自20世纪90年代城镇开发边界引入国内以来，经历了从理论探讨、实践探索到规程完善的多个发展阶段。随着国土空间规划体系的建立和完善，城镇开发边界作为遏制城市盲目扩张的政策工具，成为国家空间治理能力现代化的重要手段。

人居环境科学是研究人类聚落及其环境相互关系与发展规律的科学。城镇作为人类聚落的重要场所，是人类活动和人居环境建设的主要空间载体。因此，城镇开发边界划定可以从人居环境科学中寻求理论依据。

在本轮国土空间总体规划编制的收尾阶段，基于对城镇开发边界划定的实践研究和系统总结，发现对边界划定技术背后的理论支撑研究不足，对人居环境全系统尤其是人的因素关注不够，同时对各类技术的探索相对碎片化，缺乏对边界划定全流程技术的整合与集成应用。

本文以人居环境科学为理论内核，在数据、指标和技术层面全面对接人的需求、人居环境的系统性和复杂性，提出系统耦合“双评价”、系统动力学模型、城镇开发潜力评价模型及多情景地理模拟等关键技术的城镇开发边界划定的智慧技术集成框架，将人居环境全系统贯穿于“需求预测、格局研判、布局调控”的边界划定全流程和各类技术模型中，为科学划定城镇开发边界提供一种可实施的技术路径。

1 人居环境科学的主要理念与启示

吴良镛院士的“人居环境科学”提出把人类聚居作为一个整体，从社会、经济、工程技术等多个方面进行较为全面、系统、综合的研究。人居环境科学在理论层面对城镇开发边界划定有重要启示作用，也为实施路径指明方向：

(1)突出人的重要性：人居环境的核心是“人”，人居环境的规划建设必须关心人和人的活动。从根本上讲城镇开发边界划定源自于人民群众对高质量国土空间的需求，划定过程必须考虑人的需求、体现人的活动。

(2)突出人居环境的整体性和系统性：人居环境在内容上分为自然、人类、社会、居住和支撑五大系统，一个良好的人居环境的取得不能只着眼于其各个部分的存在和建设，还要使其达到整体的完满。城镇开发边界划定必须统筹考虑与“五大系统”的内在关联(表1)，从需求预测到空间定界各环节全面落实人居系统各类要素对城镇发展的综合作用。

▲ 表1 | 人居环境系统与城镇开发边界的内在关联

资料来源：本文图表除另有注明外，均为笔者自绘。

(3)突出复杂性科学的观念：城市是一个开放的复杂巨系统，人居环境科学要以整体的观念和复杂性科学的观念从事创造性的研究。边界划定过程应包含针对复杂系统的相关技术方法，并通过不同智慧技术的系统集成，综合应对城市发展的不确定性和复杂性。

2 城镇开发边界划定的智慧技术应用现状与不足

2.1 智慧技术应用研究的现状

城镇开发边界划定的智慧技术应用主要聚焦于城镇规模预测和城镇空间模拟两个阶段。前者包括马尔可夫链模型、系统动力学模型、“成本—收益”模型、灰色模型GM(1,1)等技术；后者包括以传统用地评价模型、“双评价”为代表的“逆向法”，以及以元胞自动机(CA)模型为主流的“正向法”。

智慧技术集成应用包括上述两个阶段的技术结合，也包括各阶段内不同技术的交叉应用。如城镇空间模拟阶段，较多研究综合正向拓展和反向约束，探索了用地评价模型与CA模拟两种技术的集成应用，可分为并联、串联两种关系。

2.2 智慧技术应用研究的不足

从人居环境科学的视角出发，城镇开发边界划定的智慧技术应用仍存在以下不足：(1)重自然工程、轻社会经济，尤其缺乏对人类活动因素的考虑。既有研究在构建技术模型时大多关注土地、环境、区位等自然和工程性因素，对社会、经济、人文等因素的关注不足，忽视了人的需求和活动对城市空间结构的塑造能力；(2)智慧技术应用呈现碎片化、多样化特征，且实施路径不明晰，对边界划定全过程的支撑不足。

3 城镇开发边界划定的智慧技术集成框架

以人居环境科学为理论指导，在充分衔接《全国“三区三线”划定规则》基础上，提出“需求预测—格局研判—布局调控”三阶段的总体技术路线，围绕人居环境全要素(尤其是人类系统)，构建四大关键技术模型，整合形成城镇开发边界划定的智慧技术系统性集成框架(图1)。

▲ 图1 | 城镇开发边界划定智慧技术集成框架

(1)需求预测阶段：一是通过“双评价”模型从供给侧角度测算城镇发展空间容量的上限；二是通过系统动力学模型预测城镇建设用地需求，满足人民群众对改善就业、生活水平，提升发展动力和人居环境的基本需求。

(2)格局研判阶段：衔接“双评价”适宜性结果，构建城镇开发潜力评价模型，将全域空间划分为六种类型(图2)，尤其依据城镇发展的动力和限制进行强弱组合，对“城农双宜地区”做进一步细分，从而明确最适宜城镇开发的地域空间范围，作为边界划定的空间基底。

▲ 图2 | 城镇开发潜力分区研判技术路线

(3)布局调控阶段：基于不同主体多元价值需求下城镇未来发展的多种情景模式，构建多情景地理模拟模型，将城镇开发边界需求规模作为约束条件输入模型；将城市不同的发展战略设置为多个情景，并将其拟定成一些空间化的约束条件输入模型；将城镇用地布局模拟结果与城镇开发潜力分区按一定规则耦合(图3)，与政策管控目标校核后形成城镇开发边界的初步方案。

▲ 图3 | 城镇开发边界划定规则示意

4 城镇开发边界划定的关键技术

4.1 系统动力学模型支撑下的需求预测技术

影响城市空间增长的人口、土地、产业等因素之间存在相互依存、相互制约的动态耦合关系和系统交互作用(图4)。应用系统动力学模拟城镇建设用地的供需机制，可有效解决其涉及的因素复杂、非线性、动态性和调控弹性等问题。

▲ 图4 | 城镇建设用地规模预测系统结构示意

模型构建需要从人居环境全系统出发，综合审视影响城镇建设用地数量变化的多种因素及其内在关联。城镇建设用地不仅受市场和政府两类宏观政策调控机制的影响，还受到人口、经济、土地三类基本要素的影响。模拟系统构建包括：系统基本结构、构建因果回路图、方程构造和参数估计、模型检验和修正、多情景预测。

▲ 图5 | 某市经营性城镇建设用地规模预测SD模型中的变量因果关系回路图

4.2 城镇开发潜力评价支撑下的格局研判技术

从人居环境“五大系统”出发，结合地方实际系统梳理与城镇拓展相关的影响因素(表2~表3)，综合正反双向约束构建用地评价模型。针对现有研究对社会经济类因素关注不足的问题，建议：(1)人口活动采用以手机信令为代表的移动定位大数据，改善传统人口统计数据中人群静态分布精细度不足、动态流动时空特征缺失等问题；(2)产业经济使用工商注册企业、科研机构、商业服务业等POI数据，改善GDP等经济统计数据刻画经济活动空间分布颗粒度较粗等问题。

▲ 表2 | 限制要素示例

▲ 表3 | 动力要素示例

▲ 图6 | 某市城镇开发潜力分区示意

4.3 多情景地理模拟支撑下的布局调控技术

多情景地理模拟通过深入挖掘城镇发展的历史规律，模拟不同发展情景下城镇空间形态的变化，支持城镇发展方向、空间结构、拓展时序、用地布局等研究。以元胞自动机模型为例(图7)，将用地空间划分为离散、独立的栅格单元，将城镇建设用地增长过程抽象化为栅格单元属性(即用地性质)的若干次迭代转换。

▲ 图7 | CA模型实施流程示意

▲ 图8 | CA模拟结果与城镇开发边界初步方案对比(左：CA模拟结果；右：边界方案)

5 结论

本文以人居环境科学为理论指导，从突出人的重要性、人居环境的整体性和系统性、复杂性科学方法的角度，综合应用针对城市系统性、复杂性和不确定性的各类关键技术，并通过智慧技术系统集成方式支撑“需求预测—格局研判—布局调控”的全流程，为提升城镇开发边界划定的科学性提供一种可借鉴的实施路径：

(1)摒弃重自然轻社会理念，基于人居环境全要素视角，将人居环境“五大系统”理念贯穿于边界划定的各个阶段。指标层面，围绕人居环境“五大系统”构建城镇发展影响因子库，尤其重视人口结构、人群活动等人的因素；数据层面，使用精细刻画人群分布和活动特征的手机信令等数据，以及体现空间差异的企业设施类POI等社会经济大数据，开展城镇空间模拟。

(2)提出基于人居环境科学视角的城镇开发边界划定智慧技术系统性集成方案。技术层面，从人居科学理念出发，构建耦合“双评价”、系统动力学、城镇开发潜力评价及多情景地理模拟等四大关键技术的集成框架，综合不同技术方法的优势以应对不同划定环节的技术难点。

作者|

杨钦宇，北京清华同衡规划设计研究院有限公司总体研究中心智慧规划室项目经理，工程师。

余  婷，北京清华同衡规划设计研究院有限公司总体研究中心智慧规划室主任，自然资源部智慧人居环境与空间规划治理技术创新中心秘书长、技术带头人，高级工程师，本文通信作者。

郑筱津，北京清华同衡规划设计研究院有限公司副院长，自然资源部智慧人居环境与空间规划治理技术创新中心副主任，教授级高级工程师，注册城乡规划师。

汪  淳，北京清华同衡规划设计研究院有限公司副总规划师、总体研究中心副主任，自然资源部智慧人居环境与空间规划治理技术创新中心运营委员会主任、技术带头人，教授级高级工程师，注册城乡规划师。

田  莉，清华大学建筑学院城市规划系教授，自然资源部智慧人居环境与空间规划治理技术创新中心主任，中国城市规划学会规划实施分会副主任委员。

【基金项目】国家十四五重点研发计划课题(2022YFC3802804)；国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项(2019YFE0126600)；北京卓越青年科学家计划(JJWZYJH01201910003010)。