基于位置分配模型的小學(xué)布局合理性評(píng)估研究
——以沈陽(yáng)市市內(nèi)五區(qū)為例

呂耘碩,王 利

(遼寧師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116029)

1 引言

義務(wù)教育資源是滿足城市居民生活和維持社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的重要基礎(chǔ)，更是社會(huì)公平性的良好體現(xiàn)?！秶?guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出：“建立健全與常住人口變化趨勢(shì)和空間布局相適應(yīng)的城鄉(xiāng)學(xué)校布局建設(shè)機(jī)制，合理規(guī)劃學(xué)校服務(wù)半徑，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)學(xué)校布局和建設(shè)規(guī)模”。小學(xué)作為義務(wù)教育資源的重要組成部分，一直都是基本公共服務(wù)領(lǐng)域的重點(diǎn)改革對(duì)象。隨著人口老齡化趨勢(shì)及新生育政策的實(shí)施，小學(xué)適齡兒童數(shù)量不斷變化，小學(xué)合理化布局成為我國(guó)城市發(fā)展亟待解決的重要問題之一?，F(xiàn)有研究表明，目前我國(guó)義務(wù)教育資源在適齡人口變動(dòng)下存在數(shù)量不足、空間配置不合理等問題，城市義務(wù)教育壓力逐漸增大[1]。沈陽(yáng)市作為東北地區(qū)重要的中心城市，其現(xiàn)有小學(xué)配置能否滿足學(xué)生就近入學(xué)、小學(xué)布局是否合理等問題值得關(guān)注與探討。

近年來，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者借助GIS技術(shù)研究設(shè)施布局的評(píng)價(jià)與優(yōu)化問題，并將可達(dá)性理論引入到教育設(shè)施布局研究中。國(guó)外學(xué)者主要從學(xué)區(qū)規(guī)劃[2]、交通成本[3]、位置分配[4]等方面開展了大量涉及可達(dá)性的教育設(shè)施布局相關(guān)研究；國(guó)內(nèi)學(xué)者主要運(yùn)用潛能模型[5]、最短距離模型[6]、兩步移動(dòng)搜索法[7]、引力模型[8]等方法從可達(dá)性角度對(duì)教育設(shè)施布局進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。此外，GIS網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)的位置分配模型也是設(shè)施布局研究的重要手段，可以確定合理的設(shè)施數(shù)量、位置、規(guī)劃服務(wù)范圍，實(shí)現(xiàn)布局的最優(yōu)化[9]，如謝小華等[10]運(yùn)用最小化阻抗模型和最小化設(shè)施點(diǎn)模型對(duì)翔安區(qū)醫(yī)療設(shè)施布局進(jìn)行評(píng)價(jià)與優(yōu)化；祝明明等[11]將層次分析法與最小化設(shè)施點(diǎn)模型、最大化覆蓋模型和最大化有容量限制的覆蓋模型相結(jié)合評(píng)估武漢市消防設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)與空間，并進(jìn)行多重情景的空間優(yōu)化布局調(diào)整；韓增林等[12]利用服務(wù)區(qū)工具及位置分配工具研究大連市沙河口區(qū)基礎(chǔ)教育設(shè)施可達(dá)性及布局優(yōu)化問題，提出了相應(yīng)的新增選址方案。

總體而言，目前對(duì)于設(shè)施布局的研究方法較為豐富，分析結(jié)果能客觀、真實(shí)地反映布局特征，但從地理空間視角評(píng)估教育設(shè)施規(guī)模合理性的研究較少?；诖?，本文以沈陽(yáng)市市內(nèi)五區(qū)為研究對(duì)象，考慮小學(xué)設(shè)施的特點(diǎn)，采用位置分配模型測(cè)算小學(xué)設(shè)施可達(dá)性及各校規(guī)模設(shè)置合理性，從市區(qū)街道內(nèi)及校際間兩個(gè)尺度評(píng)估小學(xué)布局合理性及存在的問題。研究結(jié)果可為沈陽(yáng)市城區(qū)小學(xué)合理規(guī)劃與建設(shè)工作提供科學(xué)依據(jù)，并在一定程度上為教育主管部門開展義務(wù)教育合理化布局、促進(jìn)教育機(jī)會(huì)均等提供參考。

2 研究區(qū)概況

沈陽(yáng)市地處中國(guó)東北地區(qū)南部、遼寧省中部，是遼寧省省會(huì)。本研究以沈陽(yáng)市和平區(qū)、沈河區(qū)、大東區(qū)、皇姑區(qū)、鐵西區(qū)等市內(nèi)五區(qū)為研究區(qū)域。其中因鐵西區(qū)西南部屬于經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，工業(yè)園區(qū)遍布，因此對(duì)鐵西區(qū)的研究選擇東部生活性服務(wù)區(qū)。研究區(qū)內(nèi)共包含67個(gè)街道，總面積325 km2，為沈陽(yáng)市人口密度最大的區(qū)域，人口總數(shù)約為380萬人。作為東北地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)、文化、交通樞紐中心，沈陽(yáng)市近年來吸引了大量外來人口涌入，評(píng)估現(xiàn)有設(shè)施布局的合理性具有十分重要的意義。

3 評(píng)估思路與模型

3.1 研究思路

本研究基于沈陽(yáng)市市內(nèi)五區(qū)的實(shí)際情況，借助GIS位置分配模型進(jìn)行小學(xué)布局合理性評(píng)估研究，基本思路如圖1所示。首先，通過參考設(shè)施布局研究的國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，確定本研究的評(píng)估方法及模型；其次，獲取研究所需的學(xué)校、學(xué)生及路網(wǎng)等數(shù)據(jù)，創(chuàng)建GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；再次，運(yùn)用GIS網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)精確構(gòu)建道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，作為評(píng)估研究準(zhǔn)備；最后，利用位置分配模型，依據(jù)設(shè)定的假設(shè)條件，參考城鎮(zhèn)義務(wù)教育設(shè)施配置相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置不同的模型基本參數(shù)來研究小學(xué)設(shè)施可達(dá)性及學(xué)校規(guī)模特征，得出現(xiàn)有小學(xué)布局合理性評(píng)估結(jié)果并繪制相應(yīng)的結(jié)果圖，最終為沈陽(yáng)市市內(nèi)五區(qū)小學(xué)布局提供調(diào)整建議。

圖1 研究思路框

3.2 評(píng)估模型

本研究采用位置分配工具的最小化阻抗模型對(duì)小學(xué)設(shè)施布局的合理性進(jìn)行評(píng)估。位置分配工具可基于路網(wǎng)距離下，模擬設(shè)施具體的服務(wù)單位和服務(wù)人群，實(shí)現(xiàn)設(shè)施與需求點(diǎn)間的最佳可達(dá)性、服務(wù)輻射范圍及通行成本等的分析，從而為設(shè)施選出最佳布局位置。其最小化阻抗模型[13,14]可按特定需求為給定的必選設(shè)施點(diǎn)進(jìn)行服務(wù)區(qū)內(nèi)需求點(diǎn)的合理分配，使所有需求點(diǎn)到達(dá)距其最近設(shè)施點(diǎn)的出行距離之和最小。模型如下：

(1)

式(1)中，Lab為節(jié)點(diǎn)總阻抗，Dab為節(jié)點(diǎn)對(duì)(a,b)路徑上所有路段的阻抗，Xi為路段上到第個(gè)節(jié)點(diǎn)所遇的阻抗(用時(shí)間或長(zhǎng)度表示，長(zhǎng)度即延遲時(shí)間×速度)，n為節(jié)點(diǎn)總數(shù)。

4 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)包括2017年沈陽(yáng)市區(qū)小學(xué)數(shù)據(jù)、小學(xué)生分布數(shù)據(jù)及道路網(wǎng)數(shù)據(jù)三類。其中：

(1)市內(nèi)五區(qū)155所小學(xué)POI點(diǎn)數(shù)據(jù)通過Geo Sharp1.0軟件在高德地圖上采集并整理獲得，小學(xué)規(guī)模數(shù)據(jù)從沈陽(yáng)市教育局網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)獲得，如圖2(a)。

(2)小學(xué)生分布數(shù)據(jù)以街道為單位進(jìn)行離散化。以各街道常住人口數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)住宅小區(qū)統(tǒng)計(jì)街道人口數(shù)，并依據(jù)遼寧省統(tǒng)計(jì)的占總?cè)丝?%的小學(xué)適齡人口比例估算各街道小學(xué)生數(shù)，核密度插值后獲得小學(xué)生離散化模擬數(shù)據(jù)。本研究共有168288名模擬小學(xué)生，為便于分析，用每點(diǎn)代表50人，如圖2(b)。

(3)道路網(wǎng)數(shù)據(jù)通過Open Street Map獲得，選取城市主干路、次干路、支路等能夠滿足學(xué)生日常上學(xué)需要的道路(不含高速公路及地鐵)，經(jīng)拓?fù)錂z查后在網(wǎng)絡(luò)分析工具中精確構(gòu)建道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，如圖2(c)。

5 小學(xué)空間布局及合理性評(píng)估

5.1 現(xiàn)有小學(xué)空間布局特征

研究區(qū)內(nèi)共有小學(xué)155所，其中和平區(qū)22所、沈河區(qū)35所、皇姑區(qū)31所、大東區(qū)30所、鐵西區(qū)37所，如圖2(a)所示。小學(xué)主要集中在學(xué)生較為密集的城區(qū)中西部區(qū)域，離散程度較小，且靠近城區(qū)中心的學(xué)校規(guī)模相對(duì)較大；而在研究區(qū)邊界附近，特別是皇姑區(qū)、大東區(qū)、沈河區(qū)的東北部以及和平區(qū)南部渾河站街道、長(zhǎng)白街道等區(qū)域，雖有學(xué)生分布，但存在一定程度的學(xué)校設(shè)施空白，可見沈陽(yáng)市市內(nèi)五區(qū)存在小學(xué)設(shè)施分布不均的情況。

(a)學(xué)校分布及規(guī)模數(shù)據(jù) (b)小學(xué)生分布模擬數(shù)據(jù) (c)道路網(wǎng)絡(luò)實(shí)際數(shù)據(jù)

5.2 小學(xué)布局合理性評(píng)估

為了方便就近上學(xué)，小學(xué)的布設(shè)應(yīng)位于學(xué)生較為便捷可達(dá)的位置。本研究假設(shè)學(xué)生選擇就近學(xué)校沿路網(wǎng)步行上學(xué)、不區(qū)分重點(diǎn)學(xué)校且無擇校問題，使用位置分配工具的最小化阻抗模型基于交通路網(wǎng)，從現(xiàn)有的小學(xué)點(diǎn)出發(fā)，設(shè)置不同阻抗中斷值從學(xué)?？蛇_(dá)性及規(guī)模角度評(píng)估沈陽(yáng)市市內(nèi)五區(qū)小學(xué)布局合理性。

5.2.1 基于可達(dá)性的合理性評(píng)估

使用最小化阻抗模型按不同網(wǎng)絡(luò)距離為研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)有學(xué)校分配就近上學(xué)學(xué)生，統(tǒng)計(jì)學(xué)生數(shù)量，即有多少學(xué)生可在合理上學(xué)距離內(nèi)找到學(xué)校，得到學(xué)?？蛇_(dá)性結(jié)果，如圖3(a)、(b)及表1所示，評(píng)估位于各處的學(xué)生接受到小學(xué)教育的便捷程度。根據(jù)《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50099-2011)》規(guī)定的服務(wù)半徑不超過1000 m(中學(xué))和不超過500 m(小學(xué))的要求，設(shè)定500 m為小學(xué)生上學(xué)法定距離，1000 m為可接受距離，分別對(duì)應(yīng)500 m以內(nèi)、500～1000 m和1000 m以上三類服務(wù)半徑。其中，研究區(qū)內(nèi)僅有33.8%的學(xué)生可以在500 m內(nèi)找到小學(xué)校，享受法定距離內(nèi)就近入學(xué)的小學(xué)設(shè)施配置，如圖3(a)所示。

圖3 合理性評(píng)估結(jié)果

在1000 m內(nèi)可以找到小學(xué)校的學(xué)生覆蓋了學(xué)生總體的78.67%，如圖3(b)所示，則研究區(qū)內(nèi)仍有1/5的學(xué)生難以獲得便利的小學(xué)教育資源，這些學(xué)生主要分布在和平區(qū)長(zhǎng)白街道、沈水灣街道，沈河區(qū)東陵街道、馬官橋街道、泉園街道、南塔街道，大東區(qū)文官街道南部，以及皇姑區(qū)陵?yáng)|街道、三臺(tái)子街道等區(qū)域，這些學(xué)生需花費(fèi)較遠(yuǎn)的路程才能到達(dá)學(xué)校，因此應(yīng)優(yōu)先考慮在以上區(qū)域新增小學(xué)設(shè)施。

5.2.2 基于學(xué)校規(guī)模的合理性評(píng)估

為進(jìn)一步分析沈陽(yáng)市區(qū)小學(xué)與周圍生源的關(guān)系，不考慮學(xué)生上學(xué)距離，使用最小化阻抗模型為研究區(qū)現(xiàn)有小學(xué)分配學(xué)生，保證每個(gè)小學(xué)生都能夠選擇最近學(xué)校入學(xué)，統(tǒng)計(jì)各小學(xué)基于現(xiàn)狀路網(wǎng)分配的“理想生源量”與學(xué)校的實(shí)際規(guī)模進(jìn)行比較，以衡量每所學(xué)校規(guī)模設(shè)置現(xiàn)狀是否合理。其中，將阻抗中斷設(shè)為5000 m，保證全部學(xué)生參與學(xué)校的分配。本研究的學(xué)校實(shí)際規(guī)模用現(xiàn)有在校生數(shù)來表示。

表1 小學(xué)可達(dá)性結(jié)果

根據(jù)位置分配結(jié)果，由于各區(qū)學(xué)生分布與交通狀況存在差異，部分學(xué)校分配到較多的學(xué)生點(diǎn)，而部分學(xué)校僅分配幾十個(gè)學(xué)生點(diǎn)。如圖3(c)及表2所示，目前僅有21.29%的學(xué)校布局及規(guī)模設(shè)置合理，生源潛力穩(wěn)定，可維持現(xiàn)狀以滿足周圍學(xué)生上學(xué)需求，其余大部分學(xué)校規(guī)模均需調(diào)整。其中，有4所學(xué)校生源潛力最大，有14所學(xué)校生源潛力較大，這些學(xué)校需優(yōu)先擴(kuò)大規(guī)模進(jìn)行擴(kuò)招，如皇姑區(qū)泰山路小學(xué)的“理想生源量”為3841人，實(shí)際在校生數(shù)僅有1259人，可見該?，F(xiàn)有規(guī)模不合理。此外，共有24所學(xué)校的“理想生源量”遠(yuǎn)小于在校生數(shù)，這些學(xué)?？赡芪刺幱谳^優(yōu)位置，或有偏遠(yuǎn)地區(qū)學(xué)生由于可能的教育資源稀缺及其他問題而選擇到離家遠(yuǎn)的學(xué)校上學(xué)，部分學(xué)生的上學(xué)交通成本增高，這些學(xué)校的生源潛力小，需優(yōu)先壓縮現(xiàn)有規(guī)模。

表2 小學(xué)規(guī)模評(píng)估

6 結(jié)論與展望

本文以沈陽(yáng)市市內(nèi)五區(qū)小學(xué)及學(xué)生數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用位置分配模型從小學(xué)空間可達(dá)性及各校規(guī)模設(shè)置角度對(duì)現(xiàn)有小學(xué)布局合理性進(jìn)行評(píng)估。主要結(jié)論如下：

(1)沈陽(yáng)市市內(nèi)五區(qū)小學(xué)設(shè)施存在分布不均的情況。小學(xué)主要集中在城區(qū)中西部區(qū)域，而在研究區(qū)邊界東北、南部等區(qū)域(如和平區(qū)南部渾河站街道、長(zhǎng)白街道)附近，小學(xué)設(shè)施相對(duì)匱乏。

(2)沈陽(yáng)市市內(nèi)五區(qū)現(xiàn)有小學(xué)不能滿足全部學(xué)生就近入學(xué)的需求，學(xué)校布局及服務(wù)能力有待優(yōu)化，應(yīng)重點(diǎn)在和平區(qū)長(zhǎng)白街道、沈水灣街道，沈河區(qū)東陵街道、馬官橋街道、泉園街道、南塔街道，大東區(qū)文官街道南部，以及皇姑區(qū)陵?yáng)|街道、三臺(tái)子街道等區(qū)域新增學(xué)校。

(3)大部分學(xué)?，F(xiàn)有規(guī)模有待調(diào)整。對(duì)生源潛力大的18所小學(xué)優(yōu)先擴(kuò)招，同時(shí)擴(kuò)充學(xué)校的軟硬件設(shè)施規(guī)模來提升學(xué)校服務(wù)能力，或可考慮在周圍學(xué)生密集區(qū)域新建學(xué)校，以滿足學(xué)生就近入學(xué)需求；對(duì)于生源潛力小的24所小學(xué)，建議優(yōu)先壓縮學(xué)校規(guī)模以減少教育資源的浪費(fèi)。

本研究總結(jié)出小學(xué)布局結(jié)構(gòu)存在的問題并提出了改進(jìn)建議，結(jié)果有助于為沈陽(yáng)市市內(nèi)五區(qū)小學(xué)資源合理配置提供科學(xué)依據(jù)，所用方法對(duì)研究同類非盈利性設(shè)施的布局問題具有一定的借鑒意義。但本文在評(píng)估過程中僅以路網(wǎng)通行距離為成本，未考慮地形、經(jīng)濟(jì)、政策等其他因素對(duì)小學(xué)布局的影響，在后續(xù)研究中將進(jìn)行多指標(biāo)評(píng)估分析以提高結(jié)果的準(zhǔn)確度。