本文基于生态热力学的最新进展，以（火用）值理论方法研究城市系统演化。（火用）值是形成一项产品或服务直接和间接投入的宇宙（火用）总量。（火用）值理论基于宇宙（火用）资源的稀缺性提出，该理论继承并发展了Odum的能值理论和Szargut的积累佣理论，通过佣值转换率反映资源、产品或服务在生态系统中的等级；同时，（火用）值的可加性可以弥补能值重复计算的不足。因此，（火用）值理论可用以对包括城市系统在内的各种复合生态系统的资源利用状况进行有效的核算和评估。　　 以（火用）值理论为基础，结合耗散理论与自组织原理，本文从时间和空间上对城市系统演化的（火用）值理论进行探讨，提出城市系统演化的佣值假设，创建城市系统的（火用）值核算方法体系，剖析城市系统的热力学系统特征，并在此基础上建立起一整套（火用）值指标体系和相应的（火用）值评价框架，对城市系统的资源利用结构及效率、生产方式和人民生活水平等各个方面进行全面的分析评价，揭示影响城市系统组织结构的重要因素及城市系统演化的内在机理。　　 基于城市（火用）值理论，本文以北京市作为案例，利用北京市1978-2004年社会经济与资源环境统计数据进行北京市城市系统演化序列分析，确定自然资本、环境生态服务和人类商品服务的生态价值（（火用）值），刻画北京市系统演化对生态环境产生的影响，进而分析北京市城市系统的整体状况并归纳出时空演化规律，为北京市的可持续发展提供基本依据。　　 在城市（火用）值理论的基础上，本文提出中国典型城市的特征分析框架。以2004年数据为基础，对包括北京、上海、深圳、武汉、乌鲁木齐、贵阳、抚顺、青岛、哈尔滨、杭州、海口、太原、重庆、南京、西宁在内的15个案例城市进行（火用）值静态核算和特征辨识。分析这些典型案例城市在资源利用结构与强度、环境负荷、开发程度与经济效率等方面的差别，并依此对所有案例城市的特征指数进行聚类分析，从而确定这些大中型城市的资源条件、人民生活水平、环境状况以及相应的城市系统特征。　　 基于上述研究结果建立城市系统动力学模型，模拟北京城市系统演化过程，并利用北京2004年物质流、能量流、现金流和人口流等数据揭示城市演化的基本规律及影响城市系统演化的主要因子，对未来北京城市系统发展（至2044年）进行相应的预测分析，并与现实数据进行对比，探讨城市未来发展方向。