城市规划系统观与方法论创新，本文主要内容关键词为：方法论论文,城市论文,规划系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 我国城市规划方法需要创新
城市规划应用系统工程和计算机技术最早发生在20世纪60年代的英国。受到系统工程技术在解决大型复杂的工程问题所取得成果的鼓舞，一些系统工程专家开始将系统工程技术和计算机应用于城市规划系统分析。他们热衷于建立数学模型，用计算机求解，以解决土地利用、交通组织、设施布局、物资运输等问题。到了20世纪70年代，城市规划中纯定量分析逐渐减少了，原因是这种在硬系统设计中行之有效的方法对于解决复杂的城市规划问题未能产生预期的效果。由于数学模型的复杂和必须使用当时看起来既昂贵又神秘的计算机，使得一般规划技术人员和市政府官员对于城市规划变得无所作为，公众参与更被拒之门外，最后招致人们对于系统工程用于城市规划的种种责难。
20世纪70年代，美国出现了政策科学，将系统工程用于处理社会问题。我国在普及推广系统工程应用时，一开始就面向社会经济和改革开放的一系列复杂问题。著名科学家钱学森认定系统工程“是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法”。从这时候起，系统工程技术在我国开始应用于城市与区域规划。20世纪80年代末期有陈秉钊教授的《城市规划系统工程学》和张启人教授的《城市规划系统工程》两部专著问世。这时期系统工程在城市规划中虽有不少应用实例，但总的说来无论是普及还是深入研究均做得很不够。时间又过去了整整十年，上述情况并没有多少改变。城市与区域的复杂系统性质没有充分地揭示，许多规划师还没有建立起对城市和区域规划的系统观，更不会熟练运用系统工程方法来进行规划编制，城市规划还没有从根本上打破建筑学的樊篱。
笔者认为这种状况的存在与我们的规划教育和规划成果评审有关。一些学校的规划专业没有开设系统工程课程，规划评审对成果的定性定量依据很少追究。因此，我们认为，在规划技术创新中，方法论创新是根本性的。
2 城市与城市规划系统观
要在城市和区域规划中很好地应用系统工程新技术，首先必须建立起对现代城市及城市规划工作的系统观。
2.1城市规划编制工作的系统划分及其相互关系
从大的方面讲，城市与区域规划工作涉及三类系统。
2.1.1空间地域系统(S[,3])
城市和区域属于空间地域系统，这种系统的属性下面还要阐述，这里要说明的是它有两种划分，即系统——子系统和系统——分系统划分。所谓系统——子系统划分是一种不同区域层次的划分，基于块块的概念，如城镇群体——整个城市——各分区——各小区等，它对应城市规划编制中的各层次规划。所谓系统——分系统划分基于条条的概念，如道路系统、电力系统、供水系统等等，它对应各专业工程规划。子系统的层次性和分系统的层次性构成子系统——分系统矩阵，这对于一项具体规划的定位很有意义。
2.1.2管理决策系统(S[,1])
城市与区域规划的编制工作构成一个管理决策系统。包括人员组织，经验、知识、价值观体系，工作程序，技术支持系统。城市与区域规划编制工作不是个别规划师的设计活动，而是一个多维结构的系统工程。常有这种情况发生，即某些城市将规划设计完全外委给某个有名望的设计单位，而受托单位派出的规划人员未必能代表单位的技术水平，但却以权威自居，地方的规划管理人员插不上手，结果花钱不少，规划无用。这反映了某些人对规划工作的片面认识。
2.1.3图文概念系统(S[,2])
城市与区域规划成果是一个以图形和文本表达的概念系统，它只是人们关于城市与区域未来的一个模型，模型永远不等于实际事物。这里容易造成误会的是，以为规划图纸和文本能反映全部城市细节，或者规划能全部实施。必须看到，直到目前为止，所使用的图文分离的表达方法并不能适应城市规划信息管理的要求。笔者认为城市规划编制成果可以采用GIS的图形对象与属性值相关联的形式。
城市规划工作是一个无休止的循环过程（图1）。由于不可控制的因素存在，城市的实际发展进程总是要偏离规划控制的方向，下一轮规划应该确认合理的现状并制定新的规划以引导和控制城市进一步发展。
图1 城市与区域规划三系统的关系
2.2现代城市的系统性质及规划原则
(1)自然性及与自然协调的原则
城市系统的自然属性是客观存在的：最初的城市是在自然条件好的流域发展起来的；自然条件的巨变可导致城市的兴衰；自然资源可作为城市发展的重要条件；自然地形影响城市用地与设施布局等，这些也都是规划师熟知的。而我们之所以注重城市的自然性还在于城市的主体——人与自然的关系变得越来越重要。城市以人为主体，而人是自然的产物，也是自然的一部分。人对自然物的需求，人对自然环境变化的承受能力，人的美感均是人在漫长的进化过程中形成的，过度的环境改变对人是有害的。因此，在城市建设方面人类应由“利用”与“改造”自然走向人与自然的合作，人与自然的协调应成为城市规划的一条基本原则。
(2)城市的人文性与自适应原则
城市以人为主体。在社会学家看来，城市是根据共同的社会目标和各方面的需要进行协调的社会实体。个人和团体根据自己的生存和发展目标考虑行动方案，采取对策。当外部世界变化后，他们的价值观也会改变，因而产生下一个目标——行动的循环，这就是所谓人的行为模式。大多数人的反复的行动就产生了规划学意义。空间、活动、行动路线成为城市规划师关心的重要要素。由于个人或团体的生存和发展所需资源是有限的，一方面人们必须适应环境，另一方面不可避免地产生竞争。适应和竞争是人文系统的一大特征。城市规划以合乎理性的原则引导大多数个人和团体选择活动场所和行动路线，同时规划也要提供可供选择的场所和路线。这种过程是自适应的，过分地强迫或不加控制都不行，自适应是又一重要原则。
(3)城市系统的空间地域性与区位原则
城市在区域中可视为一个点，它实际上占有一定面积。每个城市在区域中的位置及城市内各地段的相对位置是不可改变的，这就产生了相对的区位条件的优劣。城市规划的区位原则直接演化出点——轴原则。城市应尽量布置在交通便利的轴线上，同时也应开辟新的发展轴线，布置新的增长节点来改善某些地区、地段的区位条件，以促进城市的发展。还必须看到，信息技术正在改变传统的区位观念。
(4)城市与区域的层次性及控制与反馈原则
城市和区域是分层次的。层次性的基本原则是：上层次对下层次有控制作用，下层次对上层次有反馈作用。总体规划、分区规划、详细规划的关系就是如此。层次关系也是局部与整体的关系，对于空间地域系统，它们实际上在同一“平面”上，局部与整体相互包容、相互纠缠，不可避免地存在“层次悖论”。如要作好城镇体系规划，必须以各城市制定的总体规划为基础，反过来，城市的总体规划必须以体系规划作为指导，如此等等。层次悖论的出路在于下面谈到的旋进原则。
(5)城市系统的难度自增殖性及旋进原则
解决城市问题的困难程度会随着城市的发展而增加，这种性质称为难度自增殖性。如随着城市的发展门槛费用会越来越高，对城市问题做出决策的难度也越来越大。处理难度自增殖系统规划问题采用线性思维方式和单一的规划手段不能凑效，应遵循“旋进原则”。典型的方法有定性分析与定量分析交替、宏观分析与微观分析交替、远期规划与近期规划交替、领导决策与专家研讨交替等等。
(6)城市系统的开闭性及竞争、协调原则
社会系统的开放性与封闭性是对立的统一，城市系统也不例外。开放性是城市存在发展的前提，封闭性是城市发展的条件。每个城市依据开放性要排除使自己走向混乱和衰退的因素，同时吸收对自己有益的资源，这就势必导致竞争。但从更大范围来说，必须通过规划来协调矛盾，优化配置资源，促成合作与互补。城市有条件地吸收外地人口，高速公路只开一两个入城口子，有机疏散的空间结构等均是开闭性对立统一的例子。
(7)城市系统的混沌性与规划的弹性原则
混沌是20世纪物理学的第三次大革命。在诸多定义中，有一个定义称“混沌即不可预测的行为”。城市与区域是非线性系统，而混沌是非线性系统的本质特征，经济全球化和信息化加剧了城市与区域的混沌性。也就是说城市与区域的长期演变本质上是不可完全预测的。“混沌是有序之源”，因此它不全是坏事，混沌是富信息的，它提供机遇。规划师对远期规划应留有弹性，应考虑到新的机遇出现时城市有应变能力。规划师不必过分责备规划预测的不准确，也不应过分责怪领导意志破坏规划的权威性。城市总是处在部分有序，部分混沌的长河中。
限于篇幅，本文不能对上述系统性质展开详细分析和举例，还有其它一些系统性质没有提及。不过我们已经可以看到现代城市的复杂性。揭示这些性质，明确相应的规划原则对于建立现代城市的系统观念和在城市规划编制中正确使用系统工程新技术很有必要。
3 城市规划系统工程方法论
我们在解决复杂的城市与区域规划问题时可能遇到如下许多困难：
①一开始由于缺乏相关知识，对要解决的问题描述不清楚，自然目标也不明白。
②随着对系统描述越来越细，要考虑的变量越来越多，以至于无法建立数学模型，或者模型过于庞大连计算机也难于分析。
③问题涉及面广，要招集大量有关领域专家。
④如何将大量数据、模型、专家经验和知识有机地融合到分析中，也是一个复杂课题。
⑤规划所需要的信息和数据难于或根本无法得到。
⑥对从不同角度、不同侧面分析的结果缺乏有效的系统综合方法。
尽管有关城市规划系统工程专著介绍过一些系统工程流程图，不过它们大抵上只是霍尔的系统工程流程的应用。形式和内容均不能满足解决复杂规划问题的需要。实际上，鉴于上面谈到的困难，我国科学家钱学森提出“从定性到定量综合集成研讨厅”思想具有相当的超前性，同时又很符合我国民主集中制的国情。该系统工程新技术的实质是将专家体系、统计数据和信息资料、计算机技术三者结合起来，构成一个高度智能化的人机结合系统。下面结合城市规划阐述这一先进思想的应用要点。
3.1城市与区域规划问题一般分析步骤
(1)问题定义 一般说来，问题表现为人的需求及需求受到的制约。在规划中发现和明确问题十分重要。一开始，城市决策集体可能只有一些模糊的、主观的需求意向，还不能用准确的概念表达，需求受到哪些限制也不很清楚，这就需要有一个发现和明确问题的过程。
(2)建立目标 一开始，人们只有一些关于城市发展目标的高度概括但又相当含糊的陈述，如“希望城市的交通便捷”。但为了便于检验与评价，目标应表达得更为具体，达到定量化程度，如“由市中心区上高速公路花15分钟时间”。
(3)建立评价指标体系 根据问题的性质和要达到的总目标，将复杂的决策问题分成若干子问题，形成一个阶梯层次结构体系，像熟知的层次分析法结构图一样。
(4)建立模型 构造一组合适的模型，描述子系统组成变量及其间的关系，并考虑决策者的偏好。
(5)资源集成 将各种定性、定量分析方法、领域专家的知识和经验、统计数据、相关领域的计划、政府的政策等一切可利用的资源，通过传统方法或分布式计算机网络有机地结合起来，供分析问题用。
(6)系统综合 将各子系统综合成一个整体，即构思规划方案。
(7)系统分析 对综合出来的规划方案根据目标体系进行计算、模拟、评价，得出各方案的满意程度，找出各自的利弊。
(8)优化与决策 对备选方案进行比较排序，选出一定意义下的最佳方案供决策者参考，决策集体最终选定方案。
在进行系统综合、分析、优化与决策时，都要涉及到规划原则和价值观等问题，这就需要充分考虑前面谈到的现代城市的系统性质。
3.2从定性到定量
上面的步骤只是大的逻辑秩序，钱学森创导的系统工程新思想的一个重要原则是从定性到定量。要实现对复杂规划问题从定性到定量的系统分析，可以借用学者李习彬提出的“一般系统方法论”框架来实施，该框架为一“品”字形结构（图2）。
图2 一般系统方法论的品字形结构
这一框架的特点是首先强调发现与形成问题。通过需求导向，可能发现大小各种问题，然后对问题进行结构化是否良好的分类，用不同的方法解决不同性质的问题。以城市总体规划的两个规模论证为例，就不只是选择哪个人口预测公式的事，要涉及到区域城镇体系布局、城市的发展条件、发展策略、定性定位问题。这些问题是非结构化的，适宜用定性分析，主要依靠规划师的知识和经验。除此之外还涉及到城市化水平预测、人口与用地的分期规模预测、空间布局、耕地置换等问题，这些问题有国家标准、规范和可供选择的定量计算公式，属于结构化问题。因此总的说来，定性分析解决城市发展规划问题，定量分析解决建设规划问题。还必须注意到，定量分析受定性分析的指导，定性结论必须寻求定量分析的支持。笔者通过实践体会到，当前正在蓬勃发展的地理信息系统技术作为空间定性、定量分析的有力工具，电子表格Excel作为一种功能强大的非编程数据处理工具应当引起规划师的重视。我们应该明确系统工程产生有两个基础：一是系统统，另一是强调问题的工程方法、构筑数学模型、应用计算机辅助设计。因此，掌握定量分析方法和计算机工具仍是规划师应具备的能力。
3.3综合集成
3.3.1系统综合
构成城市规划方案的过程就是系统综合的过程，前面谈到的城市系统划分有子系统划分和分系统划分，因此，城市规划方案综合构思从三个方面展开：①空间地域子系统综合，按层次有城镇体系、城市组团分区、用地功能布局等；②工程设施分系统综合，按功能分有道路、给排水、电力、电信规划等；③子系统和分系统的再综合。系统综合主要依靠规划师的知识和经验，要注意根据不同的侧重点形成多方案，方案之间要拉大差距，切忌在一个自认为较好的方案上修补。方案的开发很大程度上依赖于概念的开发，囿于传统的观点很难有方案的创新。例如，信息化和经济全球化导致空间经济结构的重组可能给城镇产业结构带来巨变；行政界线的改变或稀缺资源的有偿引入可能解除对城镇发展的束缚。这种情况下，方案完全可以是另一个样子。
3.3.2资源集成研讨
资源集成的核心思想是尽可能地运用规划专家、其它各领域专家、决策集体的知识去解决复杂而重大的规划决策问题。研讨厅有两种工作方式，即通用研讨和面向特定问题的研讨。前者是在资源共享的网络环境中主持会议、发表意见、查询和浏览专家的公开意见；实现发言内容的记录和显示；完成专家意见的收集和电子表决功能。后者是利用研讨厅环境，针对某个具体问题建立自主式的人机交互系统，对有关模型深入分析。研讨厅的具体模式有：
(1)会议模式 包括当前普遍采用的专家研讨会议、评审会议和正在发展起来的远程电子会议。
(2)专家调查模式 通过问卷或电子邮件调查专家对规划问题的看法。
(3)推演模式 用计算机模拟待建系统的运行情况，对其中每个步骤的不确定性进行研讨。因此，真正现代意义上的综合集成研讨厅是一种人机结合的研讨系统，目前建立和运行这种研讨系统的技术条件正在成熟。
4 支撑工具与技术
“从定性到定量综合集成研讨厅”不是一种具体的技术方法，而是一种研究和解决复杂巨系统问题的思想框架，是集计算机技术、决策技术、系统工程技术为一体的、跨学科的综合性研究领域。要在城市规划工作中应用综合集成研讨厅，必需具备三种支撑工具。其一，信息支持。城市规划所涉及的信息是非常广泛的，在目前采用传统方法进行城市总体规划时，也需要分门别类地收集基础资料，不过对收集的信息利用程度并不高。最成问题的是，收集的信息没有建立数据库。城市和区域规划决策所需的信息主要是空间信息，然而可供规划使用的地理信息系统数据几乎一片空白，这方面的基础性建设任务还十分艰巨。其二，定性、定量模型支持。可供规划师选用的模型已经有不少了，如定性推理与模糊决策模型、工人神经网络模型、聚类分析模型等适用于结构化不良的问题分析，各种现代统计分析模型适用于定量分析。其三，知识支持。当前要强调规划师，特别是年轻规划师学习相关领域的知识。如电信规划，已经远不是计算每百人多少部电话的问题了。知识的问题也不只是学习现有知识的问题，从数据库包括空间型数据库中挖掘新知识、发现新知识已是当前的热门技术。
研讨厅是一个人——机结合系统，必然要以现代计算机技术为支撑。而大规模并行处理技术、多媒体技术、人工智能、虚拟现实以及通信与网络技术获得飞速发展，为综合集成研讨复杂的规划问题奠定了技术基础。
5 结束语
今后的5至10年，我国将面临繁重的城市化和社会信息化任务。因此，我们正处在城市规划技术创新的最佳时期。我国的系统科学在世界上是领先的，规划界应再次面向我国系统科学宝库，树立起现代城市的系统观念，采用最先进的系统工程新技术来改造传统的规划技术。
[收稿日期]2001-03-05