基于网络分析的公共服务设施评价与规划对策

　　摘 要: 主要探讨了以地理信息系统为技术平台的基于最短路径的网络分析方法和多因子叠加分析方法在城市规划中的应用。以河南省巩义市为例，选取市域范围内的教育、文化、体育、卫生、福利五大类设施，通过对各类设施分布的现状服务区分析，得出每类设施的现状服务水平，最后通过综合叠加分析得出现状公共设施的总体覆盖情况，为该市未来空间总体发展方向和公共服务设施的规划配置提供参考依据。

　　刘世伟， 山西建筑 发表时间：2021-10-25

　　关键词: 地理信息系统; 网络分析; 服务区; 公共服务设施

　　1 概述

　　伴随着新型城镇化的进程，大中城市成为转移农村剩余劳动力的主要空间，这些城市由于现状规模不是很大，在城市发展方向选择上往往受到现状公共服务设施的影响，即靠近现状公共服务设施的地区比较成熟，服务性较好。通过对公共服务设施的现状分布进行分析评价，有利于实现公共服务设施资源的有效配置，合理选择城市发展方向，优化城市空间结构。

　　国内关于公共设施服务区的研究成果颇为丰富，但多数为单因子方面的探讨，缺少对城市内教育、文化、体育、福利和卫生等多因子的研究。孔云峰以巩义市初级中学为例，采用地理信息系统( ArcGIS) 技术建立人口分布、学校分布和交通条件等数据库，计算空间可达性，定量分析每一个居住区位学生上学的便利程度[1]。

　　刘伟基于 ArcGIS 9. 3 软件平台，以网络分析、空间叠加和数据分类等方法，针对天津滨海新区塘沽老城区教育设施，计算出小学建筑规模和模拟了生源的出行方式，提高了控规指标的科学性[2]。

　　章程的硕士 论 文 将 GIS 技术与公共服务设施规划模型紧密集成，开发适于进行城市公共服务设施的规划模型空间分析系统，探讨城市公共服务设施模型与 GIS 相结合辅助规划的方法，促进定量分析技术在规划分析中的应用[3]。

　　张纯以北京市中心城区为例，从城市规划交通视角探讨小学教育资源与交通可达性之间的相互关系，针对教育资源分布现状，提出城市范围的校车服务设施布局建议[4]。

　　传统的公共服务设施分析手段多利用 CAD 工具，以设施点为圆心一定的距离为半径画圆作为设施的服务范围，这种方法没有考虑路网结构、通达性等因素对设施服务范围的影响，简单的以直线距离为参考，精确性较低。随着信息技术的应用与推广，基于 GIS 的网络分析能将路网密度、等级等因子纳入评价体系，为公共服务设施的精确分析提供了可能。本文以河南省巩义市的公共服务设施分析为例，试图通过网络分析和多因子叠加分析的方法来弥补传统方法的不足，提高规划的科学性和准确性。

　　2 技术方法与路线

　　网络分析( Network Analysis) 是对地理网络，如交通网络、基础设施网络等，通过地理分析和建模来模拟和分析各类资源在网络上的分配情况，实现网络结构优化和资源优化配置问题。一个基本的网络主要包括中心、连接、节点和阻力。中心为具有一定容量能够接受或分配资源的节点位置，如文化站等; 连接是现实各种线状事物的抽象，如道路; 节点是网络中线状事物的交汇点，如道路交点等; 阻力是到达一个中心所花费的时间、距离、费用成本。本文通过对教育、文化、体育、福利、卫生等公共服务设施的网络分析，得到设施的服务区范围，通过服务面积比和服务人口比两个指标，对设施分布情况进行评价。

　　本文具体的工作流程如下:

　　1) 数据准备。建立文件地理数据库并导入社会福利设施、医疗卫生设施、文化设施、教育设施、体育设施数据。对路网数据进行拓扑检查，修正拓扑错误，并导入文件数据库。建立人口分布图层。 2) 利用 ArcCatalog 构建网络数据集( Network Dataset) 。 3) 利用网络分析( Network Analyst) 中的新服务区( New Service Area) 构建公共服务设施的服务区。 4) 将服务区与市域图层进行叠加。 5) 将矢量数据转换为栅格数据，并进行重分类。最后，进行公共服务设施的综合的多因子叠加运算，具体路线图如图 1 所示。

　　3 设施评价及规划对策

　　数据来源: 本文所用社会福利设施、医疗卫生设施、文化设施、教育设施、体育设施及人口方面的数据，通过调查得到，路网数据通过 ArcMap 矢量化得到，底图为巩义市土地利用调查数据图。

　　3. 1 社会福利设施的现状评价及规划对策

　　1) 社会福利设施的现状评价。

　　巩义市现有社会福利设施 17 处，养老床位约 1 750 张，老年人口约 5. 59 万人。由于养老设施服务整个市域，分析以 3 km 和 5 km 作为服务半径。

　　网络分析结果如表 1 所示。

　　由表 1 可知，社会福利设施以 3 km 为服务半径，服务区覆盖人口为 65. 81 万人，服务人口比为 80. 50% ，服务区覆盖面积为 124. 89 km2 ，服务面积比为 52. 03% 。以 5 km 为服务半径，服务区覆盖人口为 78. 31 万人，服务人口比为 95. 79% ，服务 区 覆 盖 面 积 为 799. 29 km2 ，服 务 面 积 比 为 76. 78% 。总体来看，社会福利设施服务面积比不大，但服务人口比高，能够覆盖大部分的居住区。

　　从图 2 可以看出，社会福利设施主要沿 G310 和 S314 分布，其中 G310 沿线有 7 处，S314 沿线有 4 处，远离主要交通线路的地方较少或没有。从空间来看，市域北部和东部福利设施有 13 处，占到总量的 82. 35% ，而市域南部仅有 3 处，占到总量的 17. 65% ，其中康店镇、回郭镇、夹津口镇缺少社会福利设施。从城乡分布来看，社会福利设施基本分布在市区及镇区，而离市区镇区较远的区域则没有相关福利设施。

　　2) 社会福利设施的规划对策。

　　a. 随着老龄化社会到来，社会福利设施和康养设施应提前预留空间，建议在康店镇、回郭镇沿伊洛河一带结合康养产业，增加两处社会福利设施; b. 增加养老设施用地，随着老龄化的到来，养老设施需要进一步完善。

　　3. 2 文化设施的现状评价及规划对策

　　1) 文化设施的现状评价。巩义市现有文化设施 28 处，包括 1 处综合型文化场馆，3 处图书馆，6 处文化活动中心， 14 个文化站，2 个文化广场，1 个期刊阅览室和 1 个文化馆。基本每 个 乡 镇 街 道 至 少 有 1 处 文 化 设 施。分 别 以15 min 和 30 min 作为服务半径，分析结果如表 2 所示。

　　从表2 可以看出，文化设施以10 min 为服务半径，服务区覆盖面积为 419. 34 km2 ，服务面积比为 40. 28% ，不足市域面积的一半。服务区覆盖人口为 59. 82 万人，服务人口比为 73. 18 % 。以 15 min 为服务半径，服务区覆盖面积为 623. 10 km2 ，服务面积比为 59. 86% ，覆盖人口为 70. 76 万人，服务人口比为 86. 57% 。结合人口分布，可以发现人口密集区与文化设施覆盖区重合度高。

　　结合图 3 可以看出，空间分布上，市区拥有较多的文化设施，共 9 处，约占总量的 1 /3。回郭镇、芝田镇、站街镇、竹林镇也实现了基本覆盖。而市域北部、南部及东部山区覆盖较少。

　　2) 文化设施的规划对策。大型文化设施主要集中在中心城区，东部新城区的市文化艺术中心已建成，片区级及社区级文化设施的服务水平有待完善，但从未来发展考虑，以休闲旅游、文化创意为主导的文化展示设施严重不足，建议在河洛镇( 河洛文化起源地) 增加区域性的文化设施，提升城市的历史文化魅力。

　　3. 3 医疗卫生设施的现状评价及规划对策

　　1) 医疗卫生设施的现状评价。巩义市现有一级及以上医疗机构 30 个，其中综合医院 5 个，乡镇卫生院 17 个，专科医院 4 个，社区卫生服务中心 3 个，计划生育服务站 1 个，总床位数为 2 475 张。中心城区具有 12 个医疗卫生机构，占到总数的 40. 0% ，回郭镇、涉村镇和河洛镇各有 2 个，其余 13 个乡镇均只有一个乡镇卫生院。以交通时耗 15 min， 20 min 为服务半径，网络分析结果见表 3。

　　由 表 3 可 知，医 疗 卫 生 设 施 的 15 min 覆 盖 面 积 为 564. 05 km2 ，服务面积比为 54. 18，接近市域面积的一半，而 20 min 覆盖面积为 756. 69 km2 ，服务面积比为 72. 69% ，医疗卫生服务设施已经覆盖市域的大部分区域。从服务人口来看，医疗卫生 15 min 覆盖人口 66. 98 万人，服务人口比为 81. 94% ，而 20 min 的覆盖人口达到 73. 17 万人，服务人口比为 89. 51% ，基本覆盖市域人口的绝大部分。

　　结合图 4，从空间上来看，市区下辖的五个街道已全部覆盖，回郭镇、芝田镇、站街镇和竹林镇已经全部覆盖，鲁庄镇、西村镇、北山口镇、大峪沟镇 4 个镇在以 15 min 的服务半径内大部分被覆盖，其他乡镇在以 20 min 服务半径的服务范围内，大部分被覆盖。整体来说，巩义市的卫生设施分布情况较好。

　　2) 医疗卫生设施的规划对策。医疗卫生设施的主要问题是大型医疗设施分布不均，大型医疗机构有 9 家分布在老城区，仅 1 家在东部新区，大型医疗卫生设施的布局严重不均衡，服务半径不合理。建议在东部新区增加一处综合医院。

　　3. 4 教育设施的现状评价及规划对策

　　1) 教育设施的现状评价。巩义市现有高中 7 所，职业高中 4 所。分别以一定的服务半径使用 ArcGIS 进行网络分析，基于网络分析的高中的服务区结果如表 4 所示。

　　由表 4 可知，高中 1 500 m 覆盖面积为 23. 51 km2 ，服务面积比为 2. 26% ，5 000 m 覆盖面积为 181. 88 km2 ，服务面积比为 17. 96% 。从整个市域来看，高中的服务面积较小，因此有一部分学生要经过很长距离才能到达学校。高中 1 500 m 覆盖人口为 16. 39 万人，服 务 人 口 比 为 20. 05% ， 5 000 m 覆盖人口为 46. 86 万人，服 务 人 口 比 为 57. 33% 。仅有 1 /5 的学生，可以步行到达学校，大多数的学生由于离校远需要寄宿于学校。

　　从图 5 可以看出，高中学校集中分布在市区及紧邻的北山口镇和芝田镇，市区以外只有回郭镇和小关镇各有 1 所高中分布。

　　2) 教育设施的规划对策。高中能基本覆盖中心城区和镇区，远离中心城区和镇区的学生需要通过寄宿解决，从未来提供高中教学质量的需求，规划中建议取消小关镇、回郭镇、芝田镇的三处高中，保留县城区内四处高中，未来集中到县城内接受高中教育。

　　3. 5 体育设施的现状评价及规划对策

　　1) 体育设施的现状评价。巩义市共有 6 处体育设施 ( 除去学校中的体育设施) ，分别为巩义市体育馆，夹津口镇公共健身广场，大峪沟镇足球场、篮球场，芝田镇专门体育训练 场 和 新 中 镇 茶 店 村 灯 光 球 场。分 别 以 10 min， 15 min 为服务半径，网络分析结果如表 5 所示。

　　从表 5 可知，体育设施 10 min 覆盖人口为 33. 30 万人，服务人口比为 40. 73% ，覆盖面积为 204. 76 km2 ，服务面积比为 19. 67% ，15 min 覆盖人口为 55. 08 万人，服务人口比为 67. 39% ，覆 盖 面 积 为 422. 38 km2 ，覆 盖 面 积 比 为 40. 57% 。

　　结合图 6 可知，具有体育设施的乡镇和市区具有较好的体育设施覆盖，对于体育设施需求较大的康店镇、河洛镇、鲁庄镇，体育设施覆盖较差，虽然体育设施的覆盖面能够连成片，但是远离主要干道，镇区使用体育设施需要花费更长的时间，很容易降低群众的锻炼意向。

　　2) 体育设施的规划对策。体育设施的问题主要集中在用地方面，市域现状体育设施用地严重不足，虽然体育设施

　　覆盖面积和覆盖人口较大，但是考虑到服务设施的承载能力，6 处体育设施不能满足全市 81 万人口的需求。第一，建议在新城区增加一处大型市级体育馆; 第二，补足片区级和社区级体育设施体系，重点在回郭镇、芝田镇和小关镇增加三处体育场馆，以满足居民的需要。

　　3. 6 公共服务设施服务区综合分析与规划对策

　　1) 公共服务设施的综合评价。通过对以上五大类公共服务设施服务区进行加权叠加分析，通过专家打分方法确定每个因子的权重，其中福利设施权重 0. 1，文化设施权重 0. 15，体育设施权重 0. 15，卫生设施权重 0. 3，教育设施权重 0. 3。按前文分析所得，将每类服务设施服务区分为三级，叠加五大类设施综合得分大于 0. 8，公共服务设施覆盖性好，在 0. 6 分 ～ 0. 8 分覆盖性较好，0. 4 分 ～ 0. 6 分覆盖性一般，0. 2 分 ～ 0. 4 分较差，小于 0. 2 分差。分析结果如表 6，图 7 所示。

　　可 以 看 出，公 共 服 务 设 施 覆 盖 性 好 的 区 域 面 积 为 171. 53 km2 ，占市域面积的 18. 75% ，主要分布在市区孝义街道、紫荆街道、新华路街道、杜甫街道及永安路街道，回郭镇，芝田镇及其他镇域的镇区，鲁庄镇、河洛镇基本不含公共服务设施覆盖性好的区域。而公共服务设施覆盖差的区域面积为256. 51 km2 ，占比28. 04% ，主要分布在康店镇、河洛镇，以及南部山区。

　　2) 综合评价结论。随着未来城市发展方向转向伊洛河两岸发展，河岸南部的现状城区公共服务设施综合较好，河岸北部地区缺少高等级的公共服务设施，建议未来增大市级文化休闲、医养健康设施的投入，重点布局康店镇医养健康设施，河洛镇文化休闲设施，提升伊洛河北岸的服务设施水平。

　　通过公共服务设施评价，设施覆盖性方面比较完整，但是设施等级差距较大，因此要完善公共服务设施的配置等级，根据服务人口规模和服务范围，按照等级分明、联系方便、服务半径合理的要求进行公共服务设施的配置，形成“中心城市—副中心城市—小城镇”的三级配置体系，重点加强中心城市的文化、教育、体育等综合服务水平，副中心城市 ( 西部回郭镇、东部小关镇) 主要服务市域东西两侧地区，形成公共服务的副中心，加大市级公共服务设施的配置。

　　4 局限与展望

　　本文是将基 于 GIS 的 网 络 分 析 手 段 应 用 于 公 共 服务设施现状分 析 及 布 局 优 化 的 一 次 探 索。文 章 对 巩 义市的教育、文化、体 育、卫 生、福利设施分别进行了网络分析和综合叠加分析，加深了对公共服务设施现状分布的科学精确认识，对公共服务设施的布局优化提供了有益的参考。但由 于 方 法 限 制，在 分 析 中 也 存 在 不 足，如缺乏对设施规模 质 量，道 路 等 级 等 因 素 的 综 合 考 虑，分析方法有待完善。