面对世界范围内的快速城市化及其对区域可持续发展的威胁，社会各界掀起了一场轰轰烈烈的城市规划与城市增长管理的新思潮。而基于微观动态模拟方法的城市增长系统动态模型，为城市规划和增长管理方式的探索提供了新的工具。改革开放以来，烟台市城市化取得了明显进展，但也带来了诸多问题。在这种背景下，开展烟台市城市增长系统动态与城市规划创新研究工作是十分必要的和迫切的。该项目基于遥感、地理信息系统(GIS)与计算机模型模拟手段，从多学科角度，实现对城市增长系统动态的模拟、预测及其环境影响评估，确定有利于生态环境保护和居住家庭福利效用最大化的城市空间发展模式，并进一步探讨城市规划与增长管理的新方法，以提高烟台市城市化过程管理与区域可持续发展决策水平，促进烟台市社会经济和生态环境的协调、健康发展。

1 背景-城市化与可持续发展

19世纪以前，全球只有百分之几的人口居住在城市，而当今的城市已居住了全球人口的50% 左右。随着世界人口数量的不断增加，城市化进程将在全球范围，尤其是发展中国家加速。我国是一个人口大国，伴随着人口的持续增长和经济的快速发展，城市人口从1979年的1.7亿人增加到2004年的5.4亿人，城市数量从193个增加到661个，城市化水平从17.9% 提高到41.8%，年均增长0.92个百分点，比发达国家快了2-4倍。未来几十年，我国的城市化过程将呈现出进一步加速的趋势。据联合国人口基金会预测，2030年我国的城市居民将增加到9.1亿，城市化水平将达到64%。 城市化意味着城市建设用地在空间上的扩张，这是一个复杂的时空转换过程，最终使得以自然为主的土地利用/覆盖变成以工厂和住宅为主的人为土地利用/覆盖，往往导致对各种自然过程如径流、蒸散发过程和生态过程等的改变，带来复杂的生态环境后果，影响城市、区域甚至全球的可持续发展。因此，政府管理部门需要制定确实有效的规划和相关政策控制和引导城市建设用地合理扩展。

2 新思潮-城市规划与城市增长管理方式的反思

城市规划，特别是城市总体规划作为引导和调控城市建设，保护和管理城市空间资源的重要依据和手段，在指导城市有序发展、提高建设和管理水平等方面理应发挥重要作用。但是在快速城市化背景下，我国的城市规划并没有起到良好的引导和约束作用。相反，在大部分地区，城市建设土地审批管理不严格和房地产开发过热等现象，造成城市规模盲目扩大，耕地大量流失，水资源短缺，土壤和水污染严重等生态环境问题，经济的繁荣与生态的平衡之间的矛盾日益激化。那么如何化解快速城市化导致的人地关系危机以及由此引发的社会问题，实现城市可持续发展目标呢？国内外社会各界，尤其是政府管理部门和城市规划界，纷纷献计献策。复杂性科学理论、可持续发展理念、景观生态学和生态学思想逐渐被引入城市规划和政府城市管理中，从而掀起了一场轰轰烈烈的城市增长管理与城市规划的新思潮。 在美国，20世纪50年代以来的城市蔓延问题使得美国民众、规划专家及社会各界逐渐认识到其对环境和社会分裂的负作用，纷纷进行反思，提出需要对城市增长进行管理，并提出了积极的城市和社会变革方案，其中包括目前具有广泛影响力的“精明增长”、“新都市主义”和“可持续发展”，从而形成一场轰轰烈烈的规划运。针对这些规划思潮，美国各界探讨各种增长管理的“工具”或“技术”，包括各种特殊类型的管理法规、计划、税收政策、行政手段、审查程序等。传统的综合规划、分区条例、土地分割管制和基础设施改造计划是增长管理工具的四块基石。而最为著名、应用最普遍的一项增长管理工具要算俄勒冈州首创的城市增长边界(Urban Growth Boundary, UGB)。所谓城市增长边界就是围绕现有城市划出的法律界线，用于限制城市地区的增长，并作为分区管制和土地利用决策的依据。目前该方法已经作为非常流行的工具，应用到美国多个州及各个层面的城市规划中。实践证明，这些城市规划与城市增长管理的新思潮对解决因城市蔓延而带来的严重的社会、经济和环境问题，如城市低密度无序扩张大量吞噬自然景观和农田资源、郊区化引起旧城中心衰落、城市内部出现阶层与种族分化、市政设施效率低下、交通拥挤及郊区缺少社区氛围等，均有重要的支持作用[3]。 针对美国城市增长管理的实践和中国城市规划的不足，国内学者也对传统规划理念进行了反思与探索，提出了许多旨在促进城市可持续发展的城市规划与管理的新思想。比如倡导实施可持续发展的城市规划，提出将城市生态规划、城市景观生态规划纳入区域和城市规划之中。其中，我国学者俞孔坚先生提出的“反规划”(Anti-planning)理念很具有代表性。“反规划”即城市规划和设计应该首先从规划和设计不建设用地入手，而非传统的建设用地规划。“反规划”就是规划和设计城市生态基础设施，并提出城市生态基础设施建设的景观安全格局方法。国内外生态规划的思想、绿地优先的思想、景观规划的传统都可以作为对“反规划”概念的一种理解，但是反规划是一种全面系统的空间规划途径，是一种基于前人丰富成果的整合，而更重要的是在中国当下规划方法论面临危机的情况下提出的，以应对急速的城市化进程和不确定的城市空间发展。浙江台州规划是“反规划”的一个经典案例，而北京目前正在实施的《北京城市总体规划(2004-2020年)》中提出的“限建区”规划理念也是对“反规划”这一新规划途径的思考。

3 新工具-城市增长系统动态模型

城市规划新方法和新增长管理方式的探索，需要建立在对城市化过程基本规律和城市增长系统动态深入理解的基础之上。然而，城市增长系统是一个典型自组织系统，表现出非线性、突变性、自组织性等复杂性特征，使得难以用传统的方法和技术进行研究。近年来，随着遥感、地理信息系统(GIS)和系统理论特别是复杂系统理论的发展，以及社会对城市增长管理和可持续发展的要求，借助遥感、GIS，从复杂性科学理论和多学科角度，利用多种微观动态模拟方法对城市增长系统动态进行模拟研究受到重视，如基于元胞自动机(Cellular Automata，CA)和多智能体系统(Multi-agent systems, MAS)的城市增长模型模拟。这些动态模型试图从微观入手，探索地理微观空间实体之间相互作用形成宏观地理格局的动态过程；可以对复杂的城市增长系统进行模拟及调控实验，为城市规划提供辅助决策依据。 元胞自动机(CA)是一种“自下而上”的动态模拟建模框架，具有模拟地理复杂系统时空演化过程的能力，在城市扩张模拟中具有巨大的优势。许多学者在不断扩展标准CA的基础上，结合分形理论、多因子评价模型、人工神经网络、马尔柯夫链、多智能体系统等模拟方法和 GIS、RS技术手段，先后对城市系统动态进行了深入研究，构建了相应的城市扩展CA模型，并进行了实际应用研究。基于CA的城市扩展模型可以对过去城市扩展进行动态模拟，并实现基于历史发展趋势的未来预测；产生优化的城市形态和城市空间结构；进行各种政府政策与决策的评估；与其它环境模型进行结合，评估城市扩展所带来的生态环境效应。这些模型对模拟结果予以空间直观表达，使决策者能形象地看到各种可能的土地利用政策和城市管理方式造成的生态后果，从而提高决策的科学性。 城市扩展CA模拟多侧重自然环境因素，缺乏考虑复杂的空间决策行为及人文因素。而多主体系统(MAS)可以直接捕捉许多自然和人为系统相互作用特征和这种相互作用产生的复杂系统行为。对于城市系统来说，多主体模型可以用来反映城市复杂系统中不同的角色在影响城市和土地利用系统演化中所起的复杂作用。利用CA与MAS相结合，可以有效地探索多智能体与环境相互作用而导致城市和区域宏观空间结构的演化过程。通过把政府的规划决策行为、环境经济资源学分配理论及可持续发展理论融合到模型中，可以方便地获得不同的规划情景，为城市土地资源可持续利用提供了一种有用的规划工具。 因此，在城市化迅速扩张和遥感数据资料日益丰富的背景下，发展城市增长系统动态模型，模拟各种情景下的城市扩展过程与空间格局，并评估潜在的生态环境影响，已经成为当前城市规划者、经济学家、生态学家和资源管理者制定可持续发展决策的重要工具。比如我们可以将城市CA模型与“反规划”思想相结合，进行区域生态安全格局不同级别下的城市扩展情景模拟，提供多个城市空间发展可能方案，供规划师加以评估、比较和选择，从而确定较为合理的城市空间发展模式，为城市的可持续发展提供科学依据。