科技革命促進城市研究與實踐的三個路徑：城市實驗室、新城市與未來城市

龍瀛，張恩嘉/LONG Ying, ZHANG Enjia

1 背景

2020年10月，黨的十九屆五中全會[1]提出“推進以人為核心的新型城鎮化”，強調以人為核心、以提高質量為導向的城鎮發展，這也對城市人因工程學（urban ergonomics）提出更高的要求。縱觀人類和城市發展歷史，科技發展和應用在其中起著關鍵性的作用。近年來，依賴于計算機與通信融合的第四次工業革命正以一系列顛覆性技術如人工智能、大數據、移動互聯網等改變著我們的城市。在莫菲特（S. Moffitt）[2]總結出的30項新興的將在未來10年深刻影響文化、市場和社會的技術中，人工智能、大數據與云計算、移動互聯網（4G/5G）、傳感網與物聯網、混合實境（VR/AR/MR）、智能建造、機器人和自動化系統、區塊鏈等技術將對城市空間及生活產生重要意義[3]（圖1）。與前三次工業革命不同的是，這一次科技革命不僅帶來城市生活場景和方式的轉變，還為真實刻畫和認識城市提供了前所未有的機遇，為更精細化的城市規劃與管理提供了技術支撐。

基于以上背景，本文總結出科技革命促進城市發展的3個路徑，旨在推動高質量城鎮化視角下的城市人因工程學的發展。第一個路徑是方法層面的基于數據認知的城市實驗室。該路徑中，一方面，由大數據和開放數據構成的新數據環境為城市認知提供了基礎[5]，另一方面，基于新技術手段，城市研究者可以通過“自然實驗”的方式[6]，收集數據并開展對城市的持續觀察研究。第二個路徑基于科技革命對城市的深刻影響，這些對城市生活和空間的影響會逐漸改變和更新研究者對城市的認知[7]，從而推動城市理論的更新。第三個路徑則是從實踐層面推動面向未來的規劃設計創造。該路徑中，新興技術作為新的規劃設計的元素和流程被應用到規劃設計實踐中，從而創造出滿足當代需求的智慧城市空間形式。這3個路徑分別反映出科技革命對城市發展的研究方法、理論認知和實踐層面的重要意義，后文將對以上3個路徑進行詳細闡述。

2 路徑一：城市實驗室

以往，城市研究發展較為緩慢，傳統城市理論的普適性和科學性不足。近年來，隨著信息通信技術（Information and Communication Technology, ICT）和物聯網技術（Internet of Things, IoTs）的發展，新數據、新方法、新技術和新思維逐漸引入到城市研究領域，新城市科學應運而生[8-9]。當前不斷涌現的多元、海量、快速更新的城市數據為研究精細時空尺度下的人類行為和空間形態提供了廣闊的研究前景，也為城市空間與人類行為活動的相互作用機制研究提供了重要機遇（圖2）。特別是那些高頻時變的城市數據，如手機信令數據、基于位置服務（Location-Based Service, LBS）數據等，提供了一種接近真實城市運行頻率的高頻視角[10]，為人因工程的城市設計和管理提供了重要基礎。在新城市科學的框架下，研究城市的新概念和視角不斷出現，城市研究的時間和空間維度得以拓展，基于數據支撐和定量分析的城市研究成果為更新補充傳統城市理論、提高城市研究的科學性提供了前所未有的機遇。

2.1 基于大數據與開放數據的城市認知

1 對城市未來發展有深刻影響的新興技術[4]

隨著城市經濟社會活動對互聯網的依賴性不斷加強，各類網絡平臺（主題網站、社交網站、搜索引擎等）及手機應用（Application，APP）不斷產生著大量數據及信息。尤其是移動互聯網時代下各類手機應用產生的LBS數據具有城市研究中重要的時空信息。正如《第四種范式：數據密集型科學發現》（The Fourth Paradigm: Data-Intensive Scientific Discovery）[11]中所倡導的，基于數據驅動的第四代研究范式將改變我們認識城市的方法和視角。一方面，從研究類型和范圍角度，數據的時空精度不斷提高，傳統的低頻城市數據轉變為新興的高頻數據，新數據的出現將“以人為本”落到實處，拓展了個體層面的行為活動研究及人本尺度城市形態研究，用以研究的數據量和類型都得以豐富。另一方面，從研究范式轉變角度，傳統的基于觀察、總結和模擬的研究范式也逐漸轉為基于數據探索的數據驅動范式。

然而，基于互聯網平臺的大數據作為人類日常活動的“廢氣”，具有人群類別和數據采集的有偏性，且不完全滿足城市研究尤其是精細尺度城市研究的需求。因此，城市研究不應只局限于這些開放平臺或商業平臺的數據，有必要針對特定的研究問題，開發基于各類傳感器的大范圍、低成本、人本尺度的主動城市感知方法（包括移動感知和固定感知方法），收集建成環境、自然環境及社會環境的數據，為城市規劃、設計、管理及運營提供基礎數據支撐[12]。

2.2 基于互聯網平臺的自然實驗

近年來，在經濟學等領域，自然實驗已經開始流行起來[13]。城市科學領域也開始呼吁將城市視為實驗室，利用各類ICT設施對其進行干預、實驗和觀察。2020年11月，清華大學建筑學院龍瀛團隊與世界衛生組織（World Health Organization，WHO）、中國疾病預防控制中心（The Centers for Disease Control and Prevention）和阿里巴巴餓了么共同啟動了“健康傳播之減鹽創新傳播策略研究”項目[14]，旨在以餓了么APP為實驗平臺，在沈陽、北京、西安、杭州、長沙、成都、廣州等7個城市分別招募60家已入駐餐廳，采用隨機對照試驗方法，觀察不同的減鹽干預措施對消費者外賣少鹽選擇的影響效果。這是城市研究領域第一次與多領域組織和平臺共同推進的自然實驗項目。這類實驗基于基礎理論與假設，開展控制變量實驗，旨在提高城市研究的科學性。ICT在這個過程中起到十分重要的作用，既為實驗的開展提供信息傳播和服務實踐的基礎，同時也直接收集相關實驗數據及信息，為實驗提供監測和分析的大量數據，以及部分實驗者的反饋。

無論是基于大數據與開放數據的城市認知，還是基于互聯網平臺的自然實驗都是將城市視為實驗室，通過定量研究的方式科學、客觀地認知城市，從方法層面推動城市科學的發展。

3 路徑二：新城市

事實上，路徑一中所涉及的數據不僅僅起到補充城市研究數據源的作用，更重要的是反映出城市中個體生活方式的轉變，以及隨之改變的空間使用方式。因此，路徑二是為了強調科技革命對城市本體的影響，即對城市生活和城市空間的影響。圖3展現出受新興技術影響的城市轉型的具體路徑。本文用“新城市”一詞來描述受移動互聯網、人工智能、智能制造、大數據與云計算等新興技術深刻影響的展現出新的行為方式和空間組織模式的城市。

3.1 科技革命對城市生活的影響

正如米切爾（W. J. Mitchell）[7]在20年前所說，農業革命產生了新型的人與土地的關系，工業革命產生了新型的人與機器的關系，而這次涉及全球數字網絡的革命，將重塑人與信息的關系。卡斯特（M.Castells）[15]在《網絡社會的崛起》（The Rise of the Network Society）一書中也強調了ICT對城市空間的重要意義，認為交通和信息技術是涉及人類生活兩個根本向度——時間和空間——關系的主要技術，并由此提出流動空間（The Space of Flows）的概念，認為其是形成社會中支配過程和功能的主要形式，用以強調社會的流動性。巴蒂（M.Batty）[9]在此基礎上結合網絡科學的基本概念和方法，進一步提出在這個通信主導的世界里，人群之間的關系和相互作用才是城市生活的基本原理，因此區位的本質是相互作用的綜合體。如今，在影響城市空間結構的各種技術中，ICT創新的影響力最強，盡管它們發展的時間不長，但已滲透到我們生活的方方面面[16]，且影響了不同的城市地區[17]。在互聯網尤其是移動互聯網滲透度不斷提升的當下，人的個體被數字化，行為由線下轉向線上線下融合，人活動的時間碎片化、活動方式和地點多樣化和自由化。如今，大多數城市功能也都與ICT相關，并受到ICT的影響[18]。例如靈活辦公的形式更加多樣，包括遠程辦公、居家辦公、聯合辦公、郊區辦公（辦公俱樂部）等形式[19]。線上服務類型也更加豐富，如線上購物、教育、娛樂、到家服務/外賣等[4]。居民的日常生活已經與數字網絡嵌套，正如周榕[20]所言，以物理世界為代表的碳基文明將與具有“虛擬、運算、共享”三大屬性的硅基文明長期共存[20]。

2 新興技術對城市研究的數據與方法支持

3 新興技術對城市生活及城市空間的影響路徑

3.2 科技革命對城市空間的影響

回顧過去歷次工業革命的發展可以發現，科技的發展不僅推動了城市生產生活方式的轉變，也帶來了城市空間組織形式的變化。盡管正如巴蒂[21]所言，城市空間的變化相對于城市生活方式的快速迭代和變化而言更加緩慢，但城市形態也會在潛移默化中受到科技革命的影響而發生改變。一方面，由于人對空間使用的靈活性提升，空間的混合化和碎片化的趨勢更加顯著[8]，如共享辦公、居住等。并且由于ICT本身具有的虛擬性，城市空間呈現出空間分散化、去中心化、無地方性等特征[22]。另一方面，無人駕駛、智能制造等直接影響城市規模、組織方式和建造方式的技術也將對城市空間產生作用。例如針對無人駕駛對城市空間的模擬分析可以發現，車輛用于周邊家庭和CBD工作之間的通勤，并且需要用于停車的土地，用于日間出行服務的專用通勤帶將出現，白天和夜間停車空間將互補[23]，無人駕駛汽車可以大大減少日常停車費用和停車空間[24]等。

4 路徑三：未來城市

隨著ICT對城市影響的深入，城市空間設計也開始擁抱這些新興技術增強空間的感知、反饋與互動[25]。新興技術既可通過虛擬形式實現對社會層面的場所營造，促進人與空間的互動，增強人的空間體驗，又可以實體形式植入到物理空間中，增強對空間和該空間中人行為的感知，促進空間自反饋管理。在這個過程中，人與空間的各類信息也通過萬物互聯實現數字孿生，進一步實現對城市的數字化管理和運營（圖4）。傳統物質空間層面的規劃設計與社會層面的場所營造、公眾參與將與數字信息層面的交互設施、管理平臺及相關支撐技術相融合。在這個過程中，多主體將參與到未來城市的設計、建造、運營和更新過程中。例如，規劃設計者提供創新思維及具體的規劃設計方案，并引導設計的實施建造；社區規劃師、管理者引導公眾參與、營造社區氛圍，提供多方協商和討論的平臺；而技術提供商可以在整個設計及實施流程中提供交互設施，相關的支撐技術，并通過管理平臺協助設計場地的持續追蹤與運營。此外，一些空間零售商、互聯網公司等也有望在政府部門的管理下參與到城市的建設與運營中。

4 新興技術在未來城市空間設計、管理與運營的應用潛力

5 未來城市原型構想（1-5繪制：龍瀛，張恩嘉）

基于以上路徑，面向未來的智慧城市不僅包含對現實世界的孿生，還包含虛擬世界與現實世界的互動和增強（圖5）。具體來講，過去的城市是由物理空間及其承載的各類社會經濟活動所構成的。隨著互聯網尤其是移動互聯網的發展，網絡社會開始崛起[15]，孿生的社會空間逐漸形成。近年來不斷涌現的各類傳感器及穿戴式設備將為數字孿生提供重要的數據支撐，孿生的物理空間也將形成，進一步實現萬物互聯。這種互聯不僅體現在現實世界的人在孿生社會空間中的網絡關系，還體現在物理空間中的各類事物在孿生空間中的相互關聯。借由信息中臺的一系列計算、運營和實施工具，現實世界中的兩層空間將與虛擬孿生的空間相互關聯，深度互動。

5 總結與討論

在第四次工業革命深刻影響城市生活的當下，城市研究與規劃設計領域也遇到新的機遇和挑戰。本文分別從城市實驗室、新城市及未來城市3 個維度總結出科技革命對城市影響的路徑，為城市人因工程發展提供新思路。但這3個路徑也存在著一些潛在危機，或者可能帶來一些新的問題，因此，我們不能只著眼于科技革命對城市發展的積極作用，也要反思其潛在的消極影響。

路徑一中，信息通信技術的迅速發展為城市研究提供大量數據，從時空維度拓展了研究的邊界，甚至隨著物聯網的發展，城市中越來越多的傳感設備讓每一個身處其中的人感知即參與。但隨之而來的可能有嚴重的數據隱私問題，數據獲取權、使用權和擁有權的問題，以及城市研究數據的存儲、管理及規范化等問題。路徑二中，科技進步推動城市的發展，但自動化技術普及帶來的失業問題，人口流動性增強及聚集后的大城市蔓延、小城市收縮及局部空間剩余問題，技術應用及傳遞過程中帶來的空間及人群不平等問題，少數互聯網巨頭掌握大量人群信息帶來的壟斷與控制問題等都是不可忽視的城市危機。路徑三中，智慧城市建設的勢頭剛剛興起，一些因為資金問題而停滯的項目也揭示出智慧城市或未來城市建設中不可避免的一些問題，例如缺乏可持續的資金鏈及運營模式，高成本的空間建設與低效轉換的社會效益之間的不平衡等。這些潛在的問題和危機是科技革命在促進城市研究與實踐中不可避免的挑戰。

無論是城市研究還是規劃設計，都需要綜合考慮科技革命帶來的機遇和挑戰，既不能盲目期待科技向善，成為技術決定論的擁護者，也不能成為嘲笑技術革新者與勢不可擋的技術發展做抵抗。正如米切爾20年前所說：“由于新的技術系統是一個相當復雜的社會結構，我們必須要了解不斷涌現出來的各種選擇，仔細選出我們的目標，并將其建設好。我們的工作是設計我們所需要的未來，而不是預測其必由的發展道路。”[7]本文梳理科技革命促進城市發展的3個路徑不是為了預測科技革命對城市的影響，而是把其中帶來的各種選擇展示出來，為更以人為本的城市建設提供新的視角。□(致謝：清華大學建筑學院研究生侯靜軒和王新宇參與了本文“總結與討論”部分的討論 。)