建立中国生态城市预警系统研究

建立中国生态城市预警系统研究

从1978年开始，我国城镇化快速推进，城市数量从1978年的193个，增加到现在的653个，增加了460个。其中地级及以上城市从98个，增加到了288个，增加了190个。随着城市数量的激增，“城市病”也伴随出现，人口膨胀、住房紧张、就业困难、交通拥堵、环境恶化、公共安全事件频发……，既阻碍了城市的健康有序发展，也影响了居民的生活质量。在此背景下，提出了建设生态城市的理念。一生态城市预警系统建立的理论依据生态城市建设要以科学发展观为指导，贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，坚持以人为中心，用“法于人体”的思想规划、建设、管理城市。“法于人体”的规划思想将城市系统与生命有机体联系起来，认为城市也具有类似于人体的生命特征和属性。即将城市系统作为一个“城市生命体”来看待，从生物学角度解释城市运行与演进的现象。围绕“法于人体”的思想，国内外已出现“有机疏散”“新陈代谢”“有机更新”“精明增长”等众多理论和实践探索，基于这一思想，“生态城市”“健康城市”“智慧城市”等城市概念也越来越多。按照“法于人体”的规划思想，城市具有类似于人体的生命特征和属性。因此，也存在维系其生存与生长的“脏腑和经络”系统。人口对城市而言，犹如人的神经；土地对城市而言，犹如人的肌肉；水对城市而言，犹如人的血液；空气对城市而言，犹如人的呼吸；交通对城市而言，犹如人的四肢；文化对城市而言，犹如人的精气神。从上述的启示中不难得出，城市物质空间中的“功能体和廊道”与人的“脏腑和经络”有极为相近的对应关系（图1）。城市功能体类似脏腑，是城市系统运行、生产生活的保障器官，功能体通过自身的活动和各部分之间的互动产生“精气”；城市廊道类似经络，既是城市空间结构的骨架，也是城市能量循环的经络系统，廊道通过循环系统传递这些“精气”，同时为功能体的生命运动输送自然环境营养，在两者共同作用下城市有机体才有生存、生长的生命力。图1生命体与城市有机体生命要素的比较（一）城市功能体与人体结构类似，城市生命体中也存在类似“脏器”的功能体，各种功能体组成了城市的功能系统（图2）。城市由一系列不同性质和角色的功能体组成，这些功能体构成了多姿多彩的城市空间形态，为城市有机体的生命运动提供所需的各种能量。图2城市功能体功能的主从关系图（二）廊道城市廊道一般指城市空间范围内的带状空间。城市生命体中有各种各样被称为廊道的线性空间，比如人流、物质流、生态流等，是城市各系统运行的机制系统（图3）。廊道同人体经络一样，可以作为判断城市健康状况的重要标志。图3城市廊道的功能及其与功能体的关系（三）“城市病”“法于人体”思想的目标，即借鉴医学理论和思维方法，以城市有机体为研究立足点，从病因学说、病机学说的视角，认识其生命要素，理解其生命运动规律，进而维护城市的健康与安全。在规划、建设和管理城市的实践中，则要以人口、土地、水、空气、交通、文化等城市功能体和廊道要素为研究对象，对每个基本要素确定一个量化标准，如果这些基本要素的量化值异常大或者异常小，则说明城市出现了病变，就要对城市提出相应的预警，查找“城市病”的产生原因，给出相应的治疗方案。二生态城市预警系统的建立生态城市预警系统的建立是从病因学说、病机学说的视角，理解城市有机体的生命运动规律，做到对“城市病”发生的预防，进而维护城市的健康与安全。为了预防“城市病”的发生，应该有预警系统，提前加以预防，不能亡羊补牢。至于如何预警，也可效法对人身体疾病的诊断，进行望闻问切。从“城市病”的表现症状入手进行监测，然后对症下药。（一）“城市病”的表现1.从人口的角度，表现为以下几点：城市人口密度过大或者过小；农民工难以融入城市，家庭大分离；城市居民，即使住在同一层楼，也老死不相往来，甚至不知对方姓什么，人和人之间关系冷漠，缺乏人情味。2.从土地的角度，表现为以下几点：土地的城镇化快于人口的城镇化，城市摊大饼式地发展；土地利用率低下；城市新区层出不穷；大拆大建长年不断。3.从水的角度，表现为以下几点：许多城市平时缺水，每逢大雨，便出现“城市看海”的景观；城市水源污染严重；城市的污水排放不达标，偷排现象很多；许多干旱地区的城市，建设大草坪、大湖面，水资源浪费严重。4.从空气的角度，表现为以下几点：雾霾天气增多，对面不见人；空气中迷漫着SO2或者H2S等有毒气体的味道；空气流动性小，热岛效应明显。5.从交通的角度，表现为以下几点：马路成了停车场，每天上下班在路上的时间超过2个小时；公共交通的车辆所占比例小，马路上私家车过多；过年过节一票难求，交通压力暴增，春节期间1亿人次的人口大迁徙每年如期上演。6.从文化的角度，表现为城市特有的地域环境、文化特色、建筑风格等“基因”丢失；城市建筑贪大、媚洋、求怪等乱象丛生，个别城市成了外国设计师“奇思妙想”的试验场。（二）“城市病”的预警值构建科学合理的预警指标体系是对生态城市健康状况做出客观评价的基础和前提。遵循科学性、代表性、可比性以及可获得性原则，参考相关研究成果，我们设计出了生态城市预警系统研究指标体系（表1）。表1生态城市预警系统研究指标体系1.确定人口预警值的说明城市人口密度预警值的确定，主要根据国家住建部副部长仇保兴在中国城市规划年会的讲话（2011）。讲话认为中国必须选择紧凑型城镇的发展模式，坚持每平方千米建成区1万人口的占用地标准。户籍人口城镇化率和常住人口城镇化率之差预警值的确定，主要根据《国家新型城镇化规划》（2014～2020），规划中明确到2020年户籍人口城镇化率要达到45%，常住人口城镇化率要达到60%左右。所以把户籍人口城镇化率和常住人口城镇化率之差确定为15%。如果两者之差大于15%，就要提出预警。2015年，我国城镇化率达到56.1%，城镇常住人口达到了7.7亿，但农业转移人口市民化进展比较缓慢，户籍人口城镇化率还比较低，以人为本，提高农业人口的市民化程度形势迫切。将全国31个直辖市和省会、首府城市作为研究对象，对其人口密度进行了调查，各个城市的人口密度见图4。图431个城市的人口密度从图4可以看出，我国的人口密度均较小，且差距不明显。其中，拉萨市的人口密度最小，为17.86人/平方千米，重庆市的人口密度为409.74人/平方千米，首都北京市的人口密度也仅为812.5人/平方千米，天津市的人口密度为853.12人/平方千米，上海市的人口密度最大，为2269.23人/平方千米，为人口密度最小的城市拉萨市的127倍。从图中还看出，西部欠发达城市的人口密度均较小，而沿海城市、中部和南方发展较好的城市的人口密度均处于较高水平，如西安、南京、武汉、成都、广州、郑州的人口密度超过了800人/平方千米。依据城市人口密度预警值的确定可知，选取的31个城市的人口密度均小于5000人。因此，得出的结论为该项体检指标结果为不健康。长此以往，会造成严重的能源、生态、耕地等资源的浪费。2.确定土地预警值的说明建成区绿化覆盖率预警值的确定，主要根据2014年《中国城市建设统计年鉴》，全国城市建成区绿化覆盖面积201.7万公顷，建成区绿化覆盖率为40.2%，所以在确定预警值时取平均数，如果一个城市的建成区绿化覆盖率低于40%，就应提出预警。土地投资强度预警值的确定，主要参照《山东省建设用地集约利用控制标准》，山东省级开发区土地投资强度每亩最低不能少于100万元。所以在确定预警值时取参考值，每亩少于100万元，就应该提出预警。以建成区绿化覆盖率作为主要研究指标，对全国31个城市进行研究，其结果见表2。表231个城市的建城区绿化覆盖率从表2可以看出，建成区绿化覆盖率最小的为兰州市，最大的为南宁市，南宁市的建成区绿化覆盖率为兰州市的1.76倍。其中，兰州市、天津市、哈尔滨市、拉萨市、成都市、西宁市、上海市、乌鲁木齐市、长春市、武汉市和济南市的建成区绿化覆盖率小于预警值40%，说明这些城市的绿化较差，其余20个城市的建成区绿化覆盖率均大于预警值。因此，从建成区绿化覆盖率这一指标来说，这20个城市该项指标的体检结果为健康。3.确定水预警值的说明城市污水处理率预警值的确定，主要根据2014年《中国城市建设统计年鉴》，城市年污水处理总量401.6亿立方米，城市污水处理率为90.18%，所以在确定预警值时取平均数，如果一个城市的污水处理率低于90%，就应提出预警。城市人均日生活用水量预警值的确定，主要根据2014年《中国城市建设统计年鉴》，城市人均日生活用水量为173.73升，所在确定城市人均日生活用水量大于200升或小于140升，就应提出预警。以污水处理率作为主要研究指标，对全国31个城市进行分析，其结果见表3。表331个城市的污水处理率从表3可以看出，拉萨市的污水处理率最低，仅为17.91%，为预警值的19%，天津市的污水处理率为90.23%，广州市的污水处理率最高，为98.72%。在调查的31个城市中，有16个城市的污水处理率高于预警值90%，体检结果为健康，健康率为51.6%。4.确定空气预警值的说明空气质量优良天数预警值的确定，主要根据国家住建部提出的创建国家环保城市的要求，空气质量优良天数达到85%以上。所以空气质量优良天数的预警值确定为大于310天，即天数达到85%以上，如果小于310天，就应提出预警。可吸入颗粒物浓度预警值的确定，主要根据《环境空气质量标准》中可吸入颗粒物PM10的二级标准的日平均浓度限值是每立方米150毫克。如果日平均浓度大于150毫克，就应提出预警。对31个城市的空气质量优良天数进行调查分析，其结果见表4。表431个城市的空气质量优良天数对31个城市的空气质量优良天数进行调查分析可知，济南市的空气质量最差，空气质量优良率仅为26%，北京市的空气质量优良天数为204天，而预警值为310天。因此，从表4可以看出，仅有乌鲁木齐市、兰州市、贵阳市、福州市、海口市、昆明市和拉萨市的空气质量优良天数达到了310天以上。体检结果合格率仅为22.58%。5.确定交通预警值的说明机动车行驶10千米所需时间预警值的确定，主要参照2014年中国城市科学研究会对50座城市的调查问卷报告，如果机动车行驶10千米所需时间大于30分钟，就应提出预警。确定机动车保有量和人均道路面积之商的预警值，因国内外没有这方面的研究，暂时选取了兰州市。兰州市的交通状况在全国城市中排名大约在中间，作为中间样本。2015年兰州市机动车保有量约为64万辆，人均道路面积约为16平方米，前者和后者的商为4。如果机动车保有量和人均道路面积之商大于4，就应提出预警。选取交通方面有代表性的公众对城市生态环境满意率［民用车辆数/城市道路长度（辆/千米）］为调查指标进行分析，其结果见表5。表531个城市的公众对城市生态环境的满意率从表5可以看出，南京市公众对城市生态环境的满意率最高，为231.95（辆/千米），即南京市的城市生态环境最好，每千米道路上车辆较少。同样，经济发展较快的广州，公众的满意率也较高，满意率为310.44（辆/千米）。首都北京市的人口较多，相应的该城市的车辆也较多，每千米道路上的车辆数为854.78辆，即首都的生态环境较差，公众的满意率较低。郑州的公众对城市生态环境的满意率最差，说明郑州的交通比较拥挤，生态环境较差。6.确定文化预警值的说明确定每10万人拥有的大专以上人口预警值，主要根据第六次全国人口普查每10万人中具有大学文化程度的人数为8930人；考虑到城市和农村的差距，把每10万人中具有大学文化程度的人数的预警值确定为10000人，如果10万人中具有大学文化程度的人数小于10000人，就应提出预警。文化产业占GDP比重的预警值，主要根据国家《国民经济和社会发展十三五规划纲要》中提出，构建文化产业体系，在“十三五”末文化产业成为国民经济支柱产业，占GDP比重达到5%以上。如果文化产业占GDP的比重小于5%，就应提出预警。选取文化方面有代表性的信息化基础设施［互联网宽带接入用户数（户）/全市年末总人口（百人）］为调查指标进行分析，其结果见表6。表631个城市的信息化基础设施从表6可以看出，拉萨市的信息化基础设施最差，每百人中互联网宽带接入用户数仅为11.39户，重庆市的也仅为16户，而北京市的每百人中互联网宽带接入用户数为41.47户，说明北京市的信息化基础设施较好。全国范围内，广州市、西安市和天津市的信息化基础设施较好，其中天津市的每百人中互联网宽带接入用户数为99.73户。三“城市病”的产生原因什么是“城市病”？其本质是城市资源和环境的承载力与城市化发展规模的匹配度失衡，是城市经济、社会、文化、生态发展失调的反映。（一）“城市人口密度太大或过小”的主要病因资源集中配置尤其是优质公共资源集中配置或政治资源的空间分配失衡所导致的区域发展不平衡是“城市病”产生的根本原因。集中于大城市的政治资源吸引着包括财政、教育、医疗、就业及安全保障等在内的公共资源聚集于大城市，尤其是中心城区，进而造成人口和社会经济活动过度密集。这种过度集中的公共品供给格局是形成和加剧我国“大城市病”问题的根源之一。（二）“城市土地浪费严重，空城、鬼城频现”的主要病因发展理念和发展方式的偏差，以及城市规划和建设存在问题，埋下了“城市土地浪费严重，空城、鬼城频现”等“城市病”的隐患。由于受发展理念和考核机制的影响，很多城市形象工程、政绩工程等现象频现，而对涉及民生领域的基础设施建设重视不够，造成城市土地资源浪费严重。另外，地方政府对于房地产开发的强烈动机和土地资源配置在空间和功能方面与市场需求的不一致，则是造成“空城”现象的主要原因。（三）“城市水污染严重、内涝时有发生”的主要病因造成城市水体污染严重的因素是多方面的：城市生活污水和工业废水未处理或未达标排放；城市地表堆积的垃圾，郊区农田施用的化肥、农药等污染物被水冲刷而进入水体；大气中的污染物，通过重力沉降或降水过程而进入水体等。这些污染物导致城市水体水质恶化突出，同时加剧了城市水资源的短缺程度。（四）“城市空气污染严重”的主要病因城市机动车数量的增长，建筑等工业产生的粉尘和污染物排放，均加剧了城市空气的污染。不同城市的空气污染存在类型上的差异，而造成该结果的主要原因在于城市能源消费的不同。按城市能源消费，可将城市空气污染类型划分为4类。①“煤烟型”污染。煤炭在能源结构中占主导地位，SO2和总悬浮颗粒物（TSP）为主要污染物。②“石油型”污染。石油化工和汽车尾气等产生的二次污染是造成此类污染的主要原因，多表现为大气光化学反应过程，严重时可造成光化学烟雾污染。③“扬尘型”污染。主要表现为二次扬尘、建筑垃圾扬尘、机动车风尘以及沙尘天气等所造成的污染。④“复合型”污染。由“煤烟型”“石油型”“扬尘型”污染复合而成，有以上各类污染的共同特征。（五）“城市交通拥堵”的主要病因城市交通拥堵，不仅降低了城市运行效率，而且导致安全事故增多、大气污染加剧，干扰城市整体功能的发挥，甚至会导致经济社会发展的衰退。城市规划理念落后是造成“城市交通拥堵”的主要原因。“中国城市之所以会出现不同程度的城市病，是因为城市规划多是在继续沿用过去的规划思想。……这种已经落伍的规划思想，是1933年雅典宪章所确立的功能主义城市规划思路，最核心的观点就是将城市解构成工作、居住、休闲、交通，前三个区域通过最后的交通加以连接，从而形成了城市的单中心结构。特别是对大型城市，这样的单中心结构非常要命。”这种城市规划理念导致了城市建设的“摊大饼”和城市居民的“钟摆式”流动，也必然增加市民活动的时间和经济成本，加重对城市交通的压力。城市管理欠科学是造成“城市交通拥堵”的另一原因。一些城市管理者重管制轻协商，重收费轻执法，习惯于依靠行政手段而不善于运用市场机制。例如北京、上海限牌、限行的做法，实际上就是一种非常简单机械的行政做法，事实证明难以从根本上奏效。“很多城市想简单地通过限购、限行等手段来解决，一时看来是让路上的车少了点，但长期而言只会刺激市民去买更多的车，反而会使城市交通压力变得更大。”“城市管理部门没有更多地去提高服务质量和管理水平，而总是在想办法限制市民，限制各种服务对象，这种简单粗暴的传统管制思路不仅不能治病，还是很多城市不断‘生病’的根源所在。”（六）“城市缺乏主题文化”的主要病因传统社会是以小农经济为基础建立在宗族关系网络中的，血缘性和地域性是其特点，也构成区域文化的基础。城市化的推进改变了我国城市传统的人际关系类型，以地域和血缘为纽带的传统人际关系逐渐被以工作为纽带的新的人际关系所取代，传统的城市居民间的情感因素和道德伦理观念也日益式微，人与人之间传统信任的根基也逐渐瓦解。四“城市病”的防治中医学认为：能够使气血循环的条件是动力、路径和刺激。依此推论，城市的能量循环也依赖同样的条件，通过疏通城市“精气”，可提出相应“城市病”的防治方案，维护城市的健康与安全，提高城市生活的效率与质量。（一）对“人口密度太大或过小”“城市病”的防治城乡二元化管理体制的长期影响是造成“人口密度太大或过小”“城市病”的重要因素。随着城市功能向远郊区的扩张，对城市规划和管理者来说，如何通过政策手段，引导城市功能向郊区迁移，优化调整城市空间布局，促进城乡一体化协调发展，已经成为越来越重要的研究课题。因此需要推动中心城区与郊区的平衡发展，来治理“人口密度太大或过小”的“城市病”。通过各项政策措施，建立城乡统筹管理体制，完善城乡公共服务的统筹规划和建设，加大交通、教育与医疗卫生等公共服务设施的城乡均衡供给，可缓解中心城区人口和功能过度聚集而带来的各类“城市病”。（二）对“空城、鬼城”“城市病”的防治对“空城、鬼城”“城市病”的防治，应多策并举。①根据市场需求优化土地资源的配置，防止土地资源的低效率利用。②在城市产业发展上，平衡多元化和专业化之间的关系，防止社会经济发展的剧烈波动。③提高城市规划编制的深度，严格约束城市的空间扩展。④创造有利于城市更新、改造的制度环境，高效利用现有建设用地。（三）对“水污染严重、内涝”“城市病”