（环境工程专业论文）基于meppc技术的生态城市建设评价方法研究.pdf

中文摘要 快速的城市化引发了交通拥堵、资源匮乏、环境污染、生态失衡等严重的城 市问题，使得人们开始对传统的城市发展模式进行反思。在这样的大背景下，生 态城市的概念应运而生，被认为是未来城市发展的最佳模式。当前，生态城市理 论已经成为世界各国的研究热点，特别是生态城市建设评价的理论和应用研究。 根据生态城市的内涵建立起生态城市建设评价指标体系以及科学的评价方法对 于规范生态城市建设、定量评价生态城市发展程度以及推进生态城市建：发有重大 的理论意义和实践作用。 由于生态城市系统本身具有复杂性和不确定性，且其评价结果的可靠性和客 观性不易把握，这给生态城市建设水平的评价带来较大困难，考虑到评价指标的 模糊性与不确定性，传统评价方法权重确定的困难性以及评价标准易受到专家知 识经验影响等多方因素，本文将最大熵一投影寻踪技术( t h em a x i m u me n t r o p y p r o j e c t i o np u r s u i t c l u s t e rm o d e l ，m e - p p c ) 在天津市滨海新区生态城市建设评价 中做了初步地探索与尝试，并取得了一定的成果。主要工作如下： 首先，本文对国内外生态城市建设实践现状、生态城市评估指标体系以及理 论评价方法以及进行了综述，并分析了当前指标体系和评价方法存在的不足； 其次，参考国内外对生态城市评价指标体系及可持续发展指标体系构建的思 路和方法，在明确生态城市的内涵和建设内容的基础上，建立了适应滨海新区实 际状况的生态城市建设评价指标体系； 最后，以构建的生态城市建设指标体系为基础，将最大熵一投影寻踪技术应 用于生态城市建设评价，并在天津滨海新区进行了实证研究。基于m a t l a b 采 用遗传算法对该模型求解，得到最优投影向量，最后根据样本数据投影特征值的 差异对滨海新区的生态城市建设状况进行了综合评价分析。 评价结果表明：滨海新区生态城市建设发展趋势良好，到2 0 1 0 年，城市建 设各项指标已达到或接近国内生态城市的目标要求，到2 0 1 5 年，滨海新区生态 城市建设接近国际先进生态城市建设标准。与其他综合评价方法相比，该方法降 低了评估体系的模糊性和不确定性，受人为主观影响较小。根据最优投影向量可 判断各评价指标对综合评价目标的贡献大小，评估结果具有较高的评价精度和区 分度。 关键词：生态城市：指标体系；最大熵一投影寻踪模型；综合评估 a b s t r a c t w i t ht h e a p p e a r a n c e o ft h es e r i o u su r b a np r o b l e r mc a u s e db yt h er a p i d u r b a n i z a t b ns u c ha st r a f f i cc o n g e s t i o n , r e s o u r c e se x h a u s t i o n , e n v i r o m m n t a lp o l l u t i o n , e c o l o g i c a li m b a l a n c e ，p e o p l es t a r t e dt or e t h i n kt h ep a t t e r n so f u r b a nd e v e l o p m e n t i n t h i sc o n t e x t , t h ec o n c e p to fe c o c i t ye m e r g e da st h et i m e sr e q u i r e d ，a n di t w a s c o n s i d e r e dt h eb e s tp a t t e r nf o rf u t u r eu r b a nd e v e l o p m e n t a tp r e s e n t , e c o - c i t ) 7t h e o r y h a sb e c o m et h ew o r l d sr e s e a r c hf o c u s ，e s p e c i a l l yt h et h e o r ya n da p p l i c a t i o nr e s e a r c h 0 ne v a l u a t i o no fe c o c i t yc o n s t r u c t i o n t h es c i e n t i f i c e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e ma n d m e t h o df o re c o c i t yc o n s t r u c t i o n , e s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot h ec o n n o t a t i o no fe c o c i t y , i so fg r e a tt h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a l e f f e c tf o rs t a n d a r d i z i n gt h e c o n s t r u c t i o no fe c o c i t y , q u a n t i t a t i v e e v a l u a t i o no fe c o c i t yd e v e l o p m e n ta n d p r o m o t i n gt h ee c o l o g i c a lc o n s t r u c t i o no f e c o 。c 咄 a st h ec o m p l e x i t ya n du n c e r t a i n t yo f t h ee c o c i t ys y s t e mi t s e l f ；a n dt h er e l i a b i l i t y a n do b j e c t i v i t yo f t h ee v a l u a t i o nr e s u l t si sn o te a s yt og r a s p ，i tb r i n g sg r e a td i f f i c u l t y t oe v a l u a t i o no nc o n s t r u c t i o no f e c o c i t y c o n s i d e r i n gt h ef u z z i n e s sa n du n c e r t a i n t yo f t h ee v a l u a t i o ni n d e x , a sw e l la st h ed i f f i c u l t i e s i nw e i g h td e f i n i t i o no ft r a d i t i o n a l e v a l u a t i o nm e t h o da n dt h ef a c tt h a tt h ee v a l u a t i o nc r i t e r i a a r es u s c e p t i b l et ot h e k n o w l e d g ea n de x p e r i e n c e o fe x p e r t sa n do t h e rf i c t o r s ，t h em a x i m u me n t r o p y 。 p r o j e c t i o np u r s u i tc l u s t e rm o d e lw a sa p p l i e dt oe c o - c i t yc o n s t r u c t i o ne v a l u a t i o n i n t i a n j i nb i n h a in e w a r e a s o m ep r e l i m i n a r ye x p l o r a t i o na n da t t e m p tw e r em a d ei n t h i sp a p e r , a n ds o m ea c h i e v e m e n t sw e r eo b t a i n e d m a i nw o r ki sa sf ol l o w s ： f i r s to fa l l ，t h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lp r a c t i c e s t a t u s e0 fe c o 。c i t y c o n s t r u c t i o n , e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e ma sw e l la st h et h e o r e t i c a le v a l u a t i o nm e t h o d s f o re c o c i t yw e r er e v i e w e d a n dt h e d e f i c i e n c i e so fc u r r e n ti n d e xs y s t e ma n d e v a l u a t i o nm e t h o dw e r ea n a l y z e d s e c o n d l y r e f e rt od o m e s t i ca n df o r e i g ne c o c i t ye v a l u a t i o ni n d e xs y s t e ma n d i n d e xs y s t e mo fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti d e a sa n dm e t h o d s ，t h ee v a l u a t i o ni n d e x s y s t e mo fe c o c i t yw h i c ha d a p t st ot h ea c t u a ls i t u a t i o no ft i a n j i nb i n h a in e w a r e a w a se s t a b l i s h e do nt h eb a s i so f d e f i n i t ec o n n o t a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so f e c o c i t y f i n a l l y , b a s e do nt h ei n d e xs y s t e mo fe c o - c i t yc o n s t r u c t i o ne s t a b l i s h e db e f o r e ， t h em a x i m u me n t r o p y p r o j e c t i o np u r s u i tc l u s t e rm o d e lw a sa p p l i e dt ov a l u a t i o no f e c o c i t yc o n s t r u c t i o n , a n da l le m p i r i c a ls t u d yw a sc a r r i e di nt i a n j i nb i n h a in e w a r e a e v a l u a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a t ：e c o c i t yc o n s t r u c t i o ni nt i a n j i nb i n h a in e wa r e a h a daf a v o r a bl et r e n d ，a n dt h ev a r i o u si n d i c a t o r so fu r b a nc o n s t r u c t i o nw o u l dh a v e r e a c h e do ra p p r o a c h e dt h eo b j e c t i v e sa n dr e q u i r e m e n t so f d o m e s t i ce c o c i t yb y2 0 1 0 ， a n db y2 0 15 t h el e v e lo f e c o c i t yc o n s t r u c t b ni nb i n h a in e wa l e aw o u l db ec l o s et o t h ei n t e r n a t i o n a la d v a n c e ds t a n d a r d so fe c o c i t yc o n s t r u c t i o n c o m p a r e dw i t ho t h e r e v a l u a t i o nm e t h o d s ，t h i sm e t h o dr e d u c e dt h ef u z z i n e s sa n du n c e r t a i n t yo fe v a l u a t i o n s y s t e m , w i t hl e s sa f f e c t i o nb yh u m a ns u b j e c t i v i t y a c c o r d i n gt ot h eo p t i m a lp r o j e c t i o n v e c t o r s ，t h ec o n t r i b u t i o nt oc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nt a r g e tm a d eb ye a c he w d u a t i o n i n d e xc a nb ee s t i m a t e d ，a n dt h ee v a l u a t i o nr e s u l th a dh i g hp r e c i s i o na n d d i s c r i m i n a t i o n k e yw o r d s ：e c o - c i t y ；i n d i c a t o rs y s t e m ；t h em a x i m u me n t r o p y p r o j e c t i o n p u r s u i tc l u s t e rm o d e l ；c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n 第一章绪论 1 1 研究背景与意义 1 1 1 研究背景 第一章绪论弟一旱殖比 城市是全球发展的焦点和中心，城市的发展成为社会发展、文明进步的重要 标志之一。社会经济的发展带来了丰硕的物质文明和精神文明，大量的人i 口集中 于城市，城市化的进程不断加快。目前世界上己有一半以上的人生活在城市中， 人类为了满足自身发展的需要，不断加大开发利用环境资源的强度和频率。由于 城市生态系统自身的脆弱性，大量的资源消耗和有限的环境容量，致使社：会持续 发展的矛盾越来越尖锐的表现在城市发展的过程中，许多城市都患上了交通拥 堵、资源匮乏、环境污染、生态危机等“城市病”。城市自然生态系统循 不再生 的结构功能缺失，生态平衡被破坏，经济繁荣与生态平衡之间的矛盾日益激化。 面对快速城市化引发的城市问题，人们对传统的城市发展模式进行了反思。 上个世纪8 0 年代前苏联生态学家y a n i t s k y 首次提出“生态城市”的概念【1 1 ，同 年，联合国教科文组织在“人与生物圈”研究计划中首次提出生态城市的规划原 则，在3 0 年的时间里，“可持续发展”、“生态城市模式”的概念已经深入人心【2 1 。 生态城市的概念一经提出便引起了各地政府和学者的广泛关注，生态城市理论研 究和生态城市建设实践呈现迅速发展的态势，生态城市建设被认为是世界城镇未 来发展的最佳模式，开展生态城市建设实践成为实现城市生态系统中人与人、人 与环境可协调发展的有益尝试和探索。 在这样的国际大背景下，生态城市的概念首次被提出以来，生态城市理论研 究和生态城市建设实践已经成为世界各国的研究热点。生态城市作为城市发展的 一种理想目标，是城市持续发展不断改进和完善的过程。生态城市的建设目标即 为改变现存的城市发展模式，实现社会文明、经济高效和自然和谐，最终实现自 然经济社会三个子系统的和谐可持续的发展。 生态城市建设评价理论体系是生态城市理论体系中的一个重要组成部分，生 态城市建设评价理论体系是生态城市建设实践需求与理论研究之间有效的传导 机制。按照生态城市科学内涵与内在要求建立起科学合理的生态城市建设评价体 系，对于规范生态城市建设，定量评价生态城市建设水平和发展程度，以及推进 生态城市建设都有着重大的理论意义和实践作用。 第一章绪论 1 1 2 研究意义 随着城市生态环境及社会经济问题的日益突出，生态城市建设的紧迫性和必 要性也越来越明显。生态城市理论研究己成为各国的研究热点。当前我国的生态 城市建设实践仍然处于起步阶段，国内尚未建成实质意义上的生态城市。：生态城 市的理论内涵只是形成了一个较为宽泛的概念，国内在生态城市的内涵、规划设 计原则、规划方法等方面进行了理论的研究和讨论；具体到衡量某一城市是否是 生态城市以及确定生态城市建设的目标时，就必须构建衡量生态城市建设的指标 体系并对其进行评估。不断拓展生态城市建设评价的理论研究，把握生态城市建 设的现状和未来发展趋势，不仅是理论研究的深层次需要，还具有及其重要的现 实意义。 生态城市指标体系具有多方面的功能，一方面可作为生态城市规划目标及建 设目标的分解之用，是阶段计划，一方面可以帮助决策者和普通市民了解城市生 态建设的总体情况，监测城市生态建设不同方面的动向，反映成绩与缺陷，通过 合理有效地评价找出城市建设中存在的问题。及早建立一套科学的可反映生态城 市内涵的、具有实践可操作性的生态城市建设评价指标体系，对合理度：量现阶段 生态城市的建设状况，提高我国生态城市的建设管理水平，促进城市的生态化建 设具有重大意义。 天津市滨海新区成立于1 9 9 4 年，是天津东部临海的一个多功能、综合性经 济新区。滨海新区是我国继深圳经济特区、上海浦东新区之后，又一带动区域发 展的新的经济增长极。其可持续发展状况将对天津及周围省市乃至全国产生很大 的影响，因此建立适用于滨海新区的评价理论体系，通过对滨海新区的评价分析， 找到制约其生态城市建设发展的主要因素，为滨海新区生态城市规划建设提供必 要参考。 总之，生态城市建设评价为掌握生态城市建设和发展轨迹提供了具有参考意 义的依据，对生态城市发展现状进行必要的评价分析和总结，为科学开展生态城 市建设管理，为城市建设科学决策提供必要的参考。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 生态城市建设实践 生态城市概念的提出是工业文明之后生态文明觉醒的体现，为突破现有城市 发展模式提供了新思路。生态城市不仅仅是世界城镇的发展方向和热点，更是中 国城镇化与工业化的必然之路。 第一章绪论 目前世界各国都在积极开展生态城市建设理论研究与实践，取得了很多成功 的经验。生态城市建设在美国、巴西等国外一些国家较早开展，至2 0 1 0 年，世 界上许多国家纷纷提出了建设生态城市的目标，见下表1 1 。 表1 1 世界提出生态城市建设目标的国家 洲际分布国家 欧洲 英国、法国、德国、瑞典、丹麦、荷兰、挪威、冰岛、爱尔兰共和国、西班 牙、意大利、斯洛伐克、保加利亚 亚洲 中国、日本、韩国、印度、阿拉伯联合酋长国、约旦、菲律宾 北美洲美国、加拿大 南美洲巴西、厄瓜多尔 非洲乌干达、坦桑尼亚、肯尼亚、南非 大洋洲 新西兰、澳大利亚 这其中欧美发达国家的生态城市建设走在了世界前列，已经建立起各自的一 些生态城市，并取得了较好的建设效果和建设经验，如德国的埃朗根【3 1 、弗莱堡 【4 1 ，澳大利亚怀阿拉市【5 】，美国加州伯克利 6 】，丹麦的哥本哈根f 】等城市。 美国西海岸滨海城市伯克利进行了卓有成效的生态城市建设，其生态城市建 设实践建立在改善能源利用结构和调整城乡空间结构等一系列具体的行动项目 上，成为全球生态城市建设的典范。美国的波特兰、克利夫兰大都市通过各种努 力，交通拥堵、环境恶化等问题被成功解决，美国环境保护总署将这两个城市评 为“全美生活品质最佳城市”。加拿大的生态城市哈利法克斯的生态城市规划理 念和建设实践不仅涉及社区和建筑的物质循环规划，还涉及到社会和经济结构， 被视作生态城市建设实践的最佳实践范例。埃朗根是位于德国南部的著名生态城 市，该城市全面实施城市综合生态发展规划，生态城市建设硕果累累，成为德国 生态城市建设的先锋。巴西的库里蒂巴把城市设计、规划和管理合为一体，制定 了公交导向式的城市开发规划，实现了土地利用与公共交通一体化发展，生态城 市建设成绩斐然，成为享誉全球的生态城市典范【8 】。事实证明库里蒂巴市的生态 城市建设模式具有良好的可持续性，其成功的生态城市建设经验受到国际社会广 泛的赞誉。日本的九州在生态城市建设方面也采取了诸多许多行之有效的措施， 实现了以循环型社会为主要内容的生态城市建设【9 1 。此外，瑞典的马尔默、新加 坡等城市以其可持续的城市发展规划受到世界的赞誉，为生态城市建设积累了丰 富经验，成为生态城市建设的楷模。 与西方国家相比，我国虽然在生态城市建设方面起步较晚，但伴随着改革开 第一章绪论 放和经济、社会的不断发展，国内已经开展了多项生态城市的研究和建设实践。 生态城市作为城市建设目标在我国正式提出只有二十几年的时间，而且其最初也 只是以环境保护为目的。1 9 8 6 年江西省宜春市首先正式提出了建设生态城市的 发展设想及目标目标，迈出了我过生态城市建设的第一步并取得了良好的效益。 19 8 8 年我国学者王如松编著的高效和谐：城市生态调控原理与方法及王如 松、欧阳志云的专著天城合一：山水城市建设的人类生态学原理出版，从战 略角度指明了我国生态城市建设的发展方向【l o 】。 在生态城市理论指导下，我国相继开展了“国家生态园林城市”、“环境保护 模范城市”、“可持续城市”的创建于试点工作，国家相关部门制定一系列措施并 出台了( 2 1 世纪议程、全国生态示范区建设规划纲要等规划；长江流域各 大城市相继提出建设生态城市的发展目标，期间，各地在生态城、生态县、生态 示范区、生态小区等层次上建立了一些具有推广示范价值的示范点，对城市建设 模式的转型产生了巨大的推动作用【1 1 】。 进入2 1 世纪以来，国内更多城市在制定城市发展战略时把生态城市作为其 发展目标，结合自身实际情况，制定了体现地域特色的建设规划。如：威海市的 城市建设指导方针为“不求规模，但求精美”，并将该方针实践于生态城市的建 设思路当中，是典型的滨海型生态城市建设模式，广州市提出把广州建成“园林 置于城中，城置于园林中”的目标，属于典型的山水型生态城市的建设模式【1 2 】； 贵阳市则以循环经济为切入点推动生态城市建设，是国家环境保护部确定的首个 循环经济型生态城市试点【1 3 】。 根据中国城市科学研究会的调查整理【1 4 】，截止2 0 1 1 年2 月，对中国大陆地 区2 8 7 个地级以上城市，其中包括北京、上海、天津、重庆4 个直辖市和2 8 3 个地级市的调查，目前提出“生态市”、“生态城市”和“低碳城市”为发展目标 的城市有2 7 6 个，占调查城市的比重为9 6 2 。提出建设发展目标的城市中5 3 的城市已经开始了各种类型和规模的生态城镇的建设，2 8 的城市正在开展生态 城镇的规划，另有1 9 的城市对建设生态城有初步的设想和考虑。国内已经掀 起了建设生态城市的浪潮，城市发展开始步入一个崭新的轨道【1 5 】。 从国内外生态城市建设实践来看，提出生态城市建设目标的城市大致可以分 为两类：一类是工业化后的生态改造城市，在原先老城区的基础上进行城市生态 化的建设，即老城改造。这一类城市一般出现在发达国家和地区，在城市化和工 业化已经基本完成的现实状况下，通过对城市系统生态化改造和提升工业科技化 和信息化，来减少和降低工业化对生态环境、资源等各方面带来的冲击；另一类 是生态化、工业化和城市化同步推进的生态城市，很多发展中国家特别是中国很 多城市的生态城市建设就属于此类。 4 第一章绪论 生态城市建设已经成为世界城镇的发展目标，但我国城市发展基础薄弱，起 点较低，生态城市建设尚处于起步阶段，生态城市建设将是一个漫长的过程。 1 2 2 生态城市建设评估指标体系 生态城市建设指标体系是生态城市内涵定量化的体现，是实现生态城市规划 及建设目标的具体化工作之一。生态城市依托生态城市建设技术不断发展和演 变，不同的认识阶段、不同的技术时代所建设的生态城市表现出不同的内涵和特 征。因此，生态城市建设评价的指标和标准应具有充分体现认识阶段和技术的阶 段性特征。 ( 1 ) 国外 f r a n c oa r c h l b u g i 在1 9 9 7 年提出容量指标和参数( l o a d i n gc a p a c i t yi n d i c a t o r s a n dp a r a m e t e r s ) 的定义，他认为生态城市建设规划应首先满足容量指标群，由 此提出了“结果行为容量”的生态城市评价指标群【1 6 】。 欧盟资助的“生态城市计划”( e c o c i t y p r o j e c t ) 中构建的的生态城市评价指 标体系是国外具有代表性的生态城市评价指标体系之一，其设置的指标体系涵盖 了城市结构、城市交通、社会经济、能源与物质流等方面，每项评价指标下设若 干分指标，评价指标得分从a ( 最好) 至e ( 最差) 分为五档 1 7 】。台湾学者张添 晋、蔡慧玲在2 0 0 3 年对美国克利夫兰、加拿大温哥华等北美的一些生态城市的 评价指标进行整理【1 8 1 ，其中美国克利夫兰的生态城市议程中包含了空气质量、 气候变迁、多元化、能源、绿色建筑、绿色空间、公共建设、小区特色、居民健 康、可持续发展、运输选择等类别：温哥华的生态城市建设指标体系包括固体废 弃物、交通运输、能源、空气排放、土壤与水、绿色空间、建筑等类别，分别针 对1 7 项目标、2 3 项策略制定了近3 0 个定量指标。 除此之外，还有部分评价指标体系以可持续发展评价而非以“生态城市”为 标题的形式出现。这部分指标体系具有较为广泛的影响力和代表意义。经济合作 与发展组织在“压力状况响应”( p r e s s s t a t e r e s p o n s e ，p s r ) 概念模型框架下， 开发了一套以环境指标为核心的指标体系。联合国可持续发展委员会以可持续发 展委员会的可持续发展指标项目( t h ew o r kp r o g r a m m eo ni n d i c a t o r so f s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t ，i s d s ) 中的1 3 4 个指标为参考依据，建立了一套完整的可持续发 展指标体系。由于联合国的可持续发展指标体系指标数目众多、数据量过于庞大 p e t e rn e w m a n 对联合国的可持续发展指标体系进行了改良，改良后的指标体系 涉及到能源与空气质量、水材料和废弃物、土地和绿色空间、交通、适居性五 大项共4 4 个指标【1 9 。 吴斐琼总结国外生态城市评价指标体系的特点时认为，国外的生态城市评价 第一章绪论 指标体系主要依托于规划、计划( 项目) ，侧重于建设实践和若干重点方面的具 体目标制定与实现。总体而言，国外的生态城市建设评价指标体系比较具象，多 针对具体方面展开【2 0 】。 从国内研究来看，我国生态城市建设评价指标体系的主体特征是社会经济 自然的复合生态城市系统综合评价。 目前，我国官方的生态城市建设评价指标体系主要有国家环境保护部颁布的 生态县、生态市、生态省建设指标( 修订稿) 和住房与城乡建设部颁布的国 家生态园林城市标准( 暂行) 。 环保部颁布的指标体系以经济发展、环境保护和社会进步三大类，2 8 项指 标( 细分则有3 3 个具体指标) 的达成情况为基本评价准则。2 0 0 4 年，住建部颁 布的国家生态园林城市标准( 暂行) 包含了城市生态环境、城市生活环境与 城市基础设施三大类指标。同时提出了城市规划建设原理、城市建设目标等定性 描述的一般性规定【2 0 】。 根据官方制定的“生态市”、“生态园林城市”的统一建设标准，杭州、日照、 嘉兴、扬州等许多提出生态城市建设目标的城市参考官方的统一考核指标体系， 因地制宜地制定了适合各地方的生态城市建设评价体系。除此之外，国内有部分 城市制定了与国家环保部不同的指标体系，如烟台采用“压力状态响应”概念 模型构建了指标体系指导其生态城市建设。 国内以政府建设推进为主导的生态城市建设典型代表项目有天津中新生态 城和唐山曹妃甸生态城，以上两个生态城分别根据所在地理位置、功能定位和城 市规划理念建立了适用于各个区域的生态城市建设指标体系。中新生态城围绕资 源、环境、社会、经济四个方面，确定了2 2 项控制性指标和4 项引导性指标。 曹妃甸生态城指标体系是根据曹妃甸的实际情况制定的，包括城市功能、建筑与 建筑业、交通与运输、能源、废物( 城市生活垃圾) 、水、景观和公共空间7 个 子系统，分别有3 2 项管理类指标和1 0 9 项规划指标，共1 4 1 项指标。曹妃甸生 态城指标体系与传统生态指标体系的不同之处在于它不是简单的目标型指标，它 更侧重于指标体系的可操作性，用于指导曹妃甸生态城规划的分解实施及相关管 理。 除了以上政府主导编制的生态城市评价指标体系之外，国内较多的学者也对 生态城市评价指标体系进行了大量的研究。 综合来看，国内学者对生态城市评价指标体系分为两大类型研究：一是依据 以社会经济自然复合生态系统理论( s o c i e t y - e c o n o m y e n v i r o n m e n t ，se e ) 为 指导的生态城市建设理论与方法体系构建的社会、经济、自然三系统的生态城市 指标体系，对应建立社会生态指标、经济生态指标和自然生态指标，如顾传辉和 第一章绪论 陈桂珠【2 l 】、郭秀锐和杨容居【2 2 1 、吴琼【2 3 】等学者建立的指标体系，国家环保部出 台的生态省、生态省、生态县建设指标体系均属于此类；二是从系统论出发 对城市生态系统进行分析，从生态结构、功能、协调度三方面建立指标体系，宋 永昌等【2 4 1 、吴人坚等口5 】所构建的指标体系属于该类。生态城市建设各种指标及 其计算方法都是通过自然、环境、经济和社会多方面来反映生态城市的建设水平 和发展程度。 总体而言，这两种生态城市指标的构建尽管出发点不同，但是在三级指标的 选取上都有比较大的相似性，这表明现有的官方或学者研究所选取的三级指标是 能够较好的反应问题并被大家所接受。当前国内外对指标体系研究仍存在不足 点，主要表现在【2 6j ： 首先，存在部分指标重描述轻评价。以能源指标为例，现有的描述能源占有 的指标较多，但评价性指标较少，因此只能对我们拥有多少能源产生感性印象， 不能较好的对能源构成做出合理判断【2 7 】。 其次，指标体系所选指标之间的内在联系考虑不够，对生态城市概念和内涵 缺乏统一、清晰的认识。在已有的指标体系中，部分指标体系从自然、经济、社 会三个维度去构建，这样构建指标体系脉络清楚，有利于理清思路和寻找对策， 但以这样的方式构建的指标体系隔断了各个子系统不同方面的内在联系，客观事 物之间存在的有机联系无法全面反映，这种人为的对指标的分割不利于对：生态城 市本质的把握和全面理解。 第三，指标可操作性较差，数据获取困难。部分指标体系选取的指标涉及的 因素范围过广，指标体系非常庞大( 部分指标体系三级指标达到近4 0 个甚至5 0 个) ，在评价时数据量巨大，数据的获取较为困难，且指标体系包含的指标过多、 面面俱到不利于实际操作，不利于得出一个清晰明确的认识。 第四，当前对生态城市评价指标体系的研究多集中在确定性目标的研究上， 在不确定性方面研究较少。生态城市涉及到城市建设的方方面面，是一个巨大的 复杂系统。生态城市建设评价指标众多，不可能将所有指标列入评价指标体系当 中，指标的选择，权重的确定以及评价准则的确定都给生态城市建设评价带来很 多不确定性，而当前的评价体系中较少会考虑指标体系的不确定性。 最后，尚未形成一套科学、权威的指标体系和评价方法。由于对生态城市内 涵认识的不断发展，生态城市建设模式的多元化，以及生态城市建设过程的渐进 性，使得生态城市标准状态难以衡量和描述，目前评价生态城市建设的各种指标 体系和方法都处于探索之中，还没有一套公认的、适用于不同城市的评价标准和 方法。 第一章绪论 1 2 3 生态城市建设评估方法 生态城市从概念到实践的操作，经历的时间很短，如何评价一个城市的建设 是否达到生态城市的标准，国内外学者进行了积极地探索。 李宪宝则利用绿色距离和绿色贡献两个新型指标对山东各市的生态城市建 设状况进行了评价【28 1 。郭秀锐以广州市为例，以城市生态系统健康研究为切入 点，深入探讨了城市生态系统评价理论和方法，提出了一套以城市生态学和系统 生态学为基础的城市生态系统健康评价方法【29 1 。基于熵权理论对城市生态系统 进行评价在国内外也得到了广泛的应用，朱丽利用熵值法探讨了广州市的可持续 发展状况【3 0 】，高凯等也基于熵权灰度关联法构建了综合健康指数对重庆市的城 市生态系统进行了评价【3 1 】。 吴琼，王如松等在对生态城市理论和内涵详细分析的基础上，采用专家咨询 法，综合定性和定量信息构建了扬州市生态城市评价指标体系，并提出全排列多 边形图示指标评价方法对生态城市各个规划时段的建设成效进行评价【23 1 。陈军 飞、王慧敏采用综合加权法确定了各指标的权重，建立了生态城市评价的灰色关 联度模型3 2 】。朱兴平、曹荣林指出加权线性求和在判断城市生态综合效应上的 不足，建立了一种均衡发展论和协调论为导向的指标体系数学模型3 ”。孙晓鸣， 柏益尧，左玉辉等将人工神经网络应用于生态城市的评价【34 1 。胡建渊、黄鸥针 对生态城市的模糊性问题，提出了生态城市多层次模糊综合评价模型【35 1 。乔明 叶等结合国内外生态城市建设评价方法，从结构、功能、协调度等方面建立了中 原城市群城市生态系统的评价指标体系，并采用多元统计因子分析法构建评价模 型，应用s p s s 统计分析各子系统的主要影响因子，计算得出各系统综合评价值， 进而对生态城市建设进行评价【3 6 】。陈娟、王立红运用层次分析法原理对山东省 17 个城市建立了评价指标体系，在此基础上运用d p s 计算机软件进行了聚类分 析，获得各城市的生态信息对山东省生态城市建设进行评价并提出了对策和措施 【3 7 1 。黄辉玲等基于社会经济自然复合生态理论和层次分析法构建生态城市建设 评价指标体系，然后基于可拓学的物元分析法构建了生态城市建设评价综合评判 模型【3 8 】。王婷则采用熵权法确定评价指标的权重，结合西安生态城市系统的现 状进行了综合评价分卡斤【3 9 。 综上所述，对生态城市定量综合评估研究的内容主要集中在“量”和“质” 两方面，“量的评估方法如：综合评价法、灰色关联投影评价模型、物元评价 法、人工神经网络模型，全排列多变性图示指标法等。对顷评估则方法众多， 如构造生态城市协调度指数，城市建设生态化指数，城市生态系统健康指数等。 这些方法各有优势和不足，需要指出的是这些评价方法大都涉及到了指标权 重的设置。目前对于指标权重的设置方法都不是无懈可击的，如在生态城市建设 第一章绪论 评价中应用较多的层次分析法，在使用过程中无论建立层次结构还是构造判断矩 阵，都要求评价者对评价问题的本质、包含要素及其相互之间的逻辑关系掌握的 十分透彻，人的主观判断对评价结果的影响较大。模糊综合评价法评价过程中也 大量应用了人的主观判断，且不能解决评价指标之间相关造成的评价信息重复的 问题。可以看到这些权重确定方法其无法避免的一个缺点就是评价最优准则及评 价结果容易受到专家的知识和经验的影响，具有较大程度的人为干扰，使评价结 果很难达到稳健性的要求。 客观赋权法中较多的方法是基于传统的多元统计分析来确定，传统的多元统 计分析方法( 如主成分分析) 的应用多建立在一定的假设前提下，即样本总体服 从正态分布。在实际评价应用过程中许多样本数据呈现高维性，且不能满足正态 分布的假设；基于熵权法确定指标权重一定程度上消除了人为赋权的缺点，但在 实用中常出现各个评价指标权重的平均化现象【4 0 1 。 1 , 3 研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 本论文以最大熵投影寻踪模型为理论框架，将其应用于生态城市建设评价 当中，构造最大熵投影寻踪综合评价模型，并以此为手段对天津滨海新区：生态城 市建设状况进行评价，研究内容具体包括： ( 1 ) 对国内外生态城市建设及评价现状进行综述，包括国内外生态城市建 设实践现状，当前国内外生态城市建设评价指标体系研究现状以及评估方法研究 现状，分析当前生态城市评价指标体系及众多评价方法的优势和不足。 ( 2 ) 研究国内外生态城市理论的研究成果，对生态城市的理论内涵进行梳 理。在生态城市理论框架下，参考国内外指标体系已有的研究成果，采用理论分 析法、频度分析法以及专家咨询法等方法构建生态城市建设评价指标体系。 ( 3 ) 构建最大熵投影寻踪综合评价模型，并在天津市滨海新区进行实例验 证。基于滨海新区2 0 0 5 年、2 0 1 0 年城市建设统计数据以及2 0 1 5 年的规划数据， 对滨海新区生态城市建设水平及发展趋势进行综合评价分析，并识别滨海新区生 态城市建设的限制性因素。 1 3 2 技术路线 基于对生态城市建设评估理论体系的研究现状，本课题拟结合生态城市的理 论基础一一生态城市是一个人工生态系统，建立一套可反映生态城市内涵的生态 城市建设评估指标体系，利用数学模型将指标体系系统化，降低不确定性对指标 第一章绪论 体系的影响，在此模型基础上建立生态城市建设评估模型，以此来克服生态城市 建设指标体系内涵不突出、指标权重确定困难的问题。 本文采取“生态城市概念及内涵研究一一生态城市建设评估指标体系构建一 一生态城市建设评价方法研究”的技术研究路线。 对于涉及多因素的生态城市建设评估，首先应根据指标体系的构建原则建立 一套具有可操作性的指标体系，并最大程度地体现生态城市的内涵。基于此，在 对国内外评估指标体系研究基础上，建立生态城市建设指标体系。 生态城市建设评估应该在最少的人为因素影响下正确分析影响评价目标的各 因素之间的相互关系，从而得出反映各个因素特征信息的综合评价结果。但生态 城市是一个“自然社会经济”复合生态系统，其评价指标体系是一个多元复杂体 系，影响因素很多，并且指标的选择、权重的确定都给生态城市建设评价带来很 多不确定性，特别是主观确定权重的方法会造成评价结果可能由于人的主观因素 而形成偏差。借助最大熵原理和投影寻踪技术的优势，采用最大熵投影寻踪模型 进行评价，减少了评价指标体系的不确定性，最大程度地减少了主观因素对评价 结果的影响。 最后，应用根据生态城市建设的支持理论而建立的评估模型对滨海新区生态 城市建设进行评估，并利用数学和计算机等相关理论知识及应用软件进行求解和 分析，最终得出天津市滨海新区生态城市建设综合状况，以及滨海新区生态城市 建设过程中的薄弱环节。 第二章生态城市建设评价理论基础 第二章生态城市建设评价理论基础 2 1 生态城市理论研究 2 1 1 生态城市的定义和内涵 生态城市的概念是随着人类文明的不断发展，对人与自然关系认识的不断升 华而提出来的，是人类在不同历史阶段对人与自然关系规律的认识。生态城市追 求自然、经济、社会三个子系统的高度和谐和可持续性的发展，已经成为2 1 世 纪世界城镇发展的新模式。当前对生态城市的概念或定义国内外学者、机构或国 家尚没有形成一个公认的定义和清晰的内涵。从生态城市的思想起源，到当代国 内外学者对生态城市理论的研究，在不同时期，不同的学者和机构对其内涵分别 先后提出了不同的观点，具有不同的认识。 生态城市的理念可以追溯到中国古代天人合一的思想【4 1 1 ，第二次工业革命以 后，大量农村人口涌入城市造成城市数量和规模的激增，工业迅速发展、资源消 耗、城市生活环境不断恶化。1 9 世纪末，英国社会活动家h o w a r d 针对一系列城 市问题提出了田园城市理论【2 1 ，田园城市理论被认为是现代生态城市的思想源 泉。2 0 世纪初，国外一批学者将生态学思想运用到城市生态系统的研究，奠定 了生态城市理论研究的基础。 “生态城市”这一概念首先在2 0 世纪7 0 年代联合国教科文组织发起的“人 与生物圈( m a b ) ”计划中提出，而后联合国教科文组织在1 9 8 4 年提出了生态 城市规划的五项则【4 2 】，同年r e g i s t e r 也提出了建设生态的原则【4 1 1 。他们对生态城 市内涵的主要理解侧重于环境说，自然方面强调城市生态系统的保护、物种多样 性延续，城市中人的方面强调居民生活、交通以及历史文化等方面的单项要素良 性发展。在生态城市概念被广泛探讨之初，这种观点占主要地位。 前苏联生态学家y a n i t s k y 提出的理想生态城市模式为，生态城市是人工技术 和自然可以充分融合、人的创造力和生产力可以得到最大限度发挥，并且居民的 身心健康和环境质量可以得到最大限度保护，物质能量、信息高效利用，生态良 性循环的一种人类理想栖息环境【4 3 1 。其对生态城市内涵理想化理解，目前的现实 可操作性较型州。美国生态学家r e g i s t e r 进一步对生态城市内涵进行深入理解， 认为：生态城市即生态健康的城市，城市各系统紧凑、充满活力、节能，并与自 然和谐共存的聚居地【4 5 1 。 第二章生态城市建设评价理论基础 与此同时，国内也有许多专家学者对生态城市理论内涵进行了研究探讨。 我国著名生态学者马世骏和王如松在1 9 8 4 年首次提出城市是典型