城市新區規劃方法的創新研究

摘 要： 傳統的區域規劃方法存在著目標單一、成果剛性、缺乏系統觀等不足，已逐漸不能適應城市新區快速發展的需要。本文基于系統動力學理論（SD）與數據包絡理論（DEA）提出一種城市新區動態規劃模型系統，可對城市新區的發展形成動態、連續、系統的決策支持，保證了城市新區規劃整體目標的逐步實現，并結合天津濱海新區空港加工區的案例，論述了該模型建模的過程，對結果進行了分析，為城市新區規劃方法探索出一種新的思路。

關鍵詞：城市新區；動態規劃；系統動力學（SD）；數據包絡法（DEA）；系統控制；天津濱海新區

中圖分類號：TU984文獻標識碼：A 文章編號：1009－9107（2008）04－0048－05

我國城市新區的快速發展帶來了城市新區規劃的興起，其使用的理論和方法主要還是基于傳統的區域規劃理論。面對規劃區域內人口、土地、經濟、資源、環境等方面矛盾日益突出的局面［1-3］，傳統區域規劃由于目標單一、成果剛性、缺乏系統觀等缺點已逐漸不能適應城市新區快速發展的要求。［4］例如：傳統規劃以靜態規劃為主，規劃成果缺乏可持續性的科學發展觀，規劃目標與實際需求隨著時間的推移逐漸相背離［5］；以經濟效益最大化為原則進行開發設計，沒有對規劃的社會效益和環境效益進行系統聯動分析，片面追求區域經濟指標增長，導致區域畸形發展或區域發展后期動力不足等等。［6］

因此構建一個城市新區動態規劃模型系統，使其能夠對影響城市新區發展的各種因素的變化做出靈活、機動的反映，滿足規劃的連續性和周期循環性要求，并通過不斷地建立目標，解決目標提出的問題，提高規劃指標的可預測性和可控制性已十分緊迫。［7-8］

一、動態規劃模型系統原理分析及構架設計

本文提出的城市新區動態規劃模型系統是基于系統動力學（SD）與數據包絡理論（DEA）理論，根據城市新區的開發模式和內在邏輯關系建立，統籌考慮新區經濟、社會、環境、資源等各方面要素，通過構建城市新區經濟社會系統仿真模型和參考模型，對兩者的運行指標進行分析對比，進而對新區規劃形成動態、連續、系統的決策支持。同時，該系統可以結合新區的發展進行動態調整，通過對系統相關參數的修正，可對新區規劃的關鍵指標進行實時控制與管理，使新區規劃可根據實際執行情況以及環境狀態的變化不斷調整和完善，從而保證新區規劃整體目標的逐步實現和區域競爭力的持續提高。城市新區動態規劃模型系統構架圖如圖1所示。

圖1中仿真模型部分運用系統動力學方法（SD）構建仿真模型，以可持續發展為系統目標，動態模擬系統的發展行為和趨勢，從而對系統的初始狀態、行為過程進行配置和管理，維護系統的良性發展，并根據所獲得的信息分析和研究系統的結構和行為，以便為正確決策提供科學依據。仿真模型建模思路及步驟為：首先對目標新區進行系統分析，調研并找出新區中存在的主要問題，明確建模的目的，確定系統邊界；然后對目標新區進行結構分析，劃分子系統，選取變量，建立系統流程圖，編寫系統方程組；之后進行系統模擬仿真，完成模型的相關檢驗，并根據建模目的，選取控制變量設計方案，對方案進行分析比較。

圖1中參考模型部分運用數據包絡方法（DEA）構建參考模型，對選取的參考區域相關發展指標進行預測，通過與仿真模型相關數據對比，實現對目標新區規劃方案的決策支持。參考模型建模思路及步驟為：首先對目標新區進行分析，明確評價的目標，并圍繞評價的目標對評價的對象進行分析，確定各種因素的性質，考慮因素間可能的定性與定量關系，對結果進行定性的分析和預測；然后建立評價指標體系，選擇決策單元，根據有效性分析的目的和實際問題的背景選擇適當的DEA模型進行計算，通過對計算結果進行分析和比較，并根據定性的分析和預測來考察評價結果的合理性。最后通過回歸方法構建參考模型。

二、分析案例

（一）天津濱海新區空港加工區概況

該區域地處天津濱海國際機場東北側，于2002年設立，規劃面積49.2平方公里，距市區3公里，距港口30公里，距北京110公里，與干線鐵路相連，具有加工制造、保稅倉儲、物流配送、科技研發、國際貿易等功能，是高度開放的外向型經濟區域。

（二）動態規劃模型系統實現

本文將城市新區動態規劃模型系統應用在該新區，統籌考慮新區內人口、資源、環境、經濟、社會等方面的因素，通過仿真模型與參考模型的對比，確定新區的規劃方案，并在新區發展過程中根據區域內外環境的變化，對新區規劃指標實施動態管理與控制，實現新區社會、經濟、環境三方面和諧發展的目標。

1.仿真模型。動態規劃模型系統仿真模型以空港加工區的地理邊界為系統邊界，系統外的影響因素視為輸入變量，與邊界內部構成完整的系統，根據對該區域的戰略分析，將區內的社會-經濟-環境系統劃分為5個子系統，即支撐系統、運作系統、激勵系統、約束系統和目標系統。仿真模型系統構架圖如圖2所示。其中，支撐子系統包括人口、資源、能源；運作子系統包括工業、現代服務業；激勵子系統中包括固定資產投入、研發、培訓；約束子系統包括環境因素；目標子系統中包括經濟目標和社會目標。它們以一定的形式聯合起來去實現指定功能，是構成社會經濟系統的實體。

仿真采用Vensim軟件建立系統流程圖，包括18個水平變量，31個速率變量，106個輔助變量和初始變量，并且以這些變量為基礎建立了126個系統動力學方程組。下面僅以支撐系統中的電力資源為例對模型作進一步解釋，圖3為支撐子系統中的電力資源子系統流程圖。

式中：X（t）為狀態變量在t時刻的值；F［x(t)，p］為t時刻的速度變量；dt為模擬時間步長。在軟件Vensim中，上述狀態方程組用定義的數字積分運算符INTEG（速率，初值）函數表示，括號中逗號前是變化速率，逗號后是初值。以電力資源的變化為例：

供電量=INTEG（供電量增加量－供電量消耗量，初始供電量）

根據空港加工區區域的現狀和未來發展定位，設計了資源環境保護型、和諧發展型、工業增長型3種規劃發展模式，并分別定義了固定資產投資、人口密度、萬元工業產值耗水量、萬元工業產值耗電量、萬元工業產值耗氣量、萬元工業產值耗熱量、萬元工業產值耗COD量、萬元工業產值耗SO2量、萬元工業產值廢水排量、萬元工業產值固廢排量、萬元工業產值廢氣排量作為仿真模型的控制變量，進行規劃仿真調控試驗。圖4所示為和諧發展型方案的仿真結果，選取了工業總產值(industry value)，人口數(population)，區域土地存量(land area deposit)，電力供應存量(electricity deposit)，區域SO2存量(SO2)，服務業總產值(service industry value)為輸出指標。

由圖4可見，該模式既保持了較快速的經濟增長，如2010年實現工業產值903.5億元，服務業總產值101.6億元，提高了人民群眾的生活水平，又較好地控制了能耗過快增長的勢頭，在規劃年限內，沒有出現水電氣熱等能源短缺的現象，同時，該方案通過對污染指標的嚴格控制，使區域環境保持得較好，為區域的后續發展奠定了良好的基礎。

2.參考模型。動態規劃模型系統參考模型部分從與空港加工區的內外部環境相似性出發，選取了截止到2001年國務院批準的53個國家級經濟技術開發區為研究的參考區域，作為建立參考模型的基礎。并選定了參考模型中的10個指標：投資密度、產值密度、土地開發速度、人口增長速度、二三產業比例、稅收密度、出口總額密度、進口總額密度、工業企業銷售收入密度和利用外資金額密度。這10個指標均采用密度和速度的形式，主要是為了消除規模效益產生的影響。

采用數據包絡方法中的CCR模型和SDEA模型通過EMS軟件計算得到53個開發區的有效值θ。根據θ值大小，求出了2003年投入產出比值前10名的開發區。基于參考區域和空港加工區的內外部相似可比性，最終選取上海閔行、福清融僑、蘇州工業園區、上海漕河涇、寧波大榭、廣州和天津泰達開發區等7個區域為參考區域。然后以這7個開發區10年的發展情況為模型，預測空港加工區未來的發展趨勢。

參考模型中選定的10個指標的數據通過查閱1994-2003年10年來的《中國經濟技術開發區年鑒》和《中國開發區年鑒》得到，通過這些數據繪制參考區域模型的10年發展曲線。其中每條曲線的橫坐標為時間，縱坐標為7個開發區各項指標的加權平均值。加權系數為SDEA模型所得的各個開發區的θ值。選取其中的產值密度曲線為例，見圖5。

根據有效參考區域10年來發展的參考曲線，通過對發展曲線的模擬和預測，通過回歸方法建立空港加工區未來發展的參考模型。以參考區域的產值密度曲線為例進行回歸分析，得到1994-2003年產值密度模型，如圖6所示。

回歸結果為： Y=2.2646e5+3.8326e4X

其中：Y－單位面積產值(萬元/平方公里) X－年份

根據回歸方程，可以預測2006年至2010年空港加工區得產值密度，預測結果如下表1所示。

綜合以上分析可知，空港加工區和諧發展型規劃方案較好地滿足了該區域發展的現狀和需求，同時在該方案的指導下，該區域的發展趨勢符合同類區域共同的發展規律，并在同類區域中體現出良好的競爭優勢和發展潛力。

三、結語

通過以上內容的闡述，可以看出相對于傳統的區域規劃方法，本文提出的城市新區動態規劃模型系統是在深入剖析了系統動力學（SD）和數據包絡法（DEA）各自特點的基礎上，將這兩種理論方法系統集成應用在城市新區規劃問題上，通過構建目標新區的系統仿真模型和參考模型進行動態比對，并根據實際執行情況以及環境狀態的變化不斷調整和完善，從而實現了對新區規劃形成動態、連續、系統的決策支持，提高了規劃指標的可預測性和可控性，促進了城市新區和諧快速發展。最后對天津濱海新區空港加工區進行了實證分析，結果令人滿意，驗證了該模型系統的有效性和可行性。

參考文獻：

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［8］ 郝娟.西歐城市規劃理論與實踐［M］.天津：天津大學出版社，1997:22-26.