《中国城市发展空间格局优化理论与方法》概要
（注：方创琳，中国科学院特聘研究员，教授，博士生导师。）
中国城市发展的空间格局是基于国家资源环境格局、经济社会发展格局和生态安全格局而在国土空间上形成的等级规模有序、职能分工合理、辐射带动作用明显的城市空间配置形态及特定秩序，科学合理的城市发展空间格局对推动国家城镇化健康发展，提升城镇化发展质量，加快国家现代化进程都具有十分重要的战略意义。俗话说，定位决定地位，格局决定布局，布局决定结局。正由于如此，党的十八大报告、中央经济工作会议、中央城镇化工作会议等党和国家重要文件及重大会议都多次提出要构建科学合理的城市化格局和城市发展空间格局。
一、研究的目的、意义及方法
1.研究目的
开展中国城市发展空间格局研究就是为优化国土开发空间格局、城市化格局、农业发展格局和生态安全格局提供坚实的理论支撑和技术方法支撑。这是因为：2010年12月国务院批准实施的《全国主体功能区规划》（国发〔2010〕46号）提出构建“两横三纵”为主体的城市化战略格局；2011年3月国家批准实施的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出构筑区域经济优势互补、主体功能定位清晰、国土空间高效利用、人与自然和谐相处的区域发展格局，形成高效、协调、可持续的国土空间开发格局；2012年11月党的十八大报告明确提出构建科学合理的城市化格局、农业发展格局和生态安全格局；2013年12月12日召开的中央城镇化工作会议首次提出优化城镇化布局；2012年12月和2013年12月召开的中央经济工作会议连续两年提出要构建科学合理的城市格局；2014年3月国务院发布实施的《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》提出构建以陆桥通道、沿长江通道为两条横轴，以沿海、京哈京广、包昆通道为三条纵轴，以轴线上城市群和节点城市为依托、其他城镇化地区为重要组成部分，大中小城市和小城镇协调发展的“两横三纵”城镇化战略格局。
2.研究意义
在全球化和新型城镇化大背景下，科学合理的城市发展空间格局是建设美丽中国和美丽城乡的空间载体，优化中国城市发展的空间格局，对促进国土空间可持续利用，形成高效协同的空间开发秩序，提高国土空间运行效率，确保国家国土安全等，都具有十分重要的战略意义。优化城市发展的空间格局是对我国新型城镇化战略和国家主体功能区战略的进一步落实和体现，是推进国家新型城镇化规划实施的战略需求；是逐步治理日益严重的城市病的现实需求；是顺应第三次工业革命与能源互联网时代背景下倒逼中国城市发展空间格局优化的国际诉求；是研制基于国土空间优化的中国城市发展空间格局科学方案的建设需求；也是深化中国城市发展空间格局调整优化研究的科学需求。
3.研究方法
本成果从经济全球化与特色新型城镇化相结合、国土三生空间优化与资源环境承载力相结合、GIS空间分析与软件开发相结合以及社会科学与自然科学交叉互补的四大研究视角，先后采用了实地调研分析法、GIS技术分析法、自主开发软件算法和计量模型模拟法四种研究方法。
（1）实地调研分析法。本成果在研究过程中先后对上海、深圳、武汉、贵阳、乌鲁木齐、哈尔滨、厦门、成都、拉萨、兰州、长沙、广州、庆阳、大庆、石家庄、沧州、长春、珲春、南通、盐城、东莞等30多个不同类型的城市进行了实地调研，通过调研，总结出了中国城市发展空间格局存在的主要问题及优化思路。
（2）GIS技术分析法。本成果利用1∶25万矢量化数字地图为工作底图，综合运用GIS、RS、DM技术和数学建模等方法，在高精度提取中国城市空间现状格局和全国主体功能分区空间格局的基础上，确定了不同类型区域的城市空间增长阈值和资源承载阈值，并依此建立了中国城市空间格局合理性诊断综合模型，对中国城市现状空间格局的合理性进行评价。
（3）自主开发软件算法。本成果先后开发了中国城市发展空间格局合理性诊断系统V1.0软件（著作权登记证书号2015SR005051）和中国城市发展空间格局优化情景模拟系统V1.0软件（证书号2015SR053172）两大计算机软件，采用软件系统的海量计算模拟得到了中国城市发展空间格局优化的科学方案。
（4）计量模型模拟法。本成果建立了中国城市规模结构合理性诊断模型、中国城市职能结构合理性诊断模型、中国城市空间结构合理性诊断模型和中国城市发展空间格局合理性综合诊断模型，对中国城市发展空间格局合理性进行综合评价。通过计算城市不同行业的职能强度，并结合韦伯专门化指数和乌尔曼迪西专门化指数对城市职能性质进行辨识，辨识全国城市的基本职能；借助SPSS的聚类分析方法，根据不同的距离把我国城市分为6个职能大类、9个职能亚类和16个职能组。采用有序加权回归法、经济和人口空间分异算法、经济要素吸引力模型、就业导向预测模型、交通可达性最短路径算法和数据标准化模型等多模型集成方法，设置了城镇扩张、现状维持和风险控制三种情景对中国城市发展空间格局优化情景进行模拟，得到了中国城市发展空间格局优化的科学方案。
二、成果的主要内容和重要观点
本成果通过大量的实地调研和典型案例分析，提出了中国城市发展空间格局优化理论及框架体系，采用GIS技术和计量模型定量诊断了中国城市发展空间格局的合理性，提出了中国城市发展空间格局优化的目标与模式，开发了中国城市空间格局合理性诊断与优化模拟系统软件，研制出了中国城市发展空间格局分层级优化的科学组织方案，提出了中国城市空间格局优化的对策措施和政策建议，取得了以下相对于本领域已有研究成果而言独到的原创性学术贡献：
1.提出了中国城市发展空间格局优化理论及框架体系
（1）提出了中国城市发展空间格局优化的公平正义与均衡网络理论和国土三生空间优组理论。把较高的城市资源环境承载能力、较大的城市人口吸纳能力、较高的城市综合效益能力、较好的城市安全保障能力作为中国城市发展空间格局优化的评判标准。
（2）构建了由宏观层次、中观层次和微观层次三大层次、15个格局组成的中国城市发展空间格局优化的框架体系。宏观层次的优化包括城市发展的生态—生产—生活格局优化和城乡格局优化；中观层次的优化包括城市等级规模格局、职能产业格局、空间组织格局、人口流动格局、国际化格局、就业保障格局、创新网络格局和对称分布格局等的优化；微观层次的优化包括大中小城市规模格局等的具体优化。
（3）揭示了影响中国城市发展空间格局形成与演变的主要全球性因素和本土性因素。其中全球性因素包括经济全球化因素、全球生产网络因素（跨国公司）、外商直接投资因素、全球信息化因素、全球气候与环境变化因素和全球高新技术引进驱动因素等；本土性因素包括国土开发与区域发展政策因素、交通因素、地方网络与国内投资因素、文化与地缘因素、自然条件与生态环境因素等。本土性因素不会因为高度的全球化影响而失去重要地位。
（4）揭示了中国城市发展空间格局的演变轨迹。采用文献梳理、数据统计和GIS空间分级等方法，分析了建国60余年来中国城市发展空间格局的演变轨迹，认为中国城市发展空间格局在近60年来变化不大，表现出一定程度的合理性；而城市发展的重心不断发生变化，“由北向南”移动的特征最为明显；城市空间分布形态主要表现为原有城市的不断扩张以及新设置城市的逐渐形成，进而促进“以点串线，以线带面”的空间格局不断完善，城市间网络联系增强，城市群不断发育；城市职能结构总体上随社会经济发展水平的提高而不断优化，在空间布局上更为科学合理。在此基础上，将我国城市发展空间格局演变划分为三个阶段，即1949—1978年的分散式布局与低水平均衡发展阶段，1979—2000年的集中式布局与非均衡发展阶段，2000年以来“两横三纵”城市网络体系的形成及高水平均衡发展阶段。
2.采用GIS技术和计量模型定量诊断了中国城市发展空间格局的合理性
通过分析中国城市发展空间格局合理性影响机制，结合国内外相关研究基础构建了中国城市发展空间格局合理性综合诊断指标体系，采用GIS和计量模型建立了中国城市规模结构合理性诊断模型、中国城市职能结构合理性诊断模型、中国城市空间结构合理性诊断模型和中国城市发展空间格局合理性综合诊断模型，对中国城市发展空间格局合理性进行综合评价。
评价结果表明，从全国城市发展空间格局总体合理性分析，处在中等合理性以上的城市达到465个，占全国城市总数的70.78%，体现出中国城市现状空间格局总体上是合理的，这种合理性受制于历史演变、区划调整、自然条件等的影响，在今后很长一段时期内不会发生大的改变。从全国城市规模结构格局合理性分析，处在中等合理性以上的城市达到447个，占全国城市总数的68.03%，体现出中国城市规模结构格局总体上是合理的，随着城市人口的不断增长、城市空间的不断拓展、生产要素的不断集聚，城市规模会不断扩大，城市规模结构的合理性会因规划调控、政策调整等影响逐步向新的合理性格局方向演变。从全国城市空间结构格局合理性分析，处在中等合理性以上的城市达到456个，占全国城市总数的69.41%，体现出中国城市发展空间格局总体上是合理的。从全国城市职能结构格局合理性分析，处在中等合理性以上的城市达到454个，占全国城市总数的69.11%，体现出中国城市职能结构格局总体上是合理的，这种合理性随着城市职能结构调整、产业升级转型会不断向着新的合理性方向发展。
3.提出了中国城市发展空间格局优化的目标与模式
（1）按照公平正义、适度集聚、协同发展、创新驱动和持续发展五大原则，确定了中国城市发展空间格局优化的总目标：形成合理的行政设市格局、公平的城市空间组织格局、多样性强的城市职能结构格局、协同性强的大中小城市协同发展的新金字塔形格局、主体性强的城市群格局、驱动性强的城市创新格局和智慧城市建设格局。到2020年，全国城市总数达到720个左右，常住人口城镇化率达到60%左右，户籍人口城镇化率达到45%左右，城镇化发展质量逐步得到提升，城镇化发展告别中期的快速成长阶段，进入后期的成熟稳定发展阶段，大城市病和小城镇病的问题逐步缓解，以人为本的城镇化发展质量得到稳步提升；到2030年，全国城市总数达到770个左右，常住人口城镇化率达到65%~70%，户籍人口城镇化率达到55%~60%，以人为本的城镇化发展质量得到显著提升，城镇化发展长期处在后期的成熟稳定发展阶段。
（2）按照交通通道引导模式、产业集聚关联模式、城乡一体融合模式、均衡网络发展模式和生态文明导向模式五大模式，提出了中国城市发展空间格局优化的重点：履行节约集约发展，形成紧凑集约与精明增长的城市发展空间格局；提高城市运行效率，形成便捷高效与有机通畅的城市发展空间格局；加快城市产业升级转型，构建现代产业支撑的城市发展空间格局；优化城市体系结构，形成规模有序与分工合理的城市发展空间格局；营造绿色低碳的人居环境，形成以人为本与和谐宜居的城市发展空间格局。
4.开发出了中国城市空间格局合理性诊断与优化模拟系统软件
（1）开发了中国城市发展空间格局合理性诊断系统V1.0。采用定性分析与定量评估模拟有机结合的系统集成方法，利用1∶25万矢量化数字地图为工作底图，综合运用GIS、RS、DM技术和数学建模等方法，在高精度提取中国城市空间现状格局和全国主体功能分区空间格局的基础上，确定了不同类型区域的城市空间增长阈值和资源承载阈值，并依此建立了中国城市空间格局合理性诊断综合模型，开发了中国城市发展空间格局合理性诊断系统V1.0软件，得出中国城市现状空间格局总体上合理的定量结论。
（2）开发了中国城市发展空间格局优化情景模拟系统V1.0。通过分析中国城市发展空间格局优化的驱动因素（道格拉斯生产函数中的劳动力、资本、创新、交通可达性、信息化和互联网及产业转移）和约束因素（包括交通约束、地形复杂度约束、水资源约束和主体性功能区划约束等），构建了中国城市发展空间格局优化的驱动指标和约束指标体系，采用有序加权回归法、经济和人口空间分异算法、经济要素吸引力模型、就业导向预测模型、交通可达性最短路径算法和数据标准化模型等多模型集成和GIS技术方法，设置了城镇扩张、现状维持和风险控制三种情景进行优化模拟，开发了中国城市发展空间格局优化情景模拟系统V1.0软件，得到了中国城市发展空间格局优化的科学方案。
5.研制出了中国城市发展空间格局分层级优化的科学组织方案
（1）研制出了中国城市发展的行政设市格局。针对我国行政设市格局存在的现行设市标准过时、新设城市集中在东部发达地区、西部设市城市数量增长缓慢、设市数量总体偏少、与新型城镇化发展要求存在较大差距、民族自治县改市存在体制障碍等一系列亟待解决的现实问题，借鉴世界各国设市的经验，采用不同增选标准和综合指数计算方法，提出了未来行政设市格局方案。到2020年，全国设市城市数量达到720个，比2013年增加60个新设市城市，其中直辖市保持在4个，地级市数量由2013年的286个增加到300个，县级市由370个增加到416个左右。到2030年，全国设市城市数量达到770个，比2013年增加110个新设市城市，其中直辖市保持在4个，地级市数量由2013年的286个增加到318个，县级市由370个增加到448个左右。基本形成由4个直辖市、318个地级市、448个县级市组成的770个行政设市城市新格局。
（2）研制出了中国城市发展的分层级空间组织格局。包括轴线组织格局、分区组织格局、城市群组织格局、一体化组织格局、大中小城市协同发展的新金字塔组织格局和新城新区的空间组织格局共6个不同空间尺度的组织格局，这些格局形成由点、线、面、网共同组成的中国城市发展的空间组织总格局。其中，中国城镇化发展的轴线组织格局由5条国家城镇化主轴线组成；分区组织格局由城市群地区城镇化发展区（Ⅰ）、粮食主产区城镇化发展区（Ⅱ）、农林牧地区城镇化发展区（Ⅲ）、连片扶贫区城镇化发展区（Ⅳ）、民族自治区城镇化发展区（Ⅴ）共5大类型区和47个亚区组成；城市群组织格局由20个大小不同、发育程度不一、规模不等的城市群组成“5+9+6”的空间格局；一体化组织格局由37个紧密程度不同、规模不等的城市一体化地区组成；大中小城市协同发展的新金字塔组织格局由770个城市（其中包括10个市区常住人口超过1000万人的超大城市、20个500万~1000万人的特大城市、150个100万~500万人的大城市、240个50万~100万人的中等城市、350个10万~50万人的小城市）和19000个小城镇组成。
（3）研制出了中国城市发展的职能结构优化格局。提出未来我国城市职能结构格局优化的方向与重点为：推动城市由单一职能城市转变为综合职能城市，由中低端传统工业转变为中高端战略新型产业，由资源型城市转变为资本密集型城市和知识密集型城市，由传统城市转向智慧城市和低碳生态城市。到2030年，根据不同职能类型城市发展目标，重点建设一批在全国和国际上具有重要影响力和综合竞争力的综合型城市、资源型城市、交通枢纽城市、工业城市、物流城市、旅游城市和智慧城市，形成由31个资源型城市、47个交通枢纽城市、212个智慧城市、34个国家级工业城市、148个地区级工业城市、42个县级工业城市、21个全国物流节点城市、17个区域性物流节点城市、161个地区性物流城市、20个国家级旅游城市、173个地区级旅游城市和144个县级旅游城市组成的城市职能结构优化格局。
（4）研制出了中国城乡人口流动格局的优化方案。流动人口是推动中国城镇人口规模快速增长的主力军。数量上仅占全国总数5.6%的超大城市和特大城市已经占据了全国过半的流动人口，成为流动人口的集聚主体。外来人口在不同等级规模城市的集疏态势与分布格局存在显著差异，外来人口更加偏好流向大城市、特大城市和城市群，呈现出显著的“马太效应”，大城市和特大城市对外来人口的集聚能力越来越强，其城市人口规模越来越大，而小城市对外来人口的集聚能力越来越弱，人口规模增长缓慢甚至出现负增长。依据流动人口对城市人口规模增长的贡献，将我国城市划分为流动人口弱势型、增长主导型、强势型、强势衰退型和规模收缩型五种类型。在未来的发展中，城乡差异和市场力量将推动我国农村人口进一步向特大城市、大城市和城市群地区集聚。按照市场化情景分析，超大城市、特大城市、大城市将继续成为城市流动人口的集聚区；按政策调控情景分析，流动人口向各地中小城镇集聚的速度将显著提升；按照综合协调情景分析，城市群地区人口增长较快，其内中小城镇的人口集聚能力将显著提升。未来要严格控制超大和特大城市人口增量，保障城市高密度集聚的综合服务能力；提升大城市对流动人口的吸纳水平，分散特大城市的人口集聚压力；加快中小城市和小城镇就近就地城镇化水平，提升流动人口吸纳能力。
（5）研制出了中国城市发展的对称分布格局。依据对称性原理，把城市对称性分为平移对称、轴对称、中心对称、旋转对称、反对称、色对称、曲线对称和拓扑对称等类型，分析了城市对称分布的影响因素和表现形式，提出了不同等级城市空间分布的分型结构，总结出了中国自秦朝以来大城市的格网状对称分布格局和民国以来中国地级市的格网状对称分布格局，发现了中国5片“大城市空洞区”、33座缺位的大城市和几十个“地级市空洞区”。其中，5片大城市空洞区包括A区（成都—北京—包头—兰州—成都构成的一个面积为56万平方公里的区域）、B区（大同—齐齐哈尔—哈尔滨—长春—唐山—天津—北京—大同构成的一个面积为42万平方公里的区域）、C区（齐齐哈尔—牡丹江以北、牡丹江—佳木斯以西区域）、D区（鹤岗—吉林—大连一线以东面积大约为18万平方公里的地区）和E区（宁波—汕头—佛山（广州）—贵阳—怀化—长沙—南昌—宁波面积为55万平方公里的区域）；33座缺位的大城市理论上分布在胡焕庸线以东地区，包括赣州、韶关、贺州、桂林、牡丹江、佳木斯、丹东、赤峰、通辽、延安、天水、榆林、保定、济宁、菏泽、商丘、南阳、信阳、阜阳、淮安、南通、金华、衡阳、永州、常德、怀化、广元、汉中、安康、百色、大理、六盘水和遵义，这些城市未来可建设成为大城市。基于中国城市两套格网结点的总和为800个，判断出中国未来城市的数量不超过800个。提出了在胡焕庸线以东地区新建百万人口以上的大城市的可能性大，而在胡焕庸线以西地区新建百万人口以上的大城市的可能性很小的结论。充分肯定了地级市在改革开放30多年来对国家新型城镇化的发展起到的重要推动作用，对国家新型城镇化、新型工业化和城乡发展一体化等做出的重要贡献。在新的历史条件下，未来地级市的行政管理功能、交通枢纽功能和市场带动功能不但不可削弱，反而应该加强，在需要设立新地级市的地方创造条件设立新的地级市。
6.提出了中国城市空间格局优化的对策措施与政策建议
（1）提出了中国城市发展空间格局优化的保障措施。包括：实施创新驱动发展战略，建设创新型城市，形成创新网络格局；实施国际化战略，建设国际化大都市，形成国际化发展新格局；实施生态优先战略，建设生态城市，形成城市发展安全生态格局；大力发展智慧产业，建设智慧城市，形成城市发展智慧网络格局；有序发展低碳产业，建设低碳城市，形成低碳城市建设格局；实施文化传承战略，建设历史文化名城，形成城市文化大发展大繁荣格局。
（2）提出了中国城市空间格局优化的政策建议。制定合理的城乡人口流动政策，优化城市等级规模结构，提升中小城市和小城镇的人口集中度和规模水平；制定有序的城市产业转移政策，优化城市职能结构，提升中小城市和小城镇的产业集中度和就业水平；制定差异化的城市发展政策，优化城市空间结构，提升中西部地区城市的产城融合度和城镇化水平；引进民间资本，确保城市发展空间格局优化的合理投入，降低城市负债风险；推进行政区划有序调整和设市试点，确保新设城市支撑国家城市空间发展的新格局；正确处理好城市发展空间格局优化的多元关系，形成公平均衡、包容发展的城市空间新格局。
三、成果的学术创新、应用价值以及社会影响和效益
1.学术创新
本成果综合城市地理学、城市经济学、城市社会学和城市生态学等多学科的交叉研究，从“过程—格局”的匹配联动关系入手，揭示了中国城市发展“过程”与城市发展“格局”之间的交互响应与联动关系，揭示了中国城市空间格局形成与演变的动力机制，创建了中国城市空间格局优化的公平正义与均衡网络理论、分层级框架体系、多模型集成优化方法和软件算法，丰富和完善了城市空间结构理论。本成果属原创性学术成果，创新性强，把中国城市发展空间格局的理论研究推向了一个全新的发展阶段，学术水平高，理论价值大，代表了我国同领域研究的领先水平，填补了我国在城市空间格局优化理论与方法方面的空白，具有重要的学术价值和理论、方法的创新性。
2.应用价值
本成果采用GIS技术构建了中国城市空间格局优化模拟模型，研发了中国城市空间格局合理性诊断与优化模拟系统软件，提出了中国城市发展空间格局优化的目标与模式，研制出了中国城市发展空间格局分层级优化的科学组织方案，提出了中国城市空间格局优化的对策措施和政策建议。这些定量模型、系统软件和对策建议为优化我国国土空间开发格局、城市化格局、农业发展格局和生态安全格局提供了坚实的理论支撑和技术方法支撑，提出的16份重要咨询报告先后被中央办公厅、国务院办公厅等国家相关部门采纳。
3.社会影响和效益
本研究成果共提交了重要咨询建议报告16份，被中央有关部门采用，被《光明日报》、新华社《瞭望》、国家发改委《中国经济导报》、国土资源部《中国国土资源报》、国务院发展研究中心《中国经济时报》、中国科学院《中国科学报》、中国社会科学院《中国社会科学报》等中央主流媒体整版专报10份，在学术界和社会各界产生了重大影响。