城市新區(qū)規(guī)劃方法的創(chuàng)新研究

摘 要： 傳統(tǒng)的區(qū)域規(guī)劃方法存在著目標(biāo)單一、成果剛性、缺乏系統(tǒng)觀等不足，已逐漸不能適應(yīng)城市新區(qū)快速發(fā)展的需要。本文基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論（SD）與數(shù)據(jù)包絡(luò)理論（DEA）提出一種城市新區(qū)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型系統(tǒng)，可對(duì)城市新區(qū)的發(fā)展形成動(dòng)態(tài)、連續(xù)、系統(tǒng)的決策支持，保證了城市新區(qū)規(guī)劃整體目標(biāo)的逐步實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合天津?yàn)I海新區(qū)空港加工區(qū)的案例，論述了該模型建模的過(guò)程，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析，為城市新區(qū)規(guī)劃方法探索出一種新的思路。

關(guān)鍵詞：城市新區(qū)；動(dòng)態(tài)規(guī)劃；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）；數(shù)據(jù)包絡(luò)法（DEA）；系統(tǒng)控制；天津?yàn)I海新區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU984文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009－9107（2008）04－0048－05

我國(guó)城市新區(qū)的快速發(fā)展帶來(lái)了城市新區(qū)規(guī)劃的興起，其使用的理論和方法主要還是基于傳統(tǒng)的區(qū)域規(guī)劃理論。面對(duì)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)人口、土地、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境等方面矛盾日益突出的局面［1-3］，傳統(tǒng)區(qū)域規(guī)劃由于目標(biāo)單一、成果剛性、缺乏系統(tǒng)觀等缺點(diǎn)已逐漸不能適應(yīng)城市新區(qū)快速發(fā)展的要求。［4］例如：傳統(tǒng)規(guī)劃以靜態(tài)規(guī)劃為主，規(guī)劃成果缺乏可持續(xù)性的科學(xué)發(fā)展觀，規(guī)劃目標(biāo)與實(shí)際需求隨著時(shí)間的推移逐漸相背離［5］；以經(jīng)濟(jì)效益最大化為原則進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，沒(méi)有對(duì)規(guī)劃的社會(huì)效益和環(huán)境效益進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)分析，片面追求區(qū)域經(jīng)濟(jì)指標(biāo)增長(zhǎng)，導(dǎo)致區(qū)域畸形發(fā)展或區(qū)域發(fā)展后期動(dòng)力不足等等。［6］

因此構(gòu)建一個(gè)城市新區(qū)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型系統(tǒng)，使其能夠?qū)τ绊懗鞘行聟^(qū)發(fā)展的各種因素的變化做出靈活、機(jī)動(dòng)的反映，滿(mǎn)足規(guī)劃的連續(xù)性和周期循環(huán)性要求，并通過(guò)不斷地建立目標(biāo)，解決目標(biāo)提出的問(wèn)題，提高規(guī)劃指標(biāo)的可預(yù)測(cè)性和可控制性已十分緊迫。［7-8］

一、動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型系統(tǒng)原理分析及構(gòu)架設(shè)計(jì)

本文提出的城市新區(qū)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型系統(tǒng)是基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）與數(shù)據(jù)包絡(luò)理論（DEA）理論，根據(jù)城市新區(qū)的開(kāi)發(fā)模式和內(nèi)在邏輯關(guān)系建立，統(tǒng)籌考慮新區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、資源等各方面要素，通過(guò)構(gòu)建城市新區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)仿真模型和參考模型，對(duì)兩者的運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行分析對(duì)比，進(jìn)而對(duì)新區(qū)規(guī)劃形成動(dòng)態(tài)、連續(xù)、系統(tǒng)的決策支持。同時(shí)，該系統(tǒng)可以結(jié)合新區(qū)的發(fā)展進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的修正，可對(duì)新區(qū)規(guī)劃的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與管理，使新區(qū)規(guī)劃可根據(jù)實(shí)際執(zhí)行情況以及環(huán)境狀態(tài)的變化不斷調(diào)整和完善，從而保證新區(qū)規(guī)劃整體目標(biāo)的逐步實(shí)現(xiàn)和區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)力的持續(xù)提高。城市新區(qū)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖1所示。

圖1中仿真模型部分運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法（SD）構(gòu)建仿真模型，以可持續(xù)發(fā)展為系統(tǒng)目標(biāo)，動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)的發(fā)展行為和趨勢(shì)，從而對(duì)系統(tǒng)的初始狀態(tài)、行為過(guò)程進(jìn)行配置和管理，維護(hù)系統(tǒng)的良性發(fā)展，并根據(jù)所獲得的信息分析和研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為，以便為正確決策提供科學(xué)依據(jù)。仿真模型建模思路及步驟為：首先對(duì)目標(biāo)新區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)分析，調(diào)研并找出新區(qū)中存在的主要問(wèn)題，明確建模的目的，確定系統(tǒng)邊界；然后對(duì)目標(biāo)新區(qū)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，劃分子系統(tǒng)，選取變量，建立系統(tǒng)流程圖，編寫(xiě)系統(tǒng)方程組；之后進(jìn)行系統(tǒng)模擬仿真，完成模型的相關(guān)檢驗(yàn)，并根據(jù)建模目的，選取控制變量設(shè)計(jì)方案，對(duì)方案進(jìn)行分析比較。

圖1中參考模型部分運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)方法（DEA）構(gòu)建參考模型，對(duì)選取的參考區(qū)域相關(guān)發(fā)展指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)與仿真模型相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)新區(qū)規(guī)劃方案的決策支持。參考模型建模思路及步驟為：首先對(duì)目標(biāo)新區(qū)進(jìn)行分析，明確評(píng)價(jià)的目標(biāo)，并圍繞評(píng)價(jià)的目標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)的對(duì)象進(jìn)行分析，確定各種因素的性質(zhì)，考慮因素間可能的定性與定量關(guān)系，對(duì)結(jié)果進(jìn)行定性的分析和預(yù)測(cè)；然后建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選擇決策單元，根據(jù)有效性分析的目的和實(shí)際問(wèn)題的背景選擇適當(dāng)?shù)腄EA模型進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和比較，并根據(jù)定性的分析和預(yù)測(cè)來(lái)考察評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性。最后通過(guò)回歸方法構(gòu)建參考模型。

二、分析案例

（一）天津?yàn)I海新區(qū)空港加工區(qū)概況

該區(qū)域地處天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)東北側(cè)，于2002年設(shè)立，規(guī)劃面積49.2平方公里，距市區(qū)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(cāng)儲(chǔ)、物流配送、科技研發(fā)、國(guó)際貿(mào)易等功能，是高度開(kāi)放的外向型經(jīng)濟(jì)區(qū)域。

（二）動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本文將城市新區(qū)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型系統(tǒng)應(yīng)用在該新區(qū)，統(tǒng)籌考慮新區(qū)內(nèi)人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等方面的因素，通過(guò)仿真模型與參考模型的對(duì)比，確定新區(qū)的規(guī)劃方案，并在新區(qū)發(fā)展過(guò)程中根據(jù)區(qū)域內(nèi)外環(huán)境的變化，對(duì)新區(qū)規(guī)劃指標(biāo)實(shí)施動(dòng)態(tài)管理與控制，實(shí)現(xiàn)新區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三方面和諧發(fā)展的目標(biāo)。

1.仿真模型。動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型系統(tǒng)仿真模型以空港加工區(qū)的地理邊界為系統(tǒng)邊界，系統(tǒng)外的影響因素視為輸入變量，與邊界內(nèi)部構(gòu)成完整的系統(tǒng)，根據(jù)對(duì)該區(qū)域的戰(zhàn)略分析，將區(qū)內(nèi)的社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境系統(tǒng)劃分為5個(gè)子系統(tǒng)，即支撐系統(tǒng)、運(yùn)作系統(tǒng)、激勵(lì)系統(tǒng)、約束系統(tǒng)和目標(biāo)系統(tǒng)。仿真模型系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖2所示。其中，支撐子系統(tǒng)包括人口、資源、能源；運(yùn)作子系統(tǒng)包括工業(yè)、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)；激勵(lì)子系統(tǒng)中包括固定資產(chǎn)投入、研發(fā)、培訓(xùn)；約束子系統(tǒng)包括環(huán)境因素；目標(biāo)子系統(tǒng)中包括經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和社會(huì)目標(biāo)。它們以一定的形式聯(lián)合起來(lái)去實(shí)現(xiàn)指定功能，是構(gòu)成社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的實(shí)體。

仿真采用Vensim軟件建立系統(tǒng)流程圖，包括18個(gè)水平變量，31個(gè)速率變量，106個(gè)輔助變量和初始變量，并且以這些變量為基礎(chǔ)建立了126個(gè)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程組。下面僅以支撐系統(tǒng)中的電力資源為例對(duì)模型作進(jìn)一步解釋?zhuān)瑘D3為支撐子系統(tǒng)中的電力資源子系統(tǒng)流程圖。

式中：X（t）為狀態(tài)變量在t時(shí)刻的值；F［x(t)，p］為t時(shí)刻的速度變量；dt為模擬時(shí)間步長(zhǎng)。在軟件Vensim中，上述狀態(tài)方程組用定義的數(shù)字積分運(yùn)算符INTEG（速率，初值）函數(shù)表示，括號(hào)中逗號(hào)前是變化速率，逗號(hào)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(jù)空港加工區(qū)區(qū)域的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展定位，設(shè)計(jì)了資源環(huán)境保護(hù)型、和諧發(fā)展型、工業(yè)增長(zhǎng)型3種規(guī)劃發(fā)展模式，并分別定義了固定資產(chǎn)投資、人口密度、萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值耗水量、萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值耗電量、萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值耗氣量、萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值耗熱量、萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值耗COD量、萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值耗SO2量、萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值廢水排量、萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值固廢排量、萬(wàn)元工業(yè)產(chǎn)值廢氣排量作為仿真模型的控制變量，進(jìn)行規(guī)劃仿真調(diào)控試驗(yàn)。圖4所示為和諧發(fā)展型方案的仿真結(jié)果，選取了工業(yè)總產(chǎn)值(industry value)，人口數(shù)(population)，區(qū)域土地存量(land area deposit)，電力供應(yīng)存量(electricity deposit)，區(qū)域SO2存量(SO2)，服務(wù)業(yè)總產(chǎn)值(service industry value)為輸出指標(biāo)。

由圖4可見(jiàn)，該模式既保持了較快速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，如2010年實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值903.5億元，服務(wù)業(yè)總產(chǎn)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(guò)快增長(zhǎng)的勢(shì)頭，在規(guī)劃年限內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)水電氣熱等能源短缺的現(xiàn)象，同時(shí)，該方案通過(guò)對(duì)污染指標(biāo)的嚴(yán)格控制，使區(qū)域環(huán)境保持得較好，為區(qū)域的后續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.參考模型。動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型系統(tǒng)參考模型部分從與空港加工區(qū)的內(nèi)外部環(huán)境相似性出發(fā)，選取了截止到2001年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的53個(gè)國(guó)家級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)為研究的參考區(qū)域，作為建立參考模型的基礎(chǔ)。并選定了參考模型中的10個(gè)指標(biāo)：投資密度、產(chǎn)值密度、土地開(kāi)發(fā)速度、人口增長(zhǎng)速度、二三產(chǎn)業(yè)比例、稅收密度、出口總額密度、進(jìn)口總額密度、工業(yè)企業(yè)銷(xiāo)售收入密度和利用外資金額密度。這10個(gè)指標(biāo)均采用密度和速度的形式，主要是為了消除規(guī)模效益產(chǎn)生的影響。

采用數(shù)據(jù)包絡(luò)方法中的CCR模型和SDEA模型通過(guò)EMS軟件計(jì)算得到53個(gè)開(kāi)發(fā)區(qū)的有效值θ。根據(jù)θ值大小，求出了2003年投入產(chǎn)出比值前10名的開(kāi)發(fā)區(qū)?；趨⒖紖^(qū)域和空港加工區(qū)的內(nèi)外部相似可比性，最終選取上海閔行、福清融僑、蘇州工業(yè)園區(qū)、上海漕河涇、寧波大榭、廣州和天津泰達(dá)開(kāi)發(fā)區(qū)等7個(gè)區(qū)域?yàn)閰⒖紖^(qū)域。然后以這7個(gè)開(kāi)發(fā)區(qū)10年的發(fā)展情況為模型，預(yù)測(cè)空港加工區(qū)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考模型中選定的10個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)通過(guò)查閱1994-2003年10年來(lái)的《中國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)年鑒》和《中國(guó)開(kāi)發(fā)區(qū)年鑒》得到，通過(guò)這些數(shù)據(jù)繪制參考區(qū)域模型的10年發(fā)展曲線。其中每條曲線的橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為7個(gè)開(kāi)發(fā)區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)的加權(quán)平均值。加權(quán)系數(shù)為SDEA模型所得的各個(gè)開(kāi)發(fā)區(qū)的θ值。選取其中的產(chǎn)值密度曲線為例，見(jiàn)圖5。

根據(jù)有效參考區(qū)域10年來(lái)發(fā)展的參考曲線，通過(guò)對(duì)發(fā)展曲線的模擬和預(yù)測(cè)，通過(guò)回歸方法建立空港加工區(qū)未來(lái)發(fā)展的參考模型。以參考區(qū)域的產(chǎn)值密度曲線為例進(jìn)行回歸分析，得到1994-2003年產(chǎn)值密度模型，如圖6所示。

回歸結(jié)果為： Y=2.2646e5+3.8326e4X

其中：Y－單位面積產(chǎn)值(萬(wàn)元/平方公里) X－年份

根據(jù)回歸方程，可以預(yù)測(cè)2006年至2010年空港加工區(qū)得產(chǎn)值密度，預(yù)測(cè)結(jié)果如下表1所示。

綜合以上分析可知，空港加工區(qū)和諧發(fā)展型規(guī)劃方案較好地滿(mǎn)足了該區(qū)域發(fā)展的現(xiàn)狀和需求，同時(shí)在該方案的指導(dǎo)下，該區(qū)域的發(fā)展趨勢(shì)符合同類(lèi)區(qū)域共同的發(fā)展規(guī)律，并在同類(lèi)區(qū)域中體現(xiàn)出良好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上內(nèi)容的闡述，可以看出相對(duì)于傳統(tǒng)的區(qū)域規(guī)劃方法，本文提出的城市新區(qū)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型系統(tǒng)是在深入剖析了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）和數(shù)據(jù)包絡(luò)法（DEA）各自特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將這兩種理論方法系統(tǒng)集成應(yīng)用在城市新區(qū)規(guī)劃問(wèn)題上，通過(guò)構(gòu)建目標(biāo)新區(qū)的系統(tǒng)仿真模型和參考模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)比對(duì)，并根據(jù)實(shí)際執(zhí)行情況以及環(huán)境狀態(tài)的變化不斷調(diào)整和完善，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)新區(qū)規(guī)劃形成動(dòng)態(tài)、連續(xù)、系統(tǒng)的決策支持，提高了規(guī)劃指標(biāo)的可預(yù)測(cè)性和可控性，促進(jìn)了城市新區(qū)和諧快速發(fā)展。最后對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)空港加工區(qū)進(jìn)行了實(shí)證分析，結(jié)果令人滿(mǎn)意，驗(yàn)證了該模型系統(tǒng)的有效性和可行性。

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