2025年大學《系統(tǒng)科學與工程》專業(yè)題庫——系統(tǒng)生態(tài)學在城市設計中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題5分，共20分）1.系統(tǒng)生態(tài)學2.城市新陳代謝3.城市生態(tài)系統(tǒng)服務4.系統(tǒng)反饋二、簡答題（每題10分，共40分）1.簡述系統(tǒng)生態(tài)學的整體性原理，并說明其如何指導城市設計實踐。2.比較城市系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的相似之處與主要差異。3.系統(tǒng)生態(tài)學視角下，城市設計中應關注哪些關鍵的反饋機制？4.簡述“韌性城市”概念的核心內(nèi)涵，并列舉至少三個在城市設計中對提升城市韌性的生態(tài)學策略。三、論述題（每題20分，共40分）1.論述將“資源節(jié)約與循環(huán)利用”這一生態(tài)學原則融入城市設計的重要性，并結(jié)合具體例子說明如何在城市空間布局、基礎設施建設和社區(qū)生活中體現(xiàn)這一原則。2.選擇一個你熟悉的城市（或城市區(qū)域）面臨的生態(tài)挑戰(zhàn)（如水資源短缺、空氣污染、綠地匱乏等），運用系統(tǒng)生態(tài)學的思維進行分析，并提出一個基于系統(tǒng)生態(tài)學原理的綜合應對策略框架。四、案例分析題（20分）閱讀以下關于某城市舊工業(yè)區(qū)改造為生態(tài)文教區(qū)的簡要描述：該區(qū)域原為重工業(yè)區(qū)，存在土壤污染、水體黑臭、建筑廢棄、場地活力缺乏等問題。改造中，規(guī)劃師著重構(gòu)建了“藍綠網(wǎng)絡”，引入雨水花園、透水鋪裝、綠色屋頂?shù)壬鷳B(tài)設施，將工業(yè)遺存改造為藝術(shù)空間和公共開放空間，引入高校和科研機構(gòu)，促進知識經(jīng)濟與生態(tài)保護的融合，并注重社區(qū)參與和后續(xù)的適應性管理。請基于系統(tǒng)生態(tài)學的視角，對該案例進行分析評價：1.該改造項目體現(xiàn)了哪些系統(tǒng)生態(tài)學的思想或原則？2.分析其中關鍵的生態(tài)要素及其相互作用關系。3.評估該項目在提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能、促進社會經(jīng)濟發(fā)展方面的潛在效益與可能面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、名詞解釋1.系統(tǒng)生態(tài)學：研究生態(tài)系統(tǒng)中各組成部分（生物、非生物環(huán)境）之間相互關系、能量流動、物質(zhì)循環(huán)以及系統(tǒng)整體功能動態(tài)變化的科學。它強調(diào)從整體、關聯(lián)、動態(tài)的角度理解生態(tài)系統(tǒng)，并將這些原理應用于其他復雜系統(tǒng)，如城市系統(tǒng)。其核心在于理解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與反饋機制，以及系統(tǒng)對擾動的響應和適應性。**解析思路：*考察對系統(tǒng)生態(tài)學基本概念的掌握。答案需包含其研究對象（各組分關系、能量流、物質(zhì)循環(huán)、功能動態(tài)）、核心視角（整體、關聯(lián)、動態(tài)、反饋）以及應用可能性（如城市系統(tǒng)）。2.城市新陳代謝：由著名城市學家芒福德提出，比喻城市如同生物體一樣，不斷進行著物質(zhì)和能量的輸入（如資源、人口）、轉(zhuǎn)化（如生產(chǎn)、生活、消費）、輸出（如廢物、能量、人口）的代謝過程。理解城市新陳代謝有助于分析城市的資源消耗、環(huán)境影響和可持續(xù)性。**解析思路：*考察對城市新陳代謝理論的理解。答案需包含其核心比喻（生物體）、關鍵過程（輸入、轉(zhuǎn)化、輸出）以及其在城市研究中的應用意義（資源、環(huán)境、可持續(xù)性）。3.城市生態(tài)系統(tǒng)服務：指城市生態(tài)系統(tǒng)及其組分（如綠地、水體、建筑、生物等）為人類提供的有益支持和服務功能。主要包括供給服務（如食物、水、原材料）、調(diào)節(jié)服務（如氣候調(diào)節(jié)、水質(zhì)凈化、洪水調(diào)蓄、空氣凈化）、支持服務（如土壤形成、養(yǎng)分循環(huán)）和文化服務（如審美、精神愉悅、科研教育）。在城市設計中，強調(diào)提升生態(tài)系統(tǒng)服務功能對改善人居環(huán)境、提升城市福祉至關重要。**解析思路：*考察對城市生態(tài)系統(tǒng)服務概念的掌握。答案需包含其定義（為人類有益功能）、主要類型（供給、調(diào)節(jié)、支持、文化）以及在城市設計中的價值（改善人居環(huán)境、提升福祉）。4.系統(tǒng)反饋：指系統(tǒng)內(nèi)部或系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互作用導致系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變，這種改變又反過來影響后續(xù)的輸入或過程，從而調(diào)節(jié)或維持（正反饋）或抑制（負反饋）系統(tǒng)的行為。負反饋通常使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定或平衡狀態(tài)，是生態(tài)系統(tǒng)和城市系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)的關鍵機制。**解析思路：*考察對反饋機制基本原理的理解。答案需包含反饋的定義（相互作用導致改變并反作用于后續(xù)）、類型（正反饋、負反饋）及其功能（調(diào)節(jié)、維持/抑制行為），并強調(diào)其在系統(tǒng)穩(wěn)定性中的作用。二、簡答題1.簡述系統(tǒng)生態(tài)學的整體性原理，并說明其如何指導城市設計實踐。系統(tǒng)生態(tài)學的整體性原理強調(diào)任何生態(tài)系統(tǒng)都是一個由相互聯(lián)系、相互作用的各組成部分（生物要素和非生物要素）組成的統(tǒng)一整體，各部分的功能和特性取決于它在整體中的地位和作用，整體具有部分所不具備的新功能。系統(tǒng)中的各要素相互依存、相互制約，共同維持著系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定。在城市設計實踐中，整體性原理指導我們：*要將城市視為一個整體系統(tǒng)來考慮，而非孤立地看待某個建筑、街道或綠地。*設計決策應考慮要素間的相互作用和影響，例如，增加綠地不僅美化環(huán)境，還能改善微氣候、提供生態(tài)服務、提升鄰里交往，這些都是系統(tǒng)整體效應的體現(xiàn)。*要重視城市各子系統(tǒng)（經(jīng)濟、社會、環(huán)境等）之間的聯(lián)系和耦合，促進資源的有效利用和循環(huán)，減少系統(tǒng)內(nèi)部沖突，提升城市整體運行效率和可持續(xù)性。*要從更宏觀的尺度思考問題，考慮城市與周邊區(qū)域（自然生態(tài)系統(tǒng)、其他城市）的相互關系，實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。**解析思路：*第一步明確整體性原理的核心內(nèi)容（統(tǒng)一整體、相互聯(lián)系、整體功能）。第二步重點闡述該原理對城市設計的指導意義，從系統(tǒng)視角思考、關注要素互動、重視子系統(tǒng)耦合、考慮區(qū)域關系等角度展開。2.比較城市系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的相似之處與主要差異。相似之處：*都由相互作用的部分組成：兩者都是由多種要素（城市系統(tǒng)為人口、資源、能源、建筑、環(huán)境等；自然生態(tài)系統(tǒng)為生物、非生物環(huán)境）構(gòu)成，要素間存在復雜的相互作用和能量、物質(zhì)交換。*都進行新陳代謝：城市系統(tǒng)如同生物體，進行著資源的輸入、轉(zhuǎn)化和廢棄物的輸出；自然生態(tài)系統(tǒng)也進行著能量流動和物質(zhì)循環(huán)。*都存在反饋機制：兩者內(nèi)部都存在各種正負反饋回路，調(diào)節(jié)著系統(tǒng)的狀態(tài)和運行。例如，城市交通擁堵（負反饋）會促使調(diào)整交通管理策略；自然生態(tài)系統(tǒng)中的捕食關系（負反饋）維持種群平衡。*都面臨外部壓力：城市系統(tǒng)受到經(jīng)濟發(fā)展、政策變動、自然災害等外部壓力；自然生態(tài)系統(tǒng)受到氣候變化、人類活動等壓力。*都具有一定程度的空間結(jié)構(gòu)：城市有中心、邊緣、功能區(qū)劃分；自然生態(tài)系統(tǒng)有垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)（如森林冠層、水生層）。主要差異：*規(guī)模和人類主導性：城市系統(tǒng)通常規(guī)模較?。ㄏ鄬τ谡麄€地球生態(tài)系統(tǒng)），且其運行受到人類活動的強烈甚至完全主導；自然生態(tài)系統(tǒng)規(guī)模差異巨大，人類的影響程度不一，很多自然生態(tài)系統(tǒng)相對獨立。*自我調(diào)節(jié)能力：自然生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過長期演化，通常具有較強的自我調(diào)節(jié)和恢復能力；城市系統(tǒng)相對年輕，其結(jié)構(gòu)和功能往往需要人為設計和維護，自我調(diào)節(jié)能力較弱，對外部干預的依賴性高。*物質(zhì)循環(huán)的封閉性：自然生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)相對封閉，循環(huán)效率高；城市系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)往往是不完整的、開放的，大量物質(zhì)被開采、使用后作為廢棄物排放，資源利用效率低，環(huán)境壓力大。*時間尺度：城市系統(tǒng)的變化速度（如建設、擴張）通常遠快于自然生態(tài)系統(tǒng)的演變速度。*價值取向：城市系統(tǒng)的主要目標通常是經(jīng)濟發(fā)展和人類福祉，有時會犧牲部分生態(tài)目標；自然生態(tài)系統(tǒng)的目標是其內(nèi)在的生態(tài)平衡和生物多樣性維持。**解析思路：*先列出兩者明顯的相似點（構(gòu)成、代謝、反饋、壓力、空間結(jié)構(gòu)）。再重點闡述主要差異，從人類主導性、自我調(diào)節(jié)能力、物質(zhì)循環(huán)封閉性、時間尺度和價值取向等關鍵維度進行對比。3.系統(tǒng)生態(tài)學視角下，城市設計中應關注哪些關鍵的反饋機制？在系統(tǒng)生態(tài)學視角下，城市設計中應關注以下關鍵的反饋機制：*正反饋機制：加速變化，可能導致系統(tǒng)失衡或“失控”。例如：*惡性循環(huán)：交通擁堵導致污染加劇，污染進一步惡化居民健康和工作效率，導致更多人開車，加劇擁堵（交通-環(huán)境-社會惡性循環(huán)）。城市熱島效應加劇，導致對空調(diào)依賴增加，進一步加劇熱島。*擴散效應：一個成功的商業(yè)區(qū)或住宅區(qū)吸引更多人口和商業(yè)入駐，導致基礎設施壓力增大、交通擁堵，進一步推高地價和房價，可能排斥低收入群體（中心化擴散）。*負反饋機制：抑制變化，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定或平衡，是維持系統(tǒng)秩序的關鍵。例如：*供需調(diào)節(jié)：房價過高導致需求減少，供給增加（或建設成本上升），最終使房價回落。交通需求超過capacity時，擁堵加?。ǔ杀驹黾?、時間增加），促使人們選擇替代方式（公共交通、錯峰出行），降低道路需求。*環(huán)境響應：水體富營養(yǎng)化導致藻類過度生長，降低水體溶解氧，影響水生生物生存，也可能導致治理投入增加，促使源頭污染控制措施被采納。綠地增加吸收二氧化碳，緩解局部熱島效應，改善空氣質(zhì)量。*基礎設施適應：道路網(wǎng)絡擁堵，通過修建新道路（供給增加）來緩解，但也可能誘導更多交通需求（需求增加），形成新的平衡點；或者通過改善公共交通（替代需求）來緩解。*時滯反饋：反饋信號的產(chǎn)生和影響之間存在時間延遲。例如，城市擴張導致綠地減少，對區(qū)域氣候和生物多樣性的負面影響可能在數(shù)年或數(shù)十年后才顯現(xiàn)，而規(guī)劃決策的制定和實施也需要時間，這種時滯可能導致不可逆的損害。城市設計的目標之一是“設計干預”，即通過精心設計的公共空間、基礎設施、政策機制等，強化或引入有效的負反饋回路，抑制惡性的正反饋循環(huán)，提升城市系統(tǒng)的韌性、適應性和可持續(xù)性。**解析思路：*首先明確需要關注反饋機制。然后分類列舉正反饋（惡性循環(huán)、擴散效應）和負反饋（供需調(diào)節(jié)、環(huán)境響應、基礎設施適應）的典型例子，并強調(diào)負反饋對穩(wěn)定性的作用。最后提及時滯反饋這一特殊情況及其意義。4.簡述“韌性城市”概念的核心內(nèi)涵，并列舉至少三個在城市設計中對提升城市韌性的生態(tài)學策略?！绊g性城市”（ResilientCity）概念的核心內(nèi)涵是指城市系統(tǒng)在面對外部干擾（如自然災害、事故災難、公共衛(wèi)生事件、經(jīng)濟沖擊等）時，能夠保持其基本功能、結(jié)構(gòu)完整性和身份認同，快速適應、吸收和恢復的能力。韌性不僅指抵抗沖擊和快速恢復，也包括從經(jīng)驗中學習并適應性地轉(zhuǎn)變，以適應未來的不確定性。它強調(diào)系統(tǒng)的適應力、抵抗力、恢復力和轉(zhuǎn)化力。在城市設計中，提升城市韌性的生態(tài)學策略包括：*構(gòu)建多樣化和連通性的藍綠空間網(wǎng)絡：保護和擴大城市綠地、公園、濕地、河流廊道等自然要素。一個多樣化、相互連通的藍綠網(wǎng)絡能夠像海綿一樣吸收和管理雨水，減輕洪水壓力；提供多種生態(tài)服務，增強城市對氣候變化的適應能力（如緩解熱島、凈化空氣）；為生物提供棲息地，維持生物多樣性，增強生態(tài)系統(tǒng)對干擾的恢復力。*實施基于自然的解決方案（NbS）和低影響開發(fā)（LID）：在城市水管理、熱島緩解、土壤修復等方面，更多地利用工程化程度較低的、模仿自然過程的策略，如雨水花園、透水鋪裝、綠色屋頂、生態(tài)駁岸等。這些措施能有效提升城市對水文、氣候變化的適應能力，同時提供生態(tài)和文化服務，增強城市系統(tǒng)的整體韌性。*促進社區(qū)參與和地方知識的應用：強調(diào)本地社區(qū)的參與和賦權(quán)，利用社區(qū)對地方環(huán)境和應對策略的深刻了解。建立地方性的物資生產(chǎn)和交換網(wǎng)絡、應急響應機制，增強社區(qū)的自組織能力和對外部沖擊的抵抗與恢復能力。支持地方生態(tài)修復項目，提升地方生態(tài)系統(tǒng)的健康和韌性。**解析思路：*第一步清晰界定韌性城市的核心內(nèi)涵（抵抗、適應、恢復、學習、系統(tǒng)屬性）。第二步列舉三個具體的、結(jié)合生態(tài)學原理的城市設計策略（藍綠網(wǎng)絡、NbS/LID、社區(qū)參與），并簡要說明每個策略如何提升城市在特定方面的韌性（水文、氣候、社會）。三、論述題1.論述將“資源節(jié)約與循環(huán)利用”這一生態(tài)學原則融入城市設計的重要性，并結(jié)合具體例子說明如何在城市空間布局、基礎設施建設和社區(qū)生活中體現(xiàn)這一原則?！百Y源節(jié)約與循環(huán)利用”是系統(tǒng)生態(tài)學的重要原則，它要求城市像生態(tài)系統(tǒng)一樣，最大限度地利用輸入資源，減少廢棄物輸出，實現(xiàn)物質(zhì)和能量的高效循環(huán)。將其融入城市設計至關重要，因為：*緩解環(huán)境壓力：節(jié)約資源、減少廢棄物排放（尤其是溫室氣體和污染物）是應對氣候變化、環(huán)境污染（如土壤、水、空氣污染）的關鍵途徑，有助于實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。*降低運行成本：節(jié)約能源、水資源、原材料等可以直接降低城市和居民的個人運行成本。*提升資源安全：通過發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和本地化生產(chǎn)，減少對外部資源的依賴，增強城市應對資源短缺風險的能力。*促進經(jīng)濟轉(zhuǎn)型：推動城市向資源效率更高、環(huán)境影響更小的綠色經(jīng)濟模式轉(zhuǎn)型，創(chuàng)造新的經(jīng)濟增長點和就業(yè)機會。*創(chuàng)造更健康的生活環(huán)境：資源循環(huán)利用和環(huán)境改善有助于創(chuàng)造更清潔、更宜居的城市環(huán)境。結(jié)合具體例子說明：*城市空間布局：*混合功能開發(fā)：在城市中心或特定區(qū)域進行土地混合利用，將居住、工作、商業(yè)、休閑等功能集中布局，縮短通勤距離，減少交通能耗和碳排放。同時，促進本地商業(yè)和服務，減少對長距離運輸?shù)囊蕾嚒?資源回收網(wǎng)絡規(guī)劃：在社區(qū)層面規(guī)劃便捷的分類回收設施網(wǎng)絡，并結(jié)合社區(qū)活動，提高居民參與度和資源回收率?？紤]將回收設施與綠地、公共空間結(jié)合，提升設施價值。*工業(yè)用地再利用：對舊工業(yè)區(qū)進行改造時，考慮其物質(zhì)循環(huán)潛力，如將廢棄的混凝土用于再生骨料，將場地中的金屬、塑料等進行回收利用，或引入能夠利用廢棄物作為原料的新興產(chǎn)業(yè)。*基礎設施建設：*分布式能源系統(tǒng)：在建筑屋頂或周邊建設太陽能光伏板、小型風電等可再生能源設施，實現(xiàn)能源的就地生產(chǎn)和消費，減少輸電損耗，提高能源自給率。結(jié)合熱電聯(lián)產(chǎn)等，進一步提高能源效率。*海綿城市設施：建設雨水花園、透水鋪裝、下沉式綠地、植草溝等，實現(xiàn)雨水的就地滯蓄、滲透和凈化，減少城市內(nèi)澇風險，同時補充地下水，改善水循環(huán)。收集的雨水可用于綠化澆灌、道路沖洗等，實現(xiàn)水的循環(huán)利用。*中水回用系統(tǒng)：建設建筑或區(qū)域中水處理站，將處理后的生活污水（如洗浴、盥洗水）用于沖廁、道路清掃、綠化灌溉、工業(yè)冷卻等非飲用用途，節(jié)約大量淡水。*社區(qū)生活中：*推廣共享經(jīng)濟：鼓勵共享單車、共享汽車、共享工具等，提高物品的使用效率，減少閑置和浪費。*社區(qū)花園與堆肥：支持居民建立社區(qū)花園，種植蔬菜水果，減少外部購買。鼓勵居民將廚余垃圾、園藝廢棄物進行堆肥，轉(zhuǎn)化為有機肥料，用于社區(qū)綠化或自用，實現(xiàn)廚余垃圾的資源化利用。*信息共享平臺：建立社區(qū)信息平臺，促進閑置物品的轉(zhuǎn)贈、交換，分享維修知識，減少不必要的購買和廢棄物產(chǎn)生。將資源節(jié)約與循環(huán)利用融入城市設計，需要系統(tǒng)性的規(guī)劃思維，將目標貫穿于城市發(fā)展的各個層面，并鼓勵技術(shù)創(chuàng)新、政策引導和公眾參與。**解析思路：*首先論述資源節(jié)約與循環(huán)利用的重要性（環(huán)境、經(jīng)濟、安全、健康等角度）。然后分點結(jié)合城市空間布局、基礎設施建設和社區(qū)生活三個層面，列舉具體的、可操作的設計策略或措施，并簡要說明其如何體現(xiàn)資源節(jié)約與循環(huán)利用的原則及其效果。最后強調(diào)系統(tǒng)性思維和多方參與的重要性。2.選擇一個你熟悉的城市（或城市區(qū)域）面臨的生態(tài)挑戰(zhàn)，運用系統(tǒng)生態(tài)學的思維進行分析，并提出一個基于系統(tǒng)生態(tài)學原理的綜合應對策略框架。選擇生態(tài)挑戰(zhàn)：以“北京市城市熱島效應及其帶來的環(huán)境與健康問題”為例。系統(tǒng)生態(tài)學分析：*系統(tǒng)界定：將北京市（特別是中心城區(qū)）視為一個城市生態(tài)系統(tǒng)，其核心要素包括：建筑群（物理結(jié)構(gòu)、材質(zhì)）、人口密度與活動（熱量排放源）、能源消耗（供暖、制冷、交通等）、交通網(wǎng)絡（移動熱源、排放源）、綠地和水體（冷卻源、調(diào)節(jié)源，但空間有限且可能被熱島效應影響）、大氣環(huán)流（熱量擴散通道）。*主要問題表現(xiàn)：中心城區(qū)溫度顯著高于郊區(qū)，尤其在夏季夜間和無風條件下。具體表現(xiàn)為：城市建筑表面和大氣溫度升高；增加居民空調(diào)能耗，加劇能源危機；形成光化學煙霧，惡化空氣質(zhì)量；加速人體水分蒸發(fā)，增加中暑風險，影響居民健康；改變局地水循環(huán)，可能加劇干旱。*關鍵反饋機制：*正反饋：熱島→空調(diào)使用增加→能源消耗增加→發(fā)電廠排放增加→熱量排放增加→熱島加劇。熱島→空氣質(zhì)量下降→居民健康受損→可能減少戶外活動，進一步減少自然冷卻機會→熱島感受加劇。*負反饋（有限）：熱島→居民健康受損/投訴增加→政府響應→推廣節(jié)能建筑/增加綠地→熱島有所緩解→健康風險降低。熱島→空調(diào)使用增加→電力系統(tǒng)壓力增大→可能促使發(fā)展清潔能源/提高能效→長期緩解熱島。*系統(tǒng)脆弱性：北京城市緊湊度高，建筑密集，綠地率相對較低且分布不均（多集中在邊緣區(qū)），水體調(diào)節(jié)能力有限，大氣流通不暢，使得城市熱島效應尤為顯著且難以緩解。人類活動是主要的能量輸入和熱量排放源。*相互作用：熱島效應不僅是一個環(huán)境問題，還與能源消耗、空氣污染、城市健康、社會公平（低收入群體更依賴空調(diào)）等問題相互交織，形成復雜的系統(tǒng)性挑戰(zhàn)。綜合應對策略框架（基于系統(tǒng)生態(tài)學原理）：提出一個名為“北京城市生態(tài)系統(tǒng)冷卻與韌性提升計劃”（BeijingUrbanEcosystemCoolingandResilienceEnhancementPlan）的策略框架，其核心是運用系統(tǒng)思維，整合多種措施，從源頭削減熱量、增加冷卻容量、改善熱量擴散，并提升城市適應能力。*策略一：增強城市“冷卻”容量（增加負反饋，吸收/散發(fā)熱量）*擴大與優(yōu)化藍綠空間：在市中心和高密度區(qū)，增加垂直綠化（建筑綠墻、屋頂綠化）、小型口袋公園、下凹式綠地，選擇耐熱、蒸騰作用強的植物，構(gòu)建連續(xù)的城市綠道網(wǎng)絡，提高局部和區(qū)域降溫能力。保護并恢復城市河湖水系，增強水體蒸發(fā)冷卻效果。*推廣低熱島材料與技術(shù)：強制性或激勵性地推廣使用反射率更高（冷色）的屋頂和墻面材料；在規(guī)劃中限制高密度、高強度的建筑開發(fā)，保證必要的日照和風廊道；推廣節(jié)能建