城市生态规划方法与技术研究进展

郑玉萍，乔 琴，张恩祥，李金花，韩永伟

（1.中国环境科学研究院生态所，北京 100012；2.兰州大学生态学院，甘肃兰州 730199）

1 研究背景

伴随着城市化的快速发展，由人类活动导致的大气污染、温室效应、土地退化、生态结构破坏等问题对各国造成的生态威胁日趋突出［1］，开展城市这一人地矛盾集中爆发地的生态规划逐渐成为人们共识。现代城市生态规划相关方法与技术的提出与实践最早可以追溯到1903 年霍华德（Edward Howard）的田园城市理论，以生态化的空间布局模式缓解城市无限扩张的规划设计体现了早期的城市生态思想［2］。此后，城市生态规划的技术方法在长期实践中积累了丰富的理论和经验，城市生态规划作为能够实现可持续发展的未来城市范式得到广泛的认可［3］。1957 年，中国学者吴人韦［4］、赵景柱［5］开始对城市绿地系统、景观空间开展研究，国内城市生态规划及其技术方法研究初具雏形。较为系统的城市生态规划的方法与技术研究起步于20 世纪80年代，城市生态学者马世骏等［6］、欧阳志云、黄光宇等［9］为解决城市生态问题提出了相关判断标准、制定原则、管理与规划方法，为国家城市生态规划的起步打下坚实基础。城市生态规划的技术与方法研究实质是运用生态学原理调控人类活动与自然环境的相关关系，以构建社会、经济、自然、文化各维度协调发展的城市生态系统及人类聚居环境。城市生态规划的内涵是从生态系统的角度审视城市［10］，以生态优先原则来协调人与自然的关系，是能实现可持续的城市发展战略。

进入到21世纪，可持续发展成为时代的主题［11］，在城市生态规划的方法与技术实践中进一步审视城市化带来的生态环境效应成为时代要求［12］。如今，我国城市面临的生态环境压力日趋增大，开展城市生态规划研究对于高质量发展具有重要意义。但当前的生态城市规划技术指南中，生态系统功能的提升成为追求共识。在大量以可量化为目的的生态化改造投入下，具有展演性、指标性及趋利性景观在很大程度上占据了现有的城市生态空间，过分强调的数量达标和经验主义成为主流规划模式［13］。同时，对于生态规划方法论层面的探究偏弱，不利于城市生态规划科学性的提升。针对这些问题，本文对现有的城市生态规划方法与技术研究进行梳理评述，总结当前城市生态规划方法与技术架构，以期为可持续城市生态规划的方法研究和实践应用提供参考。

2 城市生态规划的原理依据

2.1 自然生态学原理

城市作为一个与自然生境交互耦合的有机体［14］，具有与自然生态系统相似的复合特征，以自然生态学原理为基本指南进行技术与方法构建，是城市生态规划涵盖生态学科学内涵的集中体现。因此，自然生态系统的基本原理常以其指导性作为城市生态规划的遵循总则，从具有规律性的科学原理上体现可持续发展理念，在城市生态规划的前、中、后期都具有重要意义。总体而言，自然生态学原理应用于城市生态规划中，通常指基于生态系统演替的传统观点上［15］，评估生态系统的能力，以进行城市生态规划。本文通过文献分析表明，普遍使用的城市生态规划中的自然生态学原理有3 个方面：（1）生态位理论；（2）生态平衡与协调原理；（3）经典景观生态学理论。

2.1.1 生态位理论

“生态位”指生物在栖息地所占据的单元［16］。而城市各要素的生态位则指城市各要素在环境空间中的位置，及其在城市发展过程中所形成的地位和作用［17］。城市的发展是一个对生态系统生态位进行选择、竞争与占有的过程［18］，该过程不仅改变了原有的自然地理环境，同时导致城市结构和空间发生变化。现有的城市生态规划中，生态位理论常用于指导土地利用评价，为城市生态规划建立适宜性评估框架［19］。欧阳志云等［20］最早将城市发展对资源的需求构成需求生态位，而待评价单元的资源供给空间则构成供给生态位，从而通过供需匹配程度判断适宜性水平；陈亮等［21］将复合系统生态位划分成资源生态位、环境生态位、经济生态位和社会生态位4 个子系统生态位，对中国各省域进行定量评价；随后在更多的实证案例论述中，王汉花等［22］利用生态位模型算法，对武汉市黄陂区城市土地利用现状与土地利用总体规划编制对比分析，从生态位供需匹配的角度进行空间布局优化；单玉红［23］通过住宅用地资源生态位主体、需求生态位主体两者的相互作用过程，类比武汉市洪山及武昌两区城市居住空间的扩展过程；刘春艳等［24］利用生态位计算模型对四川攀西地区国土空间功能重要性进行测度，判断该区域生态系统服务高低值；李鑫等［25］利用内蒙古阿拉善盟土地利用生态效益的大小量化自然生态位，并结合经济、社会生态位进行该地区土地利用结构多目标优化研究。在城市生态规划所依据的生态位理论研究中，根据生态适应性原理，挖掘并显化积极因素，转化并替代消极因素［26］，是城市生态规划及国土开发适宜性评价的重要思路。

2.1.2 生态平衡与协调原理

城市生态规划所遵循的生态平衡与协调理论，主要指城市生态韧性、城市生态弹性理论。现有的城市生态韧性与城市生态弹性研究，常指通过衡量城市生态系统的抵抗力水平及适应性水平，判断该系统的抵御风险及恢复能力［27］。在该理论的城市生态规划研究中，既往学者倾向于从时间或空间维度对城市整体生态系统的韧性情况进行评估，如夏楚瑜等［28］通过城市生态系统的抵抗力、适应力及恢复力3 个方面构建指标体系，评估了不同城市发展情景下的生态韧性水平空间分布情况；王松茂等［29］评估了山东半岛城市群生态韧性的时空分异及演进规律，在此基础上进一步判断该地区范围内的生态韧性障碍因子；王少剑等［30］构建出珠三角各大城市“规模-密度-形态”的生态韧性评价体系，从时空变化特征上分析出珠三角各市城镇化水平与生态韧性水平的耦合协调特征。近年来，伴随城市生态发展的诸多不确定性风险增加［31］，基于城市生态韧性理论的城市生态规划研究呈现出蓬勃发展的良好态势，为城市生态可持续发展提供现实指导。

2.1.3 经典景观生态学理论

城市是受人类活动强烈干扰下形成的各种景观斑块的混合镶嵌体［32］。从景观生态学的观点出发，划分廊道、基质等景观组分及要素是城市生态规划的经典方法与技术手段。黄梅等［33］基于长沙市城市水生态韧性，构建“源地-廊道-节点”的水生态网络，提出长沙市水生态网络优化策略；吴静等［34］分析江西省南昌市城市扩张趋势，识别城市生态源地，模拟并构建当地城市生态廊道；田北辰等［35］考虑城市鸟类移动及生境，识别出了可结合鸟类生态的7 种城市廊道的构建方法，将物种移动纳入城市生态规划的考虑中。经典景观生态学理论在城市生态规划中多用于识别景观类型，由此划分出城市生态空间的建设布局，进行城市生态规划结构优化。近年来，经典景观生态学中的“源”“汇”理论广泛应用于城市生态安全格局的构建中［36］，“源”“汇”景观的空间变化及其效益研究为生态城市的动态发展规划提供了启示。

2.2 人类生态学原理

人地关系是生态城市的本质［10］。除了自然生态学的基本理论方向外，城市生态规划的最终目的是建立生态良性循环的人类居住区，这就要求相关方法与技术应遵循促进人与自然和谐与可持续发展的基本原理。具体而言，人与自然和谐需统筹考虑生态系统供给侧与城市居民需求侧两大方面。

2.2.1 生态系统供给侧

20 世纪上半叶，《雅典宪章》将城市划分为生活、工作、游憩、交通四大基本功能，伴随着城市化快速发展，游憩功能在未来城市中将尤其得到重视，城市生态空间则是居民最重要城市游憩场所［37］，提供着重要的生态系统服务；其中，城市绿地、湿地等生态基础设施(ecological infrastructure,EI)是城市和居民获得持续生态服务的基本保障［38］；2010年国务院发布的《全国主体功能区规划》中提出了“生态产品”概念［39］，进一步从城市生态资源价值实现的角度衡量生态系统提供给人类社会使用和消费的终端产品或服务［40］。城市生态系统的供给总体而言可以总结为提供生态场所、生态基础设施、生态系统服务、生态产品4 个基本方面，以生态系统供给侧基本原理进行城市生态规划，是从资源本底基本供给及服务情况入手进行科学规划的重要表现。

2.2.2 城市居民需求侧

在需求侧方面，城市生态规划所遵循的基本原理要求将视角转移到对居民福祉的关注上。如何平衡生态系统服务供给及人类福祉需求［41］，从而提出人与自然和谐的优化策略［42］是城市生态规划重要命题。现有的研究主要围绕居民健康、环境公平两大议题进行展开：居民健康视角下，城市生态规划既要求满足城市居民生态宜居［43］、环境感官［44］、日常活动需求［45］，在提高城市绿化率、规划自然景观、生态污染防治等常规方面上做出努力；同时，也要求将城市居民心理健康纳入考虑范围，如考虑城市生态用地的社交属性、社会韧性［46］、地方情感依恋等［47］，从而体现人地互动的文化生态系统服务特性，发挥出自然环境对缓解城市居民精神压力甚至产生特定“景观疗效”的积极作用［48］；环境公平视角下，当前城市生态资源仅由少数人享有［49］，供需匹配仍具有巨大矛盾，城市资源配置公平性成为突出问题。如何促进生态空间公平性以增进人类福祉是当前中国城市可持续发展的迫切要求［50］。现有基于环境公平的城市生态规划实证研究多从绿色可达性探讨城市生态空间配置的供需匹配关系，如王敏等［51］以上海市徐汇区为例，通过对社会公平正义指标的构建，反映该地区城市公园绿地社会服务供需状况；杨辉等［52］在针对陕西省子长县城的案例研究中认为应依次围绕地域适应性、空间公平性和社会公平性3 个层次进行城市生态空间布局。从实证研究来看，现有基于城市居民需求侧的城市生态规划研究集中于生态宜居、环境资源分配、使用公平等方面，如何从人居视角优化城市生态服务格局、提高生态资源综合服务水平已逐渐成为学术界关注的重要内容。

3 城市生态规划的方法与技术影响因子

进入到后城市化时代，在城市与生态关系的重新认知与定位中，城市生态规划已发展出各式不同的理论、模型及路径，但具体而言，城市生态规划的方法与技术都是由不同的影响因子相互作用配置而成，影响因子及其之间复杂相互关系的确定是城市生态规划的方法与技术研究的核心问题之一。以往的城市生态规划研究，在很长时间内局限于通过单个因素评价某种生态服务功能的实现程度，其中对城市绿地功能的关注较多，如根据城市的几何形态特征考虑绿地布局［53］、分析高温城市中绿地郁闭度及绿量对降温增湿功能的影响［54］、测算城市绿地的雨水调节作用［55］，更有甚者将城市生态规划简单等同于城市绿地规划。随着更为科学、全面的习近平生态文明思想逐渐深入人心，诸如使用者感知等除了资源本底外的城市生态规划影响因子逐渐得到重视，为相关技术与方法的研究多元化打下基础。

本文将城市生态规划方法与技术影响因子归纳为主体因子与客体因子两大部分。主体因子主要指与人及人从事的社会活动相关的因素，如人口密度、距离及行程、居民感知等因素；客体因子指与实践和认识活动所指向对象有关的因素，具体而言指影响城市生态规划的现实客观条件，如政策方向、生态本底、环境限制性因素、环境协调度等（见图1）。

图1 城市生态规划的方法与技术影响因子

4 城市生态规划的建设模式及类型

不同的城市生态规划建设模式及类型依据不同的建设原理，在技术方法上强调单个或多个不同影响因子，发挥出不同的主要生态系统服务功能。如生态文明城市强调国家生态文明建设的总体政策方向，以生态文明取代工业文明引领城市发展转型［56］；生态防护城市强调国家生态城市群区域防护骨架的“政策方向”［57］，同时强调该地生态本底，提供如水源涵养、防风固沙等重点生态功能；山水园林城市强调依据城市生态本底进行景观设计，将生态哲理与景观美学涵盖其中，构建具有山水物质空间形态环境和精神内涵的理想城市［58］；海绵城市强调环境限制性因素，以解决城市洪涝灾害、水资源短缺的城市生态问题为导向进行雨水利用规划［59］，关注城市水问题这一生态短板［60］；低碳城市强调环境限制性因素，使城市在经济高速发展的前提下,保持能源消耗及碳排放处于较低水平［61］，由此将绿色建筑作为城市建设的基础，构建城市生产生活低碳化发展策略［62］；绿色健康城市强调城市居民对心理及身体健康的使用者感知及使用者需求，呼吁规划能直接为城市居民可用的城市绿色基础设施，具有浓厚人文关怀，关注城市生态用地对公众健康及福祉的影响［63］，见图2。

图2 城市生态规划的影响因子及其对应模式

需要说明的是，诸如海绵城市强调环境限制性因素指不同的城市生态规划模式及类型强调的因素有所侧重，在实际过程中各种不同模式及类型的生态城市都是在总体政策导向下，综合考虑人口、资源、环境、经济和社会的复杂有机系统，城市生态规划同样应该坚持系统论与重点论统一，在综合的、有机的科学发展框架下建设。

5 城市生态规划的主要技术方法及其应用

5.1 指标评价法

以构建指标体系、评估框架进行城市生态规划，在全国各地的生态城市实证研究中都得到了广泛应用，应用范围涵盖了从规划预测、规划实施到规划成效评价各个环节。如吴琼等［64］在构建指标体系基础上提出全排列多边形图示指标评价方法，评价并预测江苏省扬州市生态城市在各个规划时段的建设成效，以此衡量该生态城市模式的综合发展能力；陈思含等［65］通过48 个指标构建城市可持续发展体系，评价湖南省郴州市生态规划实施过程中的人类发展系统和自然环境系统耦合协调度，以此调整城市生态发展模式；宋冬梅等［66］对16 个沿海城市进行评价与对比分析，以沿海发达城市为切入点，评价我国总体城市生态化水平及生态城市建设进程。总体而言，城市生态规划的指标体系构建结构主要有两大类型，一类以自然、经济、社会为框架搭建指标体系，强调城市生态的复合子系统；另一类则以结构、功能、协调度进行指标体系搭建，强调城市生态系统的内在属性特征。本文在第一类构建结构的基础上，增加城市生态安全相关的指标类型，综合列举了城市生态规划的常用指标，如表1 所示。

表1 城市生态规划的常用指标体系

5.2 模型模拟法

模型模拟的技术方法常基于指标体系构建的结果，加以特定公式进行导向性计算与检验。模型模拟在城市生态规划中常用于描述特定城市生态功能或效应属性，较为典型的有计算城市生态化水平的物元可拓模型［67］、城市绿色发展竞争力模型［68］、TOPSIS（逼近理想解排序方法）模型［69］；评价城市生态可持续发展状况的生态足迹模型［70］、ARIMA（自回归移动平均）模型［71］；分析城镇化发展与生态系统耦合协同度的SOP“主体-对象-过程”模型［72］、PSR（压力-状态-响应）模型［73］、PVAR（面板向量自回归）模型等［74］。同时，也有学者将不同模型以重新组合等改进的方式应用到城市生态规划研究中，如将考虑横向空间水平及纵向时间序列的物元可拓ARIMA 模型组合［75］，多模型融合的应用使模型原有的预测（prediction）、解释（explanation）和推断（extrapolation）优势得到更深入的发挥［76］，在城市生态规划的实际工作中取得明显成效。

5.3 遥感及地理信息技术（3S）

遥感及地理信息技术（RS、GIS、GPS）应用十分普遍，是城市生态规划中的重要可视化工具。具体应用中，该技术的普遍操作过程为将相应因子栅格化，并赋予权重，对各因子进行加权叠加分析［77］。其中在权重的确定方式上，应用较为广泛的有主成分分析法（PCA）、层次分析法（AHP）、德尔菲法（Delphi method）三类［78］。现代遥感及地理信息技术在城市生态规划的应用已进入实质性阶段，发挥着及时、准确、动态地获取与传输可视化信息的重要功能，常见于城市生态的动态监控［79］、空间演变分析［80］、生态服务功能评价［81］、生态适宜度评价等城市生态规划的重要领域中［80］，对城市的可持续发展具有重要意义。在这门综合性技术的系统应用下，城市生态规划形成了以城市生态学理论为基础、基于3S 技术与野外调查方式、结合指标体系与模型模拟技术综合分析的技术体系，这一体系得到广泛使用。

5.4 质性研究方法

当前，我国正处于经济社会的转型过程中，在人本主义、后现代主义思潮的背景下，城市生态规划中对微观主体人关注的呼吁越来越多［82］，强调以人为本的城市生态规划的质性研究方法顺应产生。与上文定量的数据获取技术相区别，质性研究主要采用深度访谈、参与式观察等定性方法［83］，以实地调查获得社会经济的具体性数据，关注城市微观主体的日常生活实践，强调规划过程的公众参与，由此提出城市生态规划的具体性策略。近年来，质性研究方法在城市规划领域已呈现出逐步上升的应用趋势，居民行为感知成为城市规划的重要考虑方向。但具体到城市生态规划上，质性方法的应用较少，传统的城市生态设计将过多注意力投放于具有可视可量化成果的绿化运动中，人在其中扮演着被动的接受者角色，质性研究方法有待在城市生态规划中得到推广应用。

5.5 其他方法

伴随着城市生态管理中多学科交叉、多技术融合的趋势日益增强，城市生态规划的方法与技术应用同样呈现出多元化发展趋势。如针对生态系统服务评估开发的美国InVEST 软件（生态系统服务和权衡的综合评估工具）、ARIES 软件（生态系统服务人工智能）、SolVES 软件（生态系统服务社会价值评估）及我国的IUEMS 软件（城市生态智慧管理系统）等［84］。这些可运行的生态软件以模型库为基础，结合各个地区的具体技术标准规范，帮助人们更好进行城市生态管理分析、决策、评价与共享，是万物互联的新信息技术时代城市生态规划方法与技术研究的新兴发展方向。

6 城市生态规划的方法与技术架构

城市生态规划作为一个系统性工程，涉及多学科、多领域复杂交叉融合，需要在自然生态学、人类生态学的理论原理指导下，结合国家政策方向，在单个或多个影响因子的驱动和相关要素配置下，以城市生态规划类型为建设导向，并因地制宜采用具体的技术手段进行规划，最后在实际中不断迭代与完善应用结果、实现城市生态可持续发展（见图3）。

图3 城市生态规划的方法与技术架构

对应上文从既有文献中所综述的原理、因子、技术、结果4 个部分，城市生态规划的方法与技术架构可以分为4 个部分：机理（驱动力）、要素（驱动因素）、过程（驱动方式）、效应（驱动结果）。首先在城市生态规划编制之初，需要有科学的理论作为指导思想，通过机理分析认识事物的本质与规律，以此定义后续规划的总体格局。科学理论作为后续规划的动机目的形成了城市生态规划的重要驱动力，是城市生态规划涵盖生态学、社会学等各学科科学内涵的集中体现；随后，依据机理分析配置相应要素。城市生态规划由不同的影响因子相互作用配置而成，在不同因子的驱动作用下导向了各式各类的城市生态规划建设模式类型，由此形成了城市生态规划的理论框架。如在生态平衡与协调理论指导下，结合碳中和、碳达峰的政策背景，规划以环境限制性为主要驱动因素的低碳城市这一城市生态规划模式类型。在理论框架确立后，筛选出相应的技术方法应用于城市生态规划的具体过程中，在实践中应用方法论，解决城市生态的实际问题；最后确立评价体系，检验理论框架及技术方法的可行性，进行城市生态的效应研究、评价研究。效应研究指在上述城市生态规划的进展过程构成的因果现象，可以分为生态系统对城市的影响与城市对生态系统的影响两个方面。生态系统对城市的影响主要指评估城市的可持续性（如城市生态安全），城市对生态系统的影响主要指进行城市扩张下的生态风险评价；评价研究指评估上述城市生态规划的进展过程的应用性效果，具体分为横向空间规划（如城市生态空间分区规划、生态网络规划）及纵向演变研究（如城市生态的时空格局演变、驱动机制）两大部分。最后在评价及效应研究中优化方法论，对总体理论框架产生反馈及影响作用，在这一机理（驱动力）、要素（驱动因素）、过程（驱动方式）、效应（驱动结果）循环往复过程中，形成城市生态规划的方法与技术架构。

7 研究结论

本文以城市生态规划的制定原理、要素配置、建设模式、技术手段对现有的文献进行梳理评述，并提出以机理（驱动力）、要素（驱动因素）、过程（驱动方式）、效应（驱动结果）为主要内容的城市生态规划方法与技术架构，为可持续城市生态规划的方法研究和实践应用提供参考。到2050 年，接近70%的人口将居住在城市［85］，快速城市化与城市致密化发展，使城市生态环境和城市人居环境相互协调的需求愈加突出。城市生态规划是城市经济、社会、生态协调发展的必经道路，我国城市生态规划仍处于战略定型的起步阶段，目前亟需解决的几项关键技术包括：

（1）建立完整的城市生态规划技术架构。生态系统和人类社会系统都是复杂的巨系统，在人流、物流、能量流、信息流广泛聚集与互通的现代城市中尤其复杂，应脱离单一学科、单一理论、单一类型、单一方法的传统规划模式，以整体性思维解决城市人地生态矛盾，构建科学合理的城市生态规划建设架构。本文通过对现有文献的梳理总结，尝试提出考虑制定原理、要素配置、建设模式、技术手段的城市生态规划技术架构，但仍需继续更深入的研究，未来可以进一步构建更为完整、协调、统一的城市生态规划技术架构，并考虑采取综合性的技术手段，加强相应软件包的开发，推动建立更完备的城市生态规划技术方法。

（2）界定统一的城市生态规划内涵与学科范围。界定概念内涵是开展研究的前提。作为一门交叉学科，当前城市生态规划仅局限于生态城市规划之中，相比传统的城市规划类型，城市生态规划的研究对象、研究内容、研究范围还未得到明确界定，大部分人将城市生态规划等同于城市绿地规划。应研究提出更具体的城市生态规划建设标准，通过城市生态规划推动城市实现社会、经济和环境的全面生态化。

（3）完善以人为本的研究视角及技术方法。现有的大多数城市生态规划研究与实践将重点放在自然生态功能的提升中，为数不多的研究尝试将人类福祉纳入到城市生态规划的技术方法架构中，人类成为城市生态规划的被动接受者。同时，现有的考虑人类福祉的定性研究缺乏与定量结合的研究视角，如何定量评价人类福祉是城市规划研究的重点难点。未来研究应突出人这一城市主体，并合理利用城市地区尤为显著的人类活动对生态要素变化的影响，使人类行为决策与城市生态化发展路径相辅相成，探求更加合理的城市发展模式和人类聚居模式，实现城市可持续发展。