基于改进Ga2SFCA 算法的医疗设施空间布局与可达性研究——以厦门市为例

文／王 璨 华侨大学建筑学院 硕士研究生

许俊萍 华侨大学建筑学院 厦门市海外高层次引进人才 副教授（通讯作者）

张伊博 长春市规划编制研究中心（长春市城乡规划设计研究院） 助理工程师 硕 士

引言

随着国民经济水平的提升，人们对生活品质的要求逐步提高。医疗设施是城市公共服务设施中的重要组成部分，在城市资源配置中占据重要地位。全球暴发的Covid-19 新型冠状病毒肺炎疫情引发了关于建设健康城市、韧性城市及提升城市社会治理水平的一系列反思[1]。一方面，医疗设施空间布局的均衡合理性能满足居民日常就医需求；另一方面，其空间布局的可达性与高效性能够降低城市间诸多无效交通流动，对于后疫情时代差异化防控有着重要意义[2]。

当前医疗设施空间布局优化重点在于对其空间可达性的研究和测度。空间可达性是指某点到达另一点的难易程度，受交通方式、出行成本等外界因素影响[3]。因此，医疗设施空间可达性可理解为就医者通过交通系统克服空间障碍，接近目标设施获取诊疗的难易程度，反映医疗资源配置公平性及服务可获取性[4]。

现今对于医疗设施空间布局可达性研究主要围绕定性和定量分析展开，其中定性分析通常采用现场勘测和问卷调研等方式确保结果主客观一致。定量评估可分三类：（1）利用GIS 空间分析方法，如核密度、网络分析等对城市基础设施进行空间布局与可达性测度。如马淇蔚（2016）等以香港特别行政区为例，运用核密度、距离、圈层分析等方法，分析香港医疗设施空间布局与功能差异[5]。（2）采用供给端和需求端相结合的方法，运用距离或时间阈值找到拟合点构建综合模型，反映符合现实空间供给需求空间分布状态的分析方法，最常见的是两步移动搜索法和潜能模型。Luo（2003）等对Radke 等提出的2SFCA模型（2000）[6]进行优化并命名两步移动搜索法，使用改进后的模型对芝加哥医疗设施进行可达性分析[7]。廖心治等（2021）对重庆市主城区采用优化两步移动搜寻法，从三个层级评估医疗设施服务覆盖范围与可达性[8]。此后许婵等也运用两步移动搜索法对我国北京、上海、重庆、香港、青岛等城市或区域进行医疗设施可达性分析[9-13]。程敏等（2018）采用改进潜能模型，以上海杨浦区为例对医疗设施空间可达性进行研究，在此基础上加入人口规模和医疗设施等级因素[14]。（3）从纯粹几何拓扑学角度出发，在分析时不会把设施和需求端因素考虑进模型。如李撼飞（2016）以济南市为例，运用空间句法对土地和医疗资源界定下的诊疗资源进行拓扑分析，制定针对高效就诊的可达性优化方式[15]。

相较平原城市，海湾城市由于地形环境的天然阻隔，会较大程度影响居民出行方式，相对简单的定性分析不能准确评估医疗设施空间布局与可达性状况。本研究比较并借鉴上述方法，以厦门市为例结合我国人口七普数据，实现顾及人口数量因素的厦门市医疗设施空间布局与可达性评价。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

研究范围选定中国东南沿海重要国际性港口城市——福建省厦门市，其下辖6 区（图1），陆地总面积1700.61km2。截至2020 年末常住人口约516 万，区域内部交通便捷。

图1 研究范围示意（图片来源：作者自绘）

1.2 研究数据来源

本研究使用数据包括三类：

1.2.1 厦门市医疗设施相关数据

通过高德地图API 控制台获取，获取时间为2021 年7 月，对高德地图POI 医疗保健服务兴趣点搜索，剔除非病理性治疗机构后共获取有效数据2208 个。考虑到其自身技术实力与居民面对不同病情的出行选择，参考《厦门市2020 年国民经济和社会发展统计公报》，获取三级医院20 所，二级医院14 所，一级医院18 所，社区卫生服务中心26 所，卫生院13 所，共计91 所（图2）。

图2 厦门市医疗设施和住宅小区空间分布图（图片来源：作者自绘）

1.2.2 厦门市住宅小区和城中村数据

住宅小区数据采集于链家网，通过编写Python 程序，获取研究范围内住宅小区数据，包含小区名称、户数及坐标，获取时间为2021 年9 月。住宅小区总人口数从获取户数经过厦门市七普平均每户2.33 人推算得到。由于存在多处城市农村，根据高德地图绘制373 个村庄位置，并由七普数据估算各村实际人口（图2）。

1.2.3 厦门市道路交通数据

来源于厦门市基础地理信息与遥感数据库，修正清洗后获取道路矢量数据48028 条，依据相关道路规范和城市特点对道路进行重新分类，共分9 类，参考规范设计时速赋值运算（表1），建立厦门市道路网络数据集（图3）。在属性设置中添加时间、距离阻抗，单位分别为min 和m，将属性表中的字段作为成本值。

图3 厦门市域交通网络构建（图片来源：作者自绘）

表1 交通网络数据转换与赋值（表格来源：作者自绘）

1.3 研究方法

首先获取厦门市医疗设施、交通和人口数据，利用核密度法进行空间布局分析计算医疗设施点要素密度；其次利用网络分析按照不同出行方式设置阈值范围，寻找各医疗设施就近到达的范围；最后对设定的阈值范围内居民能够到达的设施进行量化，在延续传统两步移动搜索法基础上引入高斯距离衰减函数，考虑多级搜寻半径对可达性的影响。通过上述步骤分析厦门市医疗设施空间布局及可达性。

1.3.1 核密度分析法

核密度分析城市医疗设施位置，能清晰反映城市医疗设施空间分布状况，如（1）[16]：

式（1）中f(s)为空间位置s处的核密度计算函数；h为距离衰减阈值；n为与位置s的距离小于或等于h的要素点数；k函数则表示空间权重函数。

1.3.2 网络分析

网络分析利用交通矢量数据构建网络数据集，运用多种方式设置出行阈值范围，最终实现模拟路径的最佳寻找、设施点最佳选择及服务区分析。

本文拟采用网络分析中的服务区分析法，设置参数并结合城市特征和路网阻抗系数得到设施点服务范围，每个阻抗下可达比Ai如（2）[17]：

两步移动搜索法（Two-step Floating Catchment Area，2SFCA）先后以供给和需求为中心进行两次移动搜寻。诸多学者对传统两步移动搜索法进行改进，其中高斯函数在模拟衰减效益时优于其他函数。因此本文拟采用改进高斯两步移动搜索法（Gaussian 2SFCA，Ga2SFCA）。具体步骤如下[14]：

第一步：计算各医疗设施服务能力供需比。以各设施j为中心确定时间阈值范围，搜索范围内全部居民点k，计算各设施服务能力供需比，如（3）：

2 结果与分析

2.1 基于核密度分析的医疗设施分布现状

首先进行核密度分析，得出厦门市主城区医疗设施空间分布（图4），明确医疗设施的总体布局。

图4 厦门市医疗设施空间布局现状核密度分析（图片来源：作者自绘）

由图4 发现厦门市医疗设施分布不均衡，但全市六区至少都有一个较为密集的中心，岛内集中在鹭江、梧村、开元、筼筜街道，岛外分布较为分散。相较来看岛外四区相对匮乏，海沧区出现嵩屿、新阳两个聚合区；集美区出现杏林、集美学村、灌口镇三个聚合区；翔安区则在翔安大道两侧形成聚合区；同安区集中在大同、祥平两个街道，其他周边范围未形成较高的密度聚集区。

2.2 基于高斯两步移动搜索法的厦门市医疗设施可达性

首先设定医疗设施阈值，本文分析相关规范及研究后拟采用时间作为度量标准，对不同级别医疗设施设置不同时间成本覆盖范围测评。由于医疗设施具有典型分级性，可将其视作由居民居住地、地方性服务诊所、普通片区型医院、市域综合型医院共同构成的多级嵌套系统[18]。因此本文将医疗设施划为三级：以三级医院为主体的市域级医疗设施；以二级、一级医院为主体的片区级医疗设施；以社区卫生服务中心和卫生院为主体的社区级医疗设施。

建立OD 成本矩阵，得到各住宅点至医疗设施空间距离，通过属性连接，将含高斯型衰减系数的需求点人口数据连接到含床位数量的医疗设施，得到高斯型衰减函数修正后的供需比并求和，获得各级设施可达性（图5—图8）。

2.2.1 市域级医疗设施（三级医院）服务覆盖评价

从需求和服务功能来看该类型一般为面向全市技术水平较高的医疗设施，设备完善、技术雄厚，能解决较多疑难杂症，拥有部分专科医院，所服务群体为市域内全部居民，因此将最大出行时间设定为厦门全域内可达。评估方法为0 ～5min、5 ～15min、15 ～30min 车行时间成本覆盖测评。

由图2 看出市域级设施主要集中在岛内思明区和湖里区，共13 家，剩余7 家散布在岛外四区，图5（a）中覆盖范围主要集中在岛内沿西南-东北走向一带，岛外主要沿海岸线组团分布。5min 等 时 圈 覆 盖 面 积139.7km2，共210.5 万人；5min ～15min 等时圈覆盖面积673.8km2，共458.1 万人；15min ～30min 等时圈覆盖面积939.6km2，共502.6 万人。由此发现全市绝大多数居民能在30min 内就诊市域级设施。

图5（b）反映岛内与岛外呈两极化结果，岛内及岛外环海域一带可达性较高，而岛外北部可达性较低，说明市域级设施未在空间上有效覆盖。可达性空间特征可分三类：（1）高品质区域，岛内思明区西南厦港一带和湖里区。这里居住区虽分布密集，但设施众多，床位充裕，医疗服务互相重叠，人均医疗资源供应量充足。（2）一般品质区域，岛内东南部滨海区域和岛外环海湾一带。这里人口较密，居民对医疗服务需求较高，但设施相对较少，导致市域级设施负荷严重。（3）低品质区域，岛外同安区和翔安区北部。这些地区主要是以丘陵为主的郊区型农村，人口较为分散，完全没有市域级设施，到达市域级设施时空距离较远，医疗短缺最为严重。

图5 厦门市三级医院（市域级医疗设施）覆盖评价（图片来源：作者自绘）

2.2.2 片区级医疗设施（二级、一级医院）服务覆盖评价

该类型设施主要包含妇产、口腔等专科医院和技术能力一般的综合医院，服务对象主要为周边区域居民。评估方法为0 ～5min、5 ～10min、10 ～20min 车行时间成本覆盖测评，对应5000 ～7000m 服务半径。

从图6（a）来看片区级设施分布不均匀，岛内西部覆盖明显高于东部，岛外区域则形成同安、翔安、集美-杏林、马銮湾四个片区中心，北部新圩镇、内厝镇、莲花镇、五显镇和汀溪镇覆盖欠佳。5min 等时圈覆盖面积186.8km2，共265.2 万人；10min 等时圈覆盖面积498.5km2，共417.7 万人；20min 等时圈覆盖面积799.2km2，共484.1 万人。

图6 厦门市二、一级医院（片区级医疗设施）覆盖评价（图片来源：作者自绘）

从设施分布来看图6（b)反映岛内西部区域明显高于东部区域，岛外形成了同安区老城区、集美区灌口镇、翔安区马巷-新店街道三个可达性相对较高的区域。相比市域级设施，这类设施集聚性很高，城市非中心区域可达性明显要高出很多，这反映出其供给程度与人口集聚程度有很高的关联性，可达性较高的区域主要都位于其周边所辖区域。但比较相关数值发现可达性差值不大，这是由于供给量相较市域级设施较低，导致可达性高值和低值并不明显。岛内东部片区、集美区集美-侨英街道等人口稠密地区反而可达性较低，这是由于这里大多都坐落有市域级设施，因此片区级设施较少，可达性较低，而并非缺乏医疗设施。

2.2.3 社区级医疗设施（社区卫生服务中心和卫生院）服务覆盖评价

社区级医疗设施是基层医疗设施，由于现今我国“点对点”式的社区医疗保险推行，以及“大病进医院，小病进社区”就医理念的引导，城市居民就医往往就近选择，因此单个社区级设施的服务对象大致为所辖区域及周边生活居民。评估方法为0 ～5min、5 ～15min、15 ～30min 步行时间成本覆盖，大致对应15min 生活圈理念，也满足厦门市相关规范对街道级社区卫生中心规划服务半径1200m 的规定。

在供给端图7（a）反映5min 覆盖面积8.2km2，共102.0 万人；15min 步行等时圈覆盖面积77.0km2，共142.0 万人；30min 步行等时圈覆盖面积222.4km2，共297.0 万人。此类设施分布不完善，市内还有较多人口聚集区未覆盖到，岛内主要集中在高崎-林后、东渡、忠仑、五缘湾东-何厝、黄厝一带，岛外以散点组团形式分布在各社区级设施周边区域，有较大改善空间。

图7 厦门市社区卫生服务中心及卫生院（社区级医疗设施）覆盖评价（图片来源：作者自绘）

在需求端图7（b）反映岛外社区级设施可达性整体优于岛内，这同样由于岛内拥有丰富的高等级设施。岛外可达性较高区域主要集中在同安区莲花镇、翔安区新圩镇、大嶝街道及海沧区东孚街道，说明这些区域设施配建相对完善。但岛内多数社区级设施规模明显小于岛外，这种现象极易造成岛内居民在遇到小问题时前往市域级设施就医，占用有限医疗资源。

2.2.4 综合分析评价

综上根据《2020 年厦门市卫生健康事业基本情况》各级设施年均接诊人次和住院人次，结合不同等级设施在实际运营中承担的就诊人数和距离成本设置相应权重（表2），进行叠加计算，按照反距离权重法进行可视化，最终得到可达性综合分析（图8）。

表2 医疗设施分析权重（表格来源：作者自绘）

由图8 可看出厦门市医疗设施可达性水平呈现由东南部厦门岛区域至外层岛外区域圈层式衰减特征，岛内可达性水平整体高于岛外，这与厦门市经济发展现状吻合。岛内可达性水平较高的街道包括厦门岛西南侧筼筜、开元、鹭江、中华、厦港、梧村、湖里、嘉莲、江头九个街道，而厦门岛东北至东南侧殿前、禾山、金山、莲前和滨海街道及偏倚一侧的鼓浪屿街道可达性较低，但远高于岛外大部分区域。这是由于历史上厦门政治经济中心均位于西南部思明区及鼓浪屿一带，全市各类优势资源均位于此。改革开放后，国家在战略层面上批准设立厦门经济特区，湖里区成为厦门市医疗设施较为集中的区域，尤其五缘湾片区，多所医院的设立使湖里区东部金山、禾山街道成为医疗设施可达性较高区域，可以发现医疗设施围绕国家战略层次布署的特征。

图8 厦门市各级医疗卫生服务设施综合可达性分析（图片来源：作者自绘）

岛外片区整体医疗设施分布均衡度不足。可达性较高区域主要集中在集美区集美-侨英街道、灌口镇、海沧区嵩屿街道、同安区大同-祥平街道、翔安区马巷-新店-大嶝街道。集美半岛、海沧湾附近集中了岛外主要商业圈，同时这里也是岛外医疗设施较为集中区域。近些年在这些区域也建设了较多医疗设施，目的是为解决人口较多地区医疗资源分布偏少的问题，但依旧未达到厦门岛内可达性水平。由此可见，医疗设施空间布局与商业中心布局关系紧密。

分布最不均匀的是同安区和翔安区，同安区莲花镇、汀溪镇、五显镇及翔安区新圩镇、内厝镇可达性最低，但是其他街道可达性较高，这是由于翔安区马巷、新店、大嶝街道有多所三级医院，床位数充足，周边居民能够便捷享受医疗服务，但区域其他居民所花费的时空距离较大；同安区可达性较高区域则主要集中在老同安城内的主要居民聚居区。

结语

医疗设施是城市重要的公共设施资源，其布局均衡程度是城市综合发展进程的缩影。本文在传统两步移动搜索法基础上，考虑医疗设施等级规模和距离衰减因素影响，引入多级半径和高斯距离衰减函数进行改进，考虑不同等级道路行驶速度，结合现状就医人数进行权重赋值，使研究结果更贴近实际，最终得出厦门市医疗设施可达性及其空间格局分异特征。结果表明：（1）厦门市医疗设施可达性空间分布不均，呈现由岛内到岛外，由南至北圈层式衰减特征，高值区集中在岛内思明区、湖里区大部分街道，低值区集中在岛外四区；（2）厦门市各级医疗设施可达性结果有显著差异，居民过度依赖市域级医疗设施，而片区、社区级医疗设施并未起到应有作用；（3）厦门市医疗设施的分布与商业、行政中心的分布密切，未来在布局医疗设施时建议将人口分布作为考虑的重要因素。

据此，当前厦门市医疗设施空间配置优化需考虑岛内外间的整体布局，还需考虑各级设施的联动分工。第一，响应城市建设方向，优化岛内社区级医疗设施，并将岛内富余的高等级医疗资源向岛外欠发达区域转移；第二，根据地理区位特征，对全市划分有别于行政区划的医疗服务片区组团，组建资源共享、分工详细的医疗共享平台，为全市居民提供一体化的医疗服务体系。

当然，本文尚存不足，如评价医疗设施时受资料获取限制，仅考虑级别和病床数量，未对医护数量、医疗设备、就医环境等数据进一步搜集；对道路建立网络数据集时仅考虑道路车辆每日平均时速，未对各时段道路时速进行细分。如果获取更加丰富的数据，会进一步提升分析结果准确性和可靠性。