1.2　研究目标与主要内容

1.2.1　关键问题与研究目标

1）拟解决关键问题

智慧生态城市发展将解决人居在自然中的尺度问题，建立人与自然的关联，恢复人的生命力与创造力。

2）研究目标

（1）理论层面。

重建智慧生态城市发展的理论基础，提出城市发展须以生态原理与地球生态系统为依托，正视地球整体生态系统的开放、变化、规律与不确定性，综合自然科学与社会科学，运用地球系统科学、生态学、管理学、城市规划学与市政学等，将生态伦理、人文精神融入城市建设中。一是建立城市发展尺度、时空观与价值观，尊重生命节律与地球生态系统整体性。以平衡为本调整城市结构。智慧生态城市是通过认知与思维变化实现的新的人居系统形态，结合非线性与线性思考改变单一思维方向与路径，接受混沌状态。二是研究智慧生态城市空间结构演化形态与路径，基于物理原理建立最小时空结构，探讨城市微结构可能性。微结构与自生长或将是未来智慧生态城市的基础组织结构与动力机制。

（2）实践层面。

一是构建智慧生态城市发展方向与机制，构建全域生态空间规划与城市运行机制。人地系统智慧生态发展包括城市与乡村发展，兼具生命尊严、生态生物圈与社会尺度，保障自然生态价值，改进民生环境，实现生命、社会与自然适度发展。二是提出地球生态系统对城市、人口与文明存续具有核心影响。城市是人、生物、能源与资源融汇之地。改进城市运作逻辑，尊重当地的自然条件，构筑城市生态结构，人居系统可降解地建立在自然环境中，人工与自然环境有间融合。城市融合自然环境，种植林木，保护湿地与物种多样性，良性运作，智慧生态发展。三是实现城市精神与生态环境塑造，发扬人文精神，借鉴古今城市发展，延承文明，实现居民认知平等，公正、民主协商自治，形成更富生命力、健康、平衡的共生城市。人类发展的每一时期并不是简单替代关系而是有着广泛关联，因此需要涵纳不同时期文明与自然生态系统，建立健康的人与自然关系。四是建设多元自组织仿生分形城市空间结构与人居体系，发展“十生有间”韧性城市空间形态，兼顾美观、节能与生态循环，丰富从古至今人居形态，整体实现人居、人地系统与自然生态平衡。

（3）方法层面。

综合分析研究。结合遥感地图、土地利用变化数据，分析上海人居地学环境与人地系统现状。从历史流变、构成因素、变化趋势、方向对策进行智慧生态城市空间结构发展研究。

1.2.2　主要研究内容

本研究的主要内容有以下几个方面：

（1）地球生态系统对城市的影响。

（2）智慧生态城市空间结构发展演变。

（3）古今城市兴衰流变因素分析。

（4）上海城市人居地学环境与人地系统综合分析。

（5）上海土地利用时空演变规律与森林发展分析。

（6）上海智慧生态城市发展方向、机制与对策研究。

1.2.3　概念界定

1）生态系统

生态系统指在一定时空范围内由生物与环境构成的统一整体，包括生物个体、群落、系统与非生物系统，其中蕴含生命、物质与能量循环。地球生态系统中的存在物包括人类、动植物、微生物、有机及无机环境，共同构成自然生态环境与人类社会生态系统。

2）智慧

智慧是指人类认知世界创造的精神与物质留存，接受未知、变化与不确定性。每个人能认知、判断、取舍、融通、决策、自律且负责。保留人文精神，延承过往文明，面向未来形成更为全面的世界观、生命观、价值观。理解“万物并作”的自然规律，回归天地人的适度位置。

3）智慧与生态的关系

基于人类对世界的认知、判断与行为，形成相互影响与转化的关系。

4）智慧生态发展、智慧生态城市、智慧生态城市发展

智慧生态发展是遵循自然规律、生命节律、社会发展规律，维持自然生态体系的有序发展。结合人类文明智慧，基于生态伦理发展生态文明，自然—生命—人居—社会健康、公正、有序发展，推动生态经济，建设生态人居，保护自然生态系统与生物物种多样性，居民得以全面发展，生活幸福指数增长。

智慧生态城市是指人类在地球与地外空间环境建立的保护自然物种、延续人类文明的生态人居体系。

智慧生态城市发展是在尊重生命与生态平衡的伦理基础上，以人与自然共生为方向，通过扩展认知，知识共享，实现生态世界观、生命观、价值观和方法论的统一，建立自然—生命—社会—城市人居生态系统，实现自然与人类可持续发展。基于全球生态系统与城市所在区域自然生态系统、社会及生命系统，建立平衡、多元、公正的社会秩序与生态文明。将自然生态价值前置，保护和修复自然环境，维护生物物种多样性，城市连接自然，符合自然生态承载力，实现自然与生命和谐发展。在保护自然生态系统良性存续的前提下，进行城市人工环境开发、建设、维护与管理，注重自然生态系统（如大气质量、气象、气候、水文、土壤、林地、湿地、动植物、微生物、人类生命特质）与社会生态系统的运转，有节制地制作物品，物质循环使用、无害回归自然。建立人与自然联系，尊重人的生命特征与生命周期，完善社会保障系统，为居民实现更人性化的社会支持。重视自然生态系统的脆弱性与整体性，恢复自然生态系统中万物的独立生态价值，重建人类与自然的根本关系。重视地球生态圈大气、陆地与海洋的整体性，水系、流域与地下水的关联，植被与生物多样性的密切关系，气候变化、地理构成及人类行为对地球整体环境的影响。城市与乡村人居系统需有度发展。每一代人都有责任保护好地球生态，为未来人类发展留下足够的生存空间与良好的自然环境。扩展认知，知识共享，延承文明，发展教育，注重民生，实现公正的教育、医疗、养老资源福利分配。科学构建循环生态产业结构，实现零污染低碳生产，实现绿色物质与货币流通，人工废弃物无害化解且可循环使用。

5）自然的历史性与变化性

地球生态系统具有整体性与变化性，没有绝对平衡，物种更迭受环境变化影响。认知宇宙及地球自然整体演进规律，形成以地球时空尺度为基础的更广阔的自然观，建立适度有序的智慧生态城市。

1.2.4　研究创新点

1）研究内涵的创新

（1）提出基于自然规律、人文精神与生态伦理发展的智慧生态城市。

自然在哲学与伦理上具有不可逆的唯一性，技术发展应与人文精神、生态伦理结合用于有益方向，才能由征服自然改变为保护自然与生命。本书重新审视人类与自然对立思维形成的缘由与基础，将自然生命生态价值从社会经济价值中独立出来，修复人类与自然的关系。提出“智慧生态城市发展”是建立一种共生人居模式，扩展认知，符合生态承载力，尊重人与其他生物的生命节律，按生命周期实现人性化社会支持。发展人文精神，塑造平衡、稳定、多元、公正的社会秩序、法律规则与生态文明，精准解决社会问题，实现自然与生命和谐发展。

（2）原创性地提出智慧生态城市定义与空间结构演化。

提出以地球系统科学和管理学原理为基础，结合自然科学与社会科学，进行城市人居地学环境与人地系统发展综合研究，开拓了城市发展的新视角，与真实世界建立关联，深入研究生态系统的不同时空尺度对城市发展的影响。提出须基于城市所在地域自然生态结构，重新审视现有城市空间形态与社会结构，以期找到衔接方向与改进方法。回归到以生命存续为中心，自然环境中人与其他生物共存发展。一是提出尊重自然与生命，遵循地球生态系统构成，分析城市现有问题形成原因。二是理顺城市发展研究的逻辑关系与理论依据，重新界定了人类、人居与人地系统从属于自然。三是界定了智慧生态城市发展的时空尺度与边界，需在全球时空尺度内发展，遵循地球生态系统整体循环规律，兼顾自然整体性、系统性与脆弱性特质。四是扩大研究时空尺度，选择古今中外城市案例。五是提议转变城市与社会发展惯性与思维路径，提出未来与自然共生智慧城市发展方向。六是向自然学习发展节能、自足、自组织、仿生分形建筑与具有生命力、生态安全的智慧生态城市。以生态系统原理进行根本结构与原理思考，回归原点进行方向性的思考，才能找到真正与自然规律相符的方向与路径。基于物质、能量、时空一致性，智慧生态城市可模仿自然空间、生物构成与生态系统运作，形成多元仿生基本结构，实现与自然一致的空间结构与协调运作。将城市人居人工体系空间结构还原为自然基础结构，仿拟能量、物质与生命的最基本结构建造，人地系统有可能成为自然—生命—社会融合、有间存续的多元仿生分形结构体，具有开放的自组织特点。仿生分形是多元结构的一种演示形态，但不是唯一形态，以消解城市与乡村的对立思维。智慧生态人居须更具包容性、生命力与安全性，智慧生态城市人居空间结构亦是如此。七是以往管理学理论偏重于追求效益，未兼顾自然生态发展与生物存续，本书经研究认为管理应是基于生命认知程度与自觉创造，建立在微宏观视野与不同尺度的综合判断、决策、评估、调整、合作，在动态过程中实现全社会协调的最优解决方案。管理是基于个体自律、求知与作为，公共事务决策符合社会规范、接受公共制约，不同个体与群体共同实现社会最优抉择，个体与群体的自律体现在社会化过程中认知边界扩展与对过往错误的更正。城市发展管理目的不是从物质、能源与人的集约化中获取最大经济效益与社会效率，而是从更长远发展进行整体考虑，从以往对物质、货币积累与粗放式重复的制造，改为拓展认知、探索未知。只有认知变化才能实现方向改变，从不断制作物品转变为建立健康的生活、生产方式与发展模式，拓展人类对世界的真实了解，与自然万物建立深切、平和、助益的关系。

（3）扩展“智慧生态”“生态伦理”“生态文明”内涵。

其一，“智慧生态”内涵。挪威生态哲学家阿伦·奈斯在深层生态学中第一次提出“生态智慧”基础是以整个生态系统及其存在物的整体利益为核心目标，建立起价值伦理观。本书对智慧生态城市中“智慧”内涵界定为“基于对生命、事物本源、世界本质、成因的认知，遵循自然规律，形成感觉、思维、判断力与创造力。以感知为基础，包括知识但不仅是知识，基于逻辑实证科学但需接纳直觉，尊重逻辑但包容悖论、驳论与界定条件改变后的一切可能，接纳不确定性，能多维度观察世界，理解自然万物之间的关联，维护自然生态，关注平衡形成的元素与因果，尊重变化，实现多元、有序、合度、友善、无害发展”。本书扩展智慧生态城市中“生态”的内涵为“地球整体的生态系统构成、结构及演化，人居系统构成与发展需基于地球自然生态系统整体的平衡健康发展”。

其二，扩展“生态伦理”在智慧生态城市发展中的内涵。本书经研究将生态伦理核心内涵综合为“人类有义务维护和促进生态系统完整和稳定。实现人与自然物种、群落、生态系统共生与平衡发展，合理使用自然资源，维护生物多样性与人的自然健康发展”。

其三，扩展“生态文明”内涵。本书经研究提出“生态文明是人回归到自然中的正确位置。智慧生态人居系统需遵循有间共生、物种多样性、物质无害循环原则”。

（4）智慧生态城市发展的社会实践界定与扩展。

其一，对智慧生态城市社会实践的界定。经研究提出须从哲学视角，基于生态伦理、地球系统科学、生态学，探讨城市人工环境中生命与自然、人类与万物及自身的关系与相互作用，进行社会实践及人地体系发展。整体认知地球生态系统构成，使人的理性觉醒，人文反思，规范行为边界，重建社会秩序，立法施法。保障基础教育与免费知识共享，保障居民身心健康发展。尊重自然，物种平等，生态平衡，实现人与自然和谐共生。

其二，对智慧生态城市发展社会实践的扩展。提出智慧生态城市的“智慧”是哲学“智慧”与人类文明基于人道主义、人文精神、生态伦理、自治与法治的发展。拓展认知、实现知识共享，明智判断与选择，保护自然生态与生物物种多样存续与发展，尊重生命特质，创造平等、公正的社会发展空间，建立共生关联的社会体系。对“生态”社会实践扩展表现在，依据生态学个体、种群、群落和生态系统组织结构，完善上海全域（包括空海陆域的大气、海岸线、岛屿、长江河口、山丘、河流、水港、湖泊、湿地、耕地、林地）生态环境保护、平衡发展与立法。结合海洋与长江流域影响，将气候、地理、生物等生态因素作为城市发展的基础。恢复自然生态与人类社会的平等关系与彼此关联。提出系统认知、保护、修复地球整体生态系统。在生物物种育种过程与全域生态管理中，实现非金融性、非竞争性、非排他性公共属性。确定自然独立生态价值，界定自然生态构成、保护及补偿。

2）研究内容的创新

（1）提出基于自然规律与生命节律实现城市人居地学环境、人地系统与自然和谐发展。

（2）提出基于地球系统科学与管理学原理，结合自然科学与社会科学，构建智慧生态城市发展方向与城市空间结构演化。

（3）分析地球生态系统与人口变化，世界文明古城存亡原因，全球智慧与生态城市发展因素，得出古今城市人居系统与人地关系发展的核心。

（4）以上海地质勘测地图为基础资料，结合中国地质科学院地质深部探测中心数据与对地观测卫星数据，对1980—2018年38年间上海土地利用时空格局演变进行分析。与以往的研究相比，研究的时空维度更长，上海城市空间土地利用变化时间序列连续性较好。本次研究样本容量在城市自然环境与社会结构上形成更全面的研究。经研究提出自然生态构成是智慧生态城市发展基础，包括上海的地质结构、气候、地理、地质、水文、土壤、生物生态系统，涵盖土地、水、生物、森林、草地、耕地等资源条件。分析自然环境、城市规模、人居形态，提出上海智慧生态城市发展全社会应形成共识与合力。

3）研究方法的创新

（1）实地考察。对中国、瑞士、德国、法国、意大利、西班牙、葡萄牙、奥地利、匈牙利、捷克、斯洛伐克、柬埔寨等国家的城乡自然与人居环境进行原野调查，对上海进行更深入的实地考察。

（2）文献法。收集相关历史文献、地理地质图集、自然与社会科学研究成果及市政统计数据、规划方案等资料。

（3）数据归纳演绎法。由于城市复合生态系统涉及的数据量大，需运用地球系统科学、地图学、管理学、统计学原理，进行数据归纳分析，如分析1980—2018年上海土地利用格局时空演化的卫星遥感数据，对上海林业数据进行分析与预测，以及人口数据与社会结构分析等。

（4）案例对比分析法。对古今中外城市发展案例进行分析，归纳城市构成因子与发展趋势。

4）研究结果的创新

（1）原创性地提出需要以地球自然生态系统整体构成与循环为基础，遵循自然规律与生态伦理，结合地球系统科学、生态学、管理学原理进行智慧生态城市发展研究。界定“智慧生态城市”的研究原理、逻辑与方法，尊重自然，不断认知自然，谨慎选择城市人居地学环境和人地系统发展方向，实现人与自然共生发展。

（2）原创性地提出未来智慧生态城市在不同空间、在地球陆海空全域发展可能，创造智慧生态建筑、仿生分形城市、水陆两栖生态城市、磁漂浮城市、底栖城市。提出太阳能波浪生态建筑，使用清洁能源，改变城市建筑以能源消耗的局限，实现自供生态能空间结构。

（3）原创性地提出上海智慧生态城市需尊重生命特质，以生命节律构建居民在城市中生活与工作方式，以生命周期构建居民福利保障，维护人的尊严。终极目的是实现万物普遍共生与居民生命最大限度自我实现。基于自然生态系统调整城市空间结构、社会结构与人口结构。

（4）原创性地提出自然生态价值优先于人类社会经济价值，城乡人居环境与人地系统开发需要以维护自然生态系统的整体良好运行为首要原则，城市发展生态政策需兼顾自然系统生态价值，保护生物多样性与共栖环境，保护动植物生长、繁育、迁移、驻留。

（5）提出完善公共知识平台与法律机制。建议设立《城市森林保护法》《城市湿地保护法》《城市野生动植物保护法》，建立长江河口、海岸带湿地、海洋与陆地自然生态系统保护红线，保护城市中自然生态系统。禁止在自然区域人工建设开发，含湿地、河口、森林、水源、地质、气候、土壤、海洋、海岸线、淡水河网水系、鸟类与鱼类水产种质资源保护区、物种种群栖息地、自然物种保护区等。将自然生态保护区域与《上海市主体功能区规划》《上海市城市总体规划（2017—2035年）》相结合，保护陆海空域生态体系。

（6）提出“十生有间”多维智慧生态城市的发展思路。“十生”指生态、生命、生灵、生物、生存、生长、生机、生趣、生活、生产，所有生命与生物能在健康的自然生态环境中生存、生长。居民在生活、生产中尊重自然，创造富有生机、生趣的人居形态与社会构成。“有间”指城市须给自然留有空间，建立可自调节、有留白的中间状态，实现多层次转换，建立可塑、流动、柔韧和协调关系，形成有益的与自然共生居住形态，给城市再生与纠错留下足够空间，留白、转换、联接与融合并存，设立严格的边界与法则，以明确、不可逾越的法律约束保护生物多样性发展。在水陆空全域范围内实现多元化智慧生态城市，促进健康的自然与生命发展，保护物种多样性，实现地球总体的生态平衡。“多维”是指建立整体性、多层次、有生命力、生活化的城市结构。面向未来，建设安全、健康、人与自然平衡发展，人文、科学与艺术相融的智慧生态城市人地系统。