GB／T 41151-2021  城市和社区可持续发展 城市描述性框架

4.4.3社会（系统）

图1所示描述性框架中结构系统的第一子系统层是环境（如图2)，即城市的组成背景。

环境存在于城市出现之前，包括了地形、格局、生命系统和支撑城市物理基础的自然流动及循环 环境由自然环境（植物和动物）以及三大基本环境要素（大气、土壤和水)组成，并且进行季节性的动态交 互。其构成元素均有各自的质量评价指标。 空气质量可以通过测量颗粒物浓度、臭氧水平、其他化学物质以及与全球变暖有关的二氧化碳浓 度、温度和其他指标来进行评价。地面地形（土壤）是城市建造的基础，是支持农业和动植物生长的重要 资源，也是矿物质和能源的重要来源，拥有可以被测量的物理和化学属性。最后，环境中的水通过从大 气降水到地表径流，再由地表水下渗到地下水，最后汇人海洋。其中水质、水量可通过多种方式进行 测量。 这些成分相互作用，形成了环境子系统层，对城市的运作至关重要。

基础设是结构系统 接性结构。基础设施既包括了支持通信、交通以及支撑水循环、能源循环和物质循环的网络，也包含了 在许多社区都占有重要地位的绿色或生态基础设施

上海标准规范范本4.5.2.2通信网络

第二类基础设施是水循环，包括了供水、污水处理和管理、地表径流和洪水（见图4)。城市从自然 环境中汲水、处理并对其加以利用。灰水和废水通常在经过处理后，被排放到接收环境中，或接人社 区供水系统中循环利用。水利基建描述了形成水循环的所有物理要素一一从汲水到水处理再到水循环 利用，并以结构化的方式进行运作，使其服务于城市的用水。

2）灰水是指来自水池、浴缸、洗衣机以及其他来源的可回收利用废水，可用于马桶冲洗等非饮用水用途。

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第三类基础设施是由整体动力系统组成的能源循环（见图5）。其中包括：a)通常位于城市外的供 电功能节点（例如核电站、火力发电厂、风电场、生物质发电厂、水电站和太阳能发电厂等）；b)用来传输 电力或燃料（例如天然气)至城市的能源传输网络；c)用来运输生产所需化石燃料和化学物质的运输网 络（包括：管网、船舶、铁路和汽车驳运）。此外，还包括城市内运作的小型生产节点（如区级发电站、生物 能系统和蒸汽发电机）和分布式能源节点（如屋顶太阳能）。

4.5.2.5物质循环

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部分所示；b)动植物食物，如图6中虚线部分所示

4.5.2.6交通设施

第五类基础设施是交通设施（见图7）。交通设施主要是指为人类提供运输的设施，其中部分与运 送商品的设施、网络和运输工具相同，例如机场、港口或其他用于运输和物流的设施。交通设施网络涵 盖了如铁路、机场、高速公路等大型运输系统，也包括城市街道在内的道路交通。其中，适用于行人、自 行车、汽车和公共交通的城市街道不仅对流通性有着重要影响，也是城市公共空间的重要组成部分，对 城市生活的方方面面起着重要作用。

4.5.2.7绿色基础设施

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最后一类基础设施是绿色基础设施（见图8），由自然环境所提供。其中，绿色基础设施既可以由结 构化的自然元素组成，如雨水花园或生态湿地”，也可以由任意的其他自然元素组成，如对城市的生活 质量有重要影响的树木和开放空间。

3）生态湿地是一种景观元素设计，旨在集中或去除地表径流中的泥沙和污染

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4.5.3人居建设空间

城市结构系统的第三个子系统层是人居建设空间，包括公共和私人的以及周围公共空间。人居建 设空间有两个与城市化相关且截然不同的基本特征：a)它是一个城市物质文化的主要表达；b)在本质上 是多尺度的（即尺度是建筑环境的固有特质），如图9所示。在最高等级的分辨率下，支持城市功能的建 筑环境可以被看作不同的对象。按比例放大，人居建设空间就是对象以及容纳这些对象的空间的集合。 如图9所示，该尺度可以被表现为：房屋、建筑、街区、街道、区域、城市、超大城市、国家、大陆以及全球。

对象也可以是那些在全球物联网（IoT)最小尺度上能够被进行身份识别的结构。由于大多数对象 支撑着城市中人类生活的一个或多个功能，因此属于某一功能分类。在很多情况下，它们是属于多元素 和系统（例如建筑或城市本身）所组成的更大规模网络中的一部分。 根据不同尺度等级下所能容纳的人口规模，可以将图9中的人居建设空间按照物理基础进行排列： 如容纳一个人的个体空间单元、容纳十人的房屋、容纳百人的建筑、容纳千人的街区、容纳万人的街道、 容纳十万人的区域、容纳百万人的城市以及容纳千万人的超大城市或地区。 人居建设空间既包括私人的，也包括公共的，它决定了城市中与人群生活相关的基本功能的发生场 所。因此，人居建设空间通常包括公寓、医院、办公室或其他工作场所，也包含街道和广场等公共空间。 这些公共空间既包含公寓楼群、医院楼群和集中办公场所等，通常也是基础设施和车辆通行的必经之地 和绿色空间的所在地。此外，公共空间作为人们会面、休闲以及开展个人或社区活动的场所，在城市中 有其内在价值。 不同的城市模型可以根据个体需求尺度的不同来识别或定义，因此，它们也决定了与交通、密度和 社会互动有关的模型。人居建设空间中的每个节点都有着产品价值和运营成本，并产生经济、社会和环 境影响，最终影响城市财政及效率。

4.5.4结构（系统）的三个子系统

4.6相互作用（系统）

相互作用是描述性框架中所考虑的第二类系统。结构和社会之间的相互作用有效地反映了城 动，并可以作为信息流来分析和衡量。 互相作用包含了四个子系统层：a)功能：b)经济：c)文化：d)信息

功能包括了居住、工作、教育、购物、健康、表演艺术、旅游（商务或个人)等。虽然人居建设空间承载 了绝大部分的功能，但区别于人居建设空间，功能子系统层关心的是活动本身而不是承载活动的建筑 物。这是一个重要的区别。因为随着技术的发展和进步，有些功能比如教育和购物可以通过网络交付， 而不再局限于特定的建筑或设施内。尽管如此，仍有许多功能依附城市的支持，这些功能通常产生于城 市中人与不同人居建设空间的互相作用

一个城市的经济是由多尺度下的不同因素相互作用所创造的，这些因素包括了财富生产与分配、商 业与贸易、创新与创业生态系统、竞争力、税基和融资平台等。经济是互相作用系统中的第二个子系统。 其中，经济在城市中发挥着重要的作用，影响着城市生活质量和服务水平。 无论是在微观还是宏观经济层面上，经济都是通过人、机构、公司以及经济和金融机构之间日益加 快的信息交换来运作的。这一点在创造了全球绝大多数的国内生产总值（GDP)的城市中尤为突显。

经济既影响着城市的创新，也影 口城市服务的生命周期。它同时也是城市进化的 一个关键因素，决定了为提高居民生活质量

文化包含了语言、传统、信仰、价值观和其 城市特征的非物质资产。它同时也包括了 特定团体内建立人与人之间相互理解和信任的隐性知识。这些隐性知识可以是明确的实践、表达、表现，

城市作为一个在不同时间和空间尺度上的多系统及其相互作用的系统集合的概念模型，如图10所 示，包括了框架中的信息和系统平台。此类平台具有以下五个功能要素。 a）城市本体，即知识模型。它是促进城市模型的互操作性和整体性所需的专业词汇、语法和语 义。城市本体集成了城市解剖学中所有的结构要索和时空推理，以及用于制定、生成和评估城 市规划、设计、改造的信息系统。 b） 城市操作系统(CityOS)作为一套共享或跨领域工具，通过制定一系列协议，以标准化的方法 促进知识获取和信息传递（例如数据流），进而管理和组织拥有多系统的城市及城市活动。 C 城市绩效指标和指数。包含了多种绩效指标类别，例如韧性、自给能力、宜居性、福利、经济赋 权等，以及那些在为评估目的而确定的评估框架中考虑的定性信息，如GB/T36749一2018。 工具和软件。用于系统级数据分析和展示/可视化、决策支持、管理操作、数据隐私及安全保障 的工具和应用程序等。 e 信息门户。开放数据、特定学习协议及相关资源的信息门户，包括了软、硬件系统和城市用于 获取和运用知识的各种不同机制中所包含的信息。 当今社会，许多城市正在运用信息平台，以整合那些存在于如图1所示构造框架中的相互关联和集 的系统或子系统层间传输数据的信息流。这些信息流在诸如交通、水、能源等领域传递。 城市可以有多个信息系统。如，可能有一个系统可以实时收集不同类型的数据，这些数据根据来 原，可分为城市管理数据、城市公民数据和企业数据等。这些数据流可以连接到一个信息平台进行整合 1处理。这套原始数据的收集及处理系统是本文件描述性框架所述的城市操作系统的基础（见图10）。 着城市信息收集的增多，可以设计和实现管理城市内部系统的应用程序。同时，城市可以创建更多开 的数据平台，使公众更好地参与城市的生活和管理，从而加速城市创新。

城市绩效指标能够促进城市的评估和转型，有时是实时的，有时则是通过城市治理或其他过程来实 现。此类绩效指标（如GB/T36749一2018)对于例如城市韧性、可持续性、吸引力、福利和社会公平等 宏观概念是关键，可用于评估城市运作情况或者实现联合国可持续发展目标的情况，以及与 GB/T40763一2021或其他工具等可持续发展管理系统所确定的目标的契合程度。绩效指标不但有助 于城市从过往的努力中汲取经验，促进城市转变，也有助于城市借鉴其他城市的过往经验，从而发现潜 在的问题。描述性框架为这两种情况都提供了一个共同的参考架构，

第三类城市系统是社会，包括了公民和政府

公民是指生活在城市中的人，通常以个体、家庭、组织和企业等为单位。“个体”一词的应用厂泛，包 含了城市中所有生活、工作或旅游的人（无论其是否为永久或合法公民）。在图1中，访问者被定义为跨 越城市边界的流动人群。除了独立的个体，公民也可以以多种方式自发组织成为团体（如俱乐部），或以 工作和商业等为目的，聚集于公司、企业或其他实体中。 注：其中“个体”一词可以根据需求，扩展到生活于城市中的宠物或家畜。

政府是被任命或选举出的，用于服务城市和社区的社会系统的一部分。政府既包括了决策者， 了执行决策者和城市运作愿景的人员和机构。 注：政府的运作和治理过程，在本文件中被用于评估目的。

5城市描述性框架的基础本体

5.1城市解剖学本体(CAO)的描述性框架

除了4.3所述的使用说明外，描述性框架还可以作为本体的基础。本体为构建城市解剖框架的概 念和属性提供了一个数字化表达方式，具有以下几个功能： 一通过为描述性框架中出现的概念提供更加准确的描述，从而完善框架的清晰性和完整度； 一提供了一套数据模型，城市可用来更好的描绘和推导其城市解剖学。该数据模型可用于城市 的规划和运营，提高数据在城市部门间的互用性； 提供了构建城市运营基础、基于框架的城市设计操作和信息基础设施。

5.2本体的分类和约束

5.3描述性框架CAO的设计原则

此项描述的CAO是根据以下设计原则发展而来的： 本体能力需求的识别（如本体必须能够回答的问题）； 从描述性框架城市解剖学及其属性出发，识别相关术语（词汇）； 术语组织以形成分类； 术语和公理定义间关系的提取，用于对术语提供一个明确的解释； 一支持本体的拓展。 此外，在适当情况下，应能够识别ISO/IEC30182中能被映射到CAO思想中的合适概念。

5.3.2描述性框架CAO的基本能力问题

本体必须要能够回答与描述性框架城市解学所描述的概念和关系相关的一系列能力问题。 CAO的基本能力问题有： 一哪些是城市的系统？ 一各个系统的结构是什么？ 一每个子系统与其他系统之间如何相互联系和相互作用？ 核心实体（用于回答上述问题)的识别是沿着两个维度来组织的，以促进本体的设计。第一个维度 是解决如何从系统科学的角度来表征城市；第二维度则涉及城市日常运作中出现的动态过程的表征。 此组织原理与描述性框架相同，通过子系统和层级，将城市描述为一个系统的集合，同时描述发生于系 统内部和系统间的相互作用。

5.3.3描述性框架CAO的战略设计且标

与城市主要战略目标相关的关键性问题的例子有： 一个城市在多大程度上实现自给自足，又如何成为零排放城市？ 如何通过减少城市的汽车数量来提高城市机动性？

个城市的韧性度？ 个城市如何进行招商引资？ 一个城市如何在现有机会下实现更加地公平？ 一个城市如何培养企业家精神？ 一如何提高城市中的生活质量？ 描述性框架CAO是一个基础本体，在描述性框架的背景下，以正式且清晰的方式，为表达上述问 题提供了的必要模块。

5.3.4城市多系统的系统集合

图11描述性框架城市解学示意图

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图12展示了组成本体核心的基本实体间的相互关系。该图表的根本在于“Thing（要点）”的概念。 它代表了一个普遍概念，用于囊括所有的其他概念。“城市解剖学要点”包含于“要点”中，而此处“要点” 代表了CAO中的所有概念。例如人居建设空间单元不但是许多概念中的一个，也是“城市解剖学要 点”的子集。除包括概念分类的描述外，该图也描绘了概念间的关系。“SubClassOf(次关系）”关系既表 示了包含关系也定义了分类的概念。其次，其他的二元关系也被引人，例如：isInformedBy（被定义）、 isOrganizedAs（被组织为）、interactsWith（相互作用）等（通常在英文的二元关系表述中概念的开始用 大写字母，关系词用小写字母）。类别间的特殊结构和关系是基于描述性框架的，相关内容在第4章中 进行了介绍。 表1提供了各子集概念的规范化描述。该描述采用描述性逻辑的形式，使用曼彻斯特语法。例如 城市系统被定义为“城市解剖学要点”的子集，并且通过“相互作用（interactsWith）”关系，至少与一个城 市系统概念相关；也通过"isOrganizedAs”的关系，至少与一个城市系统层相联系。

统科学角度描述城市系统集合的主要CAO实体及

表1从系统科学角度描述城市的CAO核心类

构成城市解剖学结构的三 个层级分别是：环境、基础设施和人居建设空间。 图13展示了城市的主要实体及其相互关系

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图13描述性框架城市解剖学的结构子系统（环境、基础设施和人居建设空间层

附录B提供了CAO本体分类的详细说明。 表2同时也提供了与之最相关实体的详细描述

表 2描述结构系统的 CAO类别

环境是城市的组成背景，是结构系统的第一组成部分。环境由自然环境（植物和动物，也可称 样性)和三个基本环境要素（空气、土壤和水)组成，并以季节变换的方式进行动态的相互作用，如 示。每个环境要素都有其各自的质量指标。

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表3描述环境层的CAO类别

结构的第二个子系统层是基础设施，它帮助人们获取所需资源，特别是从环境中获取资源，从而 市完成自身内部的物质循环与流动。网络和循环分别是基础设施的两种主要类型。同时循环可 络将节点进行相互连接。表4、表5和图14描述了基础设施组成成分的主要实体及其关系

表4描述基础设施层的CAO类别

GB/T41151—2021/ISO37105:2019表4描述基础设施层的CAO类别（续）894D电视TV日8互联网服务供应育交车网络通信基础设施循环基础设施分类属性含义限定owl：SubClassOf（次关系）基础设施网络通信基础设施isNodeOf（节点）网络通信基础设施owl：SubClassOf（次关系）网络通信基础设施数据通信网络transports（运输）数据owl：NamedIndividual（独立命名）网络都市区域网络owl：SubClassOf（次关系）数据通信网络局域网owl：SubClassOf（次关系）数据通信网络owl：SubClassOf（次关系）网络通信基础设施交通网络hasElement（包含元素）交通网络组成成分owlSubClassOf（次关系）城市解剖学要点交通网络组成成分isElementOf（元素）交通网络地铁owl：SubClassOf（次关系）交通网络组成成分公交/快速公交运输owl：SubClassOf（次关系）交通网络组成成分公路owl：SubClassOf（次关系）交通网络组成成分铁路owl：SubClassOf（次关系）交通网络组成成分人行道owl：SubClassOf(次关系）交通网络组成成分高速路owl：SubClassOf（次关系）交通网络组成成分自行车道owl：SubClassOf（次关系）交通网络组成成分机场owl：SubClassOf（次关系）交通网络组成成分owl：SubClassOf（次关系）基础设施网络电力网isNodeOf（节点）能源循环transports（运输）电owl：SubClassOf（次关系）基础设施网络污水管网isNodeOf（节点）水循环19

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表4描述基础设施层的CAO类别（续）

表4描述基础设施层的CAO类别（续）

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5.4.4人居建设空间

城市解剖学结构层中基础设施组成成分的主要

结构层的第三个组成部分是人居建设空间（公共的和私有的，且包含其周边公共空间）。在城市化 方面（如城市生活和组织)人居建设空间有两个明显的本质特征：a)是城市物质文化的主要表现形式（如 包含了由人类创建的大多数人工制品）；b)本质上是多尺度的（规模是构建环境的固有特征）。人居建 设空间的每个节点都有生产和运营成本，对经济、社会和环境产生影响，最终影响城市财务、效率和生活 质量。人居建设空间及其公共空间，共同在城市中（如人们参与或表演的活动)承载着更系统、更正式和 规范的人类功能（服务）。表5列出了用于描述人居建设空间的CAO类别，图15提供了人居建设空间 实体及其间关系的示意图。 注：ISO/IEC30182中建筑概念可以被映射到CAO建筑分类中，而ISO/IEC30182功能概念可以被映射到CAC 城市功能分类中。

建筑造价、预算、定额表5描述人居建设空间的CAO类别

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表5描述人居建设空间的CAO类别（续）

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表5描述人居建设空间的CAO类别（续）

图15人居建设空间内实体及其间的关系表示

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相互作用系统描述了结构与社会之间的关系，且包含了功能产生的节点。相互作用层由以下几个 部分组成。 a）功能：是居住、工作、教育、购物、健康、艺术以及旅游等活动，但不包括承载这些活动的建筑物 本身。 b） 经济：是指财富生产和分配、商业和贸易等，是城市进化的关键因素，不仅决定了提高城市公民 生活质量的转型项目的可行性，也决定了城市自身的命运。同时，经济也影响着城市创新、日 常城市运行和城市服务的生命周期， 文化：在城市解剖学中指城市中不属于物质世界或人居建设空间的资产，如语言、传统、信仰、 价值观以及世界观等。 d） 信息平台：用于整合所有的信息流，而这些信息流在组成城市解结构的相互连接和集成的系 统和子系统层之间传递数据。平台中的四个功能要素为： ·城市操作系统（CityOS)； ·城市绩效指标体系； ·信息门户； ·城市应用程序。 表6和图16展示了相互作用系统的组成部分及其相互关系。表6列举了用于描述相互作用子系 统的CAO类别。表7和图17列举和描述了信息平台的CAO类别

污水标准规范范本图16相互作用系统组成部分