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1979年，美国城市地理学家诺瑟姆（R.M.Northam）发现城镇化发展过程近似一条“S型”曲线，并且可以相应划分为三个发展阶段：城镇化水平较低且发展缓慢的初始阶段（Initial Stage），城镇化水平急剧上升的加速阶段（Acceleration Stage）和城镇化水平较高且发展平缓的最终阶段（Terminal Stage）。由于需要保留一定的农村居民来满足城镇居民的需求，城镇化水平必定有一个上限。 [1] 但是，诺瑟姆没有给出“S型”曲线的数学模型，而且各个阶段的分界点指标也不甚明确。
比利时学者沃赫斯特（Verhulst）在1838年将马尔萨斯人口指数增长方程改进到有限资源环境中，提出了Logistic增长模型，并模拟了一种事物在资源限制状态下呈现“S型”增长的发展过程（见图3-1）。因此，研究城镇化的学者开始尝试用Logistic增长模型模拟城镇化过程。
[2]
1987年，焦秀琦运用固定城乡人口增长率差的方法，计算出英国等八个国家的城镇化发展“S型”曲线的回归方程，建议将城镇化三个阶段的分界点定为30%和70%。
1988年，卡美树（Karmeshu）从城乡人口替代假设出发得出了相似的结论。
[3]
1988年，联合国开始采用基于Logistic方法的模型估算和预测世界各国城镇化水平。
[4]
图3-1 城镇化进程的“S型”发展过程
“城市病”是指人口过于向大城市过度集中而引起的一系列社会问题，表现为人口膨胀、交通拥堵、环境恶化、住房紧张、就业困难等，并进而加剧城市负担、制约城市化发展以及引发市民身心疾病等。“城市病”的根源在于人与自然、人与人、精神与物质之间各种关系的失调而导致的各种负面效应，是快速膨胀的人口与城市资源不协调的必然结果。“城市病”是几乎所有国家正在或曾经面临的问题，但“城市病”的轻重会因政府重视程度和管理方法的差异而有所不同。拉美国家的“城市病”比发达国家更为严重。
“城市病”与城市规模密切相关。通常常住人口超过1000万人的城市或多或少地都患有“城市病”，而且还有向中小城市蔓延的趋势；常住人口超过1600万人的城市大多会有严重的“城市病”。另外，当城市群（200公里范围内）常住总人口超过3000万人时，也会或多或少地患有“城市群病”；当城市群（200公里范围内）常住总人口超过5000万人时，也会产生严重的“城市群病”，尤其是环境问题（城市废弃物难以就近消纳）和交通问题等。同时，如果人口集聚超过工业化和城市经济社会发展水平，就会发生某些发展中国家出现的过度城市化现象，从而也会产生“城市病”。
“城市病”是城市发展过程中的必然现象，与城镇化率高度相关。根据“城市病”发展的四阶段论
，城市化率在10%～30%是“城市病”的隐性阶段，城市化率在30%～50%是“城市病”的显性阶段，城市化率在50%～70%是“城市病”的发作阶段，城市化率达到70%以上，则进入“城市病”的康复阶段（见图3-2）。
图3-2 城市病发展阶段
随着城市化进程的加快，城市土地规模不断扩张，城市人口规模日渐增长，加重了对资源环境的压力，资源短缺、环境污染、生态失衡等问题相伴而生，人们开始对原有城市化发展模式进行反思。1972年，斯德哥尔摩世界环境大会正式提出了可持续发展的概念。1981年，美国世界观察研究所所长莱斯特·R.布朗出版了《建设一个持续发展的社会》一书，对可持续发展理论做了系统阐述。1987年，世界环境与发展委员会发表了《我们的共同未来》（ Our Common Future ），认为可持续发展应“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害”。
随着全球工业化和城市化的迅速发展，20世纪头10年，已有超过1/2以上的人口居住在城市，城市成为可持续发展的主要载体，可持续性成为城市发展的基本特征，保持生态平衡，维护优良适宜的城市环境，成为城市可持续发展的核心内容及基本条件。时任联合国人居署执行主任安娜·卡朱穆洛·蒂巴伊朱卡（Anna Kajumulo Tibaijuka）在2003年中国威海可持续发展城市化战略国际研讨会上指出：“没有可持续的城市化，就没有可持续的发展。”美国学者斯科特·坎贝尔（Scott Cambell）指出，城市可持续发展是在绿色（环境）、效率（经济）、公平（社会）之间寻找一个相互协调的平衡点。因此，可持续城市化是一个动态的、多维的过程，涉及经济、社会、环境和政治制度的可持续性，是城市化过程中环境、生态、社会和经济效益的动态平衡，它超越了单纯由农村向城市进行人口转移的狭义范畴，追求区域协调发展、城乡良性互动。但是，城市可持续发展没有固定的模式，不同的国家、不同的发展阶段的城市都可以根据自己的情况实施可持续发展战略。
尽管城市生态学是生态学领域较年轻的分支，但城市生态学的思想自城市问题一出现就产生了，从古希腊柏拉图的“理想国”，到 16世纪美国托马斯·莫尔（Thomas More）的“乌托邦”，再到19世纪末英国学者霍华德（E. Howard）的“田园城市”，都蕴含着一定的城市生态学哲理，但真正运用生态学的原理和方法对城市环境问题进行系统研究，还是20世纪以来的事情。而英国生物学家帕特里克·盖迪斯（Patrick Geddes）从一般生态学进入人类生态学的研究在1904年所写的《城市开发》和《进化中的城市》中，将生态学的原理和方法应用于城市研究，把卫生、环境、住宅、市政工程、城镇规划等结合起来研究，则开创了城市与人类生态学的新纪元。 [5]
城市生态学将城市看作一个以人类生活和生产为中心，由居民和城市环境组成的自然、社会、经济复合生态系统以人类活动为中心的社会-经济-自然复合生态系统，注意城市居民变动及其空间分布特征，城市物质和能量代谢功能及其与城市环境质量之间的关系（城市物流、能流及经济特征），城市自然系统的变化对城市环境的影响，城市生态的管理方法和有关交通、供水、废物处理等，城市自然生态的指标及其合理容量，以及城市的经济生产、社会生活及自然调节功能的强弱和活力等，就是要按照生态学原理把城市建设成为一个人流、物流、能量流、信息流、经济活动流、交通运输流等畅通有序，文化、体育、学校、医疗等服务行为齐全文明公正，与自然环境和谐协调、洁净的生态体系。
当前，城市生态学围绕生态资产、生态健康和生态服务功能，正逐渐形成几门应用生态学分支：一是产业生态学（Industrial ecology），研究产业及流通、消费活动中资源、产品及废物的代谢规律和耦合方法，促进资源的有效利用和环境正面影响的生态建设方法。二是人居生态学（Built ecology），研究按生态学原理将城市住宅、交通、基础设施及消费过程与自然生态系统融为一体，为城市居民提供适宜的人居环境（包括居室环境、交通环境和社区环境）并最大限度减少环境影响的生态学措施。三是城镇生命支持系统生态学（Life Support System Ecology），研究城镇发展的区域生命支持系统的网络关联、景观格局、风水过程、生态秩序、生态基础设施及生态服务功能等。
从经济效益的角度来看，由于城市的聚集效应，城市经济具有规模经济递增的特点。城市可以提供良好的基础设施条件，较完善的生产、金融、信息、技术服务，集中而有规模的市场，并且会由于企业和人口的集中而在技术、知识、信息传递、人力资本贡献等方面形成溢出效应，因而会产生较高的规模经济效益。但同时，随着城市规模的扩大，其外部成本也会上升，包括由于人口密集导致的居住、交通、生产成本和管理成本增加，生产环境恶化等，为此需要付出巨额的公共基础设施投资以及环境治理成本。在多数情况下，这些外部成本不能抵消城市带来的收益。但是，当城市规模足够大时，外部成本就会超过城市集聚经济效应。同样，当城市规模过小时，也会由于城市集聚经济效应太小而导致城市不经济。因此，城市规模应该有一个合理的区间，只有在这个区间，城市集聚经济效应才会大于外部成本。巴顿（Button）在其《城市经济学》一书中汇总了20世纪70年代以前不同学者从城市行政管理角度得出的城市最优规模，发现最优城市规模表现为一个区间值，不同学者、不同协会以及不同年份的研究结论也有较大的差异。
城市经济学的早期学者对最优城市规模的研究角度比较单一。比如，古普塔（Gupta）和赫顿（Hutton）仅从如何最小化政府的平均服务成本来研究最优城市规模问题，伊万（Evan）则仅从如何最小化城市内部生产成本来解释最优城市规模问题。 [6] 20世纪70年代中后期，最优城市规模的研究呈现出多样化的倾向。例如，亨德森（Henderson）更多地强调理性经济人的行为影响，将最优城市规模归结为经济参与者最大化自身潜在福利的结果。他构建了城市规模扩张路径的分析框架，特别强调了规模经济收益率与土地产出率是影响最优城市规模的关键因素 [7] 。20世纪80年代，最优城市规模的研究更加注重对影响最优城市规模因素的综合分析。例如，蒙哥马利（Montgomery）认为，最优城市规模依赖于工业生产函数和聚集函数中参数的设置以及对消费者偏好的假定，名义工资水平、城市房屋价格和城市舒适度是决定最优城市规模的关键因素。杨小凯和霍格宾在新兴古典经济学的分析框架中探讨了最优城市规模和城市层级问题，认为交易效率的提高会促使城市规模不断增加，但中心市场的收益与去遥远市场路费之间的矛盾也会促进次城市中心的产生。 [8] 因此，城市数量会随城市层次数目的增加而增加，最优的城市规模应该是在一定分工水平下随分工效率演进而变动的最优集合。克鲁格曼（Krugman）则更多地关注聚集效应对最优城市规模的影响。他认为，地区间的聚集具有内生性，当运输成本和收益递增的作用都强到足以引起多重均衡聚集时，这些聚集体往往是相互远离的。由此他认为，城市的最优规模具有区域性且不唯一。 [9] 卡佩罗（Capello）和卡姆格尼（Camgni）提出了“有效城市规模”的概念，把单个城市视为整个城市分工网络上的节点，进一步充实和完善了对城市效益和城市成本的定义，强调了城市分工和城市间的网络效应对最优解的影响。 [10] 显然，由于各国、各地区自然资源、环境状况、人口密度、城际交通、产业结构和经济发展水平不同，以及由此决定的城市承载力和生产要素相对价格水平的差异，并不存在一个适用于所有国家和所有发展阶段的不变的最优城市规模。
宜居城市是城市发展水平进入高质量阶段的一种必然结果，伴随着经济发展和世界范围城市化发展浪潮而出现，旨在解决工业化对城市居住空间带来的巨大压力和一系列环境问题，建设一个功能完整的城市和有机的城乡动态平衡体，使人们能够生活在既有良好的社会经济环境又有美好的自然环境的新型城市之中。
宜居城市研究起源于对居住环境问题的研究。英国工业革命后，大量农村人口流入城市，有限的城市居住容量带来了一系列居住环境问题和社会问题。“田园城市”理念引导了田园都市运动，追求城市舒适、便利等职能的住宅开发方式逐渐发展起来。第二次世界大战后，随着城市规划的发展，对舒适和宜人的居住环境的追求，在城市规划中的地位得到确立。《雅典宪章》将居住与游憩、工作、交通并列为城市的四大功能。戴维·史密斯（David L. Smith）出版了《宜人与城市规划》，倡导宜居的重要性，进一步明确了其概念。1961年，世界卫生组织提出了四个居住环境的基本理念。20世纪70年代，城市发展强调提高居民生活质量，人本主义理念主导下的城市规划被称作为解决这些问题的重要理论。例如，1976年，联合国在第一次人类住区国际会议上接受了人类聚居的概念。约翰斯顿等在研究人们对居住区的舒适度评价时指出，有以下三大影响因素：人之外的环境要素、人与人之间的环境要素和居住区位置。90年代，伴随着可持续发展理念发展，可持续发展成为宜居城市发展的重要内容。例如，国际住房及规划联盟（IFHP）提出了“健康城市”（Healthy Cities）的9项标准。随着可持续发展理念的深入，特别是1996年联合国第二次人居大会明确提出“人人享有适当的住房”和“城市化进程中人类住区可持续发展”的理念后，居住环境的可持续发展与宜居性被提上了全新议程。自2000年以来，宜居城市规划开始关注公平性，温哥华在《大温哥华地区100年远景规划》中明确将“公平”作为宜居城市关键原则之一。2001年的《巴黎城市化的地方规划》提出，将城市生活质量作为巴黎规划和建设的重要内容，确保城市功能的多样性和居民的社会融合。2003年的《大温哥华地区长期规划》更是将宜居城市建设作为一个重要目标，强调为了实现这一目标，必须坚持社会公平、个人尊严保障、公共设施的无差别共享、和谐的城市氛围、公众参与和管理授权等相关原则。
马克思主义经典作家认为，城乡关系的发展分为城乡分离、城乡对立和城乡融合三个阶段，经济社会发展到一定阶段后城乡对立将逐步消除，进入城乡融合的发展阶段，这为城乡一体化理论指明了方向。社会分工引起工商业劳动和农业劳动的分离，从而引起城乡的分离和城乡利益的对立。但是，城乡分离对立不是永恒的，随着社会生产力的发展，城乡关系会在更高的层次上实现融合。
霍华德（Ebenezer Howard）等不少研究西方城镇化和城乡关系的学者继承了马克思的城乡融合观点。霍华德的“田园城市”就是一种兼具城市和乡村优点的理想城市，它包括城市和乡村两个部分，是城市和乡村“愉快联姻”的产物，其规模能足以提供丰富的社会生活，但不应超过这一程度；四周要有永久性农业地带围绕，人们迁居到城市的动力是对幸福生活的追求。加拿大地理学家麦吉（J.G.Megee）基于东南亚城市化大量实证研究发现，在亚洲一些国家或地区的城乡交接区域内，存在劳动密集型工业、服务业和其他非农产业迅速增长的城乡混杂的地区空间。这种新型城乡一体化区域的出现使传统的城乡结构在实际运行过程中发生了重大变化，产生了一种在城乡混合发展基础上的城市化模式——Desakota
模式（亦称城乡一体化区域理论）。
[11]
可见，麦吉的城乡一体化区域（或灰色区域）是一种独特的城乡联系模式，其实质就是城乡之间要统筹协调和一体化发展。
[1] Northam，R.M.， Urban Geography. New York：John Wiley & Sons，1979，pp.65-67.
[2] Mulligan G F.，“Logistic Population Growth in the World’s Largest Cities”， Geographical Analysis ，2006，38，pp.344-370.
[3] Karmeshu，“Demographic models of urbanization”， Environment and Planning B：Planning and Design ，1988，15（1）：47-54.
[4] United Nations， World Urbanization Prospects：The 2005 Revision. United Nations，New York，2004.
[5] 参见Geddes P.， City in Evolution ，N.Y.：Howard Forting，1915。
[6] Evans，A.W.，“A Pure Theory of City Size in an Industrial Economy”， Urban Studies ，1972，Vol.9，pp.49-77.
[7] Henderson，J.V.，“The Sizes and Types of Cities”， American Economic Review ，1974，Vol.64，pp.640-656.
[8] Yang，X.，“Development，Structural Changes and Urbanization”， Journal of Development Economics ，1990，Vol.34，pp.199-222；Yang，X.，Hogbin，G.. “The Optimum Hierarchy”， China Economic Review ，1990（2），pp. 125-140.
[9] Krugman，P.，“On the Number and Location of Cities”， European Economic Review ，1993，Vol.37，pp. 293-289.
[10] Capello，Roberta and Camagni，Roberto，“Beyond Optimal City Size：An Evaluation of Alternative Urban Growth Patterns”， Urban Studies ，2000（9），pp.1479-1496.
[11] McGee，T.G.， The Emergence of Desakota Regions in Asia：Expanding a Hypothesis. University of Hawaii，1991，pp.3-26.