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作者:人类居住


    

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【人居进展】精准决策模型:大数据时代城市规划的新前沿


文图 |

吴晨,?#26412;?#24066;建筑设计研究院有限公司,?#26412;?#24066;城市设计与城市复兴工程技术研究?#34892;?/span>

杨蕾,?#26412;?#24066;建筑设计研究院有限公司,?#26412;?#24066;城市设计与城市复兴工程技术研究?#34892;?/span>

本文受?#26412;?#24314;筑大学?#26412;?#26410;来城市设计高精尖创新?#34892;模?#22478;市空间发展决策支撑系统关键技术研究——以?#26412;?#24066;?#34892;?#22478;六区为例 UDC2018030611)资助。

交通与城市用地情景是落实经济、社会、环境、资源等各项发展政策的关键。城市的建设要坚持规划引领,用最先进的理念和国际一流的水准进行规划设计,借助科学方法前瞻性地预测城市的用地规划与交通投资方案?#20113;?#26410;来发展的影响,为解决可能存在的人口、住房、交通、环境等方面的矛盾提供?#34892;?#36884;径,在决策层面上?#34892;?#35268;避潜在风险,促进城市的健康发展,营造良好的人居环境。英国剑桥城是世界几大高技术产业投资聚集地之一,是?#28216;薜接小?#20197;弱胜强的典范,其规划建设采用了国际领先的城市规划方法,利用城市模型对城市研究框架?#24405;?#31181;常见的发展情景进行模拟预测,对每?#26234;?#26223;的经济效益、社会效益、环境质量等指标进行综合评估,并通过公众参与的方式进行分析比较,得到公众普遍认可的最为科学的发展模?#20581;?#21073;桥城的成功经验印证了基于交通与城市用地情景设计的城市模型方法的重要性,突出了科学规划在城市发展中起到的战略引领、刚性控制的重要作用。


1

 城市模型的发展历程

国外城市模型的发展主要经历了三个阶段:单一学科、单一领域的模型,学科交叉的模型,空间均衡模型。

▲ 图1︱  城市模型发展历程

?#35745;?#26469;源:作者自绘

1.1  城市模型1.0时代:单一学科、单一领域的模型

由于受到城市数据来源和计算处理能力的限制以及基础自然科学普?#24066;?#35266;点的影响,早期的城市模型大多面向单一学科甚至是学科某一细分领域,如道路交通、土地利用、人口、经济等。大部分研?#32771;?#20013;在基于空间交互理论的空间交互模型,它着重描述空间实体之间的交互可能性与交互强度。

1.2  城市模型2.0时代:学科交叉的模型

随着空间交互理论的不断推广,土地与交通之间的相互作用得到了越来越多的关注,土地利用与交通交互模型(Land-Use Transport Interaction Model,LUTI Model)应运而生。早期的LUTI模型仍较多地以空间交互理论为基础,但不断引入其他学科理论,极大地丰富了基础理论框架,LUTI模型逐渐成为一种经典的城市模型体系,在国外的城市空间演化和城市发展可持续性模拟评估中被广泛应用于空间决策影响分析。

1.3  城市模型3.0时代:空间均衡模型

随着基于计量经济学的市场行为研究和空间经济学的兴起,将空间经济学理论充分融入LUTI模型框架,形成了空间均衡模型(Spatial Equilibrium Model),对城市生产、消费、就业、人口、用地、交通、基础设施、资源消耗、废弃物回收处理及经济发展等各种主要城市活动的数学模型进行集成性、创新性构建,量化且细致地?#20174;?#21508;种生产、生活活动之间的联系,比较政策实施前后的市场均衡状态,从而对规划政策的社会经济影响进行综合性、战略?#20113;攔馈?/span>

此后的城市模型研究将目光更多地投向了捕捉个体行为的复?#26377;裕?#24418;成?#21496;?#26377;较高空间精度和明确时间轴的微观城市模型。精细化是城市模型未来发展的主要方向。随着信息技术的不断成熟,高精度的微观城市模型可以进一步为城市规划提供科学依据。

基于此,本文开创性地提出“城市均衡发展精准决策模型?#20445;?#31616;称“精准决策模型?#20445;琍recision Decision Support Model,PDS Model)这一城市规划研究与实践的新前沿。


2

精准决策模型 

在大数据时代背景下,精准决策模型充分利用理论创新与技术创新的双重驱动,以数据为支撑,基于?#32454;?#30340;空间经济学理论,以模拟城市产业、就业、人口、用地、建筑和交通之间的逻辑循环关系为核?#27169;?#36890;过情景分析的方式对城市未来发展中各种可能的空间政策进行战略?#20113;?#20272;,同时依照城市活动的不同时空维度,在不同的模型模块中模拟不同的城市活动,为城市的功能匹配、土地利用模?#20581;?#26102;序安排等方面提供科学的政策建议;紧紧围绕“精准”这一核心理念,基于对城市大数据的处理、分析、建模、可视化及决策应用,精细、准确地剖析城市问题和规划政策,实现了实施操作层面上决策方法的拓展与?#30001;歟?#21464;革了传统城市规划专业的方法体系和作业方?#21073;?#25552;高了城市规划的科学性、系统性、合理性、前瞻性。精准决策模型在国内的创新应用标志着我国城市模型“3.0+”时代的到来。

较以往的规划决策模型而言,精准决策模型更加关注城市用地、交通、环境、能源等多种政策之间的协同性,以及对城市发展的精细化解读,与城市大数据互补,量化城市产业发展、就业集聚、人口增长及其对用地、建筑及交通需求之间的循环作用关系,采用国际领先的“空间均衡模型”与“递进动态模型”相耦合的结构,预测用地规划和交通投资方案对城市未来发展的影响。

▲ 图2︱  精准决策模型与大数据分析关系

?#35745;?#26469;源:作者自绘

2.1 基本原理

精准决策模型以经济学空间均衡理论为核?#30446;?#26550;,模拟城市产业发展、就业和人口之间的循环逻辑网络。不同于一般的统计回归模型或针对单一市场的部分均衡模型,精准决策模型覆盖多个城市市场(即消费品市场、?#25237;?#21147;市场?#22836;?#22320;产市场),作为城市系统模型的代表,可对大量不同的政策情景进行测算,并进行敏感度分析。在需求方面,精准决策模型采用空间社会核算矩阵来体现投?#30465;?#23601;业和投资乘数在居住区及以下的空间尺度对经济的影响,基于空间均衡原理对快速?#20174;?#30340;企业和居住选址行为进行模拟。在供给方面,精准决策模型通过当前时间节点模拟区域内各地的价格、租金、环境便利性、消费者福祉等因素,在规划和环境条件以及基础设施?#22836;?#21153;投资等限制下,对房屋和基础设施供给进行相对灵活的动态模拟。它不同于考察单一时间维度下的市场供需平衡的一般空间模型,能充分考虑城市发展事件的不同时空维度和城市建设的动态特征;不同于一般的递进动态模型,能?#38405;?#19968;时间节点内的空间均衡状态下的价格和效用指标进行模拟。

2.2  理论研究与集成应用

精准决策模型是在应对中国新型城镇化发展前提下所提出?#27169;?#26159;对城市规划理论与方法体系的变革与创新,具有顶层设计理论指导意义;针对具体的城市规划工作项目,构建符合我国国情和区域特色的精准决策模型,最终形成可用于实际操作的技术模型,实现实际应用,在实践中指导城市规划工作,具有良好的可扩展性;与现有规划编制体系的有机结合,能够提高城市空间资源管理的效益和效率,提升城乡统筹、区域统筹和空间统筹的能力,确保城市大系统各组成部?#20013;?#21516;发展,具有巨大的推广价值。其自身的特性决定了其应用不受限于研究对象空间尺度的大小,在未来的理论研究与集成应用中,需要针对不同的城市规划层面和具体的城市空间发展建设情况进行总体架构设计,对于架构的各个方面、各个层次、各种参与力量、各种正面的促进因素和负面的限制因素进?#22411;?#31609;考虑和设计,深入挖掘各系统层级的城市活动与城市空间结构之间的紧密关联,拓展传统城市空间研究的内涵,最终形成顶层决策方法与平台,全面、精准地把握城市发展方向。


3

应用前景及展望

精准决策模型是由大规模数据驱动的以辅助精准规划决策为目的的定量城市研究工具,代表着新时期城市研究的新前沿,能够为理解城市的系统结?#36141;?#21508;子系统的运行机制提供?#34892;?#30340;理论?#22270;?#26415;支持,有助于深入挖掘各系统层级的城市活动与城市空间结构之间的紧密关联,拓展传统城市空间研究的内涵,辅助指导城市发展相关的重大决策,促进城市系统各组成部?#20013;?#21516;发展。在大数据时代背景下,精准决策模型作为我国城市模型研究跨越式地步入“3.0+”时代的重要标志,将为我国城市科学的发展带来历史性机遇和开创性进展。借鉴国外城市研究的成功经验,探索精准决策模型在我国的本土化应用体系,将在多个领域对接服务城市规划建设,为规划决策提供切实可行与可以信赖的技术平台;将在多个方向抢占国际城市规划领域的科技制高点,打造城市研究的国际品牌和具有中国特色、区域特色的“中国学派?#20445;?#20026;我国城市规划的高端化发展做出引领?#38498;?#25903;撑性的贡?#20303;?/span>

未来精准决策模型的研究重点还包括以?#24405;?#20010;方面:

①利用空间集聚生产函数为开放型创新产业集群的设计探索切实可行的途径;

②通过对城市开发空间均衡的模拟,比选不同的城市产业、生活空间布局方案,提高资源配置效率及合理性;

③通过对国内外企业集群的大数据分析,探索现代服务业,尤其是知识密集型产业和创意产业集群的分布、扩散规律,聚焦信息技术、生命健康、智能制造等新兴产业增长点,力争在城市开发布局的设计上达到事半功倍的效果;

④在居住和公共服务设施的规划设计方面,以城市自然资源环境?#24615;?#21147;为基础,研究?#33539;?#20154;口发展规模与城市空间布局,促进产业与城市的协调和可持续发展。

⑤通过城?#22411;?#22320;使用和交通整合规划的模型方法,并借鉴20年来大伦敦地区进行城?#22411;?#22320;使用和交通整合规划的丰富经验,探讨城市交通综合开发的比选方案,促进高效、绿色的城市交通系统建立。


本文刊载于《》杂志

2018年 第 4 期

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