解释城市｜人口集聚与创新集群背后的城市等级体系

城市起源于人口的集聚，城市群形成于城市的协调共生。人口集聚形成城市的微观动机与宏观行为是什么？城市集聚为城市群的边界与机制又是怎样的？本文将带你探寻从城市到城市群背后的人口集聚与城市等级体系。

一、人口为什么会集聚形成城市？微观动机与宏观行为

要理解人口集聚的成因，不妨看看它的反面，就是人口的分散和隔离。1971年，美国著名的经济学家，博弈学领域的大师，同时也是2005年诺贝尔经济学奖获得者的托马斯·谢林（Thomas C. Schelling）在研究种族隔离现象时提出了著名的“谢林隔离模型”（Schelling Segregation Model），假如一户人家前后左右邻居都是与自己不同种族的人，该户人家选择搬离，经过一定时间的动态演化之后，他发现，相同种族的人群在空间上会集聚在一起，不同种族的人群在空间上会形成隔离。在这种想法驱动下，2009年，几位法国物理学者做了一个物理学模拟，假设人口都是分散居住的，这时候发生两种情景：一种人口移动的目的是取得整个群体的整体福利最优，一种人口移动的目的是每个人自身福利的最优，当然，他们还有一些其他模拟人行为的特征变量和条件限制。

这两种迁移方式最后会形成怎样的后果？有趣的是，第一种，为了群体共同福利而移动的人口最终还是会很分散；第二种，为了自身利益最大化而移动的人口最终会在空间上形成集聚。这虽然只是一个模仿人行为的计算机模拟过程（经济学中称之为“基于代理人的模型”），但也从侧面揭示了城市形成的一个微观动机，即个人为了利益最大化的迁移行为最终会造成人口的空间集聚，人口的集聚是形成城市的基本条件之一，这也为城市形成提供了基本的微观行为学解释。

图1  两种不同目的移动后形成的人口分散与集聚。图片来源：2009年《美国科学院学报》Competition between collective and individual dynamics

二、城市与城市群，人口集聚的绵延过程

既然人口集聚形成了城市，那么问题自然而来，城市的边界在哪里？这里的边界并不是行政上确定的地域范围。其实，长期以来，我们对城市的理解受行政边界的影响巨大，以至于当一个人居住在新泽西，而在纽约上班被定义为跨城通勤，当上海的地铁11号线设立了花桥站，被认为对城市一体化发展具有里程碑式的意义。正因如此，目前以行政区划定义的城市还是城市经济研究中最普遍采用的方式。

但是，当我们摒弃行政边界之后，单从人口集聚的视角看待全球的城市分布时，我们就会发现，从城市到城市群，既可能是城市多中心的延伸，也可能是另一个人口集聚的中心。不同国家或区域对于城市群的理解和定义也各不相同，比如，美国有大都市统计区（Metropolitan Statistical Areas, MSAs），欧洲有功能性城市区域（Functional Urban Regions，FURs）和较大城市区域（Larger Urban Zones，LUZs）。这些对于都市圈、城市群的定义一方面基于人口密度，同时考虑通勤距离。

图2是由橡树岭国家实验室开发的全球人口动态统计分析数据库LandScan项目，从中可以看到，全球每1平方公里范围内的人口密度。从图中可以明显看出全球人口在不同区域的集中程度，比如，中国的东部沿海地区、印度与中东沿喜马拉雅带、中非地区人口密度带、欧洲西北部地区、美国东北地区、美国西部沿海地区。这些都是诞生城市群的地方，实际结果也表明，这些区域集中了全球的大部分城市群。

图2  2022年全球人口的集聚，颜色越深的区域人口密度越高。数据来源：橡树岭国家实验室的LandScan项目

全球人口集聚的图景既然存在，那么，有没有可能通过一些算法来确定城市和城市群的范围和边界？答案是肯定的，比如，2008年纽约和伦敦的两位知名学者提出了“城市聚类算法”（City Cluster Algorithms，CCA）来确定城市群的范围。其核心思想就是，围绕一个人口密度高点（中心城市），不断在周边吸收其他人口密度的次高点（卫星城），直到人口密度达到一个阈值为止。通过这种城市聚类算法得到城市群划分，居然跟美国的大都市统计区的划分很相近。比如，通过城市聚类算法得到的纽约城市群人口约1700万，与纽约-纽瓦克-泽西城的都市统计区人口约2000万很接近。事实上，通过城市聚类算法来划分城市和城市群，在实际中已被广泛应用了。比如，世界知识产权组织（WIPO）每年都会发布其旗舰报告《全球创新指数》，该指数不仅衡量国家的创新能力，同时也通过一种基于密度的聚类算法（DBSCAN）评选出全球创新能力较强的城市群（即创新集群）。

值得一提的是，在2022年之前的报告中，上海都是一个单独的创新集群，2022年该算法自动将上海与苏州识别为一个集群（2022年上海-苏州集群位列世界科技创新集群第6位），这说明，随着人口的集聚模式变化，创新产出在上海周边的溢出与苏州形成了更好的衔接效应。 

三、人口集聚形成的城市等级体系

在人口集聚与流动形成的城市群的过程中，城市群逐步取代独立的城市，成为国家参与全球竞争的重要区域。城市与城市群的空间以及功能的组织形式构成了城市的等级体系。最典型的城市等级体系就是“一主多副”的形式，一个主中心城市与多个副中心城市形成一个城市群，中心城市承担管理、控制和领导等综合性职能，服务范围更广阔，而副中心城市承担生产、服务等具体职能，服务范围略有缩小。同时，在副中心城市周围通常也围绕一些更小等级的城镇，发挥一些更加具体的产业功能和服务功能。比如，以纽约为中心的美国东北部城市群，纽约是中心城市，是全球跨国公司最多的城市之一，对全球生产经营的决策起到管理职能。是全球金融与贸易中心，控制全球资本和商品的流动方向与路径。副中心城市包括波士顿（科教功能）、费城（文化功能）、巴尔的摩（航运功能）和华盛顿特区（政治功能），这些共同构成了纽约城市群的等级体系与分工职能。

当然，随着交通方式和通讯方式的改变，更多形态的城市等级体系出现了。比如成渝双城型的城市群还有旧金山-奥克兰-圣何塞三中心城市群等。无论形态如何变化，城市等级体系所代表的城市秩序与功能是城市群发展功能的基础，也是城市之间相互协调和共生的关键。

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“解释城市”专栏由上海发展战略研究所戴跃华博士主持，关注城市科学发展的前沿趋势，解释城市科学以及城市中人类行为动力学的一般特征和规律，探究利用前沿城市科学理论优化城市治理的路径和方法。