京津冀城市群城市发展质量与空间关系演化研究

吕 鹏，张贵祥

（首都经济贸易大学 城市经济与公共管理学院，北京 100071）

2015年4月发布的《京津冀协同发展规划纲要》中指出，京津冀要建设以首都为核心的世界级城市群，远景目标是：到2030年京津冀城市群区域一体化格局基本形成，区域经济结构更加合理，生态环境质量总体良好，公共服务水平趋于均衡。此外，京津冀协同发展战略同时被写入我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要，并提出要加快推动京津冀协同发展。

针对京津冀城市群发展质量的相关研究成果相对丰富。李磊等从智慧化、公共服务、基础设施现代化和生态环境可持续发展4个方面对京津冀城市群城市发展质量进行了测度，研究发现北京和天津的城市发展质量指数高于河北11个地级市，衡水的城市发展质量指数最低［1］。赵正等采用综合指标评价法，以2015年为基年，从经济、社会、人口、环境及城镇化5个角度对京津冀城市群发展质量进行了综合测度，并以此为基础对城市群空间联系进行了分析［2］。梁龙武等选取2000—2015年数据，对京津冀13个城市的城市化与生态环境水平两大系统进行了评估，并运用耦合协同模型研判了两者协同发展水平，发现北京、天津、唐山等城市化发展水平较高，城市化与生态环境耦合协调水平仍有较大上升空间［3］。孙湛等采用BP神经网络等方法对京津冀城市群城市可持续发展水平进行了评价，发现京津两市处于高可持续发展水平，而南部的邯郸邢台等则处于低可持续发展水平，但北京面对较大可持续发展压力［4］。梁志霞等从城市功能角度对京津冀城市群城市发展质量进行测度，并进行了空间相关性分析，发现城市间发展质量差距并未随时间变化而降低，其空间相关关系变化波动较大［5］。何仁伟等对京津冀城市群发展质量进行测度，并基于测度结果对城市发展阶段进行了划分，结果发现北京已经处于后期完善阶段，天津处于优化提升阶段，而河北全省城市则均处于低水平发展阶段［6］。薛阳等从经济、社会与生态3个角度对京津冀城市群发展质量进行综合评价，发现3省市间发展不平衡、不协调特征显著［7］。马奔等则通过对京津冀城市群发展质量评价发现核心城市带动作用不足、城市间发展差距过大和公共服务均等化较弱等问题［8］。许永兵等从经济活力、结构优化、科技进步、基础设施、民生改善、生态友好对京津冀城市群发展质量进行评价后发现，京津发展水平高于河北发展水平，呈现明显“核心—外围”特征，且存在核心城市带动作用不足等问题［9］。杨坤矗等使用长面板数据从经济、社会、人口、土地4个角度对1984—2012年京津冀城市群发展质量进行了研究，发现整体增长幅度为：经济＞社会＞土地＞人口［10］。马德彬等以京津冀城市群作为研究对象，研究了城市韧性与经济发展地耦合协调关系，其中在城市韧性水平方面，京津冀城市群呈现出“以京津为核心，中部高南北低”的空间分布格局［11］。

京津冀城市群城市发展质量作为一个重要研究方向，已经形成了相对成熟的研究脉络，但是基于目前京津冀城市群城市间发展差距大的实际，从突出城市中心性水平的角度对城市发展质量进行界定并研判城市发展，对进一步促进城市群协同发展有现实意义。本文拟探讨以下3个具体问题：一是自2005年来，京津冀城市群城市发展差距存在何种趋势？二是在空间格局上，京津冀城市群协同发展至今是否仍然呈现“京津”双核心格局？三是京津冀城市群城市空间关系呈现何种相关关系，这种相关关系随时间变化如何演变？

1.1 研究区域概况

京津冀位于华北平原，3省市土地总面积约为21.6万km2，包含2个直辖市和11个地级市，2019年，京津冀城市群常住人口11307.40万人，占全国总人口的8.1%，GDP为8.46万亿元，占全国GDP总量的8.5%。具体来看，人口密度为523人/km2，是全国人口密度的3.6倍，地均GDP为3915.74万元/km2，是全国平均水平的3.8倍，2019年城镇化率66.71%，比全国城镇化率水平高6.11%，总体集聚水平较高。自2015年4月《京津冀协同发展规划纲要》实施以来，京津冀3地在交通一体化、产业协同方面已经取得了突破性进展，但是仍然存在城市群内部功能分工不明确、城市等级落差过大、市场分割严重以及核心城市辐射带动作用不足等区域结构性问题［12］。

1.2 研究方法

熵权法：指标权重合理与否关系到最终城市发展质量测度结果。常用的指标权重赋权方法可以划分为主观赋权法与客观赋权法。主观赋权法受个人主观因素影响，往往可能存在赋权偏差。客观赋权法可以有效克服主观性因素导致权重偏差弊端。因此，本文采用客观赋权法中的熵权法作为赋权基本方法。熵权法权重大小主要受指标原始数据差异大小影响，一个指标的变异程度越大，熵越小，即这一指标包含的信息就越丰富，则对应的权重就越大；
反之，则权重越小。传统熵权法无法对时空面板数据进行有效赋权，因此，本文参考杨丽等的研究［13］，对熵权法进行修正，具体处理步骤如下：

第一步，数据标准化：

第二步，归一化：

第三步，计算熵值与确定权重：

信息效用值为：

对应权重为：

第四步，城市发展质量得分：

式（1）—（7）中：假定评价r个年份、n个对象和m个指标，xθij代表第θ年省份i的j指标。

空间自相关：根据“地理学第一定律”，所有事物都与其他事物相关联且距离较近的事物关联性较强，即同一空间范围内的事物存在空间上的联系。空间自相关可以理解为在空间距离上较近的区域具有相似的变量取值。如果高值与高值集聚、低值与低值集聚则称为空间正相关，如果高值与低值集聚则称为空间负相关。其中，全局和局部莫兰指数是常用来反映空间相关关系的统计量。

全局莫兰指数I的计算公式为：

式中：S2为样本方差；
x为样本均值；
xi为观测区域I；
wij为空间权重矩阵。全局莫兰指数的取值一般在-1—1之间，小于0则表示空间负相关，反之则表示正相关，越接近0则表示空间不相关，分布较为随机。

局部莫兰指数的计算公式为：

进一步推导得：

式中：zi、zj代表观测值标准化标准差。

观测值标准化标准差的计算公式为：

进行检验，则有：

因此可得局部莫兰指数是一个描述局部空间联系的指标，即LISA［14］。

1.3 数据来源

数据主要来源于《中国城市统计年鉴》《中国城市建设统计年鉴》，以及各地市相关年份的统计年鉴或经济年鉴，对极个别缺失数值采用插值法进行补充。

2.1 内涵界定

城市发展质量是城市化的重要组成部分，是其核心内容。叶裕民认为城市发展质量是城市素质的综合反映，主要包括经济现代化、基础设施现代化及人的现代化3个方面［15］；
方创琳等在测度中国城市化发展质量时将城市化划分为经济城市化、社会城市化及空间城市化3个方面［16］；
李磊等认为城市发展质量主要包括智慧化、公共服务、基础设施现代化及生态环境可持续发展4个方面［1］。肖祎平等将城市化质量分为城市自身发展质量、城市化推进效率、城乡一体化程度及城市可持续发展能力4大部分，其中城市自身发展质量主要通过经济发展、社会发展、居民生活、基础设施及生态环境5个领域层指标反映［17］。应当指出的是，城市发展质量不等于城市化质量，两者最关键的区别在于是否将空间一体化即城乡融合这一要素考虑在内。城市与农村的本质特征在于“非农化”，城市的发展使得在有限土地上集聚了大量人口、产业。从广义层面讲，生态文明是相对于农耕文明，工业文明和人类社会发展历程的又一文明形态［18］。因此，仅仅关注工业文明背景下的城市化定义，将产业发展及其相关要素作为分析城市发展质量的指标有失偏颇，应将生态环境纳入到城市发展质量的分析之中。

本文认为在工业文明与生态文明交融的大背景下，城市作为生产、生活与生态的基底，是产业发展、人口集聚与生态环境的空间载体。因此，城市发展质量可以从经济发展、人口集聚、基础设施建设及生态环境质量4个维度基本体现。

2.2 指标体系构建

结合本文对城市发展质量内涵的界定，遵循指标选取的代表性、科学性、可比性与数据的可得性原则，借鉴李磊等的研究成果，构建了以城市发展质量为目标层，以经济发展、人口集聚、基础设施及生态环境为分类指标层［1］，包括GDP总量、人均GDP经济密度等在内的25个具体指标的指标体系，具体如表1所示。

表1 城市发展质量指标体系及权重Table 1 Index system and weight of urban develo pment quality

（续表1）

2.3 城市发展质量测度结果分析

城市发展质量时空特征。利用改进熵权法对城市发展质量具体指标赋权后，通过线性加权获得2005年、2010年、2015年、2019年这4个年份京津冀城市群13个城市发展质量的测度结果（表2）。从表2可见，京津冀城市群城市发展质量时空演变呈现空间上存在差异、时间上均有提升，以及由“京—津双核心”格局逐渐向“京—津—石弱三核心”格局演变等特征。

表2 京津冀城市发展质量测度结果Table 2 Measurement results of Beijing-Tianjin-Hebei urban development quality

具体表现为：第一，测度结果表明城市间发展质量存在空间差异（图1）。北京与天津城市发展质量显著优于其他城市。北京与石家庄间发展差距由2005年的0.3480扩大至2019年的1.5320，北京与张家口间发展差距由2005年的0.4042扩大至2019年的1.6580；
天津与石家庄、张家口的发展差距相同特征，分别从2005年的0.1114和0.1675扩大至2019年的0.3059和0.4318。此外，在河北省内部，2005年11市发展质量均值为0.2477，仅有石家庄、唐山、保定、秦皇岛与廊坊高于平均水平；
到2019年，均值为0.3348，仅有石家庄、唐山、廊坊与衡水高于均值，保定和秦皇岛城市发展质量均略低于平均水平。

图1 2005—2019年京津冀城市群城市发展质量空间格局Figure 1 Spatial pattern of urban development quality of Beijing-Tianjin-Hebei Urban Agglomeration，2005-2019

第二，从时间演变角度分析，各城市发展质量呈随时间上升趋势（图2）。具体而言，各个城市发展质量从2005到2019年均为正增长。就单个城市而言，北京城市发展质量从2005到2019年提升了1.3118，天津城市发展质量提升了0.3223，石家庄城市发展质量提升了0.1278，而承德则以0.0371的增长居13个城市末位。就年均增长率而言，北京、天津、衡水、廊坊和石家庄分别以8.4%、4.4%、3.8%、2.8%和2.7%的增长水平居第一到第五位。2005—2019年间，13个城市发展质量平均年增长率水平为2.8%，除京津及衡水、廊坊4市外，其余城市年均增长率水平均低于平均水平，承德年均增长率仅为1.08%，显著落后于其他城市。

图2 2005—2019年京津冀城市发展质量变化与年均增长率Figure 2 Changes of Beijing-Tianjin-Hebei urban development quality and average annual growth rate，2005—2019

最后，京津冀城市群城市发展质量总体空间格局由“京—津双核心”逐渐演变为“京—津—石弱三核心”格局。北京在京津冀地区的核心地位不断凸显，2005年，北京城市发展质量是天津城市发展质量的1.61倍，到2019年增大至2.72倍，北京城市首位度水平不断提升；
天津城市发展质量与石家庄城市发展质量之比由2005年1.40增大至1.75，次核心地位稳固；
石家庄与廊坊城市发展质量之比分别为1.01和1.00，作为京津冀内部第三大城市，其核心地位较弱，但就京津冀城市群南部城市组合来看，石家庄核心地位又较为明显。

城市发展质量子系统分析。在对各城市综合发展质量分析基础上对城市发展质量子系统指标测度结果进一步分析，以明确各城市发展质量内部情况，从而能够更系统地把握各城市发展整体水平与短板，如表3、图3所示。

图3 京津冀各城市综合发展质量内部子系统发展变动情况Figure 3 Development and changes of internal subsystems of comprehensive development quality in cities of Beijing，Tianjin and Hebei

表3 京津冀各城市综合发展质量内部子系统得分情况Table 3 Scores of internal subsystems of comprehensive development quality in cities of Beijing，Tianjin and Hebei

经济发展水平方面，在2005—2019年的时间段内，北京经济发展水平得分变动最大，2005年得分为0.4798，到2019年得分升至1.5995，2019年得分是2005年得分的3.46倍，年均增长率达9.28%；
天津经济发展得分经历了先升后降的过程但降幅较小，从2015得分0.5278降为2019年的0.5001，得分下降了0.0277，稳居第二位，经济发展得分年均增长率约为4.32%；
石家庄、唐山与廊坊等市得分相近，但是从增加情况看，石家庄、唐山与廊坊经济发展得分年均增长率为2.49%、2.08%和1.30%，石家庄经济发展潜力更大，发展趋势较好；
张家口、承德两市及京津冀南部的邢台、衡水与邯郸共5市经济发展情况靠后，除张家口外，年均增长率水平维持在0.5%左右，增长水平较低。

人口集聚能力方面，京津两市人口集聚得分显著高于其他城市，表明京津两市人口集聚能力优于其他城市人口集聚能力；
此外，与京津两大城市相邻的廊坊人口集聚得分在2015年开始呈现“波峰”，人口集聚能力显著提升，人口集聚能力得分年均增长率达6.93%；
石家庄人口集聚得分从2005年的0.0424增至2019年的0.0580，人口集聚能力在京津冀南部具有优势。

基础设施建设情况方面，京津两市的基础设施建设水平优于其他11市的基础设施建设水平。具体来看，2019年京津两市基础设施建设得分分别为0.0945和0.0867，而其他城市基础设施建设得分均在0.005—0.035之间，其中在11市中得分最高的石家庄市得分为0.0339，得分最低的张家口市仅为0.0077。值得一提的是，河北省11市基础设施建设得分在2005—2019年间大多数呈现出了“先增（2005—2010）后降（2010—2015）又增（2015—2019）”的变化趋势，这与11市在城市化水平不断提升过程中，建成区面积不断扩大，城区常住人口数量不断增加，但基础设施建设无法实现同步增长密切相关。

在生态环境方面测度指标选择上着重考虑的是以建成区绿化覆盖率、污水集中处理率、万元GDP电耗及工业二氧化硫排放量等4个分别反映建成区绿化率、污染物处理能力、能源消费水平及空气质量的指标，目的是既突出城市发展生态环境质量发展潜力又要与城市中心性水平具有紧密联系。从测度结果分析，2005—2019年京津冀城市群内多数城市生态环境质量整体呈上升趋势，尤其北京、衡水、保定与廊坊4地生态环境质量改善明显，除秦皇岛和承德两市外，其余11市生态环境质量的年均增长率均高于6%；
2005—2019年，各城市生态环境质量得分平均增值率水平为10.40%，显著高于经济发展（2.10%）、人口集聚（4.10%）与基础设施（1.75%）等子系统年均增长率，表明京津冀在生态协同发展与环境协同治理发展上取得了巨大进步。

通过对京津冀城市群各城市经济发展水平、人口集聚能力、基础设施建设水平及生态环境质量4个子系统得分情况分析，发现经济发展水平、人口集聚能力与基础设施建设水平三者之间基本呈现相对同步的变化趋势，经济发展水平较高的城市在人口集聚能力与基础设施建设上也存在优势，如北京、天津、石家庄与廊坊等城市；
同理，张承地区及除石家庄外的京津冀南部城市如衡水、邢台与邯郸等市经济发展水平相对落后，人口集聚能力与基础设施建设方面也存在相对落后问题。生态环境方面因选择的指标突出了城市发展的中心性水平，结果发现，京津冀城市群在生态环境协同治理方面取得了长足进步，较好兼顾了经济发展和环境保护。此外，通过对各子系统年均增长率比较发现，基础设施建设方面年均增长水平较低且显著低于经济发展、人口集聚与生态环境增长水平，这提示在京津冀城市群此后发展过程中，应当更加注重基础设施建设，保证基础设施建设水平跟得上经济发展与人口集聚步伐，使基础设施更好地服务于经济发展能力和人口集聚能力的提升。

3.1 空间全局自相关分析

将2005、2010、2015与2019年这4个年份的城市综合发展质量数据导入Geoda软件中，选取城市间反距离作为空间权重矩阵，分别测度4个时间截面京津冀城市群城市综合发展质量的全局自相关莫兰指数I（表4）。

表4 京津冀城市群城市发展质量全局自相关测度结果Table 4 Global autocorrelation measurement results of urban development quality of Beijing-Tianjin-Hebei Urban Aggl omeration

空间全局自相关测度结果显示，京津冀城市群各城市间城市发展质量整体上呈现空间负相关关系，即城市发展质量高的城市周围有较多城市发展质量较低的城市集聚。除2015年P值为0.1180，没有通过置信水平为0.1的显著性检验外，2005、2010与2019年的全局自相关指数均通过了置信水平为0.1的显著性检验，其中2019年显著性水平有所提升；
2005、2010与2019年的莫兰指数I值均小于-0.20，这表明各城市间城市发展质量的空间负相关关系确实存在。结合实际情况分析，京津等中心城市仍处于集聚发展阶段，对周围城市发展的集聚效应高于扩散效应，发展增量上明显高于周围城市的发展增量；
此外，京津冀交通一体化进程取得突破性进展对城市间相互作用起到重要促进作用，使得到2019年空间全局自相关显著性水平进一步提升，空间相互作用关系进一步增强。

3.2 空间局部自相关分析

空间局部自相关反映了城市群内部相邻城市间集聚的局部相关关系，大致可分为“低低”“低高”“高低”“高高”“不显著”5类情况，空间局部自相关关系可以通过莫兰散点图与局部自相关聚类地图反映出空间关系。京津冀城市群城市综合发展质量局部自相关关系测度结果如表5所示。

表5 京津冀城市群城市发展质量局部自相关测度结果Table 5 Local autocorrelation measurement results of urban development quality of Beijing-Tianjin-Hebei Urban Aggl omeration

从表5可见：①除2015年的空间聚类关系呈现多样化特征之外，2005、2010与2019年的空间局部自相关关系以“低—高”聚类为主，主要呈现出张家口、承德与廊坊三个城市的“低—高”聚类关系，这3个城市环绕的中心城市即北京与天津市。这与上文空间全局自相关呈现的空间负相关关系测度结果吻合，即京津两市的城市发展质量优于周边城市的城市发展质量，京津两市仍然处在集聚发展阶段，空间扩散作用尚不足以带动周边城市快速发展以缩小与京津2市的城市发展差距。②2015年，京津冀城市群城市发展质量空间局部相关关系除呈现“低—高”聚类关系外，还呈现出以天津市为中心的“高—高”聚类和以石家庄市为中心“低—低”聚类关系。这一测度结果表明，除了北京市未能带动周边城市发展以缩小城市发展差距的分析之外，以天津为中心的北京、廊坊、秦皇岛、唐山与沧州等市已经形成了一个局部的高值聚集区；
而石家庄为中心的邯郸、邢台、衡水等城市则形成了一个低值聚集区，这是一个值得注意的测度结果，它表明京津冀中东部城市发展质量优于京津冀南部城市发展质量，以京津为中心城市的北京都市圈与天津都市圈发展情况好于京津冀南部以石家庄为中心城市的石家庄都市圈发展情况。

总的来看，京津冀城市群各城市间呈现显著空间负相关关系，且负相关作用逐渐增强；
局部自相关关系表现稳定，多呈现围绕京津两地的“低—高”聚类，表明京津两地还处于极化发展阶段，扩散效应仍相对较弱。

4.1 结论

本文通过构建复合指标体系，利用熵权法、空间自相关分析，结合GIS对2005、2010、2015与2019年京津冀城市群城市发展质量与空间关系演化分别进行了测度和分析。主要结论如下：①城市发展综合质量方面，京津冀城市群城市发展质量时空演变呈现空间上存在差异、时间上均有提升，以及“京—津双核心”格局逐渐向“京—津—石弱三核心”格局演变的特征。②城市综合发展质量子系统得分方面，经济发展水平、人口集聚能力与基础设施建设水平三者之间基本呈现相对同步的变化趋势，经济发展水平较高的城市在人口集聚能力与基础设施建设上也存在优势，但基础设施建设增长速度落后于经济发展、人口集聚，基础设施建设与经济发展、人口集聚之间协调水平较低；
生态环境得分结果表明，京津冀城市群在生态环境协同治理方面取得了长足进步，生态环境得以改善，较好兼顾了经济发展和环境保护。③空间全局自相关测度结果显示，京津冀城市群各城市间城市发展质量整体上呈现空间负相关关系，即城市发展质量较高的城市周围多城市发展质量较低的城市集聚，中心城市极化作用较强；
除2015年外，其余年份空间局部自相关关系具有一致性，均呈现围绕京津两市的“低—高”聚类关系，京津两市空间扩散作用尚不足以带动周边城市快速发展并缩小与中心城市发展差距，但2015年局部自相关关系结果表明，京津两市已有扩散效应强于集聚效应的倾向，南部低值聚集区的出现则说明南部发展水平与京津冀中北部地区有明显差距。

综上，京津冀城市群城市发展质量普遍提升，但是，中心城市与周边城市发展差距明显，对周边城市辐射带动作用弱于极化作用，城市发展过程仍存在经济发展、人口集聚、基础设施建设与生态环境改善等增长水平不协调的问题。

4.2 政策建议

基于上述研究结果，遵循针对性、系统性、现实可操作性以及前瞻性原则，按照“解决问题—完善机制—预见指导”的基本思路，本文提出如下政策建议以促进京津冀城市群更好协同发展，早日建成世界级城市群。

首先，促进城市发展质量各子系统协调发展，不断提升城市能级水平，形成合理有序的城市群空间格局。未来各城市应当重视基础设施建设，使基础设施建设水平能更好支撑城市经济发展能力与人口集聚能力提升，从而实现城市能级水平提升的最终目的。此外，京津石三大中心城市仍处于经济集聚阶段，扩散效应尚不突出，未来对资本、技术、信息和人才等要素的吸纳作用仍会不断增强，因此，环绕三大中心城市的周边城市应从城市功能分工和产业链、价值链与创新链布局角度出发，寻找各城市自身合理定位，优化城市产业结构、空间布局、基础设施建设与公共服务，从而不断提升城市发展水平［19］。

其次，京津冀以致力于建设以北京为核心的世界级城市群为目标，应当结合自身发展实际，构建符合城市群利益协调与合作的协同发展机制。具体来讲应当形成“决策—协调—执行—支持”的区域治理体系，构建以基础设施、生态环境、产业协作与公共服务等为主要协同内容的协作发展框架，打破“一亩三分地”思维，既要突破京津冀内部13个城市的行政区域界限，加强城市联系合作，又要打破整个京津冀城市群的空间界限，接受辽宁、山西与山东等环渤海省份的监督。

再次，京津冀空间格局未来发展应坚持生态文明导向。生态文明是工业文明发展到一定阶段的产物，更加强调“生产、生活、生态”空间平衡协调与人民福祉最大化［20］。这就要求，京津冀城市群在未来发展过程中，应当处理好“三生空间”规划问题，打破工业文明时代生产空间主导城市发展的桎梏，遵循生态空间规划优先，生活空间主导的基本方针；
要处理好城市群内部生态系统服务、产业发展、人口集聚以及城市体系等诸多方面相互作用关系，从城市群整体角度出发，提升城市群生态系统服务水平，结合非首都功能疏解，促进产业结构升级优化与转移承接，合理控制人口密度，完善城市等级规模体系，积极推动群内三大都市圈（北京、天津与石家庄）建设［21］，促进城市间相互作用水平提升，从而全面提升城市群发展效益；
重视群际互动，要加强与整个环渤海经济区、长三角和粤港澳大湾区等多个城市群互动合作关系，增强在产业分工、生态环境治理与联防联控、技术创新扩散方面的联系，从更大空间尺度上促进城市群空间格局优化。

最后，京津冀城市群发展应与数字经济、智慧城市建设相结合。随着数字经济发展，城市间要素流动与资源配置方式正在发生深刻改变，知识和技术的数字化为数字经济突破空间界限、推动城市间发展机遇协同提升提供了可能［22］。京津冀城市群内部应当加快制定同数字经济协同发展相关的战略，科学确定城市群内各个城市在数字经济背景下功能定位与分工，提升城市群内数字经济分工与合作水平，改善城市间空间作用关系，增强中心城市溢出效应；
智慧城市与数字孪生城市等新兴城市发展概念的兴起，为京津冀城市群探索城市治理、城市规划与城市协同发展提供了新的可能与模式，应当结合数字经济发展，积极推动各城市智慧城市与数字孪生城市建设，突破城市实体空间限制，在城市虚拟空间领域率先探索统一规划、统一发展与统一治理的新路径。