基于CAS-CA建模的山地城市适应性规划分析方法研究

This research aims at exploring the dynamic mechanism of spatial evolution emerged in mountainous cities by adopting the paradigm of complex adaptive system, in order to resolve the problem of spatial disaster risks paralleled with mountainous urban development. Given the restriction of mountainous natural environment, it firstly analyzes the influential factors to urban spatial growth in terms of urban external stimulation, transport hub guidance, and adaptive choice for functional space. In the next step, it investigates the way how organization behaviours of functional spatial subject in mountainous cities adapts to natural environment, and then establishes a ruling system regarding urban functional subjects and environment adaption based on CAS stimulation-reaction rules. Lastly, it defines the functional subject and the environmental impact factor as grid cell based on GIS grid modelling technology, and attempts to build a prototype of the adaptive planning support system for mountainous cities via integrating and optimizing the existing adaptive planning model for mountainous cities, which based on CA, and taking mountainous cities in the western Fujian Province as case studies. In sum, this research makes efforts to establish a planning framework for mountainous cities, integrating theory, methodology and technology, which provides a new scientific method for mountainous urban planning in practice.

针对当代中国山地城市空间增长中的自然环境灾害安全风险突出的现实问题，引入复杂适应系统的研究范式，在剖析山地自然环境因子对城市空间发展约束机理基础上，从城市外部因素刺激、自然地理环境约束、交通枢纽引导、功能空间适应性选择等方面探索山地城市空间演进的动力机制；进而，在厘清山地城市功能空间主体组织行为与自然环境的适应性作用模式基础上，建立基于CAS刺激-反应规则的城市功能主体与环境适应规则体系；进一步，运用GIS栅格建模技术将功能主体和环境影响因子定义为栅格元胞，通过整合和优化基于CA的山地城市适应性规划空间分析模型，结合闽西山地城市的实证研究，来研发山地城市适应性规划支持系统原型。本研究致力于建立一种"城市适应自然"的山地城市规划分析理论框架和方法技术体系，是对城乡规划学新理论和新方法的一次有益探索，将有可能为我国山地城市规划实践提供一种科学化的全新分析手段。

近年来，我国正在努力推进以生态文明为核心价值的新型城镇化建设。然而，在山地城市空间快速增长中自然灾害给城市带来的生态安全风险问题日益严重。基于此，本项目以系统整体论思想为指导，借鉴中国传统哲学的阴阳五行学说，开创性的提出了适用于中国城镇化发展的城市复杂适应系统（UrbanCAS）理论模型，其具有5大物质（用地、建筑、交通、基础设施和园林）子系统和5大非物质（社会、经济、文化、管理和生态）子系统相互适应耦合的“双螺旋结构”特征。进而探析了山地城市空间发展中在多种自然环境因子约束下呈现出被动和主动两种方式的适应性规律。研究进一步解构了城市功能主体在外部刺激因素作用下对自然环境因子进行适应性调整的山地城市复杂适应系统空间演进动力机制，明晰了主体适应性耦合模式和相互作用机理。.在上述理论成果支持下，本项目面向解决城市规划重大问题，全面构建了山地城市适应性规划方法体系，在规划空间建模方面取得了一系列开拓性成果。首先，将经典的、单一指标体系的建设用地适宜性评价模型改进为具有多主体适应内涵的多种功能用地适宜性评价模型；其次，通过重构产业、居住、公共服务、交通等功能空间的相互适应规则，并将其指标量化生成权重矩阵，建立多因子空间综合评价函数，系统地建构了城市功能空间拓展和优化布局的适应性空间分析模型体系；此外，还建立了基于山地城市上游洪水过程变化模拟的流域生态调控及其防洪减灾规划方法，研发了基于CA模型的山地历史城区洪涝减灾模拟技术方法。进一步结合长汀、南京和洛阳等实证城市在规划编制和管理中需求，依托专业GIS平台，建立了实证城市的总体规划和名城保护规划等空间数据仓库，初步研发了适用于山地城市的智慧型规划支持系统原型。.本研究是对城乡规划学科本体新理论的有益探索，基本上建立了“城市适应自然”的山地城市规划理论框架和方法技术体系，项目成果将为我国智慧城市规划实践提供一种科学理性的全新分析手段。