焦华富^1,, 杨显明²
1. 安徽师范大学国土资源与旅游学院,芜湖 241003
2. 西华师范大学国土资源学院,南充 637002

Relationship between industrial structure evolution and urban spatial form succession of the coal resource-based cities: A case study of Huainan City

JIAOHuafu^1,, YANGXianming²
1. College of Territorial Resources and Tourism, Anhui Normal University, Wuhu 241003, Anhui, China
2. College of Territorial Resources, China West Normal University, Nanchong 637002, Sichuan, China
收稿日期:2015-05-19
修回日期:2016-01-6
网络出版日期:2016-06-30
版权声明:2016《地理学报》编辑部本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
基金资助:国家自然科学基金项目(41171144)
作者简介:
-->作者简介：焦华富(1962-), 男, 安徽黄山人, 教授、博士生导师, 主要从事城市地理、城市经济的教学和研究工作。E-mail: jiaohuafu@263.net



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摘要
以安徽省淮南市为案例,借助国民经济发展统计数据和城市土地利用现状图等资料,以ArcGIS空间分析、SPSS统计分析结果为基础,构建煤炭资源型城市产业结构与城市空间形态耦合评价模型,从两者的耦合协调度和空间响应指数两个方面测度了煤炭资源型城市产业结构演替与城市空间形态演化的耦合过程、特征。结果表明：① 在煤炭资源型城市发展进程中,产业结构与城市空间形态之间存在明显的相互作用关系。② 产业结构通过生产要素对城市空间形态演化起着推动作用,两者间的耦合协调性较强,耦合度介于0.5~0.65之间,呈上升趋势;协调度维持在0.99以上,处于中度耦合良好协调状态。③ 城市空间对产业结构的响应度经历了增高、降低、再次升高的变化过程,表现为前期和后期高、中期低的“U”型特征。本文还从不同生命周期阶段、不同产业结构生产要素的空间效应和环境效应入手,分析了煤炭资源型城市产业结构演替与城市空间形态演化耦合机理,认为煤炭资源型城市空间形态演化是产业结构演替过程中生产要素通过空间效应作用实现的自我修复结果。

关键词：产业结构;空间形态;耦合;煤炭资源型城市;淮南市
Abstract
Taking Huainan as an example, the paper, based on the statistical data about national economic development and the urban land-use chart, and with the aid of Arcgis software and SPSS software, builds the coupling evaluation models of the industrial structures and urban spacial forms of the coal resource-based cities from two aspects (coupling coordination degree and spatial responding index), and measures the coupling's process and features of the coal resource-based cities' industrial structure evolution and urban development. The results are as follows: (1) There exists a close interaction between industrial structure and urban spatial form in the developing process of the coal resource-based cities; (2) Industrial structure with essential productive factors play a motivational role in the evolution of urban spatial form. A highly mutual related coupling coordination degree can be found between industrial structure and evolution of urban spatial form. The coupling degrees are between 0.5 and 0.65, showing an increasing tendency, while the coordination degree maintains over 0.99, under a decent coordinating status of moderate coupling. (3) The urban spatial responding degree to industrial structure experiences three stages in the process - rising, descending and ascending - with the high value in the early and final stages and the low value in the middle stage, presenting a "U"-shaped curve. In addition, the study sheds light on the industrial structural evolution of coal-based cities as well as the urban spatial developing coupling mechanism from the perspectives of different life circle stages, distinct spatial and environmental effects of industrial structural productive factors. In our study, it is shown that the spatial development of coal resource-based cities is the result of the rehabilitation of essential productive factors through the spatial effects in the process of industrial structural development.

Keywords：industrial structure;spatial form;coupling;the coal resource-based city;Huainan

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焦华富, 杨显明. 煤炭资源型城市产业结构演替与空间形态演变耦合——以安徽省淮南市为例[J]. , 2016, 71(6): 998-1009 https://doi.org/10.11821/dlxb201606008
JIAO Huafu, YANG Xianming. Relationship between industrial structure evolution and urban spatial form succession of the coal resource-based cities: A case study of Huainan City[J]. 地理学报, 2016, 71(6): 998-1009 https://doi.org/10.11821/dlxb201606008
产业结构与城市空间历来是经济学、地理学研究的重要问题,经历了由宏观视角延伸到微观视角、全国尺度拓展到全球尺度和省市等中观尺度以及城市等微观尺度,从短时间尺度推衍到长时间尺度研究的演化过程,理论与实证研究并重^[1-3]。随着全球经济的持续发展和城镇化的加速,从系统观出发来关注产业结构与城市空间形态之间的相互关系成为学术界理论探讨的重要话题。产业结构的演替能够推动城市空间形态的演化,这是****普遍认可的观点^[4-5]。
耦合是一个物理学概念,指两个或两个以上系统或运动形式通过各种相互作用而相互影响的现象^[6]。系统之间或运动形式之间通过各耦合要素通过在时间尺度和空间范围内的相互影响使系统内部各要素由无序向有序演化、协同促进,进而左右着系统或运动相变的特征和规律。一般来说,经济发展水平不同、产业结构相异,城市的地域空间形态和组合结构就不相同,不同发展时期的城市空间形态与经济发展水平、产业结构之间呈现出一定的关系。本文的“耦合”指煤炭资源型城市产业结构系统内部的产值结构、资金投入结构、劳动力投入结构等子系统的各要素,通过经济的、环境的、空间的等系列复杂作用机理,与城市的外部形态、内部结构组成要素产生空间作用,进而对城市空间形态产生影响。
本文以安徽省淮南市为案例地,通过对其产业结构演替和城市空间形态演化过程的综合分析,筛选评价指标,定量化测度煤炭资源型城市不同生命周期阶段产业结构与城市空间形态的耦合情况,进而探究煤炭资源型城市产业结构演替与城市空间形态演化的内在关联机理,为推进煤炭资源型城市社会、经济转型过程中的空间重构提供理论支撑。

1 研究区概况

淮南市地处安徽省中部偏北,煤炭资源储量丰富,是华东地区重要的能源基地。截止2012年,全市累计采煤120亿t,进入煤炭资源型城市生命周期的中兴期发展阶段;全市完成地区生产总值781.8亿元,其中第一产业增加值60.6亿元、第二产业增加值501.1亿元、第三产业增加值220.1亿元,分别较2010年增长12.7%、5.6%、13.6%、12.3%,三次产业产值比例调整为7.8:64.0:28.2,其中煤炭和电力工业增加值365.6亿元^[7];全市总人口243.8万人,其中非农业人口112.2万人,城市建成区总面积超过110 km²,城市结构较松散,由以田家庵、谢家集、潘集镇为核心的东、西、北3大组团所构成^[8]。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

为尽可能使案例城市的规划时间与发展阶段相对对应,同时根据资料的详细程度,本文以淮南市为具体的研究案例来探究产业结构演替与城市空间形态演化的互动关系。通过查阅与城市空间形态数据同时段的国民经济统计资料、统计年鉴,经计算得到产业结构评价指标数;收集到淮南市4次城市土地利用现状图,参照3次《城市用地分类与规划建设用地标准》,对案例城市土地利用现状进行归并,采用ArcGIS软件进行矢量化、空间分析或进一步计算得到城市空间形态评价指标数据。

2.2 研究方法

2.2.1 耦合模型的构建 根据前文对耦合的定义,煤炭资源型城市产业结构与空间形态耦合主要反映产业结构要素对城市内部空间用地结构、外部形态的影响程度,为定量表征产业结构与城市空间形态系统各要素的相互作用程度,参考已有研究成果^[9-12],构建耦合度和响应指数来反映二者之间的动态关系,其计算公式如下：
L=2×Fi×FsFi+Fs（1）
T=αFi+βFs（2）
H=l×t（3）
η=dFsdFi×FsFi（4）
μ=η（5）
式中：H为煤炭资源型城市产业结构与空间形态耦合度;l（L）代表产业结构与城市空间形态协调度;t（T）为产业结构与城市空间形态间的综合评价指数;F_i、F_s分别代表煤炭资源型产业结构发展指数与城市空间形态指数;α、β为待定系数,且满足α+β = 1。根据产业结构对城市空间形态的相互作用关系即在耦合系统中的作用程度,分别设定α = 0.85、β = 0.15;η为城市空间形态对产业结构演替对响应指数; dFsdFi为产业结构演替对空间形态演化的导数;F_i、F_s分别代表煤炭资源型产业结构发展指数与城市空间形态指数;μ为城市空间形态对产业结构演替的响应度。由于l∈(0, 1]、t∈(0, 1],H取值也在（0, 1],并且其值越大,表明煤炭资源型城市产业结构系统与空间形态系统间的耦合程度越高,反之则越低。μ值越大,城市空间形态对产业结构演替的空间相应程度越高,反之就越低。根据两者的计算结果,通过自然断点法,并参照现有研究成果^[9-12]设定耦合度等级（表1）。
Tab. 1
表1
表1煤炭资源型城市产业结构与空间形态的耦合度划分
Tab. 1Classification or coupling degree of the coal resource-based city's industry structure and urban spatial form

协调度(L)	协调关系与水平	耦合度(H)	耦合程度
0< L ≤0.4	失调	0< H ≤0.3	勉强耦合
0.4< L ≤0.6	低度协调	0.3< H ≤0.5	低度耦合
0.6< L ≤0.8	中度协调	0.5< H ≤0.8	中度耦合
0.8< L ≤1	良好协调	0.8< H ≤1	高度耦合

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2.2.2 指标体系的构建 基于产业结构系统与城市空间形态系统相互作用关系的系统性和复杂性,在探究两大系统变化特征及作用关系时,筛选指标时尽量做到所选指标能体现两大系统的基本特征、并且易于获取。在产业结构演替方面,考虑到城市建成区的扩张主要与非农产业直接相关,煤炭资源型城市空间结构与工业结构的关系最为紧密,本文选择从工业行业的投资结构、产值结构和就业结构等3个方面来表征产业结构的演替,每个目标层又涵盖6个归并的行业目标值;在城市空间形态演化方面,主要从城市的整体结构、外部形态结构、内部用地结构3个方面来表征,每个目标层包含若干具体目标值共计12个,具体的评价指标体系（表2）。
Tab. 2
表2
表2煤炭资源型城市产业结构与空间形态耦合评价指标体系
Tab. 2Evaluation index system of the coupling for the coal resource-based city's industry structure and urban spatial form

评价目标层	评价指标分类及权重	指标名称及单位	代码	指标权重
产业 结构	投资结构(0.34)	煤炭采掘与冶炼行业投资比重(%)	X11	0.029915
		农副食品加工行业投资比重(%)	X12	0.029971
		纺织与服装加工行业投资比重(%)	X13	0.029990
		造纸行业投资比重(%)	X14	0.019154
		化学工业投资比重(%)	X15	0.028954
		生物医药投资比重(%)	X16	0.025154
		建材工业投资比重(%)	X17	0.023154
		机械制造业投资比重(%)	X18	0.028131
		电力生产行业投资比重(%)	X19	0.028415
		电子制造业投资比重(%)	X110	0.021700
		木材加工与家具制造业投资比重(%)	X111	0.023152
		金属冶炼加工行业投资比重(%)	X112	0.025900
		其他制造行业投资比重(%)	X113	0.020410
	产值结构(0.33)	煤炭采掘与冶炼行业产值比重(%)	X21	0.020385
		农副食品加工行业产值比重(%)	X22	0.029285
		纺织与服装加工行业产值比重(%)	X23	0.022385
		造纸行业产值比重(%)	X24	0.024585
		化学工业产值比重(%)	X25	0.025585
		生物医药产值比重(%)	X26	0.028385
		建材工业产值比重(%)	X27	0.027795
		机械制造业产值比重(%)	X28	0.026585
		电力生产行业产值比重(%)	X29	0.027585
		电子制造业产值比重(%)	X210	0.027585
		木材加工与家具制造业产值比重(%)	X211	0.025385
		金属冶炼加工行业产值比重(%)	X212	0.021885
		其他制造行业产值比重(%)	X213	0.022575
	就业结构(0.33)	煤炭采掘与冶炼行业就业比重(%)	X31	0.025385
		农副食品加工行业就业比重(%)	X32	0.025385
		纺织与服装加工行业就业比重(%)	X33	0.025385
		造纸行业就业比重(%)	X34	0.025385
		化学工业就业比重(%)	X35	0.025385
		生物医药就业比重(%)	X36	0.025385
		建材工业就业比重(%)	X37	0.025385
		机械制造业就业比重(%)	X38	0.025385
		电力生产行业就业比重(%)	X39	0.025385
		电子制造业就业比重(%)	X310	0.025385
		木材加工与家具制造业就业比重(%)	X311	0.025385
		金属冶炼加工行业就业比重(%)	X312	0.025385
		其他制造行业就业比重(%)	X313	0.025385
城市空间 形态	城市外部形态 (0.33)	紧凑度指数	X41	0.075
		边界分维数	X42	0.075
		扩展速度	X43	0.090
		扩展强度指数	X44	0.090
	城市整体形态 (0.15)	多样性指数	X51	0.0775
		均匀度指数	X52	0.0775
	城市内部结构 (0.52)	居住用地比重	X61	0.100
		工业用地比重	X62	0.100
		仓储用地比重	X63	0.090
		商业及公共设施用地比重	X64	0.085
		市政设施用地比重	X65	0.070
		交通用地比重	X66	0.075

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2.2.3 数据标准化处理与权重确定 由于原始数据在量纲、含义、属性上存在差异,需要消除因量纲不同、属性相异对各指标计算结果的影响,本文采用公式6对指标原始值进行标准化处理：
xi'=xi-x?∑j=1n(xi-x?)2(n-1（6）
评价指标的权重采用特尔菲法和熵权法相结合,进行综合评定得来：先采用征询不同的专业研究人员,依据各个评价指标的含义及对评价目标的重要程度赋予不同的分值;同时采用熵权法计算各个评价指标的权重,两相对照的基础上进行一定程度的调整、赋值（表2）。
2.2.4 评价指数的计算 对评价指标进行标准化和确定权重以后,通过线性加权合法对产业结构系统演替和城市空间形态演化系统水平的测度：
Fi=∑i=1mIsiλi（7）
Fs=∑i=1nfsiλi（8）
式中：F_i代表产业结构系统评价得分;Is_i为i指标的标准化值;λ_i为i指标的权重;F_s代表城市形态结构系统评价得分;fs_i为i指标的标准化值;λ_i为i指标的权重。

3 淮南市产业结构演替与城市空间形态演化耦合特征分析

为了从宏观上揭示案例城市产业结构与城市空间形态两大系统之间的互动关系,运用Eviews统计软件分别对城市建成区面积（A）与GDP、工业总产值（G_g）进行回归分析,得到两者间的数学关系式：
y_A = 24.52+7.38 GDP （F_c = 0.0026, F_GDP = 0.0026）
y_A = 28.61+6.22 G_g （F_c = 0.0024, FGg= 0.0322）
显著性水平F值均小于0.1,通过显著性检验。表明产业结构的演替对城市空间形态影响较为显著。同样,通过测度不同时点案例城市产业结构多样化指数和城市结构异质性指数,分别代表产业结构与城市空间结构两大系统,运用Eviews统计软件进行回归分析以测定城市空间形态对产业结构的影响程度。仅有部分F值通过显著性水平检验,说明样本数量不足、信度偏低,城市空间形态对产业结构影响程度难以测定,需要从微观尺度来考察两者间的耦合互动关系。
综合已有研究成果^[13-14],以历年产煤量为划分依据,将淮南市发展历史划分为发生后期、发展期、中兴期、转型期4个阶段（图1）,大致与4次城市规划时间一致,研究结果一定程度上能反映不同生命周期阶段煤炭资源型城市产业结构与城市空间形态的耦合互动规律、特征。
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图1淮南市生命周期阶段划分
-->Fig.1Division of Huainan city's life cycle stages
-->

3.1 不同发展时期淮南城市产业结构与空间形态耦合度演变过程

运用第二节中的研究方法,计算得到淮南市不同历史时期产业结构与城市空间形态演化的协调度及耦合度值（图2、表3）,结果表明,淮南市产业结构与城市空间形态处于良好协调发展水平。从1960年代开始到2009年,淮南经历了生命周期的3个阶段。在外力调控下于2006年进入转型发展期,产业结构系统与城市空间形态系统之间的演化协调度比较平稳,维持在较高水平：由1960年的0.992小幅升高到1995年的0.997,产业结构演替进程与城市空间形态演化协调性在向同步性演进;此后有小幅下降趋势,2009年又回落到0.992,说明产业结构演替与城市空间形态演化同步性减弱,在快速城市化推动下,产业结构调整步伐明显落后与城市空间形态,尤其是城市空间的扩展速度。两者间的耦合度整体上呈上升趋势,从1960年的0.526上升到1984年的0.561,此后小幅降低至1995年的0.502,之后转为增长态势,到2009年达到0.638,处于中度耦合状态。
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图2不同历史时期淮南市产业结构与城市空间形态耦合度
-->Fig.2The coupling degree of Huainan's industrial structure and in different periods
-->

Tab. 3
表3
表3淮南市产业结构与城市空间形态耦合度评价
Tab. 3Evaluation of the coupling degree for Huainan city's industrial structure and urban spatial form

年份	协调度(L)	协调水平	耦合度(H)	耦合程度
1960	0.992	良好协调	0.526	中度耦合
1984	0.994	良好协调	0.561	中度耦合
1995	0.997	良好协调	0.502	中度耦合
2009	0.992	良好协调	0.638	中度耦合

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淮南市产业结构,尤其是工业行业结构演替与城市空间形态演化的耦合,证明煤炭资源型城市产业结构与城市空间形态之间存在相互影响;但相对于非资源型城市而言,产业结构对城市空间影响程度没有那么强。这是煤炭资源型城市的资源型产业生产空间与城市建成区空间逐步分离的结果^[15]：煤炭采掘业和粗加工业的发展在煤炭资源型城市发展的早期阶段,即缘矿建镇和飞地拓展阶段,城依矿建,产业对城市空间有奠基和推动作用,产业规模越大,城市空间扩展越强;发展到一定阶段后（进入中兴期）,城区所在矿区的煤炭资源基本告罄,煤炭采掘业和粗加工业的发展在空间上将与城区相分离,产业的发展对城区空间扩展没有直接的推动作用。另外,进入发展期,煤炭资源产业的延伸产业部门,如电力工业、化学工业的发展将直接推动城市空间演化;但这些工业行业部门具有空间固定性,一旦布局后,产业规模的扩张对城市空间形态的推动力不强,以厂兴镇发展起来的城市组团还得依靠自组织扩张来推动城市空间的扩展。作为配套产业而发展的纺织、食品加工、机械制造等工业部门,在城市发展期阶段,通过联厂成镇的扩展模式直接推动城市空间的扩展,但到中兴期后,受到市场竞争和企业体制改革等多重因素的影响而减产、停产甚至破产,但其厂区建在城区,可以通过后期的用地置换推动内部结构重构,对城市外部形态不产生影响。转型期,随着新的产业部门的培育和引进,通过“入园集中发展”的影响,产业规模越大,对城市空间扩展推动作用就越强（图3）。可见,随着煤炭资源型城市转型发展的持续推进,产业结构与城市空间形态之间的耦合度将会不断上升。
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图3淮南市产业结构演替与城市空间形态演化时空耦合
-->Fig. 3The coupling of industrial structure evolution and urban spatial form evolution for Huainan in different stages
-->

3.2 不同发展时期淮南城市空间形态对产业结构演替的响应分析

淮南市属于典型的无依托煤炭资源型城市,自建市开始,其发展由矿业城镇、能源基地、工矿城市逐步向地区综合性城市演变,产业结构变化显著,特别是工业部门结构的变化（图4）,推动了城市内外部空间的变化。
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图41950-2010年淮南市工业部门行业结构演化
-->Fig. 4The industrial structure evolution of Huainan
-->

响应指数能进一步揭示不同发展时期煤炭资源型城市产业结构和城市空间形态系统要素之间的相互作用过程及作用强度。在前期研究的基础上^[16-17],本文利用SPSS统计软件对淮南市1960年、1984年、1996年、2009年4个时点的产业结构和城市空间形态评价指数进行了曲线估计与拟合,得到两者的最优响应函数方程：
F_s = -1.2385+9.5192F_i-13.034F_i² （R² = 0.9709,F = 0.871）
拟合函数的决定系数R² = 0.9709及相关性系数F = 0.871表明曲线拟合效果较好。再进一步对其求导,得到：
dFsdFi=9.5192-26.068Fi（9）
再将公式（9）带入公式（4）、（5）,得到4个历史时点淮南城市空间形态对产业结构演替的响应度指数（表4）。结果表明,作为煤炭资源型城市,淮南市在发展不同阶段,城市空间形态对产业结构的响应程度有显著差异性。
Tab. 4
表4
表4不同历史时期淮南城市空间形态对产业结构演替的响应度
Tab. 4The response degree of Huainan's urban spatial form to industrial structure evolution in different periods

时间	1960年	1984年	1995年	2009年
对应的矿业城市生命周期阶段	发生期	发展期	中兴期	转型期
城市空间形态对产业结构演替的响应度(μ)	1.38	2.11	0.34	2.64

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在发生期阶段,“缘矿建镇”、紧凑扩张是煤炭资源型城市发展的主要方式,煤炭采掘业的发展对城市空间具有决定性作用,工人总数越多、产业规模越大,城市空间扩展越强。自20世纪50年代中期建市到1960年近5年时间,煤炭开采业部门的投资、就业比重约为58%,工业总产值约7.6亿元,其中煤炭采掘业产值达到4.78亿元（70价）,比重高达63%。同期城市建成区面积达到23.21 km²,其中居住用地10余km²、工业用地面积超过9 km²;城市形态紧凑,紧凑度指数和边界分维数较高,分别达到0.24和1.9,城市空间形态对产业结构的响应度μ为1.38。
随着煤炭资源产业的发展壮大,相关的初级产业部门不断产生,进而推动城市空间形态演化。尤其是进入发展期后,原老矿区煤炭资源枯竭,远离城镇的矿区开发带动了新的矿业城镇的发展,城市空间进入飞地拓展阶段,拉大了煤炭资源型城市的空间骨架,城市空间形态分散;电力、化工等延伸产业及纺织、机械制造、食品加工等配套产业的发展在原有城市空间的内部和外缘空间进行扩展、填充,分散性进一步增强,产业结构演化进程加快,空间效应显著。到1980年,煤炭采掘业投入比重不变的情况下,电力工业比重一跃超过35%,煤电行业就业人数比重超过46%;化工、纺织、机械制造等行业部门投入比重和就业比例虽然偏低,但产出效益较高,工业产值占工业总产值23.3亿元（80价）的40%左右。同期的城市建成区扩展5 km²,其中居住用地净增6 km²、工业用地因老矿枯竭萎缩了1.5 km²,城市紧凑度和边界分维数分别降低到0.04和1.83的水平,城市空间形态对产业结构的响应度达到2.11,耦合响应度显著升高。
进入矿业城市的中兴期阶段后,受到市场需求和体制改革的影响,煤炭产业有所萎缩,就业比重和工业产值比重都有所下降,但投入比重却在增长;医药、建材等新的产业部门逐步发展,由于采掘业生产空间远离城区,其结构的变化对城市空间影响不大,加之新兴产业属于规模小、从业人口少的产业部门,其发展对城市空间的影响也不显著。到1996年,工业总产值突破114亿（90价）,煤电行业投入比重达到80%,但工业产值和就业比重低于30%。消费需求增长驱动城市的发展,城市建成区面积超过42 km²,居住用地和工业用地增长不明显,但仓储用地、商业及公共设施用地分别增长1.5 km²和3 km²;城市空间内向填充导致紧凑度指数和边界分维数有所上升,城市空间形态对产业结构的响应度μ降为0.34。
进入21世纪后,大量的资源型城市社会经济发展出现疲软状态,国家逐步重视对资源型城市的转型发展进行指导、扶持,加之经济全球化为产业转移提供了历史机遇,资源型城市走新型工业化道路,承接产业转移力度增强,现代制造业、新能源、新材料、现代物流、农副食品加工等产业部门引进、发展,21世纪进入快速城市化期后,带动房地产业、服务业高速发展,城市建设用地规模增长速度达到历史最高水平,产业的集聚推动城市内部结构和外部形态紧凑化、用地空间扩展以及内部空间优化^[18]。到2009年,工业产值逾600亿,经济持续增长拉动能源需求,煤电产业投入和工业产值比重分别回升至80%和50%;在城市化和承接产业转移双重背景下,转型发展加速,城市建成区超过77 km²,居住用地和用业用地面积分别增长为43.57 km²和21.19 km²,仓储用地和商业及公共设施用地面积变化不显著,城市内涵发展与外延扩张并重,导致紧凑度指数升高至0.1的水平,城市空间形态对产业结构的响应度μ飙升至2.64。

4 煤炭资源型产业结构与城市空间形态耦合机理分析

哈维通过对资本主义社会的政治经济学和空间生产的研究,认为城市转型的实质就是资本积累体制的改变^[19];吴缚龙将之运用于中国城市转型的分析研究,认为中国受计划经济体制的影响,资本积累的实体是国有企业集群,具体方式是国家主导的工业化^[20]。这与煤炭资源型城市的具体情况是相吻合的：在中国,包括煤炭资源型城市在内的资源型城市经济的主体就是国有大中型企业,企业的发展主导了城市的发展。这也是中央政府与地方政府、企业、市民分权和尺度调整的过程^[21-23]。在经济全球化和地方化共行的今天,新经济地理学观点认为,全球化推动了商品、资本、人流、信息流在地理空间的移动速度,同时也导致那些相对固定静止的空间设施不断地被“创造”、“调整”、“转型”^[24]。其实就是产业结构演替对城市空间进行解构、重构的过程,是产业结构演替与城市空间形态相互耦合的具体表述。
煤炭资源型城市产业结构演替对城市空间形态演变的推动作用主要是通过生产要素的空间效应和环境效应来实现对城市空间形态的影响,是生产要素组合在地域上的投影。总体而言,产业结构可以从投资结构、产值结构和就业结构3个方面来分析;城市空间形态包括外部形态和内部结构两大子系统,其中最为重要的是内部结构系统,由各类用地所构成,各类用地的数量、空间位置及组合关系将决定城市的整个形态系统。煤炭资源型城市在不同发展阶段,产业结构有其相对应的投资结构、产值结构和就业结构。具体表现就是不同发展阶段投入的生产要素类别、数量存在差异,因不同生产要素的空间效应不同,导致城市各用地类型数量、空间位置及组合关系相异,从而在地域上表现出不同的形态特征和内部组合结构。
在煤炭资源型城市发展的前期阶段,以资源型产业占据主导的产业结构中,投入的生产要素主要是资源要素、劳动力要素,而且前期煤炭资源丰裕、劳动力数量巨大。煤炭资源本身深埋地下,但一旦与劳动力、资金、技术等生产要素相结合,就将产生空间效应——矿场、选煤场、洗煤场、堆场等工业生产空间和仓储空间,同时劳动力资源依托煤炭资源将产生矿场、选煤场、洗煤厂、职工宿舍、矿务公司（局）、食堂、商店等生产空间、居住空间、办公空间、消费空间,以及煤炭销售的对外运输空间等等。这样,初期的煤炭资源型城市空间形态基本形成。受国家能源增长的巨大需求的刺激,煤炭资源的经济效应进一步刺激煤炭企业扩大生产、增加工人,促进早期城市空间的扩张;加之“重生产轻生活”,导致城市用地扩张速度快,且工业与交通用地比重大。
进入发展期,有前期发展积累作基础,煤炭资源型城市生产资本总量迅速增加、生产技术有一定突破,特别是能源需求总量持续增长、能源消费类别多样化,在资源经济效应的推动下,在发展煤炭采掘、选洗等初级产业部门的基础上,产业链条向电力、煤化工等附加值相对较高的下游产业延伸,这些属于资源密集型和资金密集型行业部门,投射在地域上,表现为体量较大的工厂、仓库（堆场）等。同时,因这类企业生产过程中产生的固、液、气废弃物以及噪音污染,环境效应导致其空间上只能在远离居民集中居住区的城市外缘布局、而生产经济效应要求其接近原材料地;受通勤距离的制约以及体制的影响,在企业工厂附近布局规模相对较小的职工宿舍、医疗卫生服务站、商品综合供应点等,以方便工人上下班和生活,形成以单位制为基础的空间单元。随着经济的发展,矿业职工和城市居民逐步追求生活质量,城市生活、商业与市政等公共设施用地比重明显上升。如此而来,依托生产企业形成以工业用地为主、绿化用地为界、居住用地为辅、配套商业、休闲、文卫用地,在外部形态上较为分散、内部用地类型多样化、空间均质性较差的离散状城市空间形态逐步形成,由前期的紧凑填充扩展演化为飞地型分散扩展。
到了发展期的后期阶段以及中兴期,煤炭资源产业的发展产生一定数量的带眷人口,同时城市本身在自组织扩张的基础上集聚了一定的非农人口,城市由此而产生新的就业、消费需求,刺激非基本职能性生产的发展。这样围绕煤炭资源产业,纺织、农副食品加工、金属制品、机械制造、建材等生产行业逐步发展起来,融合了资源密集型产业部门、资金密集型产业部门、劳动密集型产业部门。它们以同样的空间效应在空间上投射,由于以城市的非基本职能生产为主,除棉纺等企业外,生产规模相对较小,空间效应的总量不大,受体制的影响,微观层面形成工业用地、居住用地、办公用地俱为一体,以单位为空间单元,中观层面混杂布局的空间格局,城市转为以内向填充为主,外部形态逐步紧凑化,内部结构多样性和空间均质性增强。
进入枯竭期后,以煤为基础的产业在新技术的支持下,向附加值更高的下游产业——精细化工延伸;同时,政府层面为维持城市经济的持续发展,必将进行或主动或被动的产业转型,顺应经济全球化的潮流^[25],外部资金、技术、产业进入煤炭资源型城市,新的接续替代性产业逐步培育和发展起来,由此而形成资源密集型产业部门、资金密集型产业部门、劳动密集型产业部门和技术密集型产业部门共存的产业格局。在“产业入园”宏观背景下,前三类生产部门投入的生产要素越多,对产业集中发展区（工业园区或经济技术开发区）的空间扩张推动作用越强;对于技术密集型产业而言,其本身对空间的需求量不大,但对空间的交通、环境区位以及技术支持环境要求较高,原有的大工厂空间不适合其发展,必将对原有的生产空间进行改造（修复）才能实现。这一时期,受快速城市化和住房制度改革的影响,城市居民总量迅速增长、住房需求量增加,单位福利分房的终结为房地产业的发展提供历史机遇,这种资金密集型产业的发展带动了商业用地、休闲娱乐用地、文化卫生等公共服务设施用地的增加,尤其是居住用地和商业用地,在各自区位特性的制约下对原有工业用地空间进行置换,导致城市空间外向延伸的同时,在内部不断进行重构。
可见,产业结构的演替意味着投入生产要素的类别、组合关系发生变化,而不同的生产要素对空间的效应相异,进而对城市的用地类型、数量、组合关系产生不同的结构,推动城市空间形态的不断演化（图5）。
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图5煤炭资源型城市产业结构与空间形态耦合作用解析
-->Fig. 5Coupling diagram for the coal resource-based city's industry structure and urban spatial form
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5 结论与讨论

在煤炭资源型城市的发展进程中,产业结构与城市空间形态之间存在明显的相互作用关系,只是在不同生命周期阶段,产业结构对城市空间形态的影响以及城市空间形态对产业结构变化的响应程度不同：一般而言,在煤炭资源型城市生命周期的发生期、发展期以及中兴期前期阶段,产业结构以资源型产业为主体且处于扩张时期,产业结构通过生产要素对城市空间形态演化起着推动作用,两者间的耦合性较强,耦合度随着资源型产业及其配套产业的发展而不断变大,城市空间对产业结构的响应度也较好;进入中兴期后期至枯竭期,煤炭资源产业萎缩,产业结构急剧变化,但城市空间的扩展受其影响程度较弱,两者间的耦合度降低,城市空间对产业结构变化的响应度变小;进入转型发展期后,接续替代产业的发展以及承接产业转移推动新型工业化发展、高速城市化共同推动城市空间的迅速扩张,第三产业的发展引起城市内部空间的重构,产业结构与城市空间形态体现出很强的耦合性,后者对前者的空间响应度也比较高。系统耦合度与空间对产业的响应度表现为前期和后期高、中期低的“U”型演化特征。
本文以淮南市为案例,通过构建资源型城市产业结构演替与城市空间结构演化评价系统,借助耦合模型定量化测度了煤炭资源型城市产业系统与城市空间系统间的耦合演变过程,从理论层面探究了两大系统间的作用过程和作用机理,研究结论符合案例城市的发展实际。表明耦合评价模型具有一定的科学性、不同生命周期阶段煤炭资源型城市空间结构与产业结构之间存在内在关系,城市空间结构的优化需要产业结构调整内化动力来推动。尽管本研究从宏观层面揭示出了煤炭资源型城市产业结构演替与城市空间结构演化的关系、演变趋势,但由于城市规划只是特定时点的行为,导致在同一生命周期阶段内城市空间数据样本不够,无法对产业结构与城市空间结构两大系统进行数理统计分析,未能定量化揭示出不同生命周期阶段内对煤炭资源型城市空间结构起主导作用的作用因子及其作用过程、作用强度、作用机制,需要在后续的研究中进一步探究。
The authors have declared that no competing interests exist.

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[25]	Wu F.China's changing urban governance in the transition towards a more market-oriented economy . Urban Studies,2002, 39(7): 1071-1093.https://doi.org/10.1080/00420980220135491URL [本文引用: 1]摘要 China's changing urban development processes and urban landscapes in the transition towards a more market-oriented economy have received extensive research attention in recent years. Relatively, the governing of Chinese cities is still underresearched. This article aims to analyse the forces released both inside and outside the formal socialist state system and the impacts on phenomenal restructuring of urban governance, especially at local levels. Marketisation has created new elements beyond the reach of state work-units that represent the state's 'hierarchical' control. The pillars of the socialist governing structure17the party-state, the work-units system and household registration17are shaken by these forces. The changes in the organisation of people, capital, production materials, infrastructure and space fundamentally demand new urban governance. Territorial organisations such as the municipality, urban districts, Street Office and Residents' Committees are reinvented and consolidated to restore a governable society. The devolution towards the base level and the reinvention of local communities reflect the state's attempt to reconsolidate its power to create a governable society as well as to cope with practical pressures such as the provision of social assistance to poor and aged residents, re-employment of laid-off workers and the management of 'floating' immigrants. The combination of new market elements and decentralised state apparatus has given rise to the entrepreneurial endeavour of China's governance. This research highlights the micro-foundation of the new urban governance in addition to the 'globalisation17capital mobility17city competitiveness' thesis.