導(dǎo)讀

中國城市規(guī)劃學(xué)會科技獎是規(guī)劃領(lǐng)域首個專享的社會科技獎，專門獎勵規(guī)劃領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)成果和規(guī)劃科技人才，是學(xué)會的最高科技獎勵。2022年度中國城市規(guī)劃學(xué)會科技進步獎授獎項目共31項，其中一等獎4項，二等獎9項，三等獎18項。“中國城市規(guī)劃網(wǎng)”將陸續(xù)介紹授獎項目。

中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所等單位的方創(chuàng)琳團隊?wèi){借城市群空間范圍與空間聯(lián)系強度精準(zhǔn)識別技術(shù)、城市群生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)優(yōu)化調(diào)控技術(shù)、城市群空間擴展與生態(tài)環(huán)境耦合器（UEC）及智能決策支持系統(tǒng)UDSS調(diào)控技術(shù)獲得2022年度中國城市規(guī)劃學(xué)會科技進步獎一等獎。

項目名稱：城市群空間配置與生態(tài)環(huán)境耦合調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

主要完成人：方創(chuàng)琳，張曉玲，萬軍，鮑超，王振波，馬海濤，陳睿，秦昌波，李詠紅，李廣東，劉海燕，劉旭，孫建欣，戚偉，孫思奧

主要完成單位：中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，自然資源部國土空間規(guī)劃研究中心，生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院，中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院，中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京東方園林環(huán)境股份有限公司

一、技術(shù)研發(fā)背景

城市群是國家新型城鎮(zhèn)化的空間主體，是高度一體化的城市集合體。2014年召開的中央城鎮(zhèn)化工作會議、黨的十七大、十八大、十九大報告和國家連續(xù)四個五年計劃都將城市群作為推進新型城鎮(zhèn)化的“重心區(qū)”。近40年城市群以年均9.1%的速度快速擴展并承載全國80%經(jīng)濟總量的同時，導(dǎo)致生態(tài)用地減少24.3萬km2，又成為生態(tài)環(huán)境問題突出亟待治理的“重點區(qū)”。從1980至2018年，中國城市群面積由11.1萬km2快速擴展到233.9萬km2，年均擴展速度9.1%；建設(shè)用地由1.6萬km2增至11.86萬km2，年均擴展速度5.4%。相反，生態(tài)用地由93.4萬km2減少至69.1萬km2，年均萎縮速度0.8%；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由12.61萬億元減少至10.14萬億元，年均降低速度1.3%。

針對這一問題，2020年4月10日習(xí)近平總書記在中央財經(jīng)七次會議上明確指出：增強中心城市和城市群等的經(jīng)濟和人口承載能力，必須把生態(tài)和安全放在更加突出位置。未來15年中國城市群仍然是承載人口和生產(chǎn)要素的主要空間形式，是拉動中國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的新動力源，急需開展城市群快速擴展與生態(tài)環(huán)境耦合調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)研究，這對實現(xiàn)城市群高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)環(huán)境高水平保護具有十分重要的現(xiàn)實意義。

面對中國城市群快速擴張引發(fā)的生態(tài)格局錯配、生態(tài)空間萎縮、生態(tài)功能退化等現(xiàn)實問題，縱觀國際城市群百年發(fā)展歷程，采用何種技術(shù)確保城市群既成為國家高質(zhì)量發(fā)展的重心區(qū)，又成為生態(tài)環(huán)境高水平保護的安全區(qū)，目前在國際上找不到現(xiàn)成答案和技術(shù)方法。

基于以上技術(shù)難題，本項目在國家自然科學(xué)基金重大項目、國家重點研發(fā)計劃項目等5個項目支持下，按照現(xiàn)實問題診斷——空間范圍識別——聯(lián)系強度分析——生態(tài)功能優(yōu)化——耦合調(diào)控方案——系統(tǒng)集成平臺——典型應(yīng)用示范這樣一條總體思路（見圖1），歷經(jīng)10年科技攻關(guān)，攻克了城市群空間配置與生態(tài)環(huán)境耦合調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)，揭示城市群空間拓展與生態(tài)環(huán)境耦合的近遠(yuǎn)程機理及規(guī)律，提出了城市群快速擴展格局與生態(tài)環(huán)境保護格局同步優(yōu)化方案，解決了城市群高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)環(huán)境高水平保護的技術(shù)難題，為中國城市群可持續(xù)發(fā)展提供了重要科技支撐。被第三方評價達到國際領(lǐng)先水平。

圖1  總體研究思路示意圖

二、主要科學(xué)技術(shù)內(nèi)容和科技創(chuàng)新點

第1項技術(shù)：

創(chuàng)建了城市群空間范圍與空間聯(lián)系強度精準(zhǔn)識別技術(shù)，揭示了城市群空間拓展與生態(tài)環(huán)境耦合的近遠(yuǎn)程機理及規(guī)律，發(fā)布了國內(nèi)第一部《城市群空間范圍識別與評價技術(shù)規(guī)程》

1、引入庫茲涅茲曲線提出了城鎮(zhèn)化庫茲涅茲曲線（UKC），揭示了城市群快速擴展與生態(tài)環(huán)境近遠(yuǎn)程耦合機理及拐點是對數(shù)二次型復(fù)合函數(shù)U型曲線，創(chuàng)建了城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合圈理論及耦合圖譜，找到了中國五大特大城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好轉(zhuǎn)拐點是城鎮(zhèn)化率達到47.4%（圖2），發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境破壞后恢復(fù)是一個漫長過程。

圖2  5個特大城市群快速擴展與生態(tài)環(huán)境耦合曲線及拐點圖

2、揭示了城市群空間范圍由城市-都市區(qū)-都市圈-城市群-大都市帶的四次拓展過程，采用新浪微博API及GooSeeker網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)等大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)明了城市群空間聯(lián)系強度測度系統(tǒng)技術(shù)，提出了城市群空間范圍精準(zhǔn)識別技術(shù)方法。

3、首次將1957年J·Gottman提出的國際上5大定性識別標(biāo)準(zhǔn)拓展為10大定量標(biāo)準(zhǔn)，新增了全球化、文化等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，與靠經(jīng)驗判斷的國際標(biāo)準(zhǔn)相比，該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更先進精準(zhǔn)，更適應(yīng)中國城市群精準(zhǔn)識別。編制完成國內(nèi)第一部《城市群空間范圍識別與評價技術(shù)規(guī)程》（T/CI 022-2021）由中國國際科技促進會發(fā)布。

4、建立了城市群發(fā)育程度模型、空間聯(lián)系強度和緊湊度模型，揭示了城市群形成發(fā)育五階段規(guī)律、多中心組合規(guī)律、多尺度空間集約利用傳導(dǎo)規(guī)律和可持續(xù)聯(lián)合爬升規(guī)律。被聯(lián)合國大會確定的世界城市日發(fā)布，美國科學(xué)促進會轉(zhuǎn)載。

第2項技術(shù)：

突破了城市群生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)優(yōu)化調(diào)控技術(shù)，科學(xué)劃定了與生態(tài)環(huán)境格局相匹配的中國城市群“5+9+6”的空間組織格局，被國家十三五規(guī)劃全圖采用，出版全球首部《中國城市群地圖集》

1、采用高分一號GF1 WFV多光譜遙感數(shù)據(jù)和POI社會感知數(shù)據(jù)等，利用SVM算法、道路分割算法及類別聚合法突破了城市群生態(tài)空間和高度空間精準(zhǔn)提取技術(shù)，利用混淆矩陣法驗證生態(tài)空間提取精度達到93.4%（圖3），發(fā)布《城市群綠度空間提取技術(shù)規(guī)程》團體標(biāo)準(zhǔn)。

圖3   城市群綠度空間提取方法示意圖（北京市為例）

2、以城市群生態(tài)空間精準(zhǔn)提取為前提，采用Nature Break系統(tǒng)自動分級技術(shù)發(fā)明了城市群生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)優(yōu)化技術(shù)與城市群綠地網(wǎng)絡(luò)化生態(tài)涵養(yǎng)節(jié)水系統(tǒng)及其裝置，基于GIS創(chuàng)建了城市群生態(tài)環(huán)境功能優(yōu)化調(diào)控決策支持系統(tǒng)，應(yīng)用于編制《首都水源涵養(yǎng)功能區(qū)與生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)建設(shè)方案》，由國家發(fā)改委向27個部委發(fā)文實施。

3、以城市群功能分區(qū)優(yōu)化技術(shù)為支撐，精準(zhǔn)劃定了由重點建設(shè)5個國家級城市群、穩(wěn)步建設(shè)9個區(qū)域性城市群、引導(dǎo)培育6個地區(qū)性城市群構(gòu)成的“5+9+6”的中國城市群三級配置格局（圖4），引領(lǐng)了全球城市群分級發(fā)展，被國家“十三五”規(guī)劃全圖采用。

4、采用PSR模型發(fā)明了城市群協(xié)同會診的生態(tài)控導(dǎo)與分流系統(tǒng)，采用TOPSIS與灰色關(guān)聯(lián)法創(chuàng)建了城市群生態(tài)環(huán)境協(xié)同會診與一體化聯(lián)控聯(lián)治技術(shù)方法，生成了城市群生態(tài)環(huán)境聯(lián)控聯(lián)治技術(shù)方案與通風(fēng)廊道的綠化帶系統(tǒng)，解決了城市群生態(tài)環(huán)境聯(lián)控聯(lián)建的技術(shù)難題。

5、研制了全球第一部《中國城市群地圖集》，填補了全球沒有城市群地圖集的國際空白，被國際區(qū)域科學(xué)協(xié)會主席Thill教授評價“是對城市科學(xué)的重要學(xué)術(shù)貢獻，是全球第一本城市群地圖集，為城市群和全球城市化研究提供了基準(zhǔn)”。

圖4   中國城市群“5+9+6”的三級配置格局圖

第3項技術(shù)：

自主研發(fā)了城市群空間擴展與生態(tài)環(huán)境耦合器（UEC）調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)及智能決策支持系統(tǒng)UDSS應(yīng)用平臺，成功應(yīng)用于全國10個不同規(guī)模城市群發(fā)展并取得顯著應(yīng)用成效，建成19個城市群研究基地

1、依托Vensim PLE平臺和SD主模型，創(chuàng)建了由9個近程端口子系統(tǒng)、4個遠(yuǎn)程端口子系統(tǒng)、共約201個參量構(gòu)成的城市群城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合調(diào)控器（UEC），實現(xiàn)了對城市群可持續(xù)發(fā)展的綜合模擬與耦合調(diào)控。

圖5  城市群城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合調(diào)控器（UEC）

2、構(gòu)建了城市群快速擴展與生態(tài)安全綜合調(diào)控的三級聯(lián)動技術(shù)體系，獨立研制了由生態(tài)安全數(shù)據(jù)挖掘--協(xié)同會診--功能分區(qū)--仿真模擬---聯(lián)動調(diào)控--綜合決策6大技術(shù)模塊構(gòu)成的耦合調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)用平臺（圖6），實現(xiàn)了對城市群拓展帶來生態(tài)環(huán)境安全狀況的協(xié)同會診、協(xié)調(diào)發(fā)展績效評估、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算、生態(tài)用地價值置換及一體化調(diào)控。

圖6   城市群城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)用平臺

3、在全國不同規(guī)模城市群發(fā)展中示范應(yīng)用并取得顯著成效，建成21個城市群研究基地。被自然資源部編制《全國國土空間規(guī)劃綱要》時用于選擇全國城鎮(zhèn)化與城市群空間格局；被國家發(fā)改委用于編制《京津冀城市群首都水源涵養(yǎng)功能區(qū)與生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)建設(shè)方案》《天山北坡城市群發(fā)展規(guī)劃方案》，分別由發(fā)改委〔2019〕561號、〔2019〕1252號文件發(fā)文落實。

三、與國內(nèi)外同類技術(shù)比較

發(fā)明了城市群空間范圍精準(zhǔn)識別技術(shù)，將1957年法國地理學(xué)家J·Gottman提出的城市群識別5大定性標(biāo)準(zhǔn)拓展為10大定量標(biāo)準(zhǔn)。在強調(diào)規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)同時，突出了質(zhì)量、集聚和地域文化認(rèn)同標(biāo)準(zhǔn)（表1）。與國際經(jīng)驗判斷定性標(biāo)準(zhǔn)相比，該標(biāo)準(zhǔn)更具技術(shù)的先進性、更精準(zhǔn)，更全面，更適合中國城市群。

研發(fā)出的城市群生態(tài)空間精準(zhǔn)識別技術(shù)，精度達93.4%，比同類精度高約9.5個百分點。

研發(fā)出的城市群擴展與生態(tài)環(huán)境耦合器(UEC)調(diào)控技術(shù)，達到國際領(lǐng)先水平。

出版了全球首部《中國城市群地圖集》。

表1   城市群空間范圍識別技術(shù)的國際比較分析表

四、推廣應(yīng)用情況和應(yīng)用前景

（1）本技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于科學(xué)劃定了中國城市群“5+9+6”分級配置格局，同時成功應(yīng)用于京津冀、粵港澳大灣區(qū)、長三角、長江中游、山東半島、關(guān)中平原、天山北坡等10個城市群發(fā)展規(guī)劃與6個示范片區(qū)生態(tài)修復(fù)工程中，建成19個城市群研究基地，大大提高了城市群規(guī)劃編制科學(xué)性與可操作性。

（2）本技術(shù)還可以應(yīng)用于哈長城市群、遼中南城市群、呼包鄂榆城市群、晉中城市群、蘭西城市群等其余10個城市群高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)環(huán)境高水平保護的技術(shù)實踐中。

（3）本技術(shù)還可以應(yīng)用于現(xiàn)代化都市圈發(fā)展規(guī)劃、實施方案的編制和生態(tài)環(huán)境保護、以及可持續(xù)韌性都市圈建設(shè)的技術(shù)實踐中。

（4）本技術(shù)可用于所有城市群和都市圈國土空間規(guī)劃中優(yōu)化調(diào)控這些高度城鎮(zhèn)化地區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合拐點及協(xié)同發(fā)展方案的具體技術(shù)實踐中。

五、經(jīng)濟社會效益

1、經(jīng)濟效益顯著。整體技術(shù)成果應(yīng)用于京津冀城市群、粵港澳大灣區(qū)城市群、長三角城市群、長江中游城市群、山東半島城市群、關(guān)中平原城市群、天山北坡城市群等10個典型城市群可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境建設(shè)及6個示范片區(qū)生態(tài)修復(fù)工程中，共投入建設(shè)資金146.38億元，獲直接經(jīng)濟效益27.56億元，新增利潤5.29億元，新增利稅3.88億元，經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益顯著。

2、社會效益巨大。《城市群空間范圍識別與評價技術(shù)規(guī)程》《城市群規(guī)劃技術(shù)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范先后在編制全國19個城市群發(fā)展規(guī)劃、國家十三五規(guī)劃綱要、《全國國土空間規(guī)劃綱要》中得到應(yīng)用，對指導(dǎo)我國城市群高質(zhì)量發(fā)展做出了重大貢獻，社會效益非常顯著。技術(shù)成果相關(guān)內(nèi)容被國家相關(guān)部門采用22份，為確保全國各大城市群“一張圖紙”繪制并實施到底、推動城市群可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻。整體技術(shù)應(yīng)用于全國城市群生態(tài)環(huán)境建設(shè)，生態(tài)服務(wù)價值減少態(tài)勢得到有效控制并趨于好轉(zhuǎn)，明顯改善了城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，為城市居民提供了豐富的優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品，很好滿足了城市居民對優(yōu)質(zhì)生態(tài)環(huán)境的基本需求。

六、知識產(chǎn)權(quán)情況及他人評價

成果獲國家授權(quán)發(fā)明專利26項，軟件28項，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范6項，國家相關(guān)部門采用建議報告22份，實質(zhì)批示13份，著作9部，論文146篇。

成果被第三方評價為總體達到國際領(lǐng)先水平。鑒定結(jié)論認(rèn)為，“創(chuàng)新提出了城市群擴展與生態(tài)環(huán)境協(xié)同調(diào)控傳導(dǎo)理論；首次研制了城市群生態(tài)環(huán)境協(xié)同會診一體化調(diào)控技術(shù)、生態(tài)功能精準(zhǔn)識別與生態(tài)品質(zhì)提升精細(xì)修復(fù)技術(shù)，成果理論價值高，技術(shù)創(chuàng)新性強，應(yīng)用前景廣闊，總體達到了國際領(lǐng)先水平”。

成果中包含的《中國城市群地圖集》被國際區(qū)域科學(xué)協(xié)會主席Thill教授評價“是對城市科學(xué)的重要學(xué)術(shù)貢獻，是全球第一本城市群地圖集，為城市群和全球城市化研究提供了基準(zhǔn)”，被中科院陸大道院士評價“這是目前國際上首部城市群地圖集，對于進一步開展城市群研究發(fā)展有突出意義”。被中國工程院王家耀院士在《測繪地理信息》發(fā)文（2021，46（1）評價為對推動中國城市群健康發(fā)展和各類城市群規(guī)劃順利實施有重要意義，對世界城市群發(fā)展提供了有益借鑒，為推動國土空間優(yōu)化和生態(tài)文明建設(shè)發(fā)揮了重要作用。《Landscape ecology》主編、美國亞利桑那州立大學(xué)Jianguo Wu教授2022年專門撰文：推出“全球首個里程碑式的中國城市群地圖集”，認(rèn)為城市群是景觀生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展的新前沿，可極大地促進擴大景觀研究的規(guī)模，以更好地快速滿足科學(xué)和社會需求。

成果在世界城市日發(fā)布并轉(zhuǎn)載。被聯(lián)合國大會確定的世界城市日發(fā)布并納入2019年成果集萃《Selected Speeches of 2019 World Cities Day Events》，被美國科學(xué)促進會（AAAS）轉(zhuǎn)載。《中國城市群地圖集》在2021年第23屆中國科協(xié)年會上發(fā)布，被央視、新華社、光明網(wǎng)等專題報道50多次，社會影響良好。

成果獲中國百部輸出版國際優(yōu)秀圖書獎，錢學(xué)森城市學(xué)金獎、全國優(yōu)秀地圖作品裴秀獎，中國地理科學(xué)十大研究進展、中國百篇最具影響國內(nèi)學(xué)術(shù)論文獎、F5000中國頂尖學(xué)術(shù)論文獎等。

供稿人：方創(chuàng)琳（學(xué)會常務(wù)理事，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所研究員、區(qū)域與城市規(guī)劃設(shè)計研究中心主任）