系统工程学方法在城市规划中的应用

..系统工程学方法在城市规划中的应用摘要：教科书对于城市规划的定义是"对一定时期内城市的经济和社会发展,土地利用,空间布局以及各项建设的综合部署,具体安排和实施管理"。然而,作为一门学科,城市规划的重要特色之一是诸多要素紧密集合,综合性、系统性很强。实际上,城市本身就是一个复杂的巨系统,长期以来以一般系统理论为基础的系统分析方法,已经帮助了规划工作者认识许多复杂的城市问题。虽然,城市规划工作者比较容易理解系统工程基于系统论的城市规划研究,学的一些基本思想。但是,朴素的系统观点和简单的系统分析方法都不足以满足实际工作的需要。应该讲,在我国城市规划中必然要运用系统工程理论,发展城市规划系统工程学。关键词：城市规划、系统工程、系统思想、系统方法、应用、运用一、系统工程系统工程学是研究分析有关复杂信息反馈系统的动态趋势的学科。系统工程学以控制论、控制工程、系统工程、信息处理和计算机仿真技术为基础,研究复杂系统随时间推移而产生的行为模式。系统工程的研究对象对象是将"系统"；其工程的内涵不仅是"硬件",还包括了"软件",即工程技术中的实体,还包括社会、经济、管理等非实体即概念对象在内。这就是系统工程与传统工程的区别。其工程的任务,是在传统工程单一技术任务的基础上,还要解决系统的全盘统筹问题,即要解决系统内部各子系统之间、系统与外部环境之间的总体协调问题。其工程方法是以系统的主要观点和方法为基础,运用先进的科学技术和手段,从全局、整体、长远出发去考察问题,拟订目标和功能,并在规划、开发、组织、协调各关键时刻,进行分析、综合、评价求得优化方案,然后用传统工程行之有效的方法进行工程设计、生产、安装、建造新的系统或改造旧的系统,并使之整个寿命期最优。城市规划系统工程城市系统工程也就是将系统工程的原理、观点和方法运用于城市系统中。其中包括城市规划系统工程、城市管理系统工程、城市建设系统工程和城市信息系统工程。它们分别以城市规划、城市管理、城市建设、城市信息等子系统为研究对象,将研究目标定量化和模型化,来实现城市系统的正常运作三、系统工程方法在城市规划中的应用1、城市系统规划〔系统思想在规划中的运用城市系统规划是基于系统科学和系统工程原理和方法的新型现代规划,是对传统规划的革新。城市规划的系统性体现在规划对象的系统性和规划过程的系统性两方面。系统规划思想是以系统论为理念背景解构城市发展,强调城市战略规划,通过对城市发展体系、资源禀赋、产业结构、金融体系、生态环境等进行系统化研究,综合系统地解决城市发展战略定位、产业发展及选择、空间发展战略、城市资源利用、城市重大引擎项目建设等多元问题。城市系统规划是由英国城市规划师麦克劳林首次提出,其规划过程基本可表示成:<1>编制规划的决定;<2>罗列目标,制订任务;<3>借助于模型,研究可能的行动方向;<4>根据价值和投入/效益来评价各比较方案;<5>通过公共投资或对私人投资的控制来付诸行动。实例：XX省武陟县系统规划实践。其系统规划内涵逻辑如下：武陟县系统规划体系构架武陟县系统规划体系构架由两图可以看出,在武陟县规划过程中,运用系统的逻辑思维,将影响城市发展的各个要素如加以充分协调考虑,从而可以制定出合理的方案,进行规划建设。2、系统规划方法-PER方法、PDCA方法<1>PER方法是指科学研究计划的选择修定方法。PER是计划<Plan>、<Elect>修定<Revise>三个英文的简称。运用PER方法时,按以下步骤进行:=1\*GB3①按照系统方法的原则,通过系统分析,了解全部工程要素和关系的逻辑顺序,制定初步方案和计划,计划可有几套以供选择。=2\*GB3②根据工程顺序列出明细表,通过计算分析,画出工作计划的网络图,找出"关键线路"。=3\*GB3③进行系统的可行性研究,根据网络图的"关键线路"筛选方案,确定最佳方案。=4\*GB3④执行计划或方案。从城市规划的角度看,运用PER方法有以下步骤:=1\*GB3①制定城市建设和发展的、宏观的、战略的、整体的方针和方案。就是在掌握了城市及其所在区域的自然、经济、文化等方面的一般条件和基本特征基础上,明确城市的性质、发展方向、合理规模、总体布局、区域中心地位、综合发展指标、主干工程和技术方案等等。=2\*GB3②制定城市建设的、微观的、战术的或具体步骤和措施。就是在宏观的方针和方案的指导下,具体安排城市各项建设工程或项目.包括旧城改造、扩建和新城开发中的工业、农业、交通运精、居民住宅、市政工程、公共设施、文化教育、公共卫生、商业服务业、园林绿化等等。=3\*GB3③进行规划方案的可行性研究,筛选规划方案,确定最佳方案。=4\*GB3④执行方案。现实情况中,规划方案往往不能100%执行。为不断完善和提高,通常用"PDCA计划循环法"。PDCA是计划<Plan>、执行<Do>、检查<Cheek>、总结处理<Action>四个字的缩写。具体做法是:=1\*GB3①按着PER的工作制定出满意的计划。=2\*GB3②执行计划。=3\*GB3③和实际对照,检查执行情况。=4\*GB3④总结处理3、系统工程方法在城市规划建设中的应用下面简单地介绍几个系统工程方法的概念及其在城市规划中的应用实例：〔1德尔菲方法:也称"专家函询法",其要点为:将所研究的问题列为题意明确的若干条子问题,再将其邮寄给选定的数十位专家征询意见,收回意见并对每个问题进行统计归纳后反馈给专家,进行第二轮征询,收回第二轮征询后再进行统计归纳并反馈给专家们,如此反复进行,一般经过3-4轮,可得到比较集中一致的意见。实例：巴西政府在为开发内地,加强国家安全,决定在中部,稀树草原建都,在新都选址时就是应用这种方法测定数据,经各方面专家论证评选,最后才定案的。培根主持的美国费城中心区规划改建工作,规划设计者让一般居民研究规划设计的目标,并且居民在制定规划过程中参与提议,最终居民与规划设计者就中心区建设达成共识,确保规划的成功,其进行的方式就是"假想—反馈—假想—再反馈…—达成一致意见"。模糊评定法:城市用地的评定是城市规划的一个重要基础工作,用地评定的结果很大程度上影响了用地的选择和规划方案的构思。城市用地的评定通常要综合考虑地形坡度,地载力,地下水深度,洪水淹没情况,地貌等,有时还要考虑农业价值等人为因素。各个因素单独进行评价一般并不困难,但各因素由于彼此间一般不存在着固有的内在联系,诸多因素在一起进行综合评价就遇到了很大困难。因此模糊综合评定法在城市用地规划中得到了具体的应用。其方法的步骤一般为:首先根据用地评定的精度要求确定合适的单元规模,将用地各因子的数值填入各单元内,求得隶属度和模糊关系矩阵,根据城市规划工作的经验决定各评定因子对用地等级评定的相对重要程度,进行模糊推论从而得出结论。建设项目的地点或地址的选择是项目投资前期论证的重要问题,建设选址失误将造成的恶劣后果!如60年代"三线"建设选址的后果；90年代因"房地产"波及的"圈地运动",使大宗土地稀缺资源闲置浪费。土地作为一种稀缺且不可再生的基本资源,一直是城市规划保护和控制的主要目标,土地的合理利用的要求已日渐加强。需要从科学的、可持续发展的角度来审视城市规划的用地控制观念及城市开发战略。对城市土地的利用应当从简单地满足基本的城市功能需求转向对土地的合理配置和高效利用,系统工程的方法就应更广泛,更深入地用来评价和调整城市土地的利用。〔3层次分析法:层次分析法是将复杂的问题分解为若干层次的子系统,在比原问题简单得多的层次上进行分析、比较、量化、排序<单排序>,然后再逐级地进行综合<总排序>。它既可以将人的主观判断用数量形式加以表达处理,又可以提示人们对某类问题的主观判断前后是否有矛盾。这种将主观判断加以整理,量化和综合的客观方法,使思维过程条理化,数学化,不仅简化了系统的分析和计算,而且还有助于保持思维过程的一致性。随着城市化的发展,城市人口的增加,城市的居住,交通,污染等矛盾的加剧,城市规划工作者将不可避免地面临旧城改造,工厂搬迁等问题。1995年前后,"XX市对遗留在市中心区的15家不合理有污染的企业实行了搬迁改造,腾出用地21公顷,代之以公园绿地与大型的公共建筑,盘活土地资产8亿元,中心区的土地利用率提高,同时促进了产业结构的优化"。实例：XX古城容量研究中就应用了层次分析法,国务院在批复XX城市总体规划时明确指出:"古城内严禁新建工厂或扩建工厂,…对严重污染环境的工厂,要逐步迁出,…要全面保护古城风貌,…"根据国务院的批复,确定古城要全面保护,并建设一个风景旅游的城市,为了合理保护古城,并使旅游开发的规模得到合理的控制,对古城原有的工业、市级公建、人口进行调整,最终确定古城的合理容量。研究工作者将其分成旅游容量、公建迁出量,工厂迁出量,居住水平四个子系统,设置了19个指标,建立了模型,对古城内268家工厂进行综合,分析,研究并根据总效用值大小将81个方案进行排序。当然所得结论只是为决策人提供了决策参考,决策时仍然要受决策者的意识影响。如第一名方案迁出120家工厂,可能决策者会感到实施中的困难,而第二名方案迁厂为98家,其他数值和第一名方案相同或相近。〔4数学规划方法:数学规划方法是将所考察的问题建立一个数学模型,并求解模型得到数据,然后对问题作定性和定量的分析并得出结论,这种方法在城市规划中应用较多。不同的建设项目,不同的投资者,不同的用户对建设选址持有不同的标准和价值观。实例：开发商对住宅小区建设选址,其关注的是地段位置和市场潜力；住户在制定购房策略时,对建设地址的基础设施,文化教育和生活服务诸多条件特别关心；对工业项目选址,应视建设项目特点,功能规模,供应及市场,生产技术协作,员工文化教育及生活服务,社会及生态环境等多方面的条件来制定建设地址目标及其评价准则。因此对建设选址就需建立多目标规划的模型来进行分析决策,数学模型为:其中:X={},为第j个建设选址方案;为第i个建设选址目标,可由相关的定性和定量指标表示;为建设选址的建设约束条件,由城市建设规划、城市经济及社会发展规划和建设项目及经营目标等确定。在区域与城市的可持续发展规划中,污染物的总量控制规划是其核心工作之一,其本质是研究规划区域污染物的产生、排放规律、治理资金需求及与人口、经济发展的协调关系,以便从宏观上定性和定量地把握人口,经济发展对资源环境的影响。从而提出规划与管理对策,促进社会、经济和环境效益的协调一致。环保问题可建立线性规划模型来进行分析决策,其数学模型为:其中为第j个单位源的排放强度;为第j个单位源的排放权重系数;为第j个单位源在第i个控制点上的浓度值;为第i个控制点的环境目标值。在城市总体规划过程中,进行人口的预测是最基础的工作,许多方法都建立了数学模型,如=1\*GB3①平均增长率法：P-规划期末城市人口规模；-城市现状人口规模；-城市年平均自然增长率；-城市年平均机械增长率；n-规划年限。这种方法适合初步经济发展稳定的城市,人口增长会逐步增加,人口增长率变化不大。=2\*GB3②剩余劳动力转化法：P-规划期末城镇人口规模；-现状城镇人口规模；K-城镇人口的综合增长率；Z-农村剩余劳动力进镇比例；f-农业劳动力占周围农村总人口的比例,一般为45%-50%；；n-规划年限。这种方法适合具有剩余劳动力的小城镇人口规模预测,不适合对城市化水平很高的城市人口规模进行预测。〔5投资-收益分析法:该方法是将几个不同的规划方案的投资与产生的社会效益加以评估和比较,其目的是帮助决策者了解采取不同的方案将会产生哪些利和弊,帮助决策者作出决策。将整个城市作为一个整体来考虑,不仅对方案所产生的直接影响作出评估,也需对产生的次要影响作出评估；对现在产生的影响作出评估,对将来产生的影响也不能忽视。70年代初期英国伦敦第三航空港委员会在确定港址后,就是使用的投资-收益分析法为该港址选择一个最好地方建设的城市,以便安置航空港的职工和家属以及其他服务人员。决策人员提出八个方案,根据评价因素分成三类。第一类按基本建设费用的投资额定出优劣；第二类按交通方面费用的金额大小定出优劣；第三类是不易用金额表示的各项影响因素；列出评价表,先作初步审查淘汰显然较差的方案,然后再集中力量仔细审查较少量的方案,最后得到了所需要的最好方案。四、结束语城市规划是动态的而非静态的规划,规划应从现状出发,面向未来的变化；因此城市规划不可能由少数规划人员来包揽一切,需要吸收社会、经济、法律、环境、统计学、计算机、…各方面人员参加。这早已是世界各国发展的趋向。但对于现代规划师来说,系统工程学知识将会逐渐成为不可或缺的基本技能,因为它使得城市规划不只是规划师依据经验定性地进行规划设计,而是使得设计更加有理有据。随着我国经济的发展,城市化进程加快,系统工程的方法在城市化,城市规划中得到了更加深入的应用。城市空间的布局将日趋合理,产业结构也将更加合理,区域经济更加活跃。可是,承认系统方法在城市规划中的有效性的同时应该看到它的局限性,在模型的建立和评价过程中不可避免的有规划师的主观想法和判断在里面。应用系统方法的目的不是以"客观的技术和方法"作为规划师权威建立的基础和向公众发号施令的砝码,而是通过系统方法能更好地表达规划师认识城市的方式和途径,能在公众、政府和技术人员之间更好的交流。因此,规划设计师在使用系统工程方法是,要充分说明自己的前提和假设,在选择模型时有自己的哪些主观判断,在评价时采用了哪些价值标准。其次,对于城市的认识存在这样的问题:对它的抽象和概括程度太高,那么在现实中会觉得太笼统,无法操作;抽象和概括程度太低,又会觉得太琐碎而难以操作。系统方法对城市进行概括和抽象的时候,进行假设是必不可少的,假设太多,会与现实不符;假设太少,难免烦琐。因此,在对城市进行抽象和模拟的