摘要本文将市政基础设施与区际基础设施同时纳入新经济地理学分析框架，分析了两类基础设施对城市体系规模格局的差异化作用机制。数值模拟结果显示，当区际基础设施水平较高时，各城市加大市政基础设施投入的政策效果更明显;而在区际基础设施处于中低水平时，小城市投资市政基础设施以吸引产业和人口的政策可能无效，大城市通过市场基础设施建设降低城市拥堵的努力可能适得其反。研究对如何通过选择合理的基础设施投入组合优化城市体系有启示意义。
关键词基础设施运输成本集聚经济城市体系
一、引言
改革开放以来，我国城镇化率不断提高、基础设施建设成就显著，但在城市发展进程中也逐步出现了“两极化”倾向:一方面是中心城市规模迅速膨胀、城市拥挤和高房价等负面效应凸显，而另一方面则是部分中小城市和小城镇由于集聚效应不足，难以吸引产业和人口流入(魏后凯，2014)。以京津冀地区为例，北京由于人口膨胀而面临拥堵、高房价等“大城市病”，但在河北省的部分市县则长期面临发展困境，这也成为党中央和国务院高度重视京津冀协同发展的重要现实背景。如何推动不同规模城市协调发展，有效解决“大城市病”以及部分中小城市集聚不足的困境，是我国城镇化推进和城市体系建设中面临的重要难题(王小鲁，2010)。
与此同时，在我国区域经济发展的长期实践中，加大基础设施投入一直以来被视为促进欠发达地区发展、缩小地区经济差距的重要政策手段。各大中心城市几乎都在通过修建地铁等市政建设等手段来努力解决拥挤和高房价等城市病问题，中小城市和城市新区也竞相通过加大市政基础设施投入来试图吸引产业和人口集聚。然而，新经济地理学研究表明，一套行之有效的基础设施推进政策需要全面考虑企业和居民等微观主体的区位选择及其对城市发展的决定性作用，否则基础设施投入政策可能无效，甚至可能得到与初衷相反的结果(Puga，2002;Glaeser和Gottlieb，2008;范红忠，2008)。基础设施类型不同，对微观经济主体的作用机制也不同。根据世界银行的界定，经济基础设施包括电力、煤气、通信、自来水、卫生和废弃物处理等城市公共设施，城市交通、公路、铁路、港口和基础等交通部门，以及大坝和渠道工程。容易发现，大部分基础设施服务于商品、人员、水、能源、信息以及废弃物等各类要素在城市内或城市间的空间流动。基础设施对区域和城市发展的作用是通过多种机制实现的(Grimes，2014)，如生活性基础设施可以提高城市生活的舒适度、城市交通设施可以降低通勤成本、港口则降低区际贸易成本，影响经济活动空间分布。Ottaviano(2008)将基础设施概括为两种类型:一是能直接提高所在城市吸引力的地方性基础设施，即市政基础设施，这类基础设施能够直接提高消费者福利，或通过降低人员、能源等要素在城市内流动成本并提高城市整体竞争力;第二类是提高城市间通达性的区际基础设施，这类设施有利于降低城市间贸易成本，是提高区域一体化水平的重要手段，有利于扩大市场范围、形成区际分工协作，但这类基础设施对经济集聚的影响是非线性的。
居民和企业对集聚经济和集聚不经济的权衡是决定城市体系规模格局的微观机制。城市集聚经济主要来自中间品和基础设施投入共享、降低搜寻匹配成本、产业内和产业间知识溢出，以及市场规模效应和价格指数效应;而集聚不经济则主要包括随着城市规模扩大而出现的交通拥堵、高房价、环境污染等(Henderson，1974;Duranton和Puga，2004;Glaeser，2011)。在上述因素中，知识溢出和匹配效应等技术外部性导致的集聚机制难以通过市政基础设施投入得到增强，而本地市场效应和价格指数效应等货币外部性所导致的集聚机制则受区际基础设施水平的影响。此外，改善城市内部的市政基础设施也有利于降低由于规模扩大而形成的城市内部拥挤成本。
本文考虑市场力量下企业和居民区位选择对城市发展的决定性作用，进而研究如何在充分尊重市场规律的前提下，通过选择合理的基础设施投入组合，来改变产业和人口的空间分布，进而有效解决我国城市发展中面临的“大城市病”与中小城市集聚不足并存的难题。通过分析基础设施对城市发展的微观作用机制发现，市政基础设施有利于降低产业和人口集中产生的负外部性。同时，区际贸易成本是影响经济集聚的关键变量，这意味着政府可以通过改善区际基础设施改变集聚力量的大小，进而改变城市体系的规模分布形态。基于上述考虑，本文要探讨的是，为优化城市体系，促使城市之间协调发展、缩小城市间发展差距，应该重点对目标城市进行倾斜性的市政设施投资，还是应该着重改善区际基础设施水平?回答上述问题，需要厘清不同类型的基础设施如何直接或间接作用于城市的集聚经济和集聚不经济，进而影响城市体系的规模分布形态。
相对于已有研究，本文可能的边际贡献主要体现为三点。第一，基于新经济地理学理论分析政府如何通过基础设施来促进城市协调发展，不同于多数新经济地理学文献中只研究了降低区际贸易成本的交通基础设施，本研究还纳入降低城市拥挤成本的市政基础设施，并着重考察两类基础设施的交互影响及二者对城市协调发展的异质性作用机制。第二，在研究基础设施和经济发展关系的理论文献中，多是将基础设施视为与资本和劳动力相并列的另一种要素投入加入总体生产函数，而较少从微观视角分析不同类型基础设施对城市要素集聚的差异化影响，本文通过假设基础设施通过降低空间摩擦改变了企业和人口聚集的成本和收益，进而改变微观主体的区位决策来影响经济活动空间分布，从而为基础设施建设如何影响城市协调发展提供了一个独特的微观视角。第三，研究的现实意义在于，解释了为什么城市政府仅着眼于本地的基础设施投入既难以帮大城市解决“大城市病”，也难以帮助中小城市吸引产业和人口，本文还对如何通过合理调整基础设施供给的结构促进城市规模的合理分布，并对如何配置不同类型的基础设施有着启示意义。
二、文献回顾
以下三类文献为本文提供了研究基础:第一类是研究区际基础设施对产业和人口空间重塑的影响，即分析区际交通基础设施改善会导致经济活动的进一步集聚还是分散;第二类是分析城市或地区内部的基础设施改善对所在城市吸引产业或降低拥堵的影响;第三类是新经济地理学领域的相关理论研究，为本文的分析提供了一个良好的理论分析框架。
高速公路、铁路等地区间交通基础设施的修建或改善是提高区域一体化水平的重要措施，通过改变所经地区的市场潜能影响经济活动在地区间的分布(Donaldson和Hornbeck，2016)。部分研究表明，区际基础设施改善将会促进生产要素由核心区域向外围区域扩散。如Zheng(2007)对日本东部地区的研究显示，与核心城市建立完善的交通网络连接，有助于欠发达地区吸引产业。Baum-Snow(2007)发现，美国高速公路系统导致了大都市人口向周边地区的扩散。Baum-Snow等(2017)分析了中国高速公路、铁路等交通运输网络如何影响中心城区人口和经济活动的扩散，发现每增加一条高速公路，将引致中心城区人口向周边区域转移4.2%以上。Banerjee等(2012)基于中国数据发现，接近交通设施网络对人均产出有正向作用，但缺乏要素流动性会限制交通基础设施带来的经济收益。Xu和Nakajima(2015)发现，接入高速公路的县可获得大城市经济增长的正向溢出效应，能获得更好的工业增长，尤其是重工业的增长。施震凯等(2018)将我国2007年铁路提速视为交通基础设施改善的准自然实验，发现铁路提速促进了沿途企业全要素生产率提升。
另一些研究则认为，区际基础设施改善会扩大地区间发展差距。Becker和Fuest(2010)对欧盟的研究表明，区际基础设施改善加大了区域间和区域内部的产业分布不均衡，未能促进欧洲的区域收敛。Combes等(2011)则发现，随着运输成本的显著下降，法国制造业和服务业的空间集中程度在1860—1930年呈现上升趋势，而在1930—2000年出现扩散趋势。Faber(2014)基于中国高速公路网络的研究发现，大规模的交通基础设施强化了市场规模效应，导致产业进一步向中心城市集聚。张克中和陶东杰(2016)研究了高铁建设的经济分布效应，发现高铁降低了沿途非中心城市的经济增长率。针对上述分歧，本文将基于一个改进的新经济地理学模型，研究区际基础设施对经济主体区位选择的影响机制，分析区际基础设施改善在什么条件下促进经济集聚、什么情况下促进扩散。
良好的市政基础设施是增强城市对产业、要素和人才吸引力和承载能力的必要物质基础(倪鹏飞，2002)。Duranton和Turner(2012)研究了美国1980—2000年城市道路和公共交通对城市增长的影响，发现城市道路存量增加10%，将导致人口和就业增加2%。但也有研究指出，市政基础设施只是城市发展的硬件基础，但并不一定对城市发展产生积极效果。针对欠发达地区和城市的基础设施投入可能是低效率的，Glaeser和Gottlieb(2008)认为美国交通设施投入偏向于低收入、低密度的地区，但这些地区缺乏集聚效应，从而降低了基础设施利用效率。肖挺(2016)发现，基础设施能否增加本地就业与城市区位等因素高度相关，西部地区没有从大规模基础设施中受益。范剑勇和莫家伟(2014)认为，禀赋较差的城市进行过于超前的土地开发和城市设施建设，如果不能有效地吸引到足够的产业，就可能产生巨大的地方债务压力，对城市长期发展带来负面影响。而对于大城市来说，改善市政基础设施对消除城市拥堵的作用有限。Duranton和Turner(2011)研究了美国城市内道路基础设施改善与小汽车使用之间的关系，发现道路网络增加1%，市民驾驶行为随之增加1%，增加城市道路和公共交通无助于减少大城市拥挤。范红忠(2008)认为，如果中心城市仅依靠住房和市内交通设施建设来解决城市拥堵效应，由于这会进一步吸引企业和人口流入，反而可能使“大城市病”更为严重。本研究将解释为什么市政基础设施对城市吸引产业方面的影响会存在差异，以及为何大城市改善基础设施难以解决拥堵。
新经济地理学将区际贸易成本视为经济活动集聚的关键变量，并有部分文献开始关注城市内部拥挤成本对经济活动分布的影响，这为本研究提供了相应的理论基础。Krugman(1991)分析了地区之间由于生产和消费的前后向关联因素导致的内生集聚，并着重考察了工业品在地区间的贸易成本对企业区位选择的影响，为研究如何通过区际基础设施影响产业和人口空间布局提供了分析工具。学者进一步将城市住房成本和拥挤成本引入新经济地理学模型，发现运输成本与经济集聚之间存在非线性关系，在区际贸易成本处于中等水平时经济活动向核心区集聚，在区际贸易成本非常高或非常低时都导致经济活动分散(Helpman，1998;Pflüger和Südekum，2008)。Ottaviano(2008)、Donaldson和Hornbeck(2016)等将区际基础设施改善视为降低区际贸易成本、促进区域一体化的重要政策手段。然而，城市内部市政基础设施的作用往往被忽视。多数包含城市拥挤成本的新经济地理学模型，城市拥挤成本仅仅是作为一种促进经济活动扩散的力量，研究重点仍然侧重于区际贸易成本与空间集聚之间的关系，较少考虑市政基础设施对城市内部拥挤成本的影响。
总体来看，研究基础设施与城市发展的文献以实证研究居多，而较少有文献从理论上分析不同类型基础设施作用于城市体系规模分布的微观机制，也就难以回答选择何种基础设施以促进城市协调发展的问题。以下文献与本文关注的问题相近。Martin(1999)通过对区内和区际基础设施投入的效用分析，认为给贫困地区提供基础设施以吸引企业导致的经济空间分布格局也许不利于经济整体增长，但该文假设区内基础设施主要是通过降低地区内的贸易成本而施加影响，其模型不适于用来分析城市发展问题，而本文中讨论的市政基础设施则通过降低城市通勤和住房成本来提高城市的吸引力，因而更适于分析市政基础设施对城市要素集聚的影响。Redding和Turner(2015)建立多地区的新经济地理学模型，考察了地区间商品运输成本和城市内部劳动力通勤成本对经济活动空间组织的影响，认为市政基础设施建设有助于降低市内居民的平均通勤成本，并提高当地经济份额，但其模型假设各城市工人面临的通勤成本仅与城市内市政基础设施水平相关，而与城市人口规模无关，而在本文中城市内通勤成本随着城市规模扩张而增大。Venables(2017)区分了拓展城市的市内基础设施与连接城市的区际基础设施，并探讨了区际基础设施改进对城市专业化的影响，但未对市内基础设施与区际基础设施的交互影响进行深入探讨，本文则着重探讨改变市政基础设施的政策效果，及市政基础设施与区际基础设施改进的交互作用。
三、基本模型
(一)城市拥挤成本与区际贸易成本
经济活动在地理空间的分布形态受到商品和居民空间流动(通勤)成本的影响(Redding和Turner，2015)，企业生产需要将原材料、工人和能源从不同区位运送到生产地点;产品消费过程中，则需要将产品从产地运送到消费者所在地，或消费者旅行到提供产品或服务的地点进行消费。本文中考虑城市内拥挤成本和城市间商品贸易成本两类空间成本，这两类成本都对经济活动空间分布产生影响。同时，其他条件不变时，市政基础设施建设可以降低市内拥挤成本，区际基础设施建设有利于降低区际商品贸易成本。
1.城市内部空间成本
人口和产业在城市集聚伴随着对土地等不可流动要素的竞争。城市内部通勤和住房所引起的成本与城市规模正相关，Combes等(2008)研究显示，巴黎居民面临的城市成本(住房和交通费用)占人均收入的45%，而法国其他中小城市约为34%。据《2014中国劳动力市场发展报告》数据，劳动者的通勤时间与城市规模成正比，北京、广州、上海和深圳等几个特大城市，居民每日的平均通勤时间都接近或者超过1.5小时(赖德胜，2014)。
2.商品在地区间或城市间的贸易成本
假设农业为完全竞争部门，其规模报酬不变且农产品可以在地区间自由流通。将农产品作为计价标准，单位农产品需1单位劳动力投入，非熟练工人工资为w=1。假定工业品为垄断竞争部门，且存在跨城市或跨地区间贸易的成本。与经典新经济地理学研究保持一致，假设工业品在跨地区贸易时的成本为“冰山型”。若将单位产品运输到其他市场销售，则到达目的地的产品仅为发货量的1/τ，为了弥补产品在地区之间贸易过程中的损耗，产品在外地市场的销售价格是在本地销售价格的τ倍。
现实中，影响地区间交易成本的因素主要有两大类:第一是由空间距离因素而产生的运输成本，地理距离的缩短、区际基础设施改善和交通运输领域的技术进步能够降低这类成本;第二类是由于制度、政治、习俗以及地方利益驱动等人为因素造成的，降低这类交易成本要通过消除地方保护、减少制度性市场分割来实现(Lafourcade和Thisse，2011;范欣等，2017)。——论文作者：皮亚彬李超*
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