随着城市经济的高速发展和人口的急剧膨胀，发达国家近百年的城市环境问题在我国20年内集中爆发。我国正面临着世界上最为严重的现代城市 “病”问题，如水资源短缺、能源匮乏、水质恶化、大气污染、垃圾肆虐、生态破坏、交通拥挤、噪声扰民、人居环境恶化、居民健康水平下降等。这些问题已对我国的社会经济发展产生了一系列触目惊心的惩罚性影响。可以说，现代城市“病”与传统的环境污染问题相比从成因、特征和危害程度方面都发生了显著变化，存在随时集中爆发的隐患，已成为我国社会经济可持续发展的巨大障碍, 并将危害到社会稳定和国家安全, 制约中华民族的伟大复兴。为保证我国经济的进一步腾飞，必须尽快根治以上的城市“病”问题。

然而，现代城市是一个复杂的巨系统，涉及社会、经济、政策、资源、文化、环境等多方面子系统。每个子系统又包含多个层次与组分，且各子系统之间及其内部组分之间存在错综的互动关系，呈现异常复杂的多目标性和动态性。此外，各种社会经济和环境要素以及多种系统行为的物质和能量输入、输出均含大量的不确定性，它们自始至终伴随着城市的发展，并与其它特征一起共同构成了城市系统的复杂性。然而，无论是国内还是国际，过去对这些复杂性的研究仅局限于单个子系统或部分子系统的组合，缺乏全方位的综合考虑。这方面研究的缺乏，极大削弱了我国对城市“病”问题的解决能力，直接影响我国城市管理的科学性和发展的可持续性。这就亟需大力开展对我国城市“病”系统识别理论与生态调控机理研究的工作，这既是解决我国城市问题的必由之路，更是实现我国城市可持续发展的重大需求。

本研究从生命科学的角度出发，将生命体的概念创新性地引入城市科学研究中。将城市当作一个有机的生命体进行从解构到整合、从特殊到普遍、从个别到整体的研究，从而探索城市系统内部的运作规律和城市“病”的产生机制。进而实现（1）从全新角度研究城市生命体的活动的过程，（2）从大视野的角度分析城市的自然和社会环境关系与互动规律，（3）全方位辨识城市生命体各功能系统的特征，（4）深层次研究各功能系统的运行机制与调控机理，（5）以发展的观点探求城市生命体产生－发展－演替的规律。在对城市生命体进行全方位的综合科学研究基础上，提出并建立一套综合城市生命体理论和方法体系,阐明经济、社会、人口、能源、资源、环境六大驱动力与城市健康的动态响应关系和相互作用规律，并开发一体化城市生命体诊断和治疗综合决策支持系统，对我国城市“病”进行系统识别与调控分析。可以肯定，城市生命体理论与方法体系的提出和建立，对全面提高我国城市科学及其相关学科研究水平，从根本上解决我国现代城市“病”问题，指导我国城市乃至国家整体的可持续发展都具重大意义。

本项目的总体目标为：（1）初步建立一套城市生命体理论与方法体系，揭示隐藏在城市“病”背后的核心机理，并建立一系列基于代谢机理的城市“病”系统综合诊断识别与生态调控理论与方法；（2）有效促进城市发展过程中能源、资源、经济、社会、交通、土地、环境、生态等一系列基础科学问题的解决；（3）从城市及相关学科建设和人才培养两方面，全面提高我国城市科学研究的整体学术水平。五年预期目标为：（1）建立1套一体化城市病诊断、预防与控制研究体系；（2）揭示３种规律，即城市生命体能流物流循环的时空演变规律，城市生命体生态特征及其演变规律，以及城市生命体健康与经济、社会、人口、能源、资源、环境六大驱动力的互动规律；（3）剖析４方面机理，即城市生命体的能源活动规律及其与大气环境、气候变化相互影响的机理，城市生命体代谢产物的循环与转化机理，城市生态工业的物质和能量代谢机理，以及城市交通、用地与生态环境的互动机理；（4）创建４套评价体系，即城市生命体生态特征及演变规律的多层次多指标绿色评价体系，环境导向的生命体承载系统的综合指标体系，城市生态工业综合评价体系，以及城市生命体多功能健康诊断的整体评价体系；（5）实现8种系统模拟，即城市能源系统代谢机制模拟，不确定性城市大气流域模拟，不确定性全分布式城市降水径流模拟，多相多组分地下水及污染修复过程模拟，固体废物模糊随机动力学模拟，城市生态系统多层次多情景模拟，基于多方案的城市交通用地系统模拟，以及城市生态工业技术革新多维模拟；(6）创建6个不确定性优化体系，即城市能源与大气环境系统最优化模型体系，城市水资源管理最优化模型体系，城市生态社区和生态产业系统最优化模型体系，环境导向的城市交通与用地优化体系，城市代谢产物的产生与处理系统优化模型体系，以及基于子优化模型系统的一体化复合城市“病”诊断、防治与生态调控辅助决策体系；（7）开发1套多功能城市生命体健康实时动态预警系统；（8）完成2个典型案例研究：北京和深圳；（9）建立城市科学研究平台与网络，形成一支多学科交叉、老中青结合的研究队伍，培养一批有国际影响的中青年学术带头人，并在国际国内刊物上发表大量的具有重要国际影响的论文和著作。

为了实现上述目标，本项目拟划分为七个课题。课题1: 城市生命体能源代谢与大气污染互动机理研究；课题2：城市水和营养物循环机理与演变规律研究；课题3：城市固体废物循环与转化机理研究；课题4：城市生命体生态特征及演变机理研究；课题5：城市生命体承载系统的健康识别和调控理论与方法研究；课题6：城市生态工业复合体系理论与方法研究；课题7：一体化城市病诊断、预防与控制研究。