智慧城市生命力在于与城市规划、生态文明协同创新

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智慧城市战略的推进，必须加强与城市规划和生态文明的协同创新，促进城市数字化、信息化建设与城镇功能提升的有机融合和智慧城市运营服务端的有效实现。本研究从城市规划和生态环境学科建设的视角出发，结合相关领域研究的前沿，思考智慧城市参与协同创新的关键路径，对于智慧城市的技术创新和应用实践的落地具有参考价值。

一、智慧城市、城市规划与生态文明

智慧城市是实现城市治理创新的关键理念与重要技术支撑，依托大数据、互联网、物联网和云计算等技术平台，有助于实现城市规划的方法创新和生态文明目标的实现。西方现代城市规划主要从城市发展研究、城市规划与设计和城市规划管理三个方面展开。在城市规划管理中融入营销的理念，在经济竞争的背景下，提高城市吸引游客，居民，商业活动和投资的能力，它逐渐发展成为以工程规划技术为基础，由多学科共同复合的综合性学科。从我国城市规划理论与方法发展现状来看，城市规划目前更多的还是一种技术性工作，尚未形成真正自身的城市规划理论与方法。2011年“城乡规划学”正式成为一级学科。当前，城市规划面临新的特点和挑战，面向城镇化发展的新需求，城市规划需要体制机制、思路方法等方面的创新。智慧城市的系统性思维应当通过技术层面的递进式实践来更新城市规划体系。

与此同时，针对快速工业化城市化过程和人口高密度集聚带来的生态与环境问题，有关城市人居生态学方面的研究活动逐步展开。当前，城市人居生态学已成为城市可持续发展及制定21世纪议程的科学基础。正确处理好人地的生态关系是人居生态研究的核心任务。生态卫生、生态安全、景观生态、产业生态和文化生态将是指导我国未来城市生态与环境研究的基本思路。

二、智慧城市技术融合实施协同创新的定位与思考

生态文明制度、支撑体系和实现路径的研究是我国城市生态学当前发展的核心。基于生态代谢原理的城市永续资源能源科学体系的研究应用是未来发展的重点。世界博览会在160余年的历史上，不但引领未来科技的发展方向，而且也在努力阐释科技对市民生活的有益改变。上海世博会和北京园博园等城市生态实践为我国城市生态科学发展提供了光明的图景。为了支持以人为本的新型城镇化发展，城市生态学研究应当加强在优先主题方面的研究产出，为服务城市生态文明制度的建立和完善提供科学决策依据。

2.1基于智慧技术研究城市与区域空间绩效

随着全球化和区域一体化发展速度的加速，城市区域化和区域城市化已经成为当前城市空间演变的重要趋势之一。它深刻影响城市的空间形态与资源物质信息资本的流动。与此同时，当前业务化的城市规划亟需从项目城市空间的同时，充分考虑该城市所处的区域背景，特别是在新型城镇化城镇格局的动态变化、快速轨道交通的推动和产业结构优化调整的内在动力的影响下，城市间和区域内的竞争，要求城市规划理论研究和实践必须向城市空间向区域空间延展。构建空间绩效管理的多元理论、方法和评价体系，注重生态与环境要素的融入，加强区域协调，建立以空间关系为核心的区域协调发展的平台，并基于此，完善城市与区域空间的发展战略，优化我国城市与区域空间发展格局，在提高整体空间绩效的同时，提升城市与区域的发展水平。

2.2基于智慧技术建立城市碳排放控制规划

能源是城市发展的首位物质基础，我国现阶段城市能源利用具有对外高度依存、结构高度碳化、利用效率低和污染强度大等特点。既是应对世界与区域性气候变化的需要，更是为了承载我国城市文明的中长期发展需要，因此，城市能源必须逐步过渡到可持续、低碳、清洁和绿色的利用形态，这与国际城市能源利用的趋势保持一致。城市的低碳化与低碳城市是应对气候变化的需要，同时也是城市规划发展的新模式。构建城市尺度的碳排放估算方法，是低碳发展的重要前提。通过与城市规划的尺度相结合，如城市形态、土地利用、产业发展、能源利用、交通模式和城市建筑等方面，在规划设计中引入并落实低碳的理念，逐步形成低碳城市规划的理论基础、控制性指标体系和规划设计导则等，从而构建低碳城市规划的方法体系。当前，城市尺度温室气体或碳排放清单的研究，尚处于起步阶段，京津冀、山东半岛、长三角、珠三角和四川等地区的城市率先展开。在加强城市尺度温室气体排放清单编制研究的同时，注重对能源生产/消费型城市的规划，提高其应对低碳经济挑战的能力。与此同时，我国新区/新城的开发建设，应当从严控能源消耗总量与强度的战略高度，通过低碳规划实现集约高效发展，促进精明增长。

2.3基于智慧技术促进规划信息化与城市空间建模

在城镇化过程中，城市规划实现了基础设施建设、规划设计、规划管理、规划监管、规划参与、业务联动的信息化，但仍存在对信息技术的作用认识不足、信息化标准的制定滞后、信息资源难以共享等问题。这与当前信息化的高度发展水平不相适应，与此同时，城市规划过程中涉及可观的数据资源，相关专项之间存在有机联系，实现城市规划信息化，有助于将大数据和云计算的方法引入到城市规划当中，在实现基础数据共享化、规划信息标准化的基础上，通过建立城市空间数据模型，而逐步形成智慧的城市规划模型。国内正在研究在规划系统中将CAD、GIS和MIS集成的数据接口，并得到应用。城市空间数据模型是基于GIS的城市虚拟体，它能够对未来城市空间增长趋势和特征进行情景预测，对城市/交通规划方案、土地和房地产政策的系统性效果和协调性进行模拟和评估，可有效提高城市规划与管理政策的科学性。我国目前主要是基于案例城市的研究及发展趋势的总结，来探讨城市空间增长的趋势，认为我国城市空间模型分为四类，分别是基于因果关系的城市空间增长影响因素静态模型、基于空间发展理论和GIS空间分析的准动态城市空间增长模型、基于系统动力学微分方程（组）的城市空间增长动态模型、以及基于微观主体作用演变机制的城市空间增长模拟模型。国外已经开发出构建城市空间数据模型的工具（UrbanSim, Tranus, Cubeland等）。伴随我国城市数量和体量的发展，城市规划的信息化成为迫切的需要，从自下而上的顶层设计角度考虑，需要对城市的现状与未来趋势有动态的仿真模拟与问题警示，因此，从规划的信息化到城市空间数据模型的构建，是城市规划研究与实务推进的战略要点。

2.4基于智慧技术优化城市生态导则和规划指南

十八届三中全会，明确提出要建立生态文明制度，其中指出要划定生态保护红线。在城市规划实务展开之初，应考虑将生态保护红线等生态文明的要素作为城市规划的底图尽快构建起来。在城市快速扩张的背景下，将包括生态环境作为先导性工作在城市规划中予以规范，将生态作为约束条件，来引导城市空间的优化，避免在城市生态环境脆弱地区规模化规划建设，尽可能减少对生态环境的冲击。与此同时，从主动改善城市生态环境的角度出发，可通过规划来阐述城市的生态内涵。我国生态规划经历了近30年的发展，起源于土地资源生态化利用的地理学、复合生态系统理论的生态学以及这两大理论的结合，为提高该领域研究成果在城市空间规划中的应用，应将生态规划系统性地引导到城市生态专项规划中，将生态指标纳入空间规划设计管理中。与此同时，生态规划应当从纯粹的生态学或生境保护延展为城市性生境的规划，从系统性的角度，至少解决城市的综合承载力预测（人口、资源环境、能源等），为城市适度发展提供依据；从生态环境保护与改善、水资源综合利用、可再生能源综合利用、废弃物资源化处置利用、低碳绿色交通、绿色建筑和城市智慧管理等方面展开，建立成熟完备的生态规划方略，突破仅从生态约束的角度来实施生态规划，使得该专项规划与城市的规划建设相适应，并起到积极作用。

2.5基于智慧技术逐步实现规划的综合性和公众参与

由于城市规划具有城市规划的“复杂性”、“社会性”与“非科学性”的特征，因此，城市规划从以物质空间属性规划向区域属性、社会属性、生态环境属性和人文属性等聚合突破现有的总体规划格局，实现更加全面、综合的规划。开展综合性的空间规划是未来我国城市规划体制改革发展的必然要求。目前，我国城市规划的实践已经开始重点关注社会经济、人文发展、区域协调、环境生态等问题，而且这个关注将会持续下去，最终带来的是整个城市规划的体制改革，即从专业性的物质空间规划转向集物质、政策、社会于一体的综合性的空间规划。集成理论与实务规划案例研究也需要从分散向综合丰富完善。与此同时，研究城市经济转型中城市规划的响应路径。

当前，我国新型城镇化已进入快速推进阶段，经济全球化要求未来的城镇必须具有国际性的竞争力，仅有中低端劳动技能的进城农民、通过高等教育进入城市的青年知识分子等将成为未来城镇空间规划关注的焦点。城市居民阶层的分化、社会问题的空间解构等，不仅必须得到规划设计人员有效的认识和对待，同时也需要提升规划的公众参与水平。国外在城市规划公众参与方面有丰富的经验值得我国去借鉴，公众参与是民主整治的体现与表达，应改善以被动参与为主的局面，使得规划作为政府核心的公共政策得到广泛的参与和支持，同时对政府的权利进行有效的约束。城市规划中的公众参与权对于我们化解城市化进程中的诸多社会矛盾、培养公众的公民意识（包括民主意识、权利意识等内容）进而推进中国的法治建设和社会主义和谐社会的构建都具有重要的实践价值和社会意义。因此，开发综合性的城市规划方法学与建立有效公众参与机制的城市规划制度的研究是推进以人为本城镇化的核心，是城市规划成为公众权益代表和市民政府的最有效体现。

2.6基于智慧技术解读城市形态-局地生态系统的关系与空间导引

研究城市生态系统的生产、生活、还原再生功能，它们是既相互区别又密切联系的统一体，并且这些功能与其结构有对应关系。如要供给一定质量的生态环境，就需要使城市生态环境具有较强的可代谢各种废物的能力。研究城市生态系统的发生发展历史，以找出其已有的动态变化规律和特征，还要对城市生态系统的现状做出评价，对其未来发展变化趋势做出预测，从而有针对性地对其进行调节和控制，以期达到城市生态系统的最佳功能。

评价城镇生态支持系统的方法，如能值分析法、物质代谢全过程的生命周期分析法、基于反馈机制的生态控制论分析法、生态系统服务功能、自然资产评价法和基于土地利用的生态足迹法等进一步得到优化，更加趋向从多要素、多变量、复杂过程和交叉性的角度来细致地分解并城镇化对城市生态系统的剂量效应关系，分别从能流、物流、信息流、资金流以及空间、时间尺度上评价和分析人类活动影响下的生态过程。从过程的量化走向关系的序化、从数学优化走向生态进化、从人工智能走向生态智能。

2.7基于智慧技术量化城市生态功能与气候变化的关系与适应措施

城市生态系统的功能是靠其中连续的物流、能流、信息流、货币流及人口流来维持的。它们将城市的生产与生活，资源与环境，时间空间，结构与功能，以人为中心串连起来。厘清了这些流的动力学机制和调控力一法，就能基本掌握城市生态系统中复杂的生态关系。气候变化对城市生态系统的影响和冲击已经成为城市未来发展必须面对的事实，气候变化正对城市的碳收支平衡造成影响，使得城市的脆弱性伴随城镇化的推进，逐渐暴露出来。世界范围内，不同的城市在对抗灾害或环境问题的冲击时，显现出截然不同的韧性，如在地震灾害方面，2010年海地遭遇7.3级地震，海地首都太子港基本被摧毁，全国约30万人丧生，2012年3月墨西哥格雷罗州梅特佩克市遭遇7.4级地震，全市经受住了该地震，仅伤亡2人。在城市洪水方面，2010年巴基斯坦去年遭遇特大全国性洪灾，大约2000人丧生，1100万人无家可归。2011年9月洪灾导致巴基斯坦最大城市卡拉奇陷入瘫痪，街道因积水无法通行、汽车受困、加油站受淹，市政部门缺乏有效排水手段。荷兰首都阿姆斯特丹洪水防御系统使得该市能够抵御城市洪水的侵扰，成为防洪城市的典范。瑞士再保险最新报告对全球616个中心城市内17亿市民面临的自然灾害风险进行了对比分析发现，全球范围内受到水灾威胁的人数超过任何其他自然灾害；从面临灾害威胁的人数来看，亚洲城市风险最大。在城市经济方面，美国底特律（美国汽车之城、世界汽车工业之都）和澳大利亚墨尔本（全澳汽车中心）的经济状况是非常类似相似的，同样受到类似的冲击，但是他们的应对方式迥异。最终，底特律成为美国历史上规模最大的破产城市。因此，强化对城市生态功能的演变与气候变化的响应关系的研究，有助于提高城市文明对气候变化的抵御能力。

2.8基于智慧技术解析城市生态与生物多样性的关系与调控机理

城镇化的过程中，城市的空间结构对生物的多样性会产生深刻的影响，早年就有学者揭示了该现象并指出了问题的严重性。深化研究城镇化进程中生活多样性的影响因素、变化特征与影响机制，对于识别和缓解人工环境对城市综合生态链的冲击具有方法学意义。通过对城市生态系统评价、预测、区划、规划、优化模型研究，用动态系统论方法、数学模拟等动态研究城市变化对于城市生态系统的影响，通过主动减缓影响和被动开发适应性策略，来保障城市住区生物的多样性，实现市民与生物的和谐，营造生态良好的生物环境。

2.9基于智慧技术建立城市人居环境问题诊断和调控工具包和政策库

城市的表现形式是社区、城区和区域的格局、形态，而城市的内部核心是生态的“生”。人作为复合生态系统的主体，其日常生活活动对城市生态系统功能的好坏起着重要作用。从可持续发展的口号走向生态建设的具体行动，这是当今国际城市人居生态研究的主流。徐匡迪曾指出，全球公认50％是一个转折点。在达到50％以前，城镇化主要依靠劳动密集型产业拉动，而且主要是以生产轻工业品和一般劳动密集型产品为主。而超过50％以后，就要依靠科技创新促进经济发展，但如果没有这样一种动力，这个时期可能会是城市病集中爆发期。我国大中城市不同程度面临着人口膨胀（密度过高）、、市政设施负荷过重、能源短缺、交通拥挤、环境污染严重、城市生态失衡、土地紧张、就业困难、社会秩序紊乱（犯罪）和社区衰落，建设资金短缺、地价昂贵、住房紧张、贫富悬殊等问题。这些都是我国目前人居环境的突出问题，以城市空气污染为例，城市病发病的城市占到中国城市的，危害人口4.4亿。从2013年12月1日开始，江苏、浙江、上海等地发生了严重的雾霾，5日上午10点，南京市的PM2.5浓度高达411微克/立方米，上海市PM2.5浓度达到459微克/立方米，都远远高于国家标准。因此，应当正确认识城市病的存在，通过诊断城市的发病机理，提出对城市进行批量“体检”，掌握我国城市病态程度与时序性的动态变化特征，为城市病治理提供量化或半量化的依据，尽量避免成型、特别是成规模的产业格局对于城市病的贡献，通过升级改造而对社会产生不可估量的冲击，如，由于大城市病的倒逼作用，北京为疏散百万人口于2013年12月底发布了整体搬迁若干人口和交通集聚业态的报告。深化对基于我国国情城市人居环境问题诊断和调控改善的研究，以促进城市人居环境科学微观和宏观尺度研究的耦合。

2.10基于智慧技术从城市生态代谢出发仿真城市产业生态系统

城市代谢过程研究是实现城市生态规划和环境管理等实际工作优化与决策的关键理论问题之一。深化对社会、经济、自然生态系统各组成要素基本特征的研究。如城市人口、城市气候、土壤、城市生物、商业、工业等的基本特征，以及各要素的相互关系和相互作用及效应。这些单项的基础研究是构建城市总体系统模型的基础。产业过程是人类对自然资源的生产、加工、消费、流通、还原的一类复合生态过程，涉及物、事、人和环境相互关系的生态学。运用能值方法和评价指标，研究城市生态代谢系统的结构与功能，特别是与土地利用之间的耦合变化关系，识别调控的机理，通过重点研究生态城、生态住区、生态交通、生态代谢、生态能源、雨水资源利用、生态修复以及生态产业的规划设计管理等，来促进城市产业生态学的发展。

三、结语

依托城市规划和生态文明建设并实现有机结合，将为智慧城市的内涵式建设提供技术需求依据，通过也助推后续运营端的开发和收益链的实现。做好智慧技术的需求分析与功能设计，实现与城市应用的对接，是保障智慧城市建设成效的重要关节点。

作者简介：徐振强，中国城市科学研究会数字城市工程研究中心副主任，副研究员，北京大学博士。住房和城乡建设部“十三五”科技战略规划“智慧城市”编写组成员，新华网智慧城市专家库成员、瞭望智库特约研究员。