nèi)城市各自為營、搶奪資源和不良競爭。

第二，從生長發(fā)育生命特征看，長三角城市群競爭生態(tài)位的分形維數(shù)Df在1985-2005年總體圍繞1.000附近波動，城市群首位城市的壟斷性、中間位序城市發(fā)展等呈現(xiàn)自然狀態(tài)下的最優(yōu)分布，但從2005年起的競爭生態(tài)位分形維數(shù)Df逐年增加至2015年的1.2左右，表明生長發(fā)育生命特征方面的首位城市壟斷性趨弱，可能導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)城市各自為營、搶奪資源和不良競爭。

第三，從遺傳變異生命特征看，長三角城市群競爭生態(tài)位的分形維數(shù)Df總體圍繞1.000附近波動，城市群首位城市的壟斷性、中間位序城市城市發(fā)展等呈現(xiàn)自然狀態(tài)下的最優(yōu)分布，說明金融機構(gòu)存款余額、固定資產(chǎn)投資額、科技支出、教育支出等城市生長發(fā)育指標趨近于自然狀態(tài)下的最優(yōu)分布。

第四，從自適應(yīng)與應(yīng)急性生命特征看，長三角城市群競爭生態(tài)位的分形維數(shù)Df總體呈逐年擴大趨勢，表明城市的公共管理和社會組織人均GDP、公共管理和社會組織人均服務(wù)人口數(shù)、醫(yī)院床位數(shù)、醫(yī)生數(shù)、保險費等資源差距日漸趨小，區(qū)域的自適應(yīng)與應(yīng)急性能力趨于均質(zhì)化。

4 對策建議與結(jié)論

4.1 對策建議

從長三角地區(qū)城市群的城市競爭生態(tài)位分形數(shù)據(jù)出發(fā)，結(jié)合區(qū)域內(nèi)城市生命體的進化成長狀態(tài)，提出以下針對性對策建議：

第一，強化區(qū)域的統(tǒng)一規(guī)劃管理。從與資源等要素相關(guān)的新陳代謝分形數(shù)據(jù)來看，主要體現(xiàn)為落后位序城市與中間位序城市差距較大，以及首位城市的壟斷性趨弱。建議進一步完善現(xiàn)有的規(guī)劃管理和協(xié)調(diào)機制，從全球視野出發(fā)，高起點統(tǒng)籌規(guī)劃基礎(chǔ)設(shè)施、生態(tài)環(huán)境等布局，重點加強向銅陵、池州、宣城、鎮(zhèn)江、湖州、揚州等落后位序城市的基礎(chǔ)設(shè)施等資源配置傾斜，加快推進區(qū)域一體化進程，提升整個城市群的進化成長水平。

第二，強化城市群的分工協(xié)作和功能互補。合理的產(chǎn)業(yè)分工是城市群內(nèi)部經(jīng)濟聯(lián)系的必要前提，也是城市群整體競爭力提升的重要基礎(chǔ)。從與經(jīng)濟等要素相關(guān)的生長發(fā)育指標分形數(shù)據(jù)方面，為避免城市群內(nèi)的重復(fù)建設(shè)與惡性競爭，建議借助全球化競爭和市場化選擇，加強城市群內(nèi)縱向產(chǎn)業(yè)和橫向產(chǎn)業(yè)的合理分工，形成各具優(yōu)勢、功能互補的產(chǎn)業(yè)分工體系。

第三，積極培育首位城市的新經(jīng)濟增長極。作為推動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要引擎，首位城市以其巨大的經(jīng)濟科技文化能量向其腹地進行輻射和擴散，但從生長發(fā)育的生命特征來看，作為首位城市的上海，2005年以來在經(jīng)濟方面的輻射和帶動作用有所減弱，亟需進一步提升城市的發(fā)展活力，培育新的經(jīng)濟增長極。

第四，充分發(fā)揮首位城市的“同城效應(yīng)”。建議著力構(gòu)建長三角城市群1小時經(jīng)濟圈，加快完善城際快速通道等基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化布局，形成以城際高鐵、高速鐵路網(wǎng)、高速公路網(wǎng)為主框架，以國道、省道、航空、水運等為補充綜合快速交通體系，強化人口、物流、技術(shù)、信息等要素在區(qū)域內(nèi)的自由快速流動，密切區(qū)域內(nèi)的經(jīng)濟、社會、文化等交流，充分放大首位城市和副中心城市的同城效應(yīng)。

第五，提升領(lǐng)先位序城市的治理能力。針對城市群內(nèi)部自適應(yīng)與應(yīng)急性均質(zhì)化的情況，首位城市和副中心城市而言將面臨著越來越大的社會、生態(tài)環(huán)境等方面的治理難度，建議從公共管理、醫(yī)療、保險等方面出發(fā)，著力提升領(lǐng)先位序城市的自適應(yīng)與應(yīng)急性方面的能力。

第六，加強跨區(qū)域生態(tài)環(huán)境的共建共享。根據(jù)區(qū)域不同城市的資源環(huán)境承載力，實行空間分類管制政策，確保人口、城鎮(zhèn)、產(chǎn)業(yè)布局合理避讓重要生態(tài)功能區(qū)和生態(tài)敏感區(qū)。加強環(huán)境立法與執(zhí)法，強化跨區(qū)域環(huán)境保護與污染治理，特別是加強區(qū)域內(nèi)的水資源保護和污染治理，共享生態(tài)環(huán)境保護成果。

4.2 結(jié)論

研究在借鑒國內(nèi)外有關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，將競爭生態(tài)位、分形分析等理論方法引入城市競爭領(lǐng)域，從城市生命體運行的角度對城市在城市群中的競爭生態(tài)位進行研究，論證了城市群內(nèi)的城市競爭生態(tài)位之間具備分形特征，構(gòu)建了基于競爭生態(tài)位的城市進化成長評價模型，進而運用位序—規(guī)模法則等分形理論來對城市群及城市生命體的進化成長狀態(tài)進行評價，極大地豐富了城市進化成長評價的指標體系和評價模型，拓寬了城市競爭研究的視野和領(lǐng)域。

參考文獻：

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[作者簡介] 施建剛（1962—），男，上海人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：城市發(fā)展與管理；通訊作者：張永剛（1979—），男，湖南長沙人，博士，研究方向：城市發(fā)展與管理。