圈层经济视阈下区域空间布局优化实证研究

(1.河北工业大学经济管理学院，天津 300400；2.南开大学滨海学院，天津 300270)

摘要：优化空间布局对推动区域健康发展、加快京津冀协同发展进程具有重要的战略意义，而圈层经济理论为优化空间布局提供了新的研究视角。鉴于此，运用ESDA方法和区域复杂网络模型，以河北省为实证对象，分析了区域间布局结构及其联系强度，对网络结构特征度量值进行了聚类分析。研究发现，区域发展过程中存在一定程度的“马太效应”，区域网络呈现出无标度的“择优增长”特征，空间布局亟待优化；石家庄和唐山在区域复杂网络中具有良好的资源控制能力和重要地位，河北省可以优化为三大经济圈层，即环京津经济圈、冀中南经济圈和冀西北经济圈。

关键词：圈层经济；ESDA；复杂网络模型；区域空间布局；空间布局优化

0 引言

区域空间布局是指基于资源环境布局、经济协调发展布局和生态安全布局在空间上形成分工合理、辐射带动作用明显的空间结构[1]。优化区域空间布局有利于合理配置资源，促进产业融合化发展，对打造京津冀世界级城市群，发展新经济具有重要实践意义[2-3]。“十三五”开局之年，是抢抓京津冀协同发展战略机遇的关键之年，但三地同时面临资源短缺、交通拥堵、环境污染等问题[4]。为全面贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，坚定不移地推进协同发展，在形成区域发展特色的基础上开创新局面，就必须在区域空间上优化布局，精准确定功能分区，在协调推进中增强各区域发展优势,形成纵向、横向经济轴带，培育中心城市，发展共享经济，实现区域持续健康发展，并推进京津冀一体化进程[5]。

目前，国内外学者对空间布局的探索不仅再局限于简单的静态描述和定量分析，而是更加注重动态研究和理论模型的运用。其研究主要集中于空间布局特点[6]、影响因素[7-8]、演变规律[9]和优化机制[10]等。孙铁山[11]和钟业喜[12]对中国整体空间格局及区域内产业变迁进行了研究，总结了我国区域空间产业演变规律；吴健生[13]和赵文亮等[14]基于引力模型、二阶段聚类法、熵权TOPSIS和ESDA等方法对中国城市的空间布局进行了研究，并预测了空间布局未来演变趋势。在此基础上，有学者从不同视角对空间布局作了进一步探讨，如刘建朝[15]和张陆[16]运用实证模型，基于城市流的视角对京津冀13个城市进行了研究。但这些成果仅以一个行业或某一地区作为研究对象，单一性或针对性较强，对区域内不同产业的空间综合布局涉及较少，缺乏普遍适用性。每个区域的空间布局结构均具有特殊性，且存在不断变化的特点。因此，本文基于空间圈层的新视角，对区域空间布局进行研究，运用圈层经济理论破解区域空间结构，以圈层为载体对区域布局进行优化，解决现有空间布局存在的问题。

圈层经济理论是指区域经济发展不均衡引发优势资源向中心区域集聚并产生规模收益，形成“高地效应”带动周边地区发展的相关理论[17]。圈层经济理论是一种新的城市空间布局理论，在不同领域、不同区域、不同行业的空间布局优化中得到了广泛应用[18-19]。对空间圈层理论与技术方法进行研究，有助于统筹区域各类资源、协调区域产业发展定位、布局区域交通及基础设施[20]。目前，京津冀地区正在大力发展小城镇，提高城市化水平，利用圈层经济理论不仅可以优化区域经济空间布局，而且有助于城市经济的合理规划和发展。

综上所述，当前国内外关于区域空间布局问题的研究主要关注空间布局理论，涉及空间布局特征、演变规律、优化机制、作用模式等方面，这为区域空间布局优化研究提供了很多思路与方法。本文以圈层经济为研究视角，利用区域复杂网络模型和层次聚类法对区域空间布局进行优化，为京津冀地区持续优化产业结构、精准推进协同发展提供参考。

1 区域空间布局现状分析

京津冀地区作为推动中国经济发展的新引擎，其协同发展至关重要。但在京津冀三地中，河北省经济发展相对落后，空间布局存在较多问题，如各区域经济发展水平差距较大、产业空间布局集聚度不高，区域间产业重构现象较普遍等。省内缺乏具有集聚能力和扩散能力的中心城市，未形成对经济具有辐射能力的城市群，制约了京津冀协同发展。因此，积极调整与优化空间布局对河北省具有重要意义。本文以2014年河北省行政区划为准，将各城市及县级行政区域作为一个独立的研究单元，共选取河北省地区172个空间单元，包括11个省辖市区和161个县(市)。基于数据的可获得性，本文以各地区规模以上企业产值和就业人数作为基础数据，时间序列为2005-2014年，以2005年数据为基期。数据资料来源为2006-2015年《中国城市统计年鉴》和《河北经济年鉴》。

ESDA法包括全局空间自相关和局部空间自相关，利用数理统计学的方法、图形和地图等可视化工具对数据进行研究。ESDA以空间测量数据为基础，研究空间关联性问题，运用ESDA方法对区域或某一现象的空间布局状况进行描述，分析空间集聚和离散模式，得到区域经济空间布局和空间结构变化情况。

全局自相关是对某一元素或现象的属性值在整个空间分布状况的描述。全局自相关指标描述了属性值在区域空间的联系和差异程度，Moran'sI统计量是常用的全局空间自相关指标，计算公式为：

其中

是区域总数，Wij是标准化的空间邻接权重矩阵。如果区域i与j相邻，则Wij的值为1，否则Wij的值为0；i=j时，其取值也为0。

根据式(1)，运用Geoda软件计算2005-2014年河北省地区规模以上企业产值的Moran'sI，其结果如表1所示。2005-2014年Moran'sI值均为正，说明河北省经济发展状况表现出集聚特征。2005年Moran'sI值为0.154 011，2014年增加到0.441 374，说明河北省发达地区和落后地区集聚局势不断加强，区域空间差异逐年减小。

可采用局部空间自相关指标分析某一区域与周边区域关于某一元素或现象的空间差异程度，并通过散点图或地图可视化，采用 (LISA)统计量衡量局部空间自相关性。为了全面反映河北省地区经济空间结构演变，结合Moran'sI散点图，可进一步得到河北省经济Moran'sI地图，如图1所示。

由图1可知，区域规模以上企业空间布局主要呈现4种情况：①空间差异较小、区域自身和周边水平均较高的县域，主要坐落在石家庄、廊坊、唐山一带；②空间差异较小，区域自身和周边水平较低的区域，绝大多数分布在河北西北部的承德、张家口地区，以及河北的中南部地区；③空间差异较大,区域自身水平较高，但周边较低的县域，零星分布在河北西北部、中南部一些地级市区；④空间差异较大，区域自身水平较低，但周边较高的区域，大部分集中在京津唐的周边区域。

河北省区域空间分布呈现“双核结构”和“集聚结构”的特点。河北省存在石家庄和唐山两个发展极点，但两个地区辐射能力存在差异，唐山的辐射能力较弱，尤其是缺乏向东部辐射的能力。①从全局空间自相关指标来看，随着经济水平的不断提高，区域间差异不断缩小，联系日益紧密，一些区域和周边地区经济呈现同步发展态势；②从局部相关分析来看，河北省局部空间差异也在不断缩小，其中，经济发达的区域主要集中在东北部环渤海一带，包括石家庄、廊坊、唐山，经济落后的区域主要集中在河北的西北部、中南部地区。

2 区域空间布局实证分析

区域复杂网络模型以城市为节点，以城市之间的吸引力为边，结合城市引力模型分析区域间联系。城市引力是衡量城市间经济联系强度的主要指标，通过引力模型测算城市间吸引力。许多学者对城市吸引力进行了研究，认为城市间吸引力是对称的，并将引力模型中的G赋值为1，指出引力参数G包含一定的实际意义，但没有定量说明其计算方法。因此，郭源圆等[21-22]提出“吸引惯性指数”K，以K替代引力参数G，K值随城市的不同而变化，可以在一定程度上解释城市间吸引力不对称问题。修正后的引力模型公式为：

其中，Fij代表城市i对城市j的吸引力，其中城市i为施力城市，城市j为受力城市；Kj表示城市j的吸引惯性指数；Qi指城市i的质量，Qj指城市j的质量；λij-m指从城市i到城市j的第m种交通方式的权重；Cij-m指从城市i到城市j的第m种交通方式的成本；Tij-m指从城市i到城市j的第m种交通方式的时间。城市引力模型的指标体系包括3个部分，即城市质量指标Q、吸引惯性指数K和交通成本距离D(见表2-表4)。由引力模型公式测算城市间吸引力，以城市为节点，以城市间吸引力为边，构建有向复杂网络模型，在Ucinet软件中生成复杂网络拓扑结构图。

网络模型选择涉及度数中心度、介数中心性的基本特征和集聚系数的静态结构特征。本文依据刘丙章、高建华、李国梁等[23]的研究，基于区域复杂网络模型，对上述特征量指标进行界定。

(1)度数中心度。度数中心度(CAD)是描述区域复杂网络中某城市属性的简单而重要的指标。城市的度数中心度越高，其在区域网络中拥有的权利就越大，每个点的度数又可分为点入度和点出度，度数中心度是点入度和点出度之和，度数中心度越大的城市其影响力越大，在整个网络中的作用也越大，反之亦然。

(2)集聚系数。集聚系数(Ci)用于衡量区域复杂网络中子网络的结构程度，即网络中区域主体之间的熟悉程度，刻画的是网络局域结构性质。

其中，Ci为城市i的集聚系数；di为城市i的度数中心度；M为与城市i产生联系的各城市之间存在直接联系的数量。

(3)介数中心性。介数中心性(CBi)是测量城市在区域复杂网络中对资源控制能力的指标，表示该城市在整个网络中资源或信息的居间程度。一个城市或地区的介数中心性越高，其所承载的信息流或资源流就越大，在区域网络中的地位也越重要。

其中，Bi为城市i的介数。

考虑研究空间单元的一致性，在构建区域复杂网络时，选择河北省11个城市作为网络节点，为避免出现全局耦合网络拓扑结构，选取平均值0.12%作为判定城市间是否存在明显联系的阈值。首先运用城市引力模型得到城市间吸引力，然后，应用Ucinet网络分析软件得到区域复杂网络拓扑结构图，如图 2所示。图中节点表示区内各城市，节点大小表示城市度数中心度的相对大小，节点间连线表示城市间吸引力，箭头表示相关资源流或信息流的方向。

依据区域复杂网络有向拓扑结构图，运用Ucinet软件计算度数中心度、集聚系数和介数中心性3个指标的特征值，结果如表5所示。

(1)度数中心度。本文构建的是区域复杂网络的有向结构图模型，因此，各城市同时具有点入度和点出度。对各城市的度数中心度、点入度和点出度分别进行测算，反映相关资源的溢出和流入。由表5可知，石家庄和唐山的度数中心度优势比较明显，其中，石家庄更为突出。与石家张和唐山的情况相反，衡水和邢台的度数中心度一直处于劣势，说明河北省区域发展中存在一定程度的“马太效应”。度数中心度处于优势的城市固有发展模式有利于其自身发展，而度数中心度处于劣势的城市其固有发展模式不利于自身发展。在这种区域锁定的固有发展模式下，点入度和点出度处于劣势的城市难以良性发展，摆脱其劣势地位，而处于优势的城市将继续引领区域产业发展，最终形成“马太效应”。

(2)集聚系数。集聚系数是对区域复杂网络结构集聚现象的定量描述，产业集聚系数靠前的城市的度数中心度排名大多靠后。石家庄和唐山拥有优势明显的交通区位和地理位置，与之发生联系的城市数量较多，但各相连城市之间产业联系较少。这进一步说明区域复杂网络中心性明显，区域网络以垂直方向发展为主，水平方向发展较弱。

(3)介数中心性。城市的介数中心性较高时，其信息或资源优势较明显，从区域网络中可获得更多利益。研究各城市的介数中心性，挖掘城市的中介特殊性，有利于整体把握复杂网络。对比城市介数中心性和度数中心度可以发现，城市的介数中心性排名与度数中心度排名呈正向关联，但不是一一对应关系。因为度数中心度是指与某一城市存在直接联系的城市数量，而介数中心性统计范围扩展到整个网络，而且河北省区域复杂网络是有向网络，城市间联系具有方向性，经过区域网络中某一城市的路径数量变化较大。在河北省区域复杂网络中，石家庄的介数中心性处于核心位置，在区域复杂网络中对各种资源的控制能力最强，这与地区实际发展情况相吻合。

对区域复杂网络的度数中心度、集聚系数和介数中心性结果进行分析可以发现：在河北省各城市区域复杂网络结构特征度量值中，综合排名前三的城市分别是石家庄、唐山和保定；位于河北省中南部的石家庄排名第一，说明石家庄已经发展成为河北省的中心城市，石家庄与其它城市的城市间吸引力也较大，石家庄应利用自身优势，带动全省整体协调发展；唐山排名第二，说明其经济综合实力和社会发展能力较强，唐山作为沿海港口城市以及连接华北、东北的走廊，应借助自身优越的地理位置，发挥河北省核心城市的作用，推进周边区域协调发展；与北京、天津构成黄金三角的保定，在综合排名中位居第三，其全面发展对整个河北省经济的提高也是至关重要的。综上可知，石家庄和唐山已成为河北省中心城市，具有较强的综合实力，其可持续发展会对其它地区形成辐射，促进省内空间布局优化。

3 圈层经济视角下区域空间布局模式及路径

本文运用SPSS22.0中聚类功能对复杂网络模型的特征度量值进行分析，聚类层次反映这些城市与其它城市相比具有不同特征，彼此之间有很大相似性的城市聚为一类。从图3聚类分析结果来看，唐山、沧州和廊坊相似性最大，首先聚为一类。石家庄与周边城市如保定、衡水、邯郸和邢台的引力值都相对较大，聚为一类。张家口、承德、秦皇岛与以石家庄和唐山为中心的城市群相似度较低，发展路径存在差别，故归为一类。综上所述，河北省空间布局可以优化为三大经济圈，即环京津经济圈、冀中南经济圈和冀西北经济圈。

经济圈层合理的产业分工与定位，对整个区域的发展至关重要，区域功能定位具有战略性、地域性和动态性。区域空间布局发展，一方面需符合京津冀协同发展战略需要，另一方面依赖于区域区位特征、发展基础及潜力。河北省三大经济圈在功能上构建起未来区域发展的空间格局：全国竞争型经济圈参与全国合作竞争，区域拉动型经济圈依托区域主要城镇群发展成为全国重要的经济增长极，特殊战略型经济圈利用自身比较优势发展特色产业并促进区域增长。

(1)冀中南经济圈。以石家庄为中心，与周边城市衡水、保定、邢台和邯郸形成经济圈，功能定位为区域拉动型。该圈层可利用自身资源、交通、人才等优势，承担科技成果转化、现代制造业及粮食生产供应等功能，通过增强区域发展新活力，对周边区域形成辐射并带动全省经济发展。

(2)环京津经济圈。该经济圈由沧州、唐山和廊坊三地区组成，京津对该经济圈发展的影响很大。功能定位为全国竞争型，环京津经济圈应凭借其特殊地理位置，积极吸纳北京、天津及国外先进技术，承担科教研发、金融服务、电商物流等高端生产性服务功能和高端制造功能，促进优势部门行业发展。

(3)冀西北经济圈。该经济圈位于河北省西北部，由秦皇岛、承德和张家口三地区构成，功能定位为特殊战略型。三地区以发展较快的秦皇岛为中心，大力发展经济圈经济。该圈层生态系统脆弱，区域承载力较弱，主要承担生态涵养、休闲旅游、农副产品供应等功能。

4 结论与讨论

本文以河北省为例，对区域空间布局优化进行了研究，得到如下结论：①对经济圈层进行合理的产业分工与定位，对整个区域发展至关重要。运用ESDA方法对河北省规模以上企业分布状况进行了分析，发现产业集聚大都是同一地域同类企业数量的叠加，同类企业间恶性竞争效应大于产业整合效应，从产业集聚到产业集群还有很大差距；②在河北省区域复杂网络中，石家庄和唐山的度数中心度均较大，优势比较明显，而衡水和邢台的度数中心度均偏小，处于劣势地位。一方面说明区域在发展过程中存在一定程度的“马太效应”，另一方面说明河北省区域复杂网络呈现出无标度网络的“择优增长”特征。石家庄和唐山作为河北省的中心城市，在带动地区经济增长中发挥龙头、桥梁和纽带作用；③区域间经济发展的巨大差异制约了三地整体协调发展。本文以圈层经济为新视角，基于“多中心”与“中心-外围”相结合的网络布局模式，对区域空间进行布局优化，运用层次聚类法对区域复杂网络模型特征值进行聚类分析，将河北省优化为三大经济圈层，即环京津经济圈、冀中南经济圈和冀西北经济圈。针对河北省自身特点及发展要求，提出了各经济圈空间布局优化路径，以期达到各经济圈区域分工合作、优势互补、联动发展的目的。

区域空间布局是一个由低级到高级、由简单到复杂、自上而下的自组织过程。区域空间布局表现为择优而居，本文在城市引力模型的基础上，构建区域复杂网络模型对各区域进行研究，提高了传统线性模型的预测精度，使空间布局趋于合理，避免空间布局失效引起区域建设浪费甚至区域无序发展。运用圈层经济新视角优化区域空间格局，以圈层为载体对各区域进行合理分工与定位，可以避免趋同并实现协调发展。在区域未来发展中，应打破以邻为壑的传统思想，努力促进区域多中心发展，实现产业由集聚到集群的发展目标。区域复杂网络发展是一个动态过程，本文只构建了有向的拓扑结构图，分析了网络结构的基本特征和静态特征，未来可尝试建立加权的有向拓扑图进一步挖掘网络动态特征，并对区域复杂网络演化机理进行分析。

[1] 方创琳.中国城市发展格局优化的科学基础与框架体系[J].经济地理，2013，33(12)：2-9.

[2] 李磊，贵祥.京津冀城市群内城市发展质量[J].经济地理，2015，35(5)：61-65.

[3] 孙久文，原倩.京津冀协同发展战略的比较和演进重点[J].经济社会体制比较，2014，30(5):1-11.

[4] 祝尔娟，鲁继通.以协同创新促京津冀协同发展——在交通、产业、生态三大领域率先突破[J].河北学刊，2016，36(2)：155-159.

[5] 鲁金萍,杨振武,孙久文.京津冀城市群经济联系测度研究[J].城市发展研究，2015，22(1):5-10.

[6] JOHN B PARR. The regional economy,spatial structure and regional urban systems[J].Regional Studies,2014,48 (12):1926-1938.

[7] YAOBINLIU,LIWAN. A systematic decision criterion for urban agglomeration:methodology for causality measurement at provincial scale[J].Journal of Computers,2010,5 (1)：125-130.

[8] YOAVLERMAN,ITZHAKOMER. Urban area types and spatial distribution of pedestrians:lessons from Tel Aviv[J].Computers,Environment and Urban Systems,2016(55):12.

[9] MARTIN. A gravity model of foreign direct investment in the hospitality industry[J]. Tourism Management，2016(2):77.

[10] JUAN WANG,YUSHENG KONG,HAIJUN WANG. Analysis of China's import from direct investment in ASEAN—based on gravity models [J]. Technology and Investment，2013，4 (1):13-21.

[11] 孙铁山,刘霄泉,李国平.中国经济空间格局演化与区域产业变迁——基于1952-2010年省区经济份额变动的实证分析[J].地理科学，2015，35(1)：56-65.

[12] 钟业喜，陆玉麒.基于空间联系的城市腹地范围划分——以江苏省为例[J].地理科学，2012，32(5)：536-543.

[13] 吴健生，刘浩，彭建，马琳.中国城市体系等级结构及其空间格局——基于DMSP/OLS夜间灯光数据的实证[J].地理学报，2014，81(6)：759-770.

[14] 赵文亮，陈文峰，孟德友.中原经济区经济发展水平综合评价及时空格局演变[J].经济地理，2011，31(10):1585-1591.

[15] 刘建朝，高素英.基于城市联系强度与城市流的京津冀城市群空间联系研究[J].地域研究与开发，2013，32(2)：58-61.

[16] 张陆，高素英.多中心视角下的京津冀都市圈空间联系分析[J].城市发展研究，2014，21(5)：49-54.

[17] 张亚斌,黄吉林,曾挣.城市群、“圈层”经济与产业结构升级——基于经济地理学理论视角的分析[J]. 中国工业经济,2006,24(12):45-52.

[18] 李治,连玉君,李培，等.“圈层”结构、时空差异与能源强度——以十大城市群为例[J].城市发展研究,2015,22(1):56-65.

[19] 赵勇,白永秀.中国城市群功能分工测度与分析[J].中国工业经济，2012，30(11):18-30.

[20] 康盈,桑东升,李献忠.大都市区范围与空间圈层界定方法与技术路线探讨——以重庆市大都市区空间发展研究为例[J].城市发展研究，2015，22(1):22-27.

[21] 郭源圆，胡守庚，金贵.基于改进城市引力模型的湖南省经济区空间格局演变研究[J].经济地理，2012，32(12)：67-90.

[22] 余振宇.城市经济引力模型分析[J].内蒙古科技与经济，2003，7(4)：73-74.

[23] 刘丙章，高建华，李国梁.中原经济区复杂产业网络结构特征及演化[J].人文地理，2016，31(2):99-106.

An Empirical Study on the Optimization of Regional Spatial Layout from the Perspective of Circle Economy

(1.School of Economics & Management,Hebei University of Technology,Tianjin 300400,China;2.Binhai School,Nankai University,Tianjin 300270,China )

Abstract：It is important strategy meaning to optimize the spatial layout to promote the healthy development of the region and accelerate the process of collaborative development of Beijing-Tianjin-Hebei. Moreover,the circle economic theory provides a new perspective to optimize the spatial layout. In view of this,using the ESDA method and the regional complex network model,it analyzes the distribution structure and the connection strength between the regions with the Hebei Province as the empirical object. The study finds that there is a certain degree of "Matthew effect" in the process of regional development,and the network presents the "best growth" feature,it means that the space layout need to be optimized. Further studies show that in the complex area network,Shijiazhuang and Tangshan have good resource control ability and important position. Based on clustering analysis to the structural characteristics of network measurement value,Hebei Province can be optimized for the three major economic circles,that are Beijing and Tianjin economic circle,Hebei Central South economic circle,and Hebei northwest economic circle.

Key Words：Economic Circle; ESDA; Complex Network Model; Regional Spatial Layout; Spatial Layout Optimization

基金项目：教育部人文社会科学研究项目(09YJA790058)；天津市哲学社会科学规划项目(TJYY13-023)；河北省社会科学发展研究项目(2015020205)；河北省社会科学基金项目(HB16YJ032)

作者简介：高素英(1958-)，女，河北河间人，河北工业大学经济管理学院教授、博士生导师，研究方向为产业组织治理与区域竞争优势；李能(1990-)，女，河北沧州人，河北工业大学经济管理学院硕士研究生，研究方向为产业经济学、区域经济学。