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2024 , Vol. 79 >Issue 10: 2585 - 2605

DOI: https://doi.org/10.11821/dlxb202410011

城乡与区域发展

基于多源数据的城市多中心体系空间绩效研究——以杭州市主城区为例

  • 吴一洲 , 1 ,
  • 单宇明 1 ,
  • 吴思琴 1 ,
  • 钮心毅 , 2
展开
  • 1.浙江工业大学设计与建筑学院，杭州 310023
  • 2.同济大学建筑与城市规划学院，上海 200092
钮心毅(1971-), 男, 浙江湖州人, 教授, 博士生导师, 研究方向为城乡规划方法与技术。E-mail:

吴一洲(1981-), 男, 浙江杭州人, 博士, 教授, 博士生导师, 研究方向为国土空间分析与技术方法。E-mail:

收稿日期: 2023-06-05

  修回日期: 2024-07-28

  网络出版日期: 2024-10-25

基金资助

国家社会科学基金重点项目(21FGLA002)

浙江省哲学社会科学规划重大课题(24QNYC08ZD)

收起

Spatial performance analysis of urban polycentric system based on multi-source data: A case study of Hangzhou city

  • WU Yizhou , 1 ,
  • SHAN Yuming 1 ,
  • WU Siqin 1 ,
  • NIU Xinyi , 2
Expand
  • 1. School of Design and Architecture, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China
  • 2. College of Architecture and Urban Planning, Tongji University, Shanghai 200092, China

Received date: 2023-06-05

  Revised date: 2024-07-28

  Online published: 2024-10-25

Supported by

Key Project of National Social Science Foundation of China(21FGLA002)

Major Research Project in Philoso-phical and Social Sciences Planning of Zhejiang Province(24QNYC08ZD)

Fold

摘要

随着中国高质量发展和新型城镇化的推进，大城市的空间发展模式从规模扩张转向存量优化，多中心体系结构被广泛应用在空间规划的宏观结构引导中，对于转变城市发展方式、提升城市效率、缓解“城市病”和推进城市更新都具有重要意义。本文构建城市多中心体系的空间绩效分析框架，基于多源数据，融合空间分析、空间统计和密度梯度分析等方法，以杭州主城区为例，从4个空间绩效维度开展评估，探究城市内部空间组织规律和形成机理。研究发现：① 杭州主城区当前主中心极化效应大于扩散效应，呈现“强主副中心、弱次中心；老城集聚、外围离散、次中心分化”的发展格局，规划引导效果差异明显；② 城市核心区和主导发展方向上的中心绩效总体较高，空间形态上趋于“一体化”或“中心消融”；③ 活动密度绩效呈现低层级均衡状态，次中心和主导发展方向上的中心更均衡；④ 产业升级转型、重大设施建设引导多中心功能分化，中心功能的水平分工与垂直分工格局显现；⑤ 出行效率绩效也同步呈现与多中心的一致性，就业多中心均衡性逐步显现；⑥ 中心体系演变受到历史路径依赖、自然地理特征、经济产业发展、社会需求升级和政府政策引导等方面的综合影响；尤其以政府行政力量包括发展战略、空间规划、资源配置政策、大事件驱动等的影响更为持续，且引导效应显著。未来应通过多中心体系功能的分工协同，从不同产业对空间成本和交易成本的需求特征，空间适配综合型和专业型中心；利用重大事件与重大设施驱动机制，提升中心能级；还要关注微观主体需求，利用集聚经济效应和市场机制，保障自发形成中心的有序发育；通过政府行政力量和政策工具配置重要资源，提升外围副中心和次中心发展能级。

关键词： 中心体系; 空间绩效; 空间格局; 机理; 杭州

本文引用格式

吴一洲 , 单宇明 , 吴思琴 , 钮心毅 . 基于多源数据的城市多中心体系空间绩效研究——以杭州市主城区为例[J]. 地理学报, 2024 , 79(10) : 2585 -2605 . DOI: 10.11821/dlxb202410011

Abstract

As China progresses in its high-quality development and new urbanization, the spatial development pattern of large cities is evolving from expansion of scale to optimization of existing stock. The polycentric system is widely utilized in guiding the macro-structure of spatial planning, playing a critical role in transforming urban development strategies, increasing urban efficiency, alleviating "urban diseases" and promoting urban renewal. This study establishes a framework for analyzing spatial performance in urban polycentric systems. With Hangzhou as the focal example, the evaluation proceeds across four dimensions of spatial performance, examining the city's internal spatial organization and the mechanisms of its formation. The results indicate that: (1) The polarization effect of the main center outweighs its diffusion, leading to a development pattern characterized by "strong primary and secondary centers, weak tertiary centers; concentration in the old cities, dispersion in the outskirts, differentiation of tertiary centers", with distinct disparities in the effectiveness of planning guidance; (2) Centers in the urban core and principal development directions generally exhibit high performance, with spatial forms moving towards "integration" or "central dissolution"; (3) Activity density performance maintains a balanced state at lower levels, with centers in tertiary areas and primary development trajectories achieving greater equilibrium; (4) Industrial upgrading and the construction of significant facilities drive the functional differentiation of the polycentricity, displaying patterns of horizontal and vertical divisions among center functions; (5) Travel efficiency performance aligns with the polycentric configuration, incrementally revealing the balanced nature of employment distribution across centers; (6) The evolution of the center system is shaped by a confluence of historical path dependence, natural geographic characteristics, economic and industrial development, advances in social demand, and government policy directives, especially those driven by government administrative efforts including development strategies, spatial planning, resource distribution policies, and major events, all of which have a pronounced guidance effect. Future initiatives should concentrate on the cooperative division of functions within the polycentric system, adapting spaces to meet the specific needs of different industries related to spatial and transaction costs, thereby forming both comprehensive and specialized centers. Utilizing major events and infrastructure-driven mechanisms should elevate the energy levels of centers. Moreover, the needs of micro-entities should be addressed by capitalizing on the economic effects of aggregation and market mechanisms to facilitate the orderly emergence and growth of autonomously formed centers. Strategic allocation of crucial resources through government administrative capabilities and policy instruments is essential to boost the development potential of peripheral secondary and tertiary centers.

Key words： polycentric system; spatial performance; spatial pattern; mechanism; Hangzhou

1 引言

在世界范围内，随着大城市建成区的空间外拓，城市的边界以及城市与城市之间的界线变得模糊，以至于几乎所有特大城市的传统单中心结构趋向于消融，在更大的地域空间内逐步演化为多中心体系空间结构下的都市区[1]。在现代城市发展过程中，越来越多的城市脱离了单中心模式，在传统的城市中心以外出现了新的“极核”，这种在北美首先出现的现象也被称之为“郊区核化”[2]。在全球化和信息化的推动下，城市经济结构的变迁和经济活动的地域分散化、郊区化进程、人口增长与迁移、家庭类型的变化等，都与城市空间多中心化的发展有密切关系[3-4]。在人口数量500万人以上的大都市中，“多中心”被认为是城市的最佳空间形态[5]。
在中国，单中心大城市规模扩张引致的集聚不经济，已经不适应当前中国构建新发展格局和高质量发展的需求，部分超大特大城市功能过度集中，中心城区人口过度集聚，存在空气污染、交通拥堵等“大城市病”[6]。中国共产党的“二十大”提出要“加快转变超大特大城市发展方式，要建设宜居、韧性和人民的城市”。目前中国都市区多中心体系演化也表现为两方面的变化趋势：一是内部功能的整合提升，二是外部功能空间的扩张。前者是指传统的核心区通过功能外迁的结构性过滤，使传统中心从低级的功能混杂逐步向多中心有序化和专业化转变，在都市区形成不同专业化方向的水平分工体系；后者是指都市区的地域范围不断扩大，形成的次中心构成了不同等级的垂直分工体系[7]。城市通过加强产业支撑、强化对外快速交通连接、引入优质公共服务资源，打造功能完善的郊区新城，实现城市多中心、组团式发展[6]。以多中心体系为架构的大城市空间结构对于提升交通效率、降低商务成本、减少碳排放和改善公共服务均等化水平都大有裨益。
引导城市形成“多中心体系”成为了广泛采用的空间规划策略。北京、上海、广州、深圳和杭州等国内大城市的空间规划都已经将“多中心体系”作为主要的空间发展战略，但真正有效的多中心体系结构的控制实践却仍十分缺乏。大城市空间的高效运行不仅取决于“多中心”的静态功能和形态结构，更取决于其中的组织[8]，实施“多中心”的初衷是通过引导家庭和企业区位的周期性调整，来实现职住平衡；而目前城市虽然已经出现居住与就业的多中心形态，但这种多中心体系并不是处于规模等级合理、功能互补的状态，居住与就业的空间错位引致的跨区域出行使城市交通更为拥挤，效率不甚理想。同时，规划编制过程中又过于倚重“经验”，对规划方案和实施结果缺少适宜的技术评价。

2 研究进展

城市多中心体系，又称城市多核心结构，是指在多个不同等级的城市中心主导下，城市人口和经济活动的群簇分布格局，是在特定的经济功能区域内，具有两个或以上要素集聚中心，且各中心之间构成分工协作的功能体系、等级均衡的开发规模和联系密切的有机整体，并具有空间和经济一体化演进态势的城市结构。人口增长与迁移、家庭户类型的变化、郊区化进程、经济活动的分散化以及经济结构的变迁等，都与城市多中心结构的发展演化有着密切关系[3]。从20世纪80年代末期开始，“边缘城市”[9]“郊区磁力中心”[10]“郊区闹市区”[11]“郊区次级就业中心”[12]等相关概念不断兴起，城市空间结构表现出明显的多中心特征，也充分体现了大都市区空间经济的一体化发展趋势[13]。
研究方法方面，已有大量研究是关于多中心体系及其形态结构的解析实证，并探讨其形成机制，可分为4种研究类型：① 构建多中心数学模型及其实证检验[14⇓-16]，从实证结果看，总体上符合地理空间衰减规律，但在影响因素和局部空间差异上存在扰动；② 利用手机信令、兴趣点（Point of Interest, POI）数据、就业密度函数、通勤联系度和社会空间结构变化来判别多中心体系形态特征[17⇓⇓⇓⇓-22]，目前中国国内大城市已经形成较为显著的空间形态多中心，但功能联系并不存在显著的多中心，中心之间的互动相对较弱；③ 利用生产性服务业等产业空间格局来解析次中心对其附近的人口密度、土地价值、住房价格、交通设施和就业密度等产生的影响[12,23⇓⇓⇓ -27]，不同城市的影响因素存在一定的共性，但在影响强度上存在显著差异；④ 从人口变化、城市用地演化、住房演化和产业区位变迁等角度探讨城市发展的多中心特征[28⇓⇓⇓-32]，大部分城市均存在“强主中心”“弱次中心”和“内密外疏”的特征。实践应用方面，将国外与多中心城市、分散型集中发展模式相关的规划理念进行本地化，并探讨在多中心体系引导中的应用，如新城市主义[33-34]，精明增长[35-36]，以公共交通为导向的开发（Transit-oriented Development, TOD）[37]、紧凑城市[38-39]等，在规划中提出了“多中心”“多轴带”和“多片区”的结构类型。实施评价方面，开展了对多中心体系或结构绩效的评价研究，如构建了密度、舒展度、人口梯度和OD（Origin-Destination）比等4个绩效指标的测度框架[1]、多中心体系的经济绩效[40]、交通绩效[41]、能耗绩效[42]和环境绩效[43]等，总体上多中心程度越高的城市，其相关绩效都相对较高。
“绩效”来自经济学术语，制度经济学的代表人North将“绩效”与“结构”的关系定义为一定经济活动的投入产出比和生产的稳定性[44]。在空间规划领域引入绩效概念，即在给定的城市空间范围内，人口以及经济社会活动在空间的分布具有结构绩效的可比性[1]，以及市场选择和个体选择的结构匹配度和稳定性[44]。空间绩效的测度指标方面：Bertaud等提出了建成区平均密度、密度剖面梯度和日常出行模式的空间结构3大因素[45]；韦亚平等提出了绩效密度、舒展度、人口梯度和OD比4个指标[1]；Zhang等从社会经济、空间形态、空间组织、生态质量4个方面提出空间绩效测度[46]。
综上，目前大量研究仍集中在多中心体系结构的识别、刻画和格局分析层面，缺少对多中心体系本身形成机制的动态研究；另一方面，已有研究以单一维度的要素或数据分析为主，缺乏对多中心体系本身丰富内涵的考量。由于只是现象层面的研究，也由此导致在实践层面难以得到有效的实施策略。鉴于此，本文基于多源数据和集成分析视角，构建城市多中心体系空间绩效的多维度分析框架，对城市多中心体系的空间特征进行量化与集成解析，系统识别、刻画和分析多中心体系的格局特征，进而分析其演化机制，旨在丰富中国的城市空间及其规划理论，为加快转变超大特大城市发展方式提供借鉴。

3 分析框架、方法与数据

3.1 分析框架与指标

多中心城市空间结构的概念内涵可以从3个方面进行定义：① 由城市内部各要素的空间分布格局形成的城市形态；② 不同中心和区域之间的相互作用；③ 城市形态和功能联系的动态变化特征，即前两者之间的组织和演化规律[7]。本文构建的分析框架从开发强度绩效、活动密度绩效、功能密度绩效和出行效率绩效4个维度对多中心体系的空间绩效展开分析（图1），采用密度分布、梯度分布、出行状态和空间形态等分析方法，体现多中心体系的静态现象、动态特征和组织规律3个概念层次[7]。具体表征指标如表1所示，先计算单个绩效的评价指标，再通过等权法进行加总，对综合绩效值进行比较分析。本文提出的4个绩效与前述多中心城市概念内涵之间具有紧密的逻辑映射关系：开发强度绩效表征了外在静态多中心格局，由活动密度绩效和出行效率绩效表征了内在多中心内在互动关系特征；同时，在多中心空间层级结构下，还隐含着功能密度绩效表征的水平分工和垂直分工相结合的专业化功能体系。
图1 城市多中心体系空间绩效评估分析框架

Fig. 1 The spatial performance evaluation framework of urban polycentric system

表1 城市多中心体系空间绩效评价指标

Tab. 1 The spatial performance evaluation index of urban polycentric system

绩效维度 参考依据 表征指标 指标计算方法 数据简介 数据来源与精度
数据类型 数据介绍
开发强度绩效(静态现象) 参考杨俊宴等[34]、Zhang等[46]、张亮等[31]研究，多中心的空间形态主要体现在空间密度和开发强度两个方面 空间强度指标：基于土地利用数据与建筑轮廓数据的用地面积与建筑面积的形态密度、强度与梯度；经济强度指标：基于房价数据的土地经济价值分布格局及其梯度 利用建筑轮廓数据和城市用地分类数据计算容积率，归一化后将其与归一化后的房价数据等权相加，得出区域范围内的开发强度绩效 建筑轮廓矢量数据 2022年杭州市建筑轮廓矢量据，包含建筑面积、建筑层高等属性信息 来源于百度地图，0.5 m遥感卫星空间分辨率
城市用地分类数据 2020年城市用地分类数据，包括公共设施用地、居住用地、绿地等10种类型用地，包含用地编号、类型和面积等属性信息 来源于杭州市规划和自然资源局，0.5 m遥感卫星空间分辨率
房价数据 包含杭州市主城8个区的3万余条房价数据 来源于链家等网站
活动密度绩效(组织规律) 参考丁亮等[16]、金忠民等[21]研究，市民活动大致可以分为工作和休闲，采用具有动态和精细化特性的手机信令数据进行分时段描述 基于手机信令的就业活动位置分布与休闲活动位置分布密度与梯度 将手机信令数据经过数据处理，识别得到工作日活动分布与休息日活动分布，归一化后等权相加，得到活动密度绩效值 手机信令数据 2017年4月记录手机用户的移动轨迹，经过数据处理和清洗后可以识别判断用户的工作轨迹和游憩活动的信息 来源于移动通讯公司
功能密度绩效(组织规律) 参考李欣[22]、杨俊宴等[34]研究，服务设施的分布，体现了城市服务供给的密度和多样性，一般来讲服务密度和多样性越高，能满足市民需求的程度也相对较大 基于高德地图的多类型POI分布密度和梯度；基于企业征信数据库的生产性服务业分布密度 借鉴生态学希尔数多样性测度模型，利用2020年高德地图的POI数据测算POI混合 D q，计算公式为：
D q = ∑ i = 1 n P i 0 + e x p - ∑ i = 1 n P i l n P i + 1 ∑ i = 1 n P i 2
式中：n表示POI类型的数量； P i为POI类型i出现的频率。		 POI数据 基于高德地图API接口获取，包含设施名称、类型、经纬度等信息。依据日常需求，对其简化重分类分为餐饮服务、生活服务、购物服务、教育服务等8类 来源于高德地图，共483455条
生产性服务业企业数据 基于天眼查企业征信数据库，查询搜集杭州市主城区内存续、在业状态的生产性服务业企业数据，经过数据清洗筛查，通过高德地图API接口对企业地址进行地理编码 来源于天眼查企业征信数据库，共412121条
出行效率绩效(动态特征) 参考孙斌栋等[40]、李峰清等[44]、韦亚平等[1]研究，出行效率取决于出行方式、道路网络结构和拥堵程度，但是由于出行方式是离散数据，难以测算，故采用路网结构和交通流量数据近似计算宏观的出行效率绩效 基于高德地图的路况流量数据的出行效率测度 计算工作日和休息日两个时间段的平均交通出行速度来表征不同时间段的出行效率 交通流量数据 2021年9月一周内的高德地图平台上的路况信息，包含了道路名称、速度、经纬度等属性信息 来源于高德地图

3.2 研究方法

3.2.1 公共中心范围识别法

基于多中心体系的形态特征，借鉴杨俊宴等在墨菲指数界定法的基础上，提出的公共服务设施指数法界定城市中心区的空间范围[47]，即计算各个街区的公共服务设施高度指数（Public Service Facilities Height Index, PSFHI）和公共服务设施密度指数（Public Service Facilities Intensity Index, PSFII）两个指标，当多个连续的街区的PSFII ≥ 50%且PSFHI ≥ 2时，则这块连续的街区符合城市公共中心范围界定，PSFII ≥ 90%且PSFHI ≥ 4时的连续街区为中心区硬核范围，而当PSFII ≤ 50%或PSFHI ≤ 2时的连续街区为非中心区空间范围。计算公式如下：
P S F H I = 被 调 查 用 地 公 共 服 务 设 施 的 建 筑 面 积 被 调 查 用 地 的 用 地 面 积 × 100 %
P S F I I = 被 调 查 用 地 公 共 服 务 设 施 的 建 筑 面 积 被 调 查 用 地 的 总 建 筑 面 积 × 100 %

3.2.2 中心体系空间绩效测度法

开发强度绩效计算方法：开发强度包括空间开发强度和土地经济强度两个方面，本文选择由容积率和房价指标综合反映某个区域的开发强度。利用2022年杭州市建筑轮廓数据和2020年城市用地分类数据计算容积率，归一化后将其与归一化后的房价数据等权相加，得出区域范围内的开发强度绩效。
活动密度绩效计算方法：采用2017年4月浙江移动通讯公司的手机信令数据，首先经过数据清洗等处理后，通过判断工作日夜间居住时间和日间工作时间经常连接的基站，识别手机用户的居住地和工作地，随后通过判断休息日在非本人居住地、工作地及交通枢纽之外的某一范围场所的连续停留，识别用户休息日时的活动轨迹。识别结果经过检验抽样随机性（依据第六次人口普查的常住人口数据，按街道汇总手机信令数据识别的居住人数，与各街道常住人口数做相关性检验，在1%显著性水平下为0.93，依据第三次经济普查原始企业数据，按街道汇总手机信令数据识别的就业人数，与各街道二、三产就业岗位数做相关性检验，在1%显著性水平下相关系数为0.52）检验结果均属于强相关性，说明识别结果具有较高的抽样随机性，能较准确反映全市居民的居住就业活动分布，将识别后的工作日活动分布与休息日活动分布归一化后等权相加，得到活动密度绩效值。
功能密度绩效计算方法：相对于土地利用数据，POI数据更能反映城市业态分布和功能混合程度，能够有效揭示城市空间的功能特征。借用生态学希尔数多样性（Hill-number）测度模型，通过利用POI数据测算混合度，衡量城市空间的功能密度绩效，将计算得到的POI混合度进行归一化，得到功能密度绩效值。
出行效率绩效计算方法：基于2021年9月6日—9月12日一周的高德交通态势数据，计算工作日和休息日两个时间段的平均交通出行速度来表征不同时间段的出行效率。交通出行速度能直观反映交通拥堵程度，反映城市居民的出行效率，通过克里金插值计算得到杭州市主城区全域出行效率的分布趋势面，将工作日和休息日出行效率归一化后等权相加，得到出行效率绩效值。
综合绩效的计算方法：参考《城市居住区规划设计标准》GB50180-2018中10 min生活圈的500 m空间范围，同时考虑到杭州主城区新建的地块尺度，故取中间值600 m×600 m的网格作为计算栅格单元。按照等权法对上述4个维度的绩效指标进行等权重加权计算，分别得到各研究单元工作日和休息日的综合绩效得分值（归一化数值范围为0~1）。通过ArcGIS中的空间链接工具，累计相加每个公共中心所覆盖的研究单元的工作日和休息日的综合绩效值，得到公共中心工作日和休息日的综合绩效，最后取两个时间段综合绩效的平均值作为公共中心的总绩效值。

3.2.3 绩效空间分布梯度分析法

借助ArcGIS中3D Analyst模型从以杭州传统老中心西湖东侧湖滨地区为起点，向临平城副中心方向、下沙城副中心方向、江南城副中心方向、之江次中心方向、城西科创暨余杭组团副中心方向、祥符次中心方向分别建立6条剖面线（图2），以曲线上的波谷和波峰代表公共中心最核心点的绩效值，分别提取中心体系内各个公共中心的空间绩效，并绘制绩效变化趋势的剖面分析图。
图2 杭州市主城区的公共中心体系规划图

Fig. 2 Plan of the polycentric system in the core area of Hangzhou city

3.3 研究区概况

杭州市位于中国华东地区、浙江省北部，是长三角城市群的核心城市之一，区域范围29°11'N~30°34'N，118°20'E~120°37'E，按照杭州第一绕城高速公路范围划定核心区范围。《杭州市城市总体规划（2001—2020年）》（2016年修订版）提出了多中心城市空间结构是杭州的未来城市空间发展模式，杭州城市规划公共中心体系由城市主中心（2个）、城市副中心（6个）、城市次中心（18个）三级公共中心体系组成（图2）。文中多中心体系是指公共中心体系，即人的公共活动在一定范围内大规模集聚的场所或地区，包含商业商务和文化娱乐等主要职能[48-49]；同时，研究范围界定为杭州市主城区，面积为3334 km2。

4 多中心体系分维度绩效评估结果

4.1 多中心体系总格局

杭州市主城区多中心体系格局显著，老城中心集聚、外围中心离散、规划引导效果差异明显，总体上，老城有连片趋势，外围呈离散分布。根据公共服务设施指数界定法识别出杭州各个公共中心的范围，再将相邻或距离相近的地块合并，最终得到20个公共中心（图3）。从分布格局看，越是靠近老城的中心面积越大，最大的沿江地区主中心达到1592 hm2，且相邻中心之间的距离也越小，沿主要道路轴线呈现连片发展的趋势；而近郊区和郊区的中心规模相对面积较小，平均面积只有95 hm2，分布也较为分散。
图3 杭州主城区各公共中心空间范围界定

Fig. 3 Spatial scope definition for centers in Hangzhou core area

空间规划对杭州市主城区城市多中心体系的影响存在差异，主中心发展符合规划，但副中心和次中心出现明显分化。本文将其与杭州市城市总体规划提出的公共中心体系进行比较（图3），发现2个主中心已经完全形成，并呈现出不断提质发育；6个副中心中4个已经完全成熟，但另有2个位于外围的城北地区暨良渚组团副中心和大江东新城暨义蓬组团副中心尚未形成；而规划确定的18个次中心中，只有9个次中心已经完全形成；同时，出现了5个自发形成的次中心，分别为紫金港次中心、庆春次中心、湖墅文新次中心、远洋商务次中心和城站次中心。可见，规划对于主中心的引导效果较好，尤以前期具有一定发展基础的中心引导效果较好，而对于外围新兴片区的副中心和第三级中心的引导效果则不佳，次中心呈现较高的自组织特征。

4.2 开发强度绩效分析

本文认为开发强度可以由代表空间开发强度的“容积率”和代表单位面积经济强度的“房价”来综合表征。根据分要素计算结果和空间开发强度绩效值计算结果（图4），总体上，杭州市主城区多中心形态显著，主中心首位度高，受城市发展方向影响明显，均呈现中心高、外围低的总体趋势，多个次级峰值区与中心体系的各级中心的分布也较为一致。
图4 2022年杭州市主城区开发强度绩效分析

Fig. 4 Performance value of spatial development intensity in Hangzhou core area in 2022

杭州市主城区主城的集聚经济作用非常显著，靠近主城核心区的各级中心整体开发强度绩效要高于外围地区，且自发形成的次中心也全部位于主城核心区，外围中心的培育效果不佳。根据图5c，主中心的开发强度平均绩效（7.3）显著高于其他副中心（1.6）和次中心（0.8），中心体系的强度绩效等级清晰，主中心的首位度极高；次中心的开发强度绩效存在较大差异性，自发形成的次中心开发强度平均绩效与规划确定的次中心相近（平均都为0.8）。从开发强度绩效梯度分布规律看（图5a、5b），位于城市主发展方向上的梯度衰减明显慢于非主发展方向。自杭州在2004年版城市总体规划提出跨江发展战略，即确定了城市主导的发展方向为主城向东南方向，从强度梯度的剖面分析图上看出“江南城方向”的强度高值点最多，衰减速度也相对较慢。靠近主城地区的开发强度绩效梯度内部变化幅度大于外围地区，如“江南城方向”和“祥符方向”两条梯度剖面线的绩效内部差异程度显著大于其他方向。
图5 2022年杭州主城区开发强度绩效分布梯度剖面图及各中心开发强度总绩效统计

Fig. 5 Distribution and statistics of development intensity profile gradient in Hangzhou core area in 2022

4.3 活动密度绩效分析

总体上，休息日活动更趋多中心化，次中心和主发展方向的中心更均衡，多中心体系工作日活动密度比休息日活动密度的分布更为集聚，多中心体系的均衡性更多体现在次中心层级，城市主发展方向上多中心体系的梯度等级更为显著。工作日和休息日平均活动密度绩效都为高值点的中心主要是西湖及近湖地区主中心（3.3）、沿江地区主中心（3.0）、下沙城副中心（1.55）；除庆春次中心外，各级中心的休息日活动密度均大于工作日；其中，主中心和副中心内部差距总体较大，包括西湖及近湖地区主中心（绩效差0.9）、下沙城副中心（绩效差0.5）、江南城副中心（绩效差0.3）、城站次中心（绩效差0.2）和临平城副中心（绩效差0.2），而次中心的绩效差则基本在0.2之内（图6~图7）。从活动密度绩效的衰减趋势看（图8~图9），呈现主发展方向上衰减慢、多中心次级波峰多；而非主要发展方向上衰减快，多中心活动梯度分布的波峰波谷特征不明显。
图6 2017年杭州主城区活动密度绩效分析

Fig. 6 Performance value of activity density in Hangzhou core area in 2017

图7 2017年杭州主城区各中心活动密度总绩效统计

Fig. 7 Performance statistics of activity density of centers in Hangzhou core area in 2017

图8 2017年杭州主城区工作日活动密度绩效分布梯度剖面图

Fig. 8 Distribution of weekday activity density gradient in Hangzhou core area in 2017

图9 2017年杭州主城区休息日活动密度绩效分布梯度剖面图

Fig. 9 Distribution of weekend activity density gradient in Hangzhou core area in 2017

4.4 功能密度绩效分析

杭州市主城区功能密度分布呈现从核心向外逐级递减，主副中心垂直分工，次级中心水平分工，由核心区向外围递减的格局，中心等级越高，其绩效水平也越高；主中心和副中心以综合型为主，次中心以专业型为主；多中心体系呈现明显的水平与垂直分工特征。功能密度平均绩效由主中心（11.4），向副中心（3.6）和次中心（1.5）逐级递减；副中心绩效中新兴的城西科创暨余杭组团副中心相对较低（1.9）；次中心内部差异显著，总体上位于核心区的中心绩效相对较高，如城东新城次中心（2.6）、黄龙次中心（2.6）和城站次中心（2.3）（图10~图12）。从功能密度的梯度分布看（图12a、12b），波峰与各级中心的位置高度吻合；同时，主发展方向上的梯度衰减较慢，非主发展方向上的梯度变化剧烈。可见，城市主发展方向对于多中心体系的功能引导具有较高的稳定性和持续性，而非主发展方向上的梯度呈不稳定状态。从各级中心的主导功能看，主中心、副中心和自发形成的次中心更偏向于综合型中心，且从丰富度和集聚度看，主副中心呈现显著的垂直分工状态；而次中心大部分偏向于专业型中心，一般都具有1~2个主导的专业化功能，在中心体系中形成水平分工状态。此外，功能密度绩效与生产性服务业分布密度的Pearson相关性仅为0.35，虽然生产性服务业的空间格局也呈现了“多中心集聚”，但与公共中心体系在分布区位和范围方面仍存在较大差异。
图10 2022年杭州主城区功能密度绩效分析

Fig. 10 Performance value of functional density in Hangzhou core area in 2022

图11 2023年杭州主城区生产性服务业业态密度分布

Fig. 11 The density distribution of productive service industry in Hangzhou core area in 2023

图12 2022年杭州主城区功能密度绩效分布梯度剖面图及各中心开发强度总绩效统计

Fig. 12 Distribution and statistics of functional density profile gradient in Hangzhou core area in 2022

4.5 出行效率绩效分析

休息日整体出行效率绩效要高于工作日，出行效率绩效低值呈核心区集聚状态，中心等级越低则效率总体越高，中心体系的水平分工有利于提升出行效率绩效，游憩出行比通勤出行更多中心化，就业多中心均衡性逐步显现。效率低值点主要位于核心区的中心（图13~图14），包括西湖及近湖地区主中心（0.15）、沿江地区主中心（0.25）、江南城副中心（0.4）和下沙城副中心（0.3）；效率高值点主要位于外围中心，如老余杭次中心（2）、蒋村次中心（1.65）和九乔商贸城次中心（1.65）；从效率绩效分布格局看（图13~图14），工作日相比休息日的高值点分布更为均衡，说明已呈现较为明显的就业多中心趋势；同时，次中心等级中，旅游和物流等以“流量”为特征的专业化中心相对效率偏低，如祥符次中心（0.45）、城站次中心（0.65）和黄龙次中心（0.75）。工作日和休息日出行效率绩效差异较大的中心大都没有旅游功能或毗邻旅游景区，如老余杭次中心（差距0.6）、湖墅文新次中心（差距0.3）和紫金港次中心（差距0.3）。从出行效率的各向分布梯度看（图15~图16），非主发展方向上的波动更为剧烈。
图13 2021年杭州主城区出行效率绩效分析

Fig. 13 Performance value of travel efficiency in Hangzhou core area in 2021

图14 杭州主城区各公共中心出行效率总绩效统计

Fig. 14 Performance statistics of travel efficiency of centers in Hangzhou core area

图15 2021年杭州主城区工作日出行效率绩效分布梯度剖面图

Fig. 15 Distribution of weekday travel efficiency gradient in Hangzhou core area in 2021

图16 2021年杭州主城区休息日出行效率绩效分布梯度剖面图

Fig. 16 Distribution of weekend travel efficiency gradient in Hangzhou core area in 2021

4.6 多中心体系综合绩效评估结果

① 工作日和休息日的活动强度和出行效率时变差异并不会显著影响多中心体系的整体效率，工作日和休息日的综合绩效大致相等，平均绩效差仅0.04（图17）；② 双主中心的强集聚效应远大于副中心和次中心的“反磁力”效应，主中心绩效首位度很高，其中平均绩效首位度达到3.37，平均空间容量（建筑面积）首位度达3.48。主中心综合平均绩效（5.5）显著高于副中心（1.65）和次中心（0.94）（图18）。“主中心、副中心、规划次中心和自发形成次中心”的平均空间规模比例为11.46∶3.29∶1.25∶1；③ 新主中心的建立引导城市跨江发展，拉大了城市空间结构框架，使要素分布趋向于均衡化，作为新建主中心的沿江地区主中心绩效（6.0）高于老城传统主中心西湖及近湖地区主中心（5.0）；④ 行政管理关系和城市发展方向对副中心绩效有影响，市本级的下沙副中心绩效（2.3）要高于其他副中心（平均1.42）。城市主发展方向上的下沙城和江南城副中心绩效高于非主发展方向上的中心（图19）。副中心综合绩效存在较大差异，作为新建副中心的城西科创暨余杭组团副中心由于尚未完全建成，目前绩效低于已有其他3个副城副中心；⑤ 核心区次中心综合绩效高于外围次中心，自发形成的次中心绩效较高，且大都位于核心区内部，位于核心区的次中心平均综合绩效（1.0）显著高于外围地区（0.7），自发形成的次中心平均综合绩效（0.98）普遍高于规划确定的次中心（0.91）。⑥ 从单个中心的绩效构成看，越靠近城市中心区，等级越高，则其绩效均衡性越高。江南城和临平城等副中心等级是子绩效最为均衡的，即发育最为成熟；而次中心等级则分化出多种类型（图20~图21）：第一类是黄龙和城站等位于中心区范围的中心子绩效较为均衡；第二类是蒋村、之江和老余杭等位于郊区范围的中心子绩效除出行绩效高外，其他均较低；第三类是紫金港和湖墅文新等自发形成的次中心子绩效之间的差异最大。
图17 杭州主城区综合总绩效空间分布

Fig. 17 Spatial distribution of comprehensive performance in Hangzhou core area

图18 杭州主城区各公共中心综合总绩效统计

Fig. 18 Average comprehensive performance statistics for public centers in Hangzhou core area

图19 杭州主城区各公共中心综合总绩效分维度统计

Fig. 19 Comprehensive performance statistics for public centers in Hangzhou core area

图20 杭州主城区工作日综合绩效分布梯度剖面图

Fig. 20 Distribution of weekday comprehensive performance gradient in Hangzhou core area

图21 杭州主城区休息日综合绩效分布梯度剖面图

Fig. 21 Distribution of weekend comprehensive performance gradient in Hangzhou core area

5 多中心体系空间绩效机理分析

城市多中心体系的形成发育和绩效水平受到多种因素的复杂影响（图22）。宏观机制包括历史路径依赖、自然地理特征、经济产业发展、社会需求升级和政府政策引导等方面；微观机制则指“自下而上”地通过企业区位选择和市民居住区位选择，可以理解成无数个企业和居民等微观个体在时间成本和空间成本约束下，对于空间绩效进行权衡的结果，他们做出的巨量离散型决策形成了多中心体系“三结构一网络”的宏观结构。从影响机理之间的关系看，历史路径依赖和自然地理特征是影响绩效的基础型机制；而政府政策引导更像是一种调控型机制，一方面其对调控绩效均衡性具有宏观影响，另一方面也具有不确定性，在大事件影响下甚至可成为“突变”机制；经济产业发展和社会需求升级是驱动型机制，前者通过产业升级的“空间过滤”驱动企业区位选择，而后者则通过居民需求牵引集聚相关功能要素。基础型机制同时作用于调控型机制和驱动型机制，调控型机制和驱动型之间者则呈现相互关联、相互影响和相互作用的复杂动态演化关系。本文结合杭州城市多中心体系绩效的实证研究（表2），对其中的关键机理进行阐述。
图22 城市多中心体系形成的动力机制

Fig. 22 Evolution mechanism for the structure of polycentricity

表2 多中心体系形成机制与功能类型汇总

Tab. 2 The formation mechanism and function types of polycentric system

中心等级 名称 形成机制 主导功能 类型
规划
主中心		 西湖及近湖地区
主中心		 毗邻杭州西湖景区的杭州老城区商业中心，杭州历史上的传统城市中心。 商务、商业
和文化服务		 综合型
沿江地区主中心 该中心由钱江新城和钱江世纪城跨江的两个部分组成。钱江新城为杭州跨江发展战略中确定的城市新主中心，2016年将杭州市政府从武林板块迁至钱江新城；钱江世纪城受举办2016年G20峰会和十九届亚运会大事件驱动，建设了大型会议场馆和奥体中心，带动新中心快速形成。 商务、商业
和金融服务		 综合型
规划
副中心		 江南城副中心 由滨江区中心区和萧山区中心区组成。滨江区中心区，源于1990年设立滨江高新技术开发区，起步于政府主导的高新类产业区，2000年实施“沿江开发，跨江发展”的城市发展战略后，发展成综合型城区；萧山区中心区原为县级市“萧山市”的传统中心，2001年“撤市建区”后作为杭州主城区副城之一。 商务、商业
和技术服务		 综合型
临平城副中心 原为县级市“临平市”的传统中心，2001年“撤市建区”后作为杭州主城区副城之一。 商务、商业
和文化服务		 综合型
下沙城副中心 起步于1993年的国家级经济技术开发区建设；后又开发了高教园区和金沙湖商务区；1996年总体规划确定下沙为杭州“副城”开发建设；是政府主导下的从“工业区”到“综合新城”转型形成的副中心。 商务、商业
和教育服务		 综合型
城西科创暨余杭
组团副中心		 2011年依托海创园启动未来科技城建设；2013年阿里巴巴集团在此建设淘宝城，2016年启动建设杭州城西科创大走廊。该中心是龙头企业先导下形成的新中心，后由政府重点推动。 商务、商业
和科研服务		 专业型
规划
次中心		 城东新城次中心 杭州东站始建于1992年，2013年改建后的新火车东站投用，围绕杭州东站交通枢纽建设形成公共中心；重大设施(交通枢纽)引导下的中心开发。 商务和物流
服务		 专业型
蒋村次中心 围绕西溪国家湿地公园建设旅游商业和商务办公中心；重大设施(5A级景区)引导下的中心开发。 商业和旅游
服务		 综合型
之江次中心 围绕之江国际度假村和中国美院象山校区建设旅游商业中心，后有蚂蚁金服龙头企业意向选址；重大设施(旅游综合体)引导下的中心开发。 金融和旅游
服务		 专业型
祥符次中心 原传统祥符镇中心，由围绕祥符桥、杭州“腾笼换鸟”战略后的工业遗产、运河文化等空间更新建设公共中心。 商务和会展
服务		 专业型
黄龙次中心 1997年建设黄龙体育中心，围绕其形成的杭州传统商务区；重大设施(体育设施)引导下的中心开发。 商务和文体
服务		 专业型
九乔商贸城
次中心		 2010年由九堡、乔司地区的批发交易、零售购物形成的物流商业型中心；重大设施(交通枢纽和专业市场)引导下的中心开发。 市场和物流
服务		 专业型
杭州南站次中心 2010年由萧山站改建杭州南站，围绕杭州南站交通枢纽建设形成公共中心；重大设施(交通枢纽)引导下的中心开发。 商业和物流
服务		 专业型
老余杭次中心 原传统老余杭镇中心，后期结合梦想小镇(互联网企业园区)建设形成公共中心。 商务和商业
服务		 综合型
浦沿次中心 原传统沿浦镇中心，后期结合杭州高新技术开发区之江区块和浙江省高教园区建设形成公共中心。 商务和商业
服务		 专业型
自发
形成
次中心		 紫金港次中心 围绕浙江大学紫金港校区形成商务商业公共中心；重大设施(教育科研设施)引导下的自发形成的公共中心。 科研和教育
服务		 专业型
湖墅文新次中心 围绕湖墅和文新地区商务楼建设，自发形成的公共中心。 商务和文化
服务		 综合型
城站次中心 围绕杭州城站地区商务楼建设逐步形成公共中心；重大设施(交通枢纽)引导下自发形成的公共中心。 商务和旅游
服务		 综合型
庆春次中心 围绕专业批发市场建设商务楼逐步形成公共中心；重大设施(批发市场)引导下自发形成的公共中心。 商业和商务
服务		 综合型
远洋商务次中心 围绕拱宸桥地区、京杭大运河建设商务楼和综合体，逐步形成运河CBD，是自发形成的公共中心。 商业和商务
服务		 综合型
（1）多中心体系的形成是一个长期积累的历史过程。首先是基于传统中心的发展基础，如自20世纪80年代开始杭州的西湖及近湖地区主中心就一直是传统的城市中心，而江南城是基于原来行政区划合并前的萧山县级市中心，临平城是基于原来的临平县级市中心，这3个中心一直是中心体系中的主副中心。同时，这些传统中心具备综合型功能和规模较大的人口支撑，集聚经济效应显著，发育程度较好，首位度和中心绩效也较高。
（2）自然地理条件对于新中心建设的位置选择具有基础性影响。由于杭州主城核心区内西南面山体和东南面钱塘江的阻隔、西面受到大面积湿地的限制，“三面环山一面城”的独特地理形态导致城市建设空间狭窄，因而城市前期大部分中心只能选择在向东和向北的发展方向上进行选址，故当前大部分高绩效的次中心位于核心区内，且呈现出连绵发展的趋势。
（3）经济产业的发展与转型，伴随着重大设施建设，对多中心体系的空间结构和功能分工产生了深刻影响。20世纪80年代后期开始，杭州核心区制造业顺应产业结构调整，纷纷外迁至下沙城副中心、临平城副中心和江南城副中心。核心区中心功能通过“退二进三”和市场机制的同步作用，形成了以现代服务业为主的业态结构，并具有较高的开发强度。同时，信息传输、软件和信息技术服务业、金融业、科学研究和技术服务业等不需要频繁“面对面”接触和对交通枢纽具有强依赖性的生产性服务业，开始向外围中心迁移和集聚，对次中心的形成起到了推动作用，如城西科创暨余杭组团副中心、九乔商贸城次中心和紫金港次中心均为通过核心区产业疏解形成的专业型次中心。但这些专业型中心的绩效相对偏低，且总体上生产性服务业的多中心结构与公共中心体系结构存在空间错位，多样化的公共服务是引导城市空间结构重构的重要工具[50]，可能是由于缺乏综合性服务，从而导致外围的生产性服务业中心的发展环境不佳、吸引力相对较弱。
（4）政府行政力量和重大事件驱动的影响，对于多中心体系的演化具有关键的影响作用，大部分公共中心形成的背后都有着行政力量的引导和推动，且受行政力量等级差异的影响显著。一方面，市级层面的发展战略，如杭州在20世纪90年代后期提出了跨江发展战略，后又承办了G20峰会和亚运会，通过总体规划的编制，直接推动了钱江新城和钱江世纪城作为沿江地区新主中心的形成。另一方面，区级层面的专项、专题和政策也会影响中心体系的演化，但其初始驱动大都来源于“自下而上”的企业存量用地调整需求和居民生活需求，一定意义上也可划归自下而上的“自发形成”机制，如杭州市在2016年依托原海创园和阿里巴巴大型企业的发展需求，启动城西科创大走廊的建设，将科创企业引导在西部进行集聚发展，直接推动了城西科创暨余杭组团中心的形成；又如2008年在主城核心区规划了100个城市综合体，经过多年的发展大都成为了次中心或第四级中心的主体，但也可能由于市级以下政府的资源配置能力有限，加之过于分散的布局和阶段性供大于求的影响，次中心绩效总体上较低，与第一级和第二级的绩效差距过大。
（5）微观主体的社会需求通过引导生产性服务业和生活性服务业的集聚，逐步形成公共中心。如杭州西部大型居住片区在20世纪90年代开发初期曾被称为“卧城”，后来由于居民对于生活性服务业、医疗教育等设施的需求不断上升，通过社会机制逐步推动了这些片区出现了相应的公共中心；而下沙城副中心（原国家级开发区）通过生产性和生活性服务业的长期需求牵引，逐步“由区转城”发展成熟，当前绩效较好。除规划确定的三级中心外，还形成了5个自发形成次中心，其中紫金港次中心主要围绕浙江大学紫金港校区的建设带动形成，城站次中心、湖墅文新次中心、庆春次中心和远洋商务次中心都是基于商业和商务业态集聚逐步形成的，可以理解为“自下而上”的、企业在市场机制和社会机制作用下形成的高绩效中心。这几个中心都位于核心区，且距离较近。通过工作日的出行效率格局佐证，说明核心区在多中心发展基础上，已经出现向更为均衡的“面状连绵”发展趋势。

6 结论与启示

本文在梳理城市中心体系空间绩效概念与分析框架的基础上，基于杭州案例的多源数据，融合大数据和空间分析等方法，探讨了杭州城市中心体系的范围识别、绩效测度和形成机理。研究发现：① 多中心体系是大城市空间绩效的重要核心结构，伴随着城市规模的扩张，公共中心体系也随之进行着裂变和分化；② 目前已经形成的多中心体系呈现仍偏向极化的“强主副中心、弱次中心；老城集聚、外围离散、次中心分化”的发展格局，外围中心空间绩效相对较低，发育相对滞后；③ 城市核心区和主导发展方向上的中心绩效总体较高，且逐步“连片”发展，未来有可能在空间形态上趋于“一体化”或“中心消融”；④ 中心体系均有高开发强度绩效，主中心极化效应大于扩散效应，中心规模等级结构呈“高主副中心、低次中心”的倒“金字塔型”；⑤ 活动密度绩效呈现低等级中心均衡状态，外围中心活动密度时变差异较小；⑥ 功能密度绩效“从内中心向外中心”梯度递减，产业升级转型、重大设施建设引导多中心功能分化，中心功能的水平分工与垂直分工格局显现；⑦ 出行效率绩效也同步呈现与多中心的一致性，就业多中心均衡性逐步显现；⑧ 中心体系的形成演化与绩效格局，受到历史路径依赖、自然地理特征、经济产业发展、社会需求升级和政府政策引导等方面的综合影响；尤其以政府行政力量包括发展战略、空间规划、资源配置政策、大事件驱动等的影响更为持续，且引导效应显著。本文精准识别和评估城市中心体系的空间绩效、格局特征，认识其发展演化的规律，可为加快转变超大特大城市发展方式，特别是对于城市空间结构的优化调控提供借鉴。
面向中国构建新发展格局的重大战略需求，未来将以城市群、都市圈作为区域竞争的主要形态。在此背景下，对城市多中心体系的协同发展得到几点启示：① 通过多中心体系功能的分工协同，促进存量产业空间结构进一步优化，从不同产业对空间成本和交易成本的需求特征，空间适配综合型和专业型中心；② 面向区域整体发展，强化外围副中心和次中心，促进城乡融合发展和公共服务均等化；③ 利用重大事件与重大设施驱动机制，提升中心能级，优化中心体系的均衡性和整体绩效；④ 通过政府行政力量，合理构建城市空间发展战略框架，借助产业政策、用地政策、税收政策等工具，引导形成相匹配的多中心体系；⑤ 加强交通基础设施网络结构与多中心体系的耦合匹配，提升多中心体系的出行效率绩效，提升城市整体运行效率；⑥ 关注微观主体需求，利用集聚经济效应和市场机制，保障自发形成的中心的有序形成与发育，重要资源配置向提升外围次中心发展能级倾斜。
本文受数据和篇幅所限，仍存在一定的不足：① 指标和数据仍具有一定的局限性，如手机信令的时间与其他建筑、房价数据存在年度差异，POI数据对比官方的工商注册数据具有不完整性，交通拥堵数据只考虑了地面交通情况，尚未考虑地铁的因素，这些局限性对研究结果的准确性具有一定的影响。② 定量数据分析偏向于时间截面研究，长历史周期的研究以定性分析为主，后续研究可通过纳入时间维度的分析，进一步深化对多中心体系的演化规律的识别。在获取多中心体系演化关键要素和测度指标的基础上，可利用空间定量模拟模型进行未来多中心体系发展的情景推演与优化调控措施的事前仿真。此外，可从多个空间尺度融合分析的视角，尝试将城市群、都市圈和城市内部多中心体系放置到一个总框架内进行研究，以探索多中心体系的多尺度协同机制。

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