基于系统动力学的城市可持续发展模型_以北京市为例.
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三、模型构建
系统动力学的建模过程如图3所示,每个步骤依次进行,同时根据检验和评价比较结果对模型多次进行修正。其中主体部分是模型的建立,即由行为模式,提出系统的结构假设,由假设出发,设计系统的因果关系图,流图,并列出方程,定义参数。从而将一系列的系统动力学假设,表示成清晰的数学关系集合。
【文献标志码】A
【文章编号】1003-0166(201012-0010-08
doi:10.3969/j.issn.1003-0166.2010.12.003
发展研究
10/未来与发展/2010/第12期
系统动力学的角度出发建立模型,模拟城市的可持续发展状态,并提出对策与建议。
20世纪60年代末, Forrester提出城市动力学(Urban Dynamics ,主要研究关于美国城市兴衰问题的理论与应用研究的成果
[1]
。Yufeng Ho建立了以新竹科学园区为对象的城市可持续发展SD模型,并指出要重视园区内经济、社会、环境的协调发展
[2]
。Jorge A. Duran以墨西哥的
AURA市为对象,建立了一个完整的城市系统动力学模型框架[3]。
宋世涛等对中国可持续发展问题的系统动力学研究进展进行了综述,并指出,我国的城市可持续发展研究对象多为发达或较发达地区,大中小城市都有,但对特大城市研究还不多[4]。朱杰、管卫华以产业门类为切入点,建立了常州市可持续发展SD模型,预测并分析了未来常州制造业可能的发展方向及对城市化进程的影响,指出常州要过渡到新兴产业发展类型[5]。谷国锋、蔡维英以长春市为研究对象,建立了区域社会经济发展的系统动力学仿真模型,预测了未来
放量增长了32.35%。可以说,北京市可持续发展研究对我国大型城市的可持续发展研究具有典型案例的意义。
2.研究方法
系统动力学(SystemDynamics ,
SD是一门认识系统问题和解决复杂系统问题的综合性学科,创始人是美国麻省理工学院的Forrester教授
[7]
,
系统动力学被成功的应用到可持续发展、能源管理、区域规划、政府政策、企业管理、营销策略、交通运输等多个领域。系统动力学强调系统的联系、发展与运动的观点,认为系统的行为模式与特性主要植根于其内部的动态结构与反馈机制。基于系统动力学的模型利用数学方程将各个子系统间的影响和反馈定量化,用简单、直接的方式将因变量与自变量之间的函数关系表达出来。
可持续发展的概念在20世纪70年代开始被讨论,最初的定义出自
1987年出版的《我们共同的未来》报告,该报告将可持续发展定义为:“既能满足当代人的需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。”这之后,可持续发展逐渐成为世界各国的战略选择与发展目标。城市是社会生产力高度集聚的一种空间组合形态,是人类活动与自然环境相
互作用、相互影响的复杂系统。随着全球城市化进程的加快,城市可持续发展问题越来越受到研究人员的重视。可以说,城市可持续发展是可持续发展理念在城市层次上的体现。
一、文献综述
综观各类城市可持续发展研究,基本是从资源和环境、城市生态、经
济发展、城市空间结构、社会学等几个视角出发进行研究。就其理论框架而言,城市可持续发展理论研究涵盖了经济学、环境科学、生态学、系统科学等领域。城市的经济、社会与环境是一个内在联系的系统,城市的可持
续发展就是要实现这几个子系统的协调、持续发展。近年来,国内外很多学者以系统论为指导,把城市可持续发展视为一个复杂系统进行研究,从
基金项目:本项目得到北京市财政专项“首都经济、能源、环境、安全系统的模拟与动态分析技术支撑体系建设” (项目
代码:PXM2007_178215_051344资助
作者简介:佟贺丰
基于系统动力学的城市可持续发展模型:
以北京市为例佟Biblioteka 丰1曹燕1
于洁
1
屈慰双
2
(1.中国科学技术信息研究所,北京100038; 2.美国千年研究所,美国弗吉尼亚州22201
【摘要】本文在构建包括了经济、社会、环境三个子系统的北京市系统动力学模型基础上,阐明了
各子系统间的反馈与影响关系,并用数学公式将其表达在模型中。模型对北京市2020年的相关发展情景进行了模拟,并通过情景分析,指出北京市未来可持续发展中存在的问题,并提出对策建议。【关键词】可持续发展;系统动力学;模型;城市【中图分类号】C94
1.研究对象
1978— 2009年,我国城市化率由17.9%增加到46.6%,“十二五”末期我国的城市化率很可能突破50%,城市形态将在我国社会结构中占据主导地位。北京作为一个人口众多、自然资源相对缺乏、环境容量有限的特大型城市,因经济持续高速发展带来的可持续问题尤为突出。从2000—
2007年,北京市GDP年均增长12.31%,常住人口增加了19.75%,一次能源消费量增长了42.43%, CO 2排
15年长春市社会经济发展的变化趋势[6]。
从以上的城市可持续发展模型研究可以发现,每个模型的框架有很多相似点,基本是把人口、资源和环境作为城市可持续发展的基础,把经济作为城市可持续发展的条件,社会则是可持续发展的目的。根据研究的需要,不同的模型会在水资源、交通、土地等模块上有所扩张。
二、研究对象与方法
城市可持续发展主要由经济、社会、环境三个子系统组成,这三个子系统相互联系和影响,如图1所示。
每个子系统又包括一系列的子模块,如图2所示。例如,社会模块包括了详细的人口变化情况(包括按性别和年龄分组情况、健康和教育、基础设
施、就业、贫困水平和收入分配等;经济模块主要包括三次产业的生产等;环境领域包括能源供需、能源消耗排放的主要气体以及土地使用、水资源供需等子模块。本研究将针对经济、社会、环境三个子系统及其下属的子模块,研究其互动关系,阐明其反馈机理,识别和比较影响城市可持续发展的主要驱动因子,从而提出城市经济、社会、环境协调发展的综合调控机制,并构建适用于我国城市可持续发展问题的系统动力学共性模块。
中国科学技术信息研究所助理研究员,中国未来研究会会员,会员证号:I050100043M ,研究方向:系统动力学模型、科技政策
曹燕中国科学技术信息研究所助理研究员,研究方向:系统动力学模型、科技政策于
洁
中国科学技术信息研究所助理研究员,研究方向:科技政策,科技与经济
屈慰双
威斯康辛大学(麦迪逊博士,美国千年研究所模型部主任,研究方向:系统工程
系统动力学的建模过程如图3所示,每个步骤依次进行,同时根据检验和评价比较结果对模型多次进行修正。其中主体部分是模型的建立,即由行为模式,提出系统的结构假设,由假设出发,设计系统的因果关系图,流图,并列出方程,定义参数。从而将一系列的系统动力学假设,表示成清晰的数学关系集合。
【文献标志码】A
【文章编号】1003-0166(201012-0010-08
doi:10.3969/j.issn.1003-0166.2010.12.003
发展研究
10/未来与发展/2010/第12期
系统动力学的角度出发建立模型,模拟城市的可持续发展状态,并提出对策与建议。
20世纪60年代末, Forrester提出城市动力学(Urban Dynamics ,主要研究关于美国城市兴衰问题的理论与应用研究的成果
[1]
。Yufeng Ho建立了以新竹科学园区为对象的城市可持续发展SD模型,并指出要重视园区内经济、社会、环境的协调发展
[2]
。Jorge A. Duran以墨西哥的
AURA市为对象,建立了一个完整的城市系统动力学模型框架[3]。
宋世涛等对中国可持续发展问题的系统动力学研究进展进行了综述,并指出,我国的城市可持续发展研究对象多为发达或较发达地区,大中小城市都有,但对特大城市研究还不多[4]。朱杰、管卫华以产业门类为切入点,建立了常州市可持续发展SD模型,预测并分析了未来常州制造业可能的发展方向及对城市化进程的影响,指出常州要过渡到新兴产业发展类型[5]。谷国锋、蔡维英以长春市为研究对象,建立了区域社会经济发展的系统动力学仿真模型,预测了未来
放量增长了32.35%。可以说,北京市可持续发展研究对我国大型城市的可持续发展研究具有典型案例的意义。
2.研究方法
系统动力学(SystemDynamics ,
SD是一门认识系统问题和解决复杂系统问题的综合性学科,创始人是美国麻省理工学院的Forrester教授
[7]
,
系统动力学被成功的应用到可持续发展、能源管理、区域规划、政府政策、企业管理、营销策略、交通运输等多个领域。系统动力学强调系统的联系、发展与运动的观点,认为系统的行为模式与特性主要植根于其内部的动态结构与反馈机制。基于系统动力学的模型利用数学方程将各个子系统间的影响和反馈定量化,用简单、直接的方式将因变量与自变量之间的函数关系表达出来。
可持续发展的概念在20世纪70年代开始被讨论,最初的定义出自
1987年出版的《我们共同的未来》报告,该报告将可持续发展定义为:“既能满足当代人的需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。”这之后,可持续发展逐渐成为世界各国的战略选择与发展目标。城市是社会生产力高度集聚的一种空间组合形态,是人类活动与自然环境相
互作用、相互影响的复杂系统。随着全球城市化进程的加快,城市可持续发展问题越来越受到研究人员的重视。可以说,城市可持续发展是可持续发展理念在城市层次上的体现。
一、文献综述
综观各类城市可持续发展研究,基本是从资源和环境、城市生态、经
济发展、城市空间结构、社会学等几个视角出发进行研究。就其理论框架而言,城市可持续发展理论研究涵盖了经济学、环境科学、生态学、系统科学等领域。城市的经济、社会与环境是一个内在联系的系统,城市的可持
续发展就是要实现这几个子系统的协调、持续发展。近年来,国内外很多学者以系统论为指导,把城市可持续发展视为一个复杂系统进行研究,从
基金项目:本项目得到北京市财政专项“首都经济、能源、环境、安全系统的模拟与动态分析技术支撑体系建设” (项目
代码:PXM2007_178215_051344资助
作者简介:佟贺丰
基于系统动力学的城市可持续发展模型:
以北京市为例佟Biblioteka 丰1曹燕1
于洁
1
屈慰双
2
(1.中国科学技术信息研究所,北京100038; 2.美国千年研究所,美国弗吉尼亚州22201
【摘要】本文在构建包括了经济、社会、环境三个子系统的北京市系统动力学模型基础上,阐明了
各子系统间的反馈与影响关系,并用数学公式将其表达在模型中。模型对北京市2020年的相关发展情景进行了模拟,并通过情景分析,指出北京市未来可持续发展中存在的问题,并提出对策建议。【关键词】可持续发展;系统动力学;模型;城市【中图分类号】C94
1.研究对象
1978— 2009年,我国城市化率由17.9%增加到46.6%,“十二五”末期我国的城市化率很可能突破50%,城市形态将在我国社会结构中占据主导地位。北京作为一个人口众多、自然资源相对缺乏、环境容量有限的特大型城市,因经济持续高速发展带来的可持续问题尤为突出。从2000—
2007年,北京市GDP年均增长12.31%,常住人口增加了19.75%,一次能源消费量增长了42.43%, CO 2排
15年长春市社会经济发展的变化趋势[6]。
从以上的城市可持续发展模型研究可以发现,每个模型的框架有很多相似点,基本是把人口、资源和环境作为城市可持续发展的基础,把经济作为城市可持续发展的条件,社会则是可持续发展的目的。根据研究的需要,不同的模型会在水资源、交通、土地等模块上有所扩张。
二、研究对象与方法
城市可持续发展主要由经济、社会、环境三个子系统组成,这三个子系统相互联系和影响,如图1所示。
每个子系统又包括一系列的子模块,如图2所示。例如,社会模块包括了详细的人口变化情况(包括按性别和年龄分组情况、健康和教育、基础设
施、就业、贫困水平和收入分配等;经济模块主要包括三次产业的生产等;环境领域包括能源供需、能源消耗排放的主要气体以及土地使用、水资源供需等子模块。本研究将针对经济、社会、环境三个子系统及其下属的子模块,研究其互动关系,阐明其反馈机理,识别和比较影响城市可持续发展的主要驱动因子,从而提出城市经济、社会、环境协调发展的综合调控机制,并构建适用于我国城市可持续发展问题的系统动力学共性模块。
中国科学技术信息研究所助理研究员,中国未来研究会会员,会员证号:I050100043M ,研究方向:系统动力学模型、科技政策
曹燕中国科学技术信息研究所助理研究员,研究方向:系统动力学模型、科技政策于
洁
中国科学技术信息研究所助理研究员,研究方向:科技政策,科技与经济
屈慰双
威斯康辛大学(麦迪逊博士,美国千年研究所模型部主任,研究方向:系统工程