2024年度规划科技进步奖三等奖 | 生态文明建设视角下的国土空间用途管制与智能预警关键技术与实践

导读

2024年度中国城市规划学会科技进步奖共评选出授奖项目26项，其中一等奖4项、二等奖7项、三等奖15项。一批优质规划科创成果脱颖而出，充分彰显了行业前沿研究实力与实践创新水平。“中国城市规划”微信公众号将陆续推送各获奖项目的详细内容，全方位展示优秀成果，敬请持续关注！

本文字数：4672字

阅读时间：14分钟

主要完成人：李咏华，刘新卫，张波，陈晋音，葛丹东，许建伟，章俊屾，王小涵，陈梦微，厉华笑，洪俊成，姚松，江和洲，王怡心，李炜妮

主要完成单位：浙江大学，生态环境部信息中心，浙江工业大学，浙江大学城乡规划设计研究院有限公司，浙大启真未来城市科技（杭州）有限公司

PART 01

一、项目背景：回应时代需求，

前瞻布局空间治理

随着我国城镇化进入中后期，以长三角为代表的城市群普遍面临三大核心矛盾：一是土地资源刚性约束与城乡发展需求失衡，耕地“非农化、非粮化”问题频发，部分区域城市开发边界一再被突破；二是生态系统质量退化与修复效能冲突，跨区域协同治理机制缺位，生态产品价值转化路径不畅，山水林田湖草沙系统治理难以形成整体效益；三是传统粗放式管制与精细化治理脱节，规划传导脱节、动态监管滞后，现有技术手段难以支撑全域全要素的动态监测需求。这些矛盾根植于生态保护与高质量发展长期失衡，亟需构建覆盖前端准入、中端决策、后端预警的全链条技术体系。

在国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划课题等持续支持下，项目组认识到单一土地管理模式必然要向全域全要素用途管制跨越。项目以核心政策工具“城市开发边界”为靶点，率先提出“生态优先、兼顾发展”的价值导向，变传统被动防御为主动控制。总体思路是将生态约束前置，通过前端生态价值评估判定“在哪里不能建”，中端决策支持系统解决“在哪里怎么管”，后端智能监测预警实现“管得怎么样”的全过程闭环。

PART 02

二、主要科学技术内容与创新点：

四位一体攻克全链条技术瓶颈

针对用途管制中的价值判定、技术逻辑、系统平台与监测预警四大难题，项目组形成了“价值优先+技术协同”双驱动的逻辑、理论体系和科技成果。

图1：项目总体技术路线

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创新点1：价值优先——控制线划定的生态优先兼顾发展需求的价值导向

国土空间用途管制背后有学理问题，涉及价值判定及导向的确立，其本质是发展权的问题。在城市快速粗放增长阶段，空间无序扩张一再突破城市建设用地边界，原有的空间管制失效。本成果较早提出以“逆向思维”方式解读城市增长边界，基于土地资源供给视角，对土地资源“质”的分级与“量”的有限供给相结合，变传统被动防御为主动控制，建构了生态优先兼顾发展需求的价值导向。这种生态保护模式的转变将生态约束前置于空间增长需求，是实现底线约束与刚性管控的关键所在。成果提出生态价值优先并兼顾城市发展需求，在技术支撑方面，以“绿色基础设施网络构建—生态系统服务价值评价并排序—将高生态价值区域列入底线约束和刚性管控区域—将中低生态价值区域列入城市空间增长模型中”技术流程，创新构建多个空间模型，构建了基于生态价值优先的国土空间用途管制理论体系。

图2：生态优先兼顾发展需求的价值导向示意

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创新点2：前端——生态价值评估与空间准入管控的技术突破

国土空间将山水林田湖草沙等全要素资源视为生命共同体，具有空间整体性-要素多样性-功能主导性的复合属性。面向分级分类差异化的空间资源：

①首次创建技术模型创新，创建以多源数据为基础的GIA-CA及GIA-CCA空间技术模型，在技术层面实现对城市空间增长模拟（Urban growth simulation）及城市增长边界（UGBs）概念的深入诠释和解译。科学合理匹配土地价值与潜在用地需求，将用途管控的分区分类土地转入转出建立在土地价值评估的基础之上。

②首次建构了土地整治逻辑和框架，提出了国土空间生态修复规划的理论体系，梳理我国快速城镇化过程中的土地利用特征和规律。

③在GIA-CA模型基础上，基于系统动力学耦合为SD-CA模型，创建自上而下和自下而上相结合的城市空间动态模拟方法，自上而下从系统论的角度构建土地利用变化驱动因素的信息反馈机制，从时间维度上分析土地利用的数值变化和发展趋势，自下而上关注空间维度及微观上的空间相互作用机制和自组织现象，制定转换规则，模拟国土空间动态变化，为管制提供依据。

图3：生态价值评估与空间准入管控（以杭州市为例）

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创新点3：中端——面向决策支持的数智化协同共治平台和系统研发

在生态价值评估和空间准入管控框架及核心技术的基础上，成果研发了将复杂的空间增长博弈与严格的用途管制过程融入到可视化、可辩证的决策支持系统及空间管制平台：

①将土地利用方式、发展模式和政策指引建立关联，创建了数智化协同共治的决策支持系统，实现了空间“划”“管”与“制”的有效结合，为城市开发边界划定、空间增长模式及其空间综合评估、公共政策制定等提供规划依据和决策支持。

②创建了融合底线思维、弹性思维、协同机制和动态维护的空间管制平台，平台注重将各控制目标综合协同与整合、管制效率，外延增长控制和内部存量挖潜并重，并对资源环境约束加强做出积极回应。

图4：面向决策支持的数智化协同共治平台（以西溪湿地为例）

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创新点4：后端——融合算法安全、低空监测等数智新技术在用途管制应用端的实践拓展应用体系

城镇开发边界内外实施差异化的管控策略，在实践中科学评估城市发展诉求的合理性和必要性，既能有效应对管控失效与市场失灵，也是尊重我国特定的城市发展阶段特点，适应空间管制的动态性和复杂性的表现。成果面向绿色智慧的数字生态文明战略，推动人工智能等数字技术与用途管制融合，构建了数智化空间治理模型、人工智能算法安全和评估方法、低空监测预警等应用端的实践拓展应用体系。

①提出基于DPSIR因果链的空间治理模型，系统解析社会经济和环境之间的复杂“因-果”关系，针对“是否需要调控”“在何处调控”和“以何种方式调控”三大问题，建构嵌入三大问题导向的DPSIR框架，用于指导城市开发边界动态调控。

②在“一张图”数据融合、共享共治的基础上，建立了空间效益监测评价与智能预警信息平台，能够有效监测并预防增长失序、环境污染与生态空间被蚕食、生物多样性下降、重大事件和政策决策等不确定因素导致的空间管控失效。

图5：融合算法安全、低空监测等数智新技术在用途管制的应用示例

PART 03

三、与国内外同类技术比较：

前瞻引领与多维超越

项目成果得到国内外同行高度评价，多维度指标显示其达到国际先进水平。

理论维度引领范式变革。与过去传统侧重于需求预测的空间模型不同，本项目首创的GIA-CA/CCA模型确立了生态本底约束下的增长逻辑，用逆向思维解读城市增长边界的新范式。在算法安全维度，相较于传统规则式图斑比对方法，通过深度学习模型有效解决了复杂环境下的智能识别难题，检测精准度在杭州西溪湿地智治中心等场景中得到验证。

经济技术指标实现高质量转化。项目构建了覆盖数据融合、价值评价、动态模拟、决策支持、智能预警的完整技术链条。累计发表SCI/SSCI/EI/中文核心论文63篇，总被引1781次，出版专著13部，授权发明专利18项，软件著作权8项，编制行业标准4部。项目合同总金额达1.13亿元，单个项目最高签约额4874.4万元，投资回报周期约3.5年，凸显技术成果的转化效率与市场价值。

权威评价获得高度认可。国际层面，牛津大学学者评价“可以帮助发展和支持绿色基础设施网络”；萨莱诺大学将其列为“分配城市地区绿地的最佳策略”；波尔图大学评价为“探索了促进城市密集和绿色城市的方法框架和工具”；宾夕法尼亚大学学者认为相关成果“对粮食安全政策制定具有关键价值”。国内层面，北京大学、南京大学、同济大学、哈尔滨工业大学等权威机构将项目成果纳入研究范例。

PART 04

四、推广应用情况与应用前景：

立足长三角，辐射全国

项目探索出“学术论文—技术专利—行业标准—工程应用”的产学研深度融合链条，核心技术已在15个实践项目中成功应用，覆盖空间规划、生态修复、智慧治理等多个领域，累计修复生态面积超5000公顷。

在生态修复领域，支撑了《阜阳市国土空间生态修复规划（2022-2035年）》《河池市国土空间生态修复规划（2021-2035年）》《百色北部生态新区规划设计》《北海大健康生态新区概念规划》等的编制，运用GIA-CA模型精准识别高生态价值区域与修复潜力空间。在用途管制实践，应用于《天台县国土空间规划编制》《杭州市龙坞单元地块选址论证》《蒙山保护总体规划》及国土资源部《土地整治法治建设研究》等项目。在数智治理前沿，支撑了《中国国际重要湿地数字化-杭州西溪湿地智治中心》《面向城市治理的未来城市生命体体系建构与AI超脑关键技术研究》等重大项目课题的建设。

PART 05

五、经济社会效益：

复合价值全面释放

经济效益方面，项目累计新增利润1200万元，新增税收765万元，项目总投资额1500万元，回报周期约3.5年。通过技术标准开放共享与系统定制服务，带动政府部门、设计机构及湿地公园等应用单位实现间接经济效益逾2亿元，为自然资源部等3个国家部委提供决策咨询报告与应用平台。

社会文化效益方面，项目组围绕国土空间治理主题累计发表重要学术报告与核心演讲数十场。生态环境效益方面，通过约束性模型算准生态账，有效提升生态保护红线和城市开发边界划定科学性，维护国家生态安全底线，为健全生态文明制度体系提供了重要保障。人才培养效益方面，依托十余年持续攻关，推动国土空间相关学科专业建设改革，项目组于2024年获评自然资源部高层次科技创新团队，培养了一批面向生态文明的国土空间领域高层次人才，从事学术研究、政府管理与技术创新等工作。

项目始于2008年，这一布局适度超前于国家政策指引：2008年启动的绿色基础设施约束下的城市增长边界研究，早于2013年中央城镇化工作会议的明确要求；2014年启动的决策支持系统研究，早于2018年自然资源部对国土空间用途管制的制度响应；2017年开展的城市开发边界动态调控机制研究，先于2023年自然资源部关于做好城镇开发边界管理的试行通知。

项目先后荣获自然资源科学技术奖二等奖、浙江省规划科学技术进步奖一等奖、地理信息科技进步奖一等奖、国际城市信息学会智慧城市科技创新奖铜奖、钱学森城市学金奖提名奖等多项荣誉。这些硬核成果与权威评价，充分表明该项目是我国规划学科领域践行生态文明思想、以数智技术赋能空间治理现代化的典范之作。

供稿人

李咏华，学会理事、城市生态规划专业委员会委员，浙江大学区域与城市规划系副主任、教授

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