智慧城市戰略的推進，必須加強與城市規劃和生態文明的協同創新，促進城市數字化、信息化建設與城鎮功能提升的有機融合和智慧城市運營服務端的有效實現。本研究從城市規劃和生態環境學科建設的視角出發，結合相關領域研究的前沿，思考智慧城市參與協同創新的關鍵路徑，對于智慧城市的技術創新和應用實踐的落地具有參考價值。

一、智慧城市、城市規劃與生態文明

智慧城市是實現城市治理創新的關鍵理念與重要技術支撐，依托大數據、互聯網、物聯網和云計算等技術平臺，有助于實現城市規劃的方法創新和生態文明目標的實現。西方現代城市規劃主要從城市發展研究、城市規劃與設計和城市規劃管理三個方面展開。在城市規劃管理中融入營銷的理念，在經濟競爭的背景下，提高城市吸引游客，居民，商業活動和投資的能力，它逐漸發展成為以工程規劃技術為基礎，由多學科共同復合的綜合性學科。從我國城市規劃理論與方法發展現狀來看，城市規劃目前更多的還是一種技術性工作，尚未形成真正自身的城市規劃理論與方法。2011年“城鄉規劃學”正式成為一級學科。當前，城市規劃面臨新的特點和挑戰，面向城鎮化發展的新需求，城市規劃需要體制機制、思路方法等方面的創新。智慧城市的系統性思維應當通過技術層面的遞進式實踐來更新城市規劃體系。

與此同時，針對快速工業化城市化過程和人口高密度集聚帶來的生態與環境問題，有關城市人居生態學方面的研究活動逐步展開。當前，城市人居生態學已成為城市可持續發展及制定21世紀議程的科學基礎。正確處理好人地的生態關系是人居生態研究的核心任務。生態衛生、生態安全、景觀生態、產業生態和文化生態將是指導我國未來城市生態與環境研究的基本思路。

二、智慧城市技術融合實施協同創新的定位與思考

生態文明制度、支撐體系和實現路徑的研究是我國城市生態學當前發展的核心。基于生態代謝原理的城市永續資源能源科學體系的研究應用是未來發展的重點。世界博覽會在160余年的歷史上，不但引領未來科技的發展方向，而且也在努力闡釋科技對市民生活的有益改變。上海世博會和北京園博園等城市生態實踐為我國城市生態科學發展提供了光明的圖景。為了支持以人為本的新型城鎮化發展，城市生態學研究應當加強在優先主題方面的研究產出，為服務城市生態文明制度的建立和完善提供科學決策依據。

2.1基于智慧技術研究城市與區域空間績效

隨著全球化和區域一體化發展速度的加速，城市區域化和區域城市化已經成為當前城市空間演變的重要趨勢之一。它深刻影響城市的空間形態與資源物質信息資本的流動。與此同時，當前業務化的城市規劃亟需從項目城市空間的同時，充分考慮該城市所處的區域背景，特別是在新型城鎮化城鎮格局的動態變化、快速軌道交通的推動和產業結構優化調整的內在動力的影響下，城市間和區域內的競爭，要求城市規劃理論研究和實踐必須向城市空間向區域空間延展。構建空間績效管理的多元理論、方法和評價體系，注重生態與環境要素的融入，加強區域協調，建立以空間關系為核心的區域協調發展的平臺，并基于此，完善城市與區域空間的發展戰略，優化我國城市與區域空間發展格局，在提高整體空間績效的同時，提升城市與區域的發展水平。

2.2基于智慧技術建立城市碳排放控制規劃

能源是城市發展的首位物質基礎，我國現階段城市能源利用具有對外高度依存、結構高度碳化、利用效率低和污染強度大等特點。既是應對世界與區域性氣候變化的需要，更是為了承載我國城市文明的中長期發展需要，因此，城市能源必須逐步過渡到可持續、低碳、清潔和綠色的利用形態，這與國際城市能源利用的趨勢保持一致。城市的低碳化與低碳城市是應對氣候變化的需要，同時也是城市規劃發展的新模式。構建城市尺度的碳排放估算方法，是低碳發展的重要前提。通過與城市規劃的尺度相結合，如城市形態、土地利用、產業發展、能源利用、交通模式和城市建筑等方面,在規劃設計中引入并落實低碳的理念，逐步形成低碳城市規劃的理論基礎、控制性指標體系和規劃設計導則等，從而構建低碳城市規劃的方法體系。當前，城市尺度溫室氣體或碳排放清單的研究，尚處于起步階段，京津冀、山東半島、長三角、珠三角和四川等地區的城市率先展開。在加強城市尺度溫室氣體排放清單編制研究的同時，注重對能源生產/消費型城市的規劃，提高其應對低碳經濟挑戰的能力。與此同時，我國新區/新城的開發建設，應當從嚴控能源消耗總量與強度的戰略高度，通過低碳規劃實現集約高效發展，促進精明增長。

2.3基于智慧技術促進規劃信息化與城市空間建模

在城鎮化過程中,城市規劃實現了基礎設施建設、規劃設計、規劃管理、規劃監管、規劃參與、業務聯動的信息化，但仍存在對信息技術的作用認識不足、信息化標準的制定滯后、信息資源難以共享等問題。這與當前信息化的高度發展水平不相適應，與此同時，城市規劃過程中涉及可觀的數據資源，相關專項之間存在有機聯系，實現城市規劃信息化，有助于將大數據和云計算的方法引入到城市規劃當中，在實現基礎數據共享化、規劃信息標準化的基礎上，通過建立城市空間數據模型，而逐步形成智慧的城市規劃模型。國內正在研究在規劃系統中將CAD、GIS和MIS集成的數據接口，并得到應用。城市空間數據模型是基于GIS的城市虛擬體，它能夠對未來城市空間增長趨勢和特征進行情景預測,對城市/交通規劃方案、土地和房地產政策的系統性效果和協調性進行模擬和評估,可有效提高城市規劃與管理政策的科學性。我國目前主要是基于案例城市的研究及發展趨勢的總結，來探討城市空間增長的趨勢，認為我國城市空間模型分為四類,分別是基于因果關系的城市空間增長影響因素靜態模型、基于空間發展理論和GIS空間分析的準動態城市空間增長模型、基于系統動力學微分方程(組)的城市空間增長動態模型、以及基于微觀主體作用演變機制的城市空間增長模擬模型。國外已經開發出構建城市空間數據模型的工具（UrbanSim, Tranus, Cubeland等）。伴隨我國城市數量和體量的發展，城市規劃的信息化成為迫切的需要，從自下而上的頂層設計角度考慮，需要對城市的現狀與未來趨勢有動態的仿真模擬與問題警示，因此，從規劃的信息化到城市空間數據模型的構建，是城市規劃研究與實務推進的戰略要點。

2.4基于智慧技術優化城市生態導則和規劃指南

十八屆三中全會，明確提出要建立生態文明制度，其中指出要劃定生態保護紅線。在城市規劃實務展開之初，應考慮將生態保護紅線等生態文明的要素作為城市規劃的底圖盡快構建起來。在城市快速擴張的背景下，將包括生態環境作為先導性工作在城市規劃中予以規范，將生態作為約束條件，來引導城市空間的優化，避免在城市生態環境脆弱地區規模化規劃建設，盡可能減少對生態環境的沖擊。與此同時，從主動改善城市生態環境的角度出發，可通過規劃來闡述城市的生態內涵。我國生態規劃經歷了近30年的發展，起源于土地資源生態化利用的地理學、復合生態系統理論的生態學以及這兩大理論的結合，為提高該領域研究成果在城市空間規劃中的應用，應將生態規劃系統性地引導到城市生態專項規劃中，將生態指標納入空間規劃設計管理中。與此同時，生態規劃應當從純粹的生態學或生境保護延展為城市性生境的規劃，從系統性的角度，至少解決城市的綜合承載力預測（人口、資源環境、能源等），為城市適度發展提供依據；從生態環境保護與改善、水資源綜合利用、可再生能源綜合利用、廢棄物資源化處置利用、低碳綠色交通、綠色建筑和城市智慧管理等方面展開，建立成熟完備的生態規劃方略，突破僅從生態約束的角度來實施生態規劃，使得該專項規劃與城市的規劃建設相適應，并起到積極作用。

2.5基于智慧技術逐步實現規劃的綜合性和公眾參與

由于城市規劃具有城市規劃的“復雜性”、“社會性”與“非科學性”的特征，因此，城市規劃從以物質空間屬性規劃向區域屬性、社會屬性、生態環境屬性和人文屬性等聚合突破現有的總體規劃格局，實現更加全面、綜合的規劃。開展綜合性的空間規劃是未來我國城市規劃體制改革發展的必然要求。目前，我國城市規劃的實踐已經開始重點關注社會經濟、人文發展、區域協調、環境生態等問題，而且這個關注將會持續下去，最終帶來的是整個城市規劃的體制改革，即從專業性的物質空間規劃轉向集物質、政策、社會于一體的綜合性的空間規劃。集成理論與實務規劃案例研究也需要從分散向綜合豐富完善。與此同時，研究城市經濟轉型中城市規劃的響應路徑。

當前，我國新型城鎮化已進入快速推進階段，經濟全球化要求未來的城鎮必須具有國際性的競爭力，僅有中低端勞動技能的進城農民、通過高等教育進入城市的青年知識分子等將成為未來城鎮空間規劃關注的焦點。城市居民階層的分化、社會問題的空間解構等，不僅必須得到規劃設計人員有效的認識和對待，同時也需要提升規劃的公眾參與水平。國外在城市規劃公眾參與方面有豐富的經驗值得我國去借鑒，公眾參與是民主整治的體現與表達，應改善以被動參與為主的局面，使得規劃作為政府核心的公共政策得到廣泛的參與和支持，同時對政府的權利進行有效的約束。城市規劃中的公眾參與權對于我們化解城市化進程中的諸多社會矛盾、培養公眾的公民意識（包括民主意識、權利意識等內容）進而推進中國的法治建設和社會主義和諧社會的構建都具有重要的實踐價值和社會意義。因此，開發綜合性的城市規劃方法學與建立有效公眾參與機制的城市規劃制度的研究是推進以人為本城鎮化的核心，是城市規劃成為公眾權益代表和市民政府的最有效體現。

2.6基于智慧技術解讀城市形態-局地生態系統的關系與空間導引

研究城市生態系統的生產、生活、還原再生功能，它們是既相互區別又密切聯系的統一體，并且這些功能與其結構有對應關系。如要供給一定質量的生態環境，就需要使城市生態環境具有較強的可代謝各種廢物的能力。研究城市生態系統的發生發展歷史，以找出其已有的動態變化規律和特征，還要對城市生態系統的現狀做出評價，對其未來發展變化趨勢做出預測，從而有針對性地對其進行調節和控制，以期達到城市生態系統的最佳功能。

評價城鎮生態支持系統的方法，如能值分析法、物質代謝全過程的生命周期分析法、基于反饋機制的生態控制論分析法、生態系統服務功能、自然資產評價法和基于土地利用的生態足跡法等進一步得到優化，更加趨向從多要素、多變量、復雜過程和交叉性的角度來細致地分解并城鎮化對城市生態系統的劑量效應關系，分別從能流、物流、信息流、資金流以及空間、時間尺度上評價和分析人類活動影響下的生態過程。從過程的量化走向關系的序化、從數學優化走向生態進化、從人工智能走向生態智能。

2.7基于智慧技術量化城市生態功能與氣候變化的關系與適應措施

城市生態系統的功能是靠其中連續的物流、能流、信息流、貨幣流及人口流來維持的。它們將城市的生產與生活，資源與環境，時間空間，結構與功能，以人為中心串連起來。厘清了這些流的動力學機制和調控力一法，就能基本掌握城市生態系統中復雜的生態關系。氣候變化對城市生態系統的影響和沖擊已經成為城市未來發展必須面對的事實，氣候變化正對城市的碳收支平衡造成影響，使得城市的脆弱性伴隨城鎮化的推進，逐漸暴露出來。世界范圍內，不同的城市在對抗災害或環境問題的沖擊時，顯現出截然不同的韌性，如在地震災害方面，2010年海地遭遇7.3級地震，海地首都太子港基本被摧毀，全國約30萬人喪生，2012年3月墨西哥格雷羅州梅特佩克市遭遇7.4級地震，全市經受住了該地震，僅傷亡2人。在城市洪水方面，2010年巴基斯坦去年遭遇特大全國性洪災，大約2000人喪生，1100萬人無家可歸。2011年9月洪災導致巴基斯坦最大城市卡拉奇陷入癱瘓，街道因積水無法通行、汽車受困、加油站受淹，市政部門缺乏有效排水手段。荷蘭首都阿姆斯特丹洪水防御系統使得該市能夠抵御城市洪水的侵擾，成為防洪城市的典范。瑞士再保險最新報告對全球616個中心城市內17億市民面臨的自然災害風險進行了對比分析發現，全球范圍內受到水災威脅的人數超過任何其他自然災害；從面臨災害威脅的人數來看，亞洲城市風險最大。在城市經濟方面，美國底特律（美國汽車之城、世界汽車工業之都）和澳大利亞墨爾本（全澳汽車中心）的經濟狀況是非常類似相似的，同樣受到類似的沖擊，但是他們的應對方式迥異。最終，底特律成為美國歷史上規模最大的破產城市。因此，強化對城市生態功能的演變與氣候變化的響應關系的研究，有助于提高城市文明對氣候變化的抵御能力。

2.8基于智慧技術解析城市生態與生物多樣性的關系與調控機理

城鎮化的過程中，城市的空間結構對生物的多樣性會產生深刻的影響，早年就有學者揭示了該現象并指出了問題的嚴重性。深化研究城鎮化進程中生活多樣性的影響因素、變化特征與影響機制，對于識別和緩解人工環境對城市綜合生態鏈的沖擊具有方法學意義。通過對城市生態系統評價、預測、區劃、規劃、優化模型研究，用動態系統論方法、數學模擬等動態研究城市變化對于城市生態系統的影響，通過主動減緩影響和被動開發適應性策略，來保障城市住區生物的多樣性，實現市民與生物的和諧，營造生態良好的生物環境。

2.9基于智慧技術建立城市人居環境問題診斷和調控工具包和政策庫

城市的表現形式是社區、城區和區域的格局、形態，而城市的內部核心是生態的“生”。人作為復合生態系統的主體，其日常生活活動對城市生態系統功能的好壞起著重要作用。從可持續發展的口號走向生態建設的具體行動，這是當今國際城市人居生態研究的主流。徐匡迪曾指出，全球公認50％是一個轉折點。在達到50％以前，城鎮化主要依靠勞動密集型產業拉動，而且主要是以生產輕工業品和一般勞動密集型產品為主。而超過50％以后，就要依靠科技創新促進經濟發展，但如果沒有這樣一種動力，這個時期可能會是城市病集中爆發期。我國大中城市不同程度面臨著人口膨脹（密度過高）、、市政設施負荷過重、能源短缺、交通擁擠、環境污染嚴重、城市生態失衡、土地緊張、就業困難、社會秩序紊亂（犯罪）和社區衰落，建設資金短缺、地價昂貴、住房緊張、貧富懸殊等問題。這些都是我國目前人居環境的突出問題，以城市空氣污染為例，城市病發病的城市占到中國城市的，危害人口4.4億。從2013年12月1日開始，江蘇、浙江、上海等地發生了嚴重的霧霾，5日上午10點，南京市的PM2.5濃度高達411微克/立方米，上海市PM2.5濃度達到459微克/立方米，都遠遠高于國家標準。因此，應當正確認識城市病的存在，通過診斷城市的發病機理，提出對城市進行批量“體檢”，掌握我國城市病態程度與時序性的動態變化特征，為城市病治理提供量化或半量化的依據，盡量避免成型、特別是成規模的產業格局對于城市病的貢獻，通過升級改造而對社會產生不可估量的沖擊，如，由于大城市病的倒逼作用，北京為疏散百萬人口于2013年12月底發布了整體搬遷若干人口和交通集聚業態的報告。深化對基于我國國情城市人居環境問題診斷和調控改善的研究，以促進城市人居環境科學微觀和宏觀尺度研究的耦合。

2.10基于智慧技術從城市生態代謝出發仿真城市產業生態系統

城市代謝過程研究是實現城市生態規劃和環境管理等實際工作優化與決策的關鍵理論問題之一。深化對社會、經濟、自然生態系統各組成要素基本特征的研究。如城市人口、城市氣候、土壤、城市生物、商業、工業等的基本特征，以及各要素的相互關系和相互作用及效應。這些單項的基礎研究是構建城市總體系統模型的基礎。產業過程是人類對自然資源的生產、加工、消費、流通、還原的一類復合生態過程，涉及物、事、人和環境相互關系的生態學。運用能值方法和評價指標，研究城市生態代謝系統的結構與功能，特別是與土地利用之間的耦合變化關系，識別調控的機理，通過重點研究生態城、生態住區、生態交通、生態代謝、生態能源、雨水資源利用、生態修復以及生態產業的規劃設計管理等，來促進城市產業生態學的發展。

三、結語

依托城市規劃和生態文明建設并實現有機結合，將為智慧城市的內涵式建設提供技術需求依據，通過也助推后續運營端的開發和收益鏈的實現。做好智慧技術的需求分析與功能設計，實現與城市應用的對接，是保障智慧城市建設成效的重要關節點。

作者簡介：徐振強，中國城市科學研究會數字城市工程研究中心副主任，副研究員，北京大學博士。住房和城鄉建設部“十三五”科技戰略規劃“智慧城市”編寫組成員，新華網智慧城市專家庫成員、瞭望智庫特約研究員。