基于TOPSIS模型的京津冀城市基础设施承载力研究.pdf

城市3城市基础设施门崔寅基于TOPSIS模型的京津冀城市基础设施承载力研究【摘要城市基础设施承载力是城市综合承载力的主要组成部分之一，也是城市基本公共服务水平的具体表现之一。缩小城市基础设施承载力差异，有助于实现京津冀地区基本公共服务均等化。笔者以京津冀地区1 3 个城市为例，在基于基尼系数确定指标权重的基础上，运用TOPSIS模型对京津冀地区城市基础设施承载力水平进行研究。结果表明，北京和天津的城市基础设施承载力水平明显高于河北各市的基础设施承载力水平。基础设施投入与管理水平和产业发展水平是影响河北城市基础设施承载力的主要因素。提高河北的城市基础设施承载力，是今后促进京津冀公共服务协同发展水平提升的重要任务之一关键词城市基础设施承载力；TOPSIS模型；基尼系数法；京津冀【中图分类号F294【文献标识码】A一、引言城市基础设施是城市经济社会发展所必备的基础性物质条件之一。而承载力衡量的是特定条件下，某一系统可以承受的最大负荷能力因此，所谓的城市基础设施承载力就是指在一定的时空范围内，城市基础设施对人口及经济文章编号】1 0 0 5-2 7 8 X(2023)03-0003-13收稿日期2 0 2 3 年1 月基金项目】天津社会科学院重点项目京津冀城市基础设施承载力及其影响因素研究(2 1 YZD-03)。作者简介】崔寅（1 9 8 6 年一），男，管理学博士，天津社会科学院区域经济与城市发展研究所助理研究员，研究方向：城市经济与基础设施运营管理。4城市城市基础设施社会活动的承受能力，是城市综合承载力的主要组成部分。京津冀地区作为我国经济新的增长极，近年来城镇化进程不断加快，城市规模与人口数量也随之快速增加。在促进该地区经济发展的同时，城镇化在考验着各城市的公共服务能力以及城市各系统对大规模人口与产业集聚的承受能力。城市基础设施作为城市重要的公共服务载体之一，其承载力水平对维持大规模城市系统正常运转、提升城市公共服务能力以及推动新型城镇化建设，都具有重要影响。当前，京津冀协同发展虽然取得了显著成效，但是也面临诸多深层次问题。不同城市的基础设施供给水平仍然存在较为明显的差异，导致城市基础设施承载力发展水平相差较大，不利于生产要素在该地区合理分布与流动，抑制了协同发展战略的进一步推进。缩小城市基础设施承载力水平差距，对于加快京津冀新型城镇化建设、实现区域协同发展都具有重大意义。笔者以京津冀地区1 3 个城市为例，运用TOPSIS模型对京津冀地区城市基础设施承载力水平进行研究，分析城市基础设施及其不同子系统承载力的变化趋势与原因，以期为提高京津冀地区整体的城市基础设施承载力水平提供参考。二、文献回顾随着城镇化快速推进所带来的城市问题日益凸显，学者们对于城市各系统承载大规模人口与经济社会活动的能力的关注程度也在不断提高。城市承载力逐渐成为学术界的热门话题很多学者对于城市不同系统的承载力，包括资源环境、土地、产业等方面的承载力水平进行了评价与分析。还有学者聚焦于城市基础设施承载力水平的研究。其中，部分学者集中分析了单一种类的基础设施承载力水平。有些学者以京津冀为例，对其能源基础设施承载力进行了评价，认为京、津、冀三地能源承载力存在明显差异，应通过优化产业结构与能源结构、发展新能源技术等方式提高能源承载力水平。另有学者认为，技术进步是影响能源承载力水平的主要因素。此外，交通承载力也是学者们关注的焦点之一。部分学者分析了不同规模城市土地利用与交通承载力之间的关系，认为城市规模越大，交通承载力越低。还有学者以京津冀城市群为例，对综合交通承载力进行研究，提出应当加快城际铁路建设、打造国际性航空枢纽等措施。更多的学者关注于水资源承载力的研究，普遍认为我国南方城市水资源承载力较强，而北方城市水资源承载力波动较大，总体上呈现南强北弱的发展格局与此同时，很多学者开始专注于城市基础设施承载力的综合评价与分析，对其评价指标体系与方法进行了不断探索。有些学者运用灰色综合评价法，对京津冀城市基础设施承载力水平进行了评价，认为河北的基础设施承载力城市5城市基础设施略高于京、津两市。有学者分别从评价不同类型基础设施承载力平衡性、基础设施运载负荷与承压力评价、评价基础设施供需平衡性和城市间异质性等角度出发，对城市基础设施承载力的评价模型进行研究。还有学者从压力与状态两个层面构建城市基础设施承载力评价指标体系，认为国家中心城市基础设施承载力增长有所放缓。另有学者综合运用多种方法，分析了城市基础设施经济承载力，认为我国主要城市基础设施经济承载力正在不断下降综上所述，学者们对于城市基础设施承载力进行了比较全面的研究，其评价指标体系与方法逐渐丰富。然而，现有研究仍存在可进一步完善之处。一是现有文献较少以城市间基础设施建设水平差异较大的区域为研究对象，对其内部各城市基础设施建设及差异程度进行研究。二是现有文献所运用的研究方法，较少考虑不同城市间基础设施建设水平差异对于评价结果的影响。基于此，笔者聚焦京津冀地区，在评价城市基础设施承载力水平的过程中，采用基于基尼系数的方法分别对各年份的指标权重进行计算，加大各年份建设水平差异较大的指标对评价结果的影响，进而更加客观有效地反映不同城市的基础设施承载力水平差异，然后运用TOPSIS模型对京津冀地区1 3 个城市的城市基础设施承载力水平进行排序并分析原因，为缩小京津冀城市基础设施承载力差异提供合理对策。三、评价指标体系与方法(一)评价指标体系按照功能与服务性质，城市基础设施大致可以被分为交通运输、邮电通讯、能源水务和环境保护四类。根据城市基础设施承载力的定义，结合已有的研究成果，笔者构建城市基础设施承载力评价指标体系（见表1）。表1 中，交通运输基础设施承载力评价指标，主要考察城市交通基础设施满足城市人口出行需求的程度以及运输能力。笔者选取人均拥有城市道路面积、每万人拥有公共汽车、公共交通年客运总量三个指标，反映城市交通基础设施的人均拥有量与运输能力，以评价交通运输基础设施对城市规模的承受程度。邮电通讯基础设施承载力评价指标，主要反映城市邮电通讯基础设施存量的覆盖水平与服务能力。笔者选取电话普及率、人均邮电业务量、人均互联网宽带接入端口三个指标，评价城市邮电通讯基础设施满足城市日常运行的程度。能源水务基础设施承载力评价指标，主要衡量城市能源水务基础设施的人均拥有量，包括人均供水量、人均供气量、人均集中供热面积、人均用电量四个指标。环境保护基础设施承载力评价指标，主要用于评价城市环境保护基础设施处置污染物与提供环境保护服务的能力。笔者选取污水集中处理率、生活垃圾无害化处理率、6城市城市基础设施表1 城城市基础设施承载力评价指标表一级指标二级指标指标单位人均拥有城市道路面积（Y)平方米/人交通运输基础设施每万人拥有公共汽车（Yi2)辆承载力(Y.)公共交通年客运总量(Y13)万人次电话普及率（Y2)部百人邮电通讯基础设施人均邮电业务量（Yz)元/人承载力(Y2)人均互联网宽带接人端口I(Y2)个人人均供水量量(Y3)吨/人人均供气量(Y32)立方米/人能源水务基础设施承载力（Y)人均集中供热面积(Y3)平方米万人人均用电量(Y)千瓦时人污水集中处理率（Y4)%环境保护基础设施生活垃圾无害化处理率（Y42）%承载力(Y4)建成区排水管道密度(Y43)公里/平方公里建成区绿化覆盖率（Y4)%建成区排水管道密度三个指标衡量城市环境保护基础设施的污染物处置能力，选取建成区绿化覆盖率评价其为居民提供公共环境保护服务的水平，也反映出城市环境保护基础设施对现有城市规模的承受能力。(二)评价方法1.基本模型。TOPSIS法又称优劣解距离法，根据评价方案与理想解的欧氏距离，对评价方案的优劣水平进行排序。其基本原理是通过分析样本对象的优劣状态，建立样本对象最优（最劣）方案即正（负）理想点，并确定样本对象与正（负）理想点的距离，进而求得样本对象与理想点的贴近程度。主要步骤如下：一是建立初始计算矩阵X=（x g）mXno二是对初始计算矩阵进行标准化处理，建立矩阵B=（b,)mXno三是构建加权矩阵。运用代数法建立组合权重向量W=（w l，Wo，w a n）T，通过Z=B*W构造加权规范化决策矩阵Z=（z n）mx，其中 zi=Weajxbjo四是计算样本对象与正（负）理想点的距城市7城市基础设施离D（D:）和贴进度Ci。C;E 0，1，该值越接近1，样本对象就越靠近正理想点，计算结果就越优；反之，则越差。计算公式如公式（1)一公式（3）所示。nD=公式（1)j=1nD;=2(2zi-2)2.公式（2)j=1D公式（3)D;+D:公式（1）和公式（2）中，z为样本对象正理想点；3 为样本对象负理想点2.权重确定方法。基于京津冀地区不同城市之间基础设施建设水平与服务能力差别较为明显的现实情况，笔者运用基尼系数法来计算指标的权重，即根据每一年份不同指标的基尼系数，来确定不同指标在每一年份中的权重。基尼系数是用于研究收入分配公平问题的重要计算方法，现已经广泛运用于区域发展均衡性与差异性等领域的研究。基尼系数越高的指标，其发展水平在不同城市之间的差异越明显，对于衡量不同城市之间基础设施承载力水平差异性的影响也就越大。因此，根据不同指标的基尼系数确定权重，对基尼系数越大的指标赋予越高的权重，有助于更加科学客观地反映出京津冀地区不同城市之间的基础设施承载力水平差异。具体计算公式如公式（4）所示。NN1lxa-xel公式(4)2N2xa=16=1公式（4）中，G表示各指标的基尼系数值，N表示研究样本中的城市数量，和x分别为第个城市和第b个城市的指标值，x表示所有样本城市的指标平均值。基尼系数的取值范围在01，G=0 表示所有城市该指标发展水平完全均衡，没有任何差异；G=1表示所有城市该指标发展水平完全失衡，存在较大差异；基尼系数值越大，则代表该指标在不同城市之间的水平差别越大，其发展水平失衡程度越高，对于不同城市基础设施承载力水平差异的影响越明显。四、评价结果及其分析(一）评价结果由于各评价指标在不同年份的差异程度有所区别，因此基于基尼系数法确定的指标权重在不同年份并不相同。在评价京津冀地区各城市基础设施承载力水平之前，首先运用基尼系数法对各指标在不同年份的权重进行计算（见表2）。根据计算结果，公共交通年客运总量的权重在各年份都是最高的，因此该指标是影响城市基础设施承载力水平的主要因素。人均供水量、人均供气量和人均集中供热面积等能源基础设施承载力指标的权重也比较高，对于城市基础设施承载力水平的影响也比较大。由此可见，能源和交通等基础设施的供给水平在京津冀地区不同城市之间存在着明显差别，影响8城市城市基础设施门表2各年份各评价指标权重表指标人均拥有每万人公共交人均人均互联人均人均集中人均污水生活垃建成区排建成区电话普人均城市道路拥有公通年客邮电网宽带接供气量供热面积用电量集中圾无害水管道密度绿化及率（部供水量面积（平共汽车运总量业务量入端口（立方（平方米/(千瓦处理化处理（公里/平覆盖率年份百人）(吨人）方米/人）(辆）（万人次）（元人）(个/人)米人）万人）时/人）率（%）率(%)方公里）(%)20060.02610.03640.15400.05160.0992 0.09000.09380.12260.11900.09080.01940.03220.04700.017820070.03080.03640.15320.0496 0.10970.08500.08880.1243 0.12020.09860.018600.01920.04680.018920080.03290.04000.15570.04770.12110.08310.08830.13160.10990.09710.01140.01390.04750.019720090.03520.05410.15260.04770.11880.07700.09020.1330 0.10430.09720.00630.02270.04580.015220100.03420.05300.16360.0518 0.13