生态城市设计系统工程方法

4.4　生态城市设计系统工程方法

生态城市是一个包括自然、社会、经济子系统在内的开放的复杂系统。目前，我国正处于城市化进程的快速发展阶段，城市一般都存在各种需要解决的问题，而城市生态问题的解决涉及社会、经济、环境等各个方面。因此，城市设计与城市规划一样都是一项系统工程。城市设计与城市规划有着密切的联系，内容上也存在许多交叉，同样可分为宏观、中观、微观三个层次。本章主要从宏观层次（城市总体规划）研究丘陵地区生态城市设计可行的系统工程法。这种系统工程法是我国科学家钱学森创导的解决复杂系统规划问题的先进方法。

4.4.1　系统工程程序

丘陵地区生态城市设计系统工程程序强调通过现状调研与生态评估找到城市设计要解决的主要问题；同时根据当前实际及较长远的发展要求建立目标体系。在此基础上，运用综合集成的方法解决问题，实现目标的各种可行方案；组织相关力量对方案进行研讨得到一个可行的准优方案。值得注意的是,城市生态问题和生态城市设计目标密切相关。例如，如果目标定得太高，则要解决的问题就越多越难，花费的资金也会越多。因此，对每项具体的生态城市设计任务要根据当前和今后一段时期的社会经济发展目标找准要解决的主要问题，采取行之有效的手段以达到所设定的目标（图4.5）。

图4.5　系统工程程序框图

4.4.2　内容层次结构

丘陵地区生态城市设计具有层次性，即从宏观的区域体系到微观的建筑单体。由于层次性衍生出控制与反馈机制，即上层次对下层次有控制、指导功能，下层次对上层次有反馈、校正功能。因此，即使我们承担的设计是某层次的具体设计课题，同时仍需要从上下层次的关系来寻找问题的根源与解决问题的对策。以下层次结构图大致表达了设计内容的垂直与水平关系（图4.6）。

规划与设计实施管理框在此没有展开，其实该框的内容与生态城市建设关系密切，功能显著。如果不通过行政、法律、经济手段管理建设过程，再好的城市设计方案也不能发挥作用。例如，工业项目不做环境影响评估，厂房视觉效果再漂亮也抵消不了三废污染对城市生态的破坏作用。

图4.6　广义的丘陵生态城市设计内容层次结构图

4.4.3　城市生态问题形成与表述

在城市规划与设计领域，所谓城市生态问题是指人生存与发展的需求与这种需求受资源约束所形成的矛盾。随着社会进步、经济发展，城乡居民对生态环境的要求越来越高。然而，人们可利用的资源如土地、淡水、矿藏、能源等是有限的，加上发展模式的非科学性，共同加剧了资源的浪费和对生存环境的破坏，导致城市生态问题越来越严重。

城市问题，包括城市生态问题，其原因与结果在时间上和空间上都具有离散性，并且一个原因可产生多个结果，一个结果又可由多个原因综合造成，甚至有时候一个问题的解决所造成的新问题会更多。这种状况是由于城市的非线性引起的复杂性造成的，是根本性的，不可避免的。所以人们常说，发现问题有时比解决问题更难，发现问题等于解决了问题的一半。

问题是由适当的词汇概念表述的，只有准确地表述一个问题才便于找到解决的措施。笼统地说“环境质量不高”，甚至更进一步说“空气污染较严重”，实际上也不算准确。如果能说出“SO₂浓度已超标多少”，则有利于找到污染源来加以解决。例如，治安问题，它关系到社会和谐，也是生态城市的目标之一，但这主要还是依靠治安方面的措施。另外，某些事情在较低目标下可能不会成为一个问题，但在更高目标下就会成为一个问题。例如，城市的公共绿地率已基本符合要求，但以“中老人步行15分钟就能找到一处休闲绿地”为目标，恐怕就难以办到，于是引出绿地系统布局问题。因此在系统工程程序框图中问题与目标有相互影响的关系。

4.4.4　目标体系

生态城市是城市发展的高级阶段，诸如“卫生城市”、“山水城市”、“森林城市”都够不上“生态城市”。我们可以用科学发展观提出的几个目标作为生态城市建设的目标体系(图4.7)。

需要注意的是，这些目标相互之间也存在一定的矛盾。例如，经济发展与环境友好之间在多数情况下存在矛盾，这就需要协调关系。在一定的发展水平下，有要解决的主要问题，有要达到的基本目标，在运用“问题与目标双重导向”方法时设计人员自己要运用丰富的知识和经验，同时还要善于集成其他领域的理论与经验最终提出设计方案。

图4.7　生态城市设计的目标体系结构图

4.4.5　从定性到定量综合集成与研讨

鉴于生态城市是一个开放的复杂系统，生态城市设计完全可以而且必须应用钱学森创导的处理开放复杂巨系统的方法论，即“从定性到定量的综合集成研讨厅方法”。在丘陵地区生态城市进行城市设计更应如此。

1）定性到定量

系统工程方法追求定量分析，然而生态城市系统包含着人类社会系统，社会问题有许多是不能通过构建数学模型进行定量分析。一般说来，越是宏观的分析与决策，定量分析的成分越少。定性分析的重要性在于，一些原则性问题、方向性问题必须先从定性上作出决断。例如，一个街区的改建，是作居住区还是作商业区？是传统建筑风格还是现代建筑风格？这些问题的决断就是定性分析，它们不可能通过模型计算出来。只有定性问题解决后，才有可能进入到定量分析过程，比如将某处确定为现代的住宅区，才能进行建筑密度、容积率、拆迁比等定量分析，然后再进行空间设计。

定性分析与定量分析交替使用。定量分析要靠定性分析作指导，定性结论要有定量分析作支持，定量结论要用定性分析作解释。

另外，还必须认识到城市设计要处理的是空间利用问题。空间是三维的，有具体的平面位置与竖向高度。诸如人口密度、建筑密度、容积率、绿地率等定量指标只是一种在一定地段范围内的统计数据，还不是具体定量定位的描述，相同的统计指标的空间布局形态可能完全不同。即使统计数据满足要求，也不见得各局部的参数都能满足要求。近年发展起来的地理信息系统和虚拟现实技术提供了一种可视化的空间分析和设计手段，生态建筑软件如Ecotect能对建筑群体和单体的物理环境进行可视化分析，使得“从定性到定量”的分析能在更广阔更深入的层面上展开。

2）综合集成

像丘陵生态城市设计这种课题涉及多个领域的理论与经验，一个总体设计包含多个局部和多个专业的设计内容。承担某个具体设计任务的设计师，不管是城市规划师还是建筑师，或其他相关专业的技术人员，都必须综合应用多种理论与经验。因此，综合集成就成为丘陵生态城市设计的重要方法。

理论的综合集成。生态城市设计理论涉及城市规划学、建筑学、经济地理学、生态学、社会学、经济学、生理学、环境艺术等理论与学科。设计师应掌握这些学科对于生态城市理论研究的作用，并综合应用于某个具体的设计项目。

设计方案的综合集成。时至今日，我国城镇体系大体形成，在纯粹的农村地带布局新城市的情况已不多了，大多数的城市设计任务都是对现有城镇的扩展或对旧城区的改建。也就是说，我们所要承担的设计项目总会遇到对城市现状和相关层次规划设计方案的协调处理问题。还有，现在流行方案招标，各方案可能都有优缺点，最终的方案如何综合集成多方案的优点，使之成为整体协调的最优方案，即平行方案的综合集成也是经常遇到的任务。

技术的综合集成。技术手段的先进与否对城市设计的影响也日显重要。传统的手绘、计算机辅助制图、地理信息系统、虚拟现实、图像处理、网络等技术的综合运用使得人机交互设计和异地研讨成为现实，技术作为一种生产力在城市设计中已明显表现出来。

3）设计模型

设计师以丰富、敏锐的世界观在洞察未来社会环境的同时，需经常倾听各领域专家对将来的分析、统计和预测，并且必须要将其所包含的意义在空间中反映出来，即设计师描绘未来城市的构思，应以“设计模型”^[3]与其他领域的专家共同探讨。“设计模型”中蕴藏着的系统，要在各个领域不同类型的专家之间以科学为共同语言展开讨论。

4）方案研讨

钱学森创导的“研讨厅”实际上是指一种研讨平台或研讨环境，并非一个召开研讨会的厅堂。当然，对于城市设计，无论是对一个概念性开发理念还是对一个具体详细的设计方案进行讨论和评审，都可以在一个会议室召开有关专家和决策集体的研讨会议。会议研讨有简便、当场激发思维、相互启发等优点。但弊端也不少，它有时空约束，易受权威左右，参与人员范围狭窄。因此，建立网络平台，运用数字城市或虚拟城市技术展示设计方案，能够广泛收集意见，最大限度地体现公众参与和民主决策原则。

值得指出的是，丘陵生态城市设计系统工程的全过程需要有人主导、执行，其主导者应该是首席设计师，而不是电脑技术人员和传媒工作者，因为他们在设计过程中主要提供辅助技术支持。