主要从背景发展、理论概念和建设实践三个角度，提炼形成“计算式”城市仿真的探索之路及实践经验。1）背景发展篇。绪论着重介绍了城市发展、新型信息技术对城市带来的影响、当今城市发展面临的问题及新时代城市发展要求。2）理论概念篇。包括城市治理与城市仿真、“计算式”城市仿真的框架构架，介绍了城市治理和城市仿真的探索、框架设计、建设内容和技术支撑体系等内容。3）建设实践篇。包括数据湖、仪表盘、仿真模拟和智慧决策。从数据、指标、模型、决策四个层面，**阐述“计算式”城市仿真框架的建设思路、内容提炼、方法实践、工程建设等内容。*后，总结了“计算式”城市仿真探索和实践经验，为城市科学、智慧规划和现代化治理提供经验样本。

土地是人类生存与发展*根本的物质基础，是人类生产生活的重要空间载体。人类社会发展的历程在土地上*直观的体现就是对土地的利用与改造，从农业社会、工业社会到信息化社会，不同时期人类对土地的要求、发展都不一样，如农业社会以传统种植为主，工业社会对土地上的各种能源资源进行开采，信息化社会的城市呈多样化发展，包括从地上空间到地下空间的利用。对土地的改造与利用深刻反映了城市的工业化与城镇化进程。自改革开放以来，我国一直处于高速的城镇化发展阶段，发展速度快、��模大，促进了我国进入工业化时代。1978—2021 年，我国城市数量由 193 座增加到 727 座，城镇人口从 1.72 亿增加到 9.019 亿，人口城镇化率从 17.92% 提升到 63.89%。科学是**生产力，为我国工业化发展提供了强劲的动力，促进了城市经济的发展，改善了人们的生活水平。然而，在高速发展的同时，工业化与城镇化也带来了一系列的问题，人类活动的加剧，城市不合理的开发与扩展方式，土地资源的过度开发，资源环境保护，粮食**和居住环境等问题层出不穷，这为土地资源的集约节约利用、城市的可持续发展带来了巨大的阻挠。由于“城市病”愈演愈烈，相关事件频发，这严重制约了城市的健康发展、社会经济的可持续发展，为社会带来了一系列问题，也严重威胁到人类的生存环境。如我国大多数城市都饱受雾霾的困扰，空气污染问题严重；在北方，每逢冬季都会面临沙尘暴的威胁；在南方，每逢夏天，城市内涝问题严重。以往重经济、“摊大饼”的粗放式经济增长模式破坏了土地生态，影响了生态环境和人类的生存空间，制约着人类社会的可持续发展。



面对日益严峻的生态环境形势，维护生态**、建设生态文明也受到了**的高度重视，多项**政策也相继出台。2012 年，党的十八大报告将生态文明建设提到了****的战略高度，提出把生态文明建设放在突出地位，并对生态文明建设做了总部署，将其与经济建设、政治建设、文化建设、社会建设一并纳入中国特色社会主义事业现代化“五位一体”的总体布局。2014 年 3 月，《**新型城镇化规划（2014—2020 年）》正式发布，提出了“以人为核心”的新型城镇化道路，明确强调生态文明，着力推进绿色发展、低碳发展、循环发展，创建**、生态和**的城市生活环境，切实推进生态文明建设，维护生态**。2015 年 9 月，《生态文明体制改革总体方案》发布，该方案是从**战略的高度对生态文明建设进行的顶层设计，从生态文明体制改革的目标、制度建设、制度保障多个层面进行了全方位部署，从保障**生态**、改善环境质量的角度出发，以解决生态环境领域突出问题为导向，完善资源的节约利用和保护管理制度，建立节约集约用地激励和约束机制，树立发展和保护相统一和空间均衡理念，推动人口、经济、资源、环境的平衡发展，维护生态平衡，形成人与自然和谐发展的现代化建设新格局。



《**新型城镇化规划（2014—2020 年）》提出了以城市群为主体形态，各等级规模城市协调发展的指导思想，为我国广大城市走新型城镇化道路指明了方向。建设生态文明、维护生态**已成为我国全面建成小康社会阶段的一个重要战略，也进一步反映了生态保护在城镇化进程中的重要程度，为开展新型城镇化背景下生态环境保护、维护区域生态**，提供了指导性依据。

发展背景篇 1 绪论 -----------------------------------------02 1.1 城市的发展 -------------------------------------------------02 1.1.1 城市产生和发展的动力来源 ---------------------------02 1.1.2 世界城市发展的基本走向 -----------------------------03 1.1.3 我国城市的发展 --------------------------------------03 1.2 技术的发展为城市发展提供新手段 --------------------------04 1.2.1 信息技术进入泛在智能融合阶段 -----------------------04 1.2.2 信息技术对人、社会的变革影响 -----------------------05 1.2.3 信息技术提升智慧决策能力 ---------------------------06 1.3 城市发展的新理念 ------------------------------------------08 1.3.1 城市发展阶段 -----------------------------------------08 1.3.2 创新型城市 -------------------------------------------11 1.3.3 数字城市 ---------------------------------------------13 1.3.4 智慧城市 ---------------------------------------------15 1.3.5 可持续发展城市 ---------------------------------------16 1.4 城市发展面临的问题 ----------------------------------------17 1.4.1 自然环境破坏引发的问题 ------------------------------18 1.4.2 城市发展中的“城市病”------------------------------19 1.4.3 城市发展的理念误区 ----------------------------------20 1.5 新时代背景下城市发展要求 ---------------------------------20 1.5.1 新型城镇化的提出 ------------------------------------22 1.5.2 新型城镇化内涵、本质与核心 -------------------------24 1.6 小结 --------------------------------------------------------24 2 城市治理与城市仿真 -----------------------------26 2.1 城市内涵 ---------------------------------------------------26 2.1.1 城市释义与解读 ----------------------------------------26 2.1.2 城市的构成 --------------------------------------------26 2.1.3 城市的特征 --------------------------------------------27 2.2 城市治理 ---------------------------------------------------28 2.2.1 城市治理问题 ------------------------------------------28 2.2.2 城市治理的顶层设计 -----------------------------------29 2.2.3 城市治理的现实需求 -----------------------------------30 2.2.4 现代化城市治理的内容 ---------------------------------32 2.3 城市仿真 ---------------------------------------------------32 理论探索篇 3 “计算式”城市仿真理论框架---------------------------36 3.1 武汉在城市治理方面的探索---------------------------------------36 3.1.1 城市仿真实验室的定位---------------------------------------36 3.1.2 城市仿真实验室的内容---------------------------------------37 3.2 “计算式”城市仿真构想 -------------------------------------------38 3.2.1 关于城市计算的理想 -----------------------------------------38 3.2.2 武汉多年来信息化基础---------------------------------------39 3.2.3 技术的快速进步 ---------------------------------------------44 3.2.4 城市整体感知和观测基础 ------------------------------------48 3.3 总体架构---------------------------------------------------------49 3.4 框架设计---------------------------------------------------------50 3.4.1 框架设计思路 -----------------------------------------------50 3.4.2 框架构成 ---------------------------------------------------52 3.5 技术支撑体系 ----------------------------------------------------54 3.5.1 移动互联网 -------------------------------------------------54 3.5.2 物联网 -----------------------------------------------------55 3.5.3 云计算 -----------------------------------------------------57 3.5.4 大数据 -----------------------------------------------------59 3.5.5 人工智能 ---------------------------------------------------60 3.5.6 3S技术-----------------------------------------------------63 3.5.7 区块链 -----------------------------------------------------63 3.5.8 增强现实技术 -----------------------------------------------66 建设实践篇 4 数据湖 --------------------------------------------70 4.1 数据湖概念解读 --------------------------------------------------70 4.1.1 数据与信息 -------------------------------------------------70 4.1.2 数据库、数据仓库与数据湖 -----------------------------------71 4.1.3 数据湖在“计算式”城市仿真中的作用 ------------------------73 4.2 数据湖框架 ------------------------------------------------------74 4.2.1 数据湖的建设思路与建设原则 -------------------------------74 4.2.2 数据湖框架内容 --------------------------------------------75 4.2.3 数据资源梳理 ----------------------------------------------78 4.2.4 数据治理体系构建 ------------------------------------------88 4.2.5 数据库建设要求 --------------------------------------------89 4.3 国土规划数据湖建设 ---------------------------------------------96 4.3.1 现状底图 ----------------------------------------------96 4.3.2 规划蓝图 ----------------------------------------------99 4.3.3 实施动图 ----------------------------------------------99 4.3.4 数据库建设及实例 ------------------------------------106 4.4 可视化实践------------------------------------------------115 4.4.1 单项数据可视化 --------------------------------------115 4.4.2 面向数据治理的数据专题 ------------------------------115 4.5 数据应用 --------------------------------------------------125 4.5.1 信息穿透 --------------------------------------------125 4.5.2 融合分析 ---------------------------------------------125 4.5.3 空间数据查询 ----------------------------------------125 4.5.4 空间数据展示 ----------------------------------------125 4.5.5 要素专题展示 ----------------------------------------127 4.6 小结 ------------------------------------------------------128 5 仪表盘 ---------------------------------------130 5.1 仪表盘概念解读 -------------------------------------------130 5.1.1 仪表盘含义 -------------------------------------------130 5.1.2 仪表盘作用 -------------------------------------------131 5.1.3 仪表盘在“计算式”城市仿真中的作用 -------------------131 5.2 指标体系建设 ---------------------------------------------133 5.2.1 现行指标梳理 ----------------------------------------133 5.2.2 仿真实验室指标体系构建 ------------------------------147 5.3 仪表盘建设------------------------------------------------161 5.3.1 监测评估预警架构 ------------------------------------161 5.3.2 仪表盘功能作用 --------------------------------------162 6 仿真模拟 -------------------------------------168 6.1 仿真模拟解读 ---------------------------------------------168 6.1.1 仿真模拟的含义 -------------------------------------168 6.1.2 仿真模拟的意义 --------------------------------------168 6.1.3 仿真模拟发展的历程 ----------------------------------169 6.1.4 仿真模拟在“计算式”城市仿真中的作用 -----------------171 6.2 仿真模拟体系建设 -----------------------------------------172 6.2.1 “计算式”城市仿真模运用存在的问题 -------------------172 6.2.2 仿真模拟体系建设技术思路 ----------------------------173 6.2.3 “计算式”城市仿真模型分类 ----------------------------173 6.3 仿真模拟建设内容 ------------------------------------180 6.3.1 主干模型 ---------------------------------------------180 6.3.2 专项模型 ---------------------------------------------181 6.3.3 综合模型 ---------------------------------------------182 6.4 未来预演室建设内容----------------------------------182 6.4.1 模型总览 ---------------------------------------------183 6.4.2 模型管理 ---------------------------------------------186 6.4.3 公共配套服务设施模型 --------------------------------187 6.4.4 街道空间品质模型 ------------------------------------199 6.4.5 碳排放模块 ------------------------------------------203 6.4.6 用地功能与就业产出模型 ------------------------------211 6.4.7 生态足迹模块 ----------------------------------------214 6.5 小结 ------------------------------------------------------223 7 智慧决策 -------------------------------------224 7.1 智慧决策内容解读 -----------------------------------------224 7.1.1 城市规划建设决策 ------------------------------------224 7.1.2 城市综合发展决策 ------------------------------------224 7.1.3 城市智慧决策 ----------------------------------------224 7.2 面 向 智 慧 决 策 的 逻 辑 体 系 -----------------------------225 7.2.1 智慧决策模型应用 ------------------------------------225 7.2.2 智慧决策清单构建 ------------------------------------226 7.2.3 智慧决策应用场景构建 --------------------------------233 7.3 “智慧大脑”建设 ------------------------------------------240 7.3.1 国土空间规划“机审”工具------------------------------240 7.3.2 建筑规划方案智能“图审”工具--------------------------242 7.3.3 规划设计条件自动提取工具 ----------------------------246 7.4 小结 ------------------------------------------------------249 8 结语 -----------------------------------------251 8.1 结束语 ----------------------------------------------------251 8.2 未来展望 --------------------------------------------------252 参考文献 ---------------------------------------254