區(qū)域公共服務(wù)設(shè)施優(yōu)化配置方法研究
——以旅順口區(qū)小學配置為例

(遼寧師范大學 遼寧 大連 116000)

一、研究背景與區(qū)域概況

在經(jīng)濟社會快速發(fā)展、生育政策調(diào)整的背景下，小學作為重要的基礎(chǔ)教育服務(wù)設(shè)施，其空間布局和設(shè)施配置的也面臨著更大的壓力。因此，研究當前小學的空間布局狀況，及時發(fā)現(xiàn)小學學?？臻g布局及設(shè)施規(guī)劃存在的問題與矛盾，使小學布局更加適應(yīng)城市發(fā)展的趨勢[1-2]具有實踐意義。根據(jù)前人研究結(jié)合實際情況發(fā)現(xiàn)小學布局將面臨以下問題：學校選址不夠合理，農(nóng)村學生就近入學存在困難，學校師資及設(shè)施配置是無法滿足學生需求[3]等。

旅順口區(qū)隸屬于遼寧省大連市，位于遼東半島最南端，是中國東北遼寧省大連市的一個市轄區(qū)，原屬旅大市。截至2015年，旅順口區(qū)共有居民89082戶，戶籍人口221356人，其中小學適齡(6-11歲)人口12788人占旅順總?cè)丝诘?.8%。旅順口區(qū)共有32所小學，其中城市小學有10所，鄉(xiāng)村小學有22所，小學布局比較均勻，城鄉(xiāng)學校規(guī)模與師資力量相差較大。旅順小學布局合理性評價需要旅順口區(qū)小學生數(shù)量及小學生分布數(shù)據(jù)。文中一個點代表一個小學生。在考慮到城鄉(xiāng)道路網(wǎng)絡(luò)因素時，同時也要考慮到城鄉(xiāng)差異性，基于城市小學500米、鄉(xiāng)村小學2000米標準，按照道路網(wǎng)絡(luò)進行現(xiàn)有小學規(guī)模合理性分析。

二、設(shè)施優(yōu)化布局原理與優(yōu)化模型

(一)基本原理

公共設(shè)施的服務(wù)半徑和范圍受空間位置的制約，適宜的選址可以最大程度的發(fā)揮設(shè)施的服務(wù)功能以滿足居民需求，方便學齡兒童就近上學，便民設(shè)施和休閑健身等公益設(shè)施能夠更好的提供服務(wù)。ARCGIS網(wǎng)絡(luò)分析是基于現(xiàn)有需求和設(shè)施的空間分布，根據(jù)特定的優(yōu)化模型，由計算機在預先指定的設(shè)施候選點中選出一定數(shù)量的設(shè)施完成選址，進而實現(xiàn)設(shè)施的可達性最佳、使用效率最高或者服務(wù)范圍最廣等。

(二)優(yōu)化模型

1.最小化阻抗模型。最小化阻抗模型是在給定的一定范圍的選取點中，按所需要的數(shù)目挑選設(shè)施點的空間位置，使所有需求者到最近設(shè)施出行距離之和最短。運用Floyd-Wars hall算法，結(jié)合交通阻抗計算最短路徑和最小化阻抗。模型如下：

(1)

式中，Lab為節(jié)點對(a,b)路徑上的總阻抗，Dab為節(jié)點對(a,b)路徑上所有路段的阻抗(指長度)，Xi為路段上到第i個節(jié)點所遇的阻抗(用時間或長度表示，長度即延遲時間×速度)，n為節(jié)點數(shù)量。

2.最大化覆蓋范圍模型。最大化覆蓋范圍是在各節(jié)點數(shù)量給定的情況下，所有備選節(jié)點在最大服務(wù)半徑之內(nèi)需求點最多。即覆蓋的服務(wù)目標人群最大，獲取最大的總效益?？紤]某些需求點在設(shè)施覆蓋范圍之外，為避免此情況，對模型進行適當改進，其基本數(shù)學模型如下，見公式(2)(3)：

(2)

(3)

公式中：βj為需求點j的需求，當βj≤R(覆蓋半徑)時：ρj=1，否則ρj=0公式(2)求解表示在確定條件下的需求效益最大化。公式(3)的約束條件，確定了節(jié)點可以為哪些在給定區(qū)域內(nèi)的居民點提供服務(wù)。μi，ρj是決策變量αij為二元值系數(shù)，公式(3)的第一個式子為了避免需求點在設(shè)施覆蓋范圍之外，即ρj=1。

三、實證分析

(一)現(xiàn)有學校合理性分析

根據(jù)市教育局資料，基于現(xiàn)有交通網(wǎng)絡(luò)，步行距離是學生選擇學校的唯一依據(jù)；根據(jù)實際情況和現(xiàn)有小學生人數(shù)，設(shè)定條件：

(1)城市：選用最小阻抗模型，分別模擬沿可通行道路步行距離上限500米和2000米，學校點10個。結(jié)果表明，若按照國家小學布局標準要求，城鎮(zhèn)小學服務(wù)半徑上限為500米，則只有約14%的小學生能夠在500米的范圍內(nèi)上學；若在現(xiàn)有學校的基礎(chǔ)上要滿足90%的小學生能夠上學，則最遠的小學生需要步行大約2500米的距離。

(2)鄉(xiāng)村：選用最小阻抗模型，分別模擬沿可通行道路步行距離上限2000米和4000米，現(xiàn)有學校點22個。結(jié)果表明，若按照國家小學布局標準要求，鄉(xiāng)村小學服務(wù)半徑上限為2000米，約56%的小學生能夠在2000米的范圍內(nèi)上學；若在現(xiàn)有學校的基礎(chǔ)上要滿足90%以上的小學生能夠上學，則最遠的小學生需要步行大約4000米的距離。

(二)基于不同原則優(yōu)化布局

1.基于“最小化設(shè)施點數(shù)”原則分析。城市：設(shè)定選址條件為：現(xiàn)有10所學校在原區(qū)位運行，班型、師資等資源可進行適當調(diào)整；“最小化設(shè)施點數(shù)”原則；沿可行道路步行距離上限2000米；學校候選點10個。結(jié)果顯示，在此條件下需要新增石板橋和孫家溝兩所學校，寺溝、東溝以及海岸游園三所學校學生人數(shù)過少，不適宜建立新學校。

鄉(xiāng)村：設(shè)定選址條件為：現(xiàn)有22所學校在原區(qū)位運行，班型、師資等資源可進行適當調(diào)整；“最小化設(shè)施點數(shù)”原則；沿可行道路步行距離上限4000米；學校候選點104個。

2.基于“最大覆蓋范圍”原則分析。城市：設(shè)定選址條件為：現(xiàn)有10所學校在原區(qū)位運行，班型、師資等資源可進行適當調(diào)整；在“最小化設(shè)施點數(shù)”原則模擬基礎(chǔ)上；沿可通行道路步行，距離上限2000米；新增兩所學校。

鄉(xiāng)村：設(shè)定選址條件為：現(xiàn)有22所學校在原區(qū)位運行，班型、師資等資源可進行適當調(diào)整；在“最小化設(shè)施點數(shù)”原則基礎(chǔ)上增加三所學校；沿可行道路步行距離上限4000米；結(jié)果顯示，新增西北村、山頭村和東北山村三所學校，其余學校適當調(diào)整班型和師資等資源，這種配置方式能夠確保大于97%的學齡兒童上學。

四、結(jié)論

通過以上研究，分析出旅順口區(qū)城鎮(zhèn)小學布局在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加兩個小學比較合適，而鄉(xiāng)村小學新增三個小學更能滿足學齡兒童的上學需要。在研究方法上，本文是基于一定的假設(shè)條件下進行模擬的，與實際情況存在一定差距，并且對于小學選址的注意問題沒有進行論述，需要在今后的研究進一步探索。