數據增強設計的三種范式
——框架、進展與展望

龍瀛，郝奇

1 DAD的產生背景

自第三次工業革命起，計算機便被用于支持城市規劃設計。最初其角色只是輔助計算和繪圖，伴隨硬件升級與算法革新，計算機輔助設計不斷發展，引發了城市模型、規劃支持系統、生成式設計等風潮。2010 年代后，隨著大數據與開放數據的普及，數據密集型的第四研究范式出現并滲透到各個學科[1]。受此影響，計算機輔助設計也從算法規則驅動向數據驅動轉型：依靠新數據，研究可以深入挖掘新技術影響下的城市空間變化，刻畫人群行為特征，為規劃設計提供更科學的支持[2]。在這一背景下，立足于新數據環境的計算機輔助設計新模式——數據增強設計（Data Augmented Design, DAD）——應運而生。

2 DAD的內涵、特征與范式

數據增強設計是一種由數據驅動的新型規劃設計方法論，由龍瀛和沈堯于2015 年提出，它強調定量城市分析的啟發式作用，通過實證性的數據分析、建模、預測等手段，為規劃設計提供全周期支持，并以此減輕設計師負擔、使其專注于創造性思考[3]。

DAD 具有全周期、精細化、以人為本等特點[4]，但其中最有代表性的是多場景性——相較于主要面向空間開發的傳統規劃設計，DAD 適用于更多情境。依據應用場景，可將DAD 劃分為3 種范式：存量型、增量型和未來型[5]。存量型DAD 面向城市更新場景，以新型數據為基礎，通過深入分析多元（建成環境、行為活動）數據，實現特征挖掘和問題識別，從而精準認知存量空間現狀，以此支持設計應對，解決痛點問題，提升空間品質；增量型DAD 面向城市擴張場景，以建成規劃設計案例為基礎，先收集并量化其建成環境屬性、設計與建設信息等數據，再通過人工或機器學習方式進行模式特征歸納和聚類，從而形成結構化案例庫和模擬模型，為方案提供策略與技法上的參考；未來型DAD 面向未來空間轉型場景，以顛覆性技術為基礎，從本體論角度揭示新技術影響下城市空間與社會生活的本質變化，預測未來人與空間及其交互模式的演變趨勢，進而對未來的人居形態進行設計。

3 DAD三種范式的進展與應用

近年來多位學者在DAD 領域進行了探索，研究與實踐成果也可按上述3 類范式進行梳理。

首先，對于存量型DAD，楊俊宴[6]提出“數字化城市設計”，強調數字化技術對城市設計全過程的整體覆蓋；柴彥威[7]、王德[8]提出從“時—空—行為”3 個維度統籌安排城市空間的動態配置，以三者聯動提升城市發展質量；盛強[9]通過挖掘行為模式空間規律，建立模型用于量化評價并優化街道網絡和大型綜合體空間形態；此外，還有涉及城市形態肌理測度與設計延續、城市活力評估與總體規劃、公共空間品質診斷與城市更新、城市收縮問題識別與設計響應等方面的實踐應用。

其次，對于增量型DAD，吳志強[10]主張“以數明律”的智能規劃，同時將規劃成果轉化為智能化學習的數據原料，推動規劃以自我學習形式不斷優化；段進[11]提出通過對空間基因進行提取、解析、評價并與特色目標互饋耦合，加強城市特色目標設定的在地性；另外，通州副中心總體城市設計、雄安新區標準工作營等實踐工作借鑒了對全球典型城市形態規律的研究，針對特定類型空間的設計實踐應用了結構化的設計案例庫。

最后，對于未來型DAD，武廷海等[12]基于歷史脈絡梳理，提出未來城市是由多系統組成的復雜體系，揭示其關系性日益凸顯的趨勢，并從信息深度滲透城市空間、數字化城市系統、供需信息精準匹配保障人類幸福生活等角度推演未來城市機理；楊滔等[13]關注面向未來的數字孿生，并在雄安新區規劃建設中探索了基于數字孿生的城市信息模型（CIM），運用其融合的空間數據及建設信息，為城市建設管理提供各種智能服務，并計劃實現規劃方案仿真模擬乃至未來推演研判；此外，《WeSpace 2.0》報告[14]以及“黑河國土空間規劃未來城市專題”實踐，也涉及了對各種功能與類型的未來城市空間的構想。

4 DAD三種范式的反思與展望

新數據環境自出現至今不過10 年時間，以其為基底的DAD 尚存在如下問題和挑戰1）：（1）數據挖掘不足：對于現有數據如語言、圖片、視頻等，其中很多信息尚未被充分發掘，探索潛力巨大，同時隨著物聯網的進一步鋪開和織密，數據仍可向更高時空精度、更大時空跨度方向拓展；（2）研究設計脫節：前期研究和后期設計“兩張皮”的現象仍普遍存在，未來設計需打破定勢，將數字創新融入其核心過程；（3） 唯技術論存在：城市模型和生成式設計等過度強調技術決定性，技術沒有與設計師的思想及經驗有機融合；（4）本體研究不足：現有研究多聚焦于方法層面，對本體論缺乏關注，應該對新城市、新現象、新問題進行充分認知，以形成順應趨勢的新設計思維和應對策略；（5）技術流于形式：面向未來的數字創新僅以展覽形式呈現，而沒有真正落實到城市空間系統中。

第四次工業革命剛剛拉開序幕，數據與計算將是各個學科共同關注的核心要素，相信如上問題和挑戰，在不久的未來有望“迎刃而解”。□

注釋

1） 存量型、增量型和未來型，分別對應（1）（2）、（3）和（4）（5）