基于扩展DPSIR框架的生态城市画像与管控技术

顾中煊， 罗淑湘， 李玲， 鲁东静

（北京建筑技术发展有限责任公司）

1 引言

本研究所述的生态城市主要指绿色生态城区，即以创新、生态、宜居为发展目标，在具有一定用地规模的新开发城区或城市更新区域内，通过科学统筹规划、低碳有序建设、创新精细管理等诸多手段，实现空间布局合理、公共服务功能完善、生态环境品质提升、资源集约节约利用、运营管理智慧高效、地域文化特色鲜明的人、城市及自然和谐共生的城区[1]。

在系统观点的视角下，城市系统是人类活动与互动高度集中的地理区域，其嵌入在多尺度的相互依存的社会、工程和自然系统中，在空间和时间尺度上影响着人类的福祉。城市系统依赖于生态系统所提供的服务，城市系统的土地利用、资源与能源利用带来的污染又威胁着生态系统。绿色生态城区的尺度一般可达数平方公里，由于自然、经济、社会、文化等多系统因素间的相互作用，呈现出由相互作用的部分与综合的整体所定义的动态实体特征，影响因素的相互作用往往由不受边界限制而延伸至包含社区、建筑场地等多个嵌套的空间尺度在内的动态网络结构。

由于绿色生态城区的“复杂性”，单一因素对生态城区整体的影响往往难以预测，因而生态城区的规划建设与运营管理需要理解并构建诸多因素之间时空关联的整体模式，绿色生态城区的生态平衡和环境优化问题也不能基于简单因果逻辑的环境修复、污染治理和绿色运营，而需要复杂的系统耦合和动态协调。

绿色生态城区影响因素的多样性、动态性与关联性日益显著，生态城市总体上变得越来越复杂。相应地，传统生态城市规划-建设-管理全链条中，特别是绿色生态城区的规划与设计中对于生态要素和城市系统要素的辨识和表述能力越发捉襟见肘，随着传统蓝图式规划向动态规划的转变，建成环境管控的难度也日益增大。为了应对绿色生态城区规划建设管理的复杂性，孪生城市等数字化理念被提出并付诸实践。在当代社会、经济和技术背景下，特别是“双碳”目标提出后，如何以生态、生产、生活等空间资源的优化配置，兼顾减少碳排放和增加碳汇的各个方面，实现空间效益整体最优，更加需要系统化的分析工具。

笔者在《绿色生态城区画像与管控技术框架研究》[2]一文中提出了以“驱动-压力-状态-影响-响应”(DPSIR)框架分析绿色生态城区发展影响因素的方法，本文将结合实际案例探讨该框架在城市画像和管控中应用的方法，并对其框架提出扩展方向。

2 绿色生态城区规划建设管理

绿色生态城区的规划建设和管理离不开以生态文明理念为指导的绿色生态城区发展战略研究。城市发展背景分析是前期战略研究中非常重要的一个部分，是整个工作的基础。运用绿色生态理念分析城市发展的基础，评判绿色生态发展水平，分析城市绿色生态发展潜力，是制定绿色生态城区发展战略的重要内容，也是绿色生态专项规划编制的前期工作。

绿色生态专项规划的编制和实施是在生态理念指引下，通过系统研究、规划衔接、制定兼顾刚性管控和弹性适应的量化指标体系，并基于管控监测的区域指标的动态评价与平衡的过程。

生态专项规划的编制在技术方法上，从现状生态系统问题辨识入手，明确规划主要对象和目标，并通过对上位规划解读，明确与发展定位相匹配的生态格局，最终确定总体目标和指标体系。

传统绿色生态城区指标体系构建采用主题-层次法，对发展战略在空间上做出响应。现行国家标准GB/T 51255-2017《绿色生态城区评价标准》中对绿色生态城区的评价体系共分为土地利用、生态环境、绿色建筑、资源与碳排放、绿色交通、信息化管理、产业与经济、人文等八个方面，此外还对技术创新加以鼓励。其指导思想是设定并严守三道红线（资源消耗的上限、环境质量的底线、生态保护的红线），其逻辑在于通过严守资源能源消耗上限，降低碳排放、污染物排放等对环境产生的压力，从而最大程度地降低其对自然生态的冲击。

当前绿色生态城区指标体系研究通过对城市功能系统的综合集成和指标体系的选取梳理建立了指标体系框架，然而在各独立指标选择上仍然存在一些争论，由于指标之间存在关联关系，某项指标的完成受到相关联的其他指标的影响，需要综合分析确定。对于指标的空间落实和动态管控还需搭建智慧平台以确保实现绿色城区所需要达到的指标要求。

3 基于扩展DPSIR框架绿色生态城区画像

GB/T 51255-2017《绿色生态城区评价标准》为绿色生态城区规划建设管理提供了基础的评价框架，随着绿色生态城区发展的不断深入，生态理念先后经历了从工程思路到生态思路再到人本主义的升级，各地方也推出相应的地方标准，将新理念融入其中，拓宽了绿色生态城区的内涵。在高质量发展时期，绿色生态城区发展需要因地制宜，在相应评价标准评价框架的基础上，聚焦重点问题，充分考虑国家和地方发展的战略要求，并全面对接上位规划，指标体系面临着持续升级和更新迭代的需求。针对这种需求，数字画像技术为其提供了技术手段。

数字画像是随着互联网时代和大数据时代的来临而产生的，数字画像的通用基础逻辑与步骤主要有以下三步：①采集数据；②分析建模；③生成画像。借鉴信息管理领域分面模型的知识，研究人员建立了城市画像的初步框架[3]。但现存的城市画像存在下列缺陷：①仅描述静态特性；②缺乏对不同维度指标间关联关系的因果联系。

生态城区专项规划的编制实施是一个“问题-目标-战略-布局-机制”的过程，城市画像有助于从问题识别、到目标制定、战略措施、空间布局的落实。本研究将DPSIR分析框架引入城市画像模型。DPSIR本质是一个因果框架，采用DPSIR模型对绿色生态城区指标体系进行优化重构，不仅可以整合指标，而且可以从不同角度解释绿色生态城区规划建设运营的动态机制，从而更好的指导绿色生态城区的规划建设运营。

DPSIR模型由“驱动力Driving Force—压力Pressure—状态State—影响Impact—响应Response”五个模块组成，对复杂巨系统的运行机理和因果关系等问题研究具有普适性，已广泛应用于资源、环境、经济和社会等多个领域的研究中。对于城市系统，国内已有大量学者将其应用于低碳城市、健康城市和城市可持续性的研究。

DPSIR模型涵盖经济、社会、资源、环境四大要素，不仅表明了社会、经济发展和人类行为对资源的消耗与生态环境的影响，也表明了人类行为及其最终导致的资源环境状态对社会的反馈。其中“驱动力”是指造成资源环境变化的潜在原因，主要指城市社会经济活动和产业的发展趋势，代表性指标有城市产业经济发展水平与规模、城市建设规模等；“压力”是指人类活动对其紧邻的资源环境以及自然资源环境的影响，是资源环境的直接压力因子，主要表现为资源能源的消耗强度，代表性指标为地区生产总值能源和资源的消耗强度、居民消费水平等；“状态”是指资源环境在上述压力下所处的状况，主要表现为区域的生态环境污染水平，代表性指标为各项污染物的排放强度；“影响”是指系统所处的状态对资源环境及社会经济发展质量的影响，主要代表性指标为大气污染指数、年平均气温变化率、人口平均预期寿命；“响应”过程表明人类所采取的对策和制定的积极政策，如转变产业结构、提高能源资源利用效率、建设绿色建筑、提升自然生态系统碳汇能力等措施，代表性指标为新建绿色建筑比例、废弃物综合利用效率、城区绿色覆盖率等。

DPSIR框架为分析生态城市各影响因素之间的关系提供了基本方法，但也存在不足，如驱动力表征的是需求带来的潜在影响，其并不能直接引起相应压力，为便于分析生态城市的相关活动引起的压力，对DPSIR框架进行扩展，在其中增加活动(Activity)环节，将DPSIR模型扩展为DPASIR模型，并以苏州吴中太湖新城为例，对其绿色生态城区进行分析。

苏州吴中太湖新城作为江苏省首个国家三星级绿色生态城区，启动区占地面积10km2，规划人口13万（见图1）。该绿色生态城区将碳足迹作为生态核心控制目标之一，确立了到规划末期，在保证经济正常发展的同时，人均碳足迹比苏州市现有利用模式下人均碳足迹减少85%的目标。针对该目标，该示范区制定了能源综合和绿色建筑相关指标如表1所示。

图1 苏州吴中太湖新城启动区

表1 苏州吴中太湖新城绿色生态专项规划能源综合和绿色建筑相关指标

本文采用DAPSIR框架对绿色建筑碳排放控制目标进行分析，绘制出从驱动力到响应的系统图如图2所示。

图2 绿色建筑子系统DAPSIR框架

针对建筑碳排放管理，国家标准GB/T 51366-2019《建筑碳排放计算标准》明确了建筑物排放的定义、计算边界、排放因子以及计算方法，而随着国家标准GB 55015-2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》的实施，建筑碳排放计算成为强制要求。通过应用DAPSIR框架分析，发现专项规划和指标体系中缺少针对碳排放计量监测的相关指标，不利于实时了解绿色建筑碳排放状态和对环境影响的评估。为此，在能源综合利用领域提出了搭建能源与碳排放管理平台的技术策略，并接入全部已运行建筑，以获得建筑碳排放相关数据。上述分析体现了DAPSIR框架这一整体思维模型对于指标体系完善优化方面的作用。

由于传统的管理未能基于情景对城市发展驱动力进行辨识，DPSIR框架作为一种系统化的方式可捕捉到经济社会的环境需求及其对自然环境产生的影响之间的重要关联关系，从而为上述因素的分析提供了方法。在对绿色建筑子系统分析的基础上进而可通过多个DAPSIR框架的串联，将前一个框架中采取的响应作为下一个框架细化分析的起点，以对绿色建筑子系统中所采取的节能降碳措施进行深入分析。

4 基于扩展DPSIR框架绿色生态城区管控

以数据为驱动、以目标为导向的绿色生态城区画像不能停留在确立方向、目标层面，还必须明晰实施路径及实现方式，否则无法落地。DAPSIR框架为绿色生态城区规划建设管理全过程提供了集成评估框架，可对各项管理措施进行评估，管理压力并决定针对各种活动所应采取的措施，并将各项管控措施纳入集成的管理计划中。通过城市驾驶舱（数据仪表盘）的方式使利益相关方不仅看到数据本身，而且看到数据背后的关联，将有助于其更有效的采取行动。

为实现“苏州未来城市建设的最高水平”的定位目标，推动“双碳”措施落地，确保绿色生态城区建设总体成效，启动了苏州吴中太湖新城绿色生态综合管理平台开发。平台一期开发将形成绿色生态初步管控，最终实现全流程绿色生态与碳排放信息化运营管理。该平台运用城市画像方法通过对城市运行数据的深度挖掘、立体展示，实现数字孪生城市能力、绿色生态全过程管控能力、基础信息汇集能力。政府部门管理者可以通过“领导驾驶舱”一览全貌，快速了解城区绿色生态规划、建设、运营总体情况，整体进度，主要指标等，实时掌握绿色生态，并可通过绿色生态全过程管控系统对城区、地块、项目进行多层面绿色专项管理。平台绿色建筑管理系统可实现太湖新城启动区绿色建筑规划管理、运营管理，对绿色建筑绿色生态规划指标信息、城乡用地类型信息、项目阶段信息、绿色建筑星级信息的展示和管理；实现对启动区内重点绿色建筑项目运营基本数据的统计、挖掘和管理，推动新型绿色建筑技术推广使用，提升管理者对于城市绿色建筑发展的掌控力度（见图3）。

图3 苏州吴中太湖新城绿色生态综合管理平台绿色建筑管理系统主要功能

本文提出的扩展DPSIR框架为绿色生态城区画像与管控提供了全面整体分析框架，对指标体系的制定起到支撑作用。

5 结语

本文以苏州吴中太湖新城国家三星级绿色生态城区为案例，分析采用DAPSIR框架建立指标间关联关系的可行性，并对绿色建筑子系统碳排放的控制指标和策略进行了分析完善，本研究所提出的绿色生态城区画像为指标体系的制定提供了前期分析基础，既是对指标体系的静态描述，也包括对指标体系的动态刻画，能够体现动态交互过程。

DPSIR及其扩展的DAPSIR框架是具有整体性地分析绿色生态城区诸多影响因素“原因—效果—响应”链条的工具，可为绿色生态城区综合管理平台的建设和动态管控的实施提供支撑。