數字技術下的智慧街區設計邏輯

葉子蕓 張月

關鍵詞：數字技術 智慧街區 街區設計 設計邏輯 設計工具

引言

簡·雅各布斯在《美國大城市的死與生》一書中描述道，“當我們想到一個城市時，首先出現在腦海里的就是街道。街道有生氣，城市就有生氣；街道沉悶，城市也就沉悶”。[1]街道是城市中利用率最高、受眾范圍最廣的公共空間之一[1]，而街區則是由一條條街道為骨架形成的區塊。現階段數字技術席卷全球，伴隨著交通工具的逐步更新，城市街道的交通功能不斷被強化，使得像美國、中國這樣的大國在城市建設中不斷拓寬街道的長度與寬度。但如互聯網的便利，讓人們足不出戶就能解決很多日常瑣事，對出街的需求也發生了變化。此時的街道承擔的除了非傳統意義上的交通功能還多了社交功能，并且每種不同類型的街道要承擔起各自不同的“人文色彩”功能。此時有大量的設計師開始重新審視街道和街區的“新價值”和新作用。

一、研究現狀及研究范圍

司曉、周政華等人在2018年指出：“從城市發展的歷史來看，每一輪技術迭代都會引發新一輪城市革命，引領新一輪城市生活生產方式變革”[2]。以中國的雄安新區和浙江省未來社區等試點工作來看，這些實踐項目都很重視通過智慧城市建設改善居民生活。人行道實驗室（Sidewalk Labs）、潘云鶴等人進一步提出：智慧城市建設具有三元融合的特征，技術、社會、空間三個要素不僅相互影響，更會進一步融合，共同推進智慧城市的發展進步。[3]（一）國內外研究現狀：國內文獻調研以知網為基礎，筆者搜索了2021年至2002年研究數字技術應用的文獻共8430篇。在VOSViewer中調節關鍵詞參數后得到圖1，從圖中能夠直接看出數字經濟、非物質文化遺產、建筑設計、應用、工業電氣自動化、新媒體藝術這幾個詞語與“數字技術”關聯性較強。數字技術應用于街區設計或城市設計的文章不多見，目前的國內的相關研究論文多以某項技術為出發點，探討技術應用和實踐。因此，這一部分的研究有待研究者們共同探索。

國外研究文獻調研以Scopus數據平臺為基礎，在該平臺上將檢索關鍵詞設置為：城市設計、街區設計、數字技術并存，得到了圖2，文獻共計1847篇。從圖2中可以看出在國外與數字技術同時出現的關鍵詞有城市規劃、數據儲存、智慧城市、人文研究、人機互動等領域。數字技術在這些領域的應用較為廣泛。其中關于智慧城市共現詞網絡中能夠看到幾個對城市規劃、智慧城市影響較大的數字技術，分別是遙感技術（RS）、地理信息系統（GIS）、虛擬現實（VR）、數據存儲技術（digitalstorage）等，見圖3。同時還能在VOSViewer中看到研究成果中心性及熱力值，見圖4。在國外的設計環境中近幾年以生態設計、智慧城市、交通系統設計、人機交互設計為出發點的研究有很多；對于獨立的某項技術（例如VR、RS）應用于街區設計的文章也屬于近幾年的核心研究及應用實踐熱點。

（二）研究范圍：本文以街區設計為核心，數字設計技術為出發點，選取國內外權威期刊和已運用了數字技術的案例，分類敘述了數字技術對與街區設計帶來的影響并提出了從設計流程整理出的新街區設計邏輯。其中數字技術是與能直接影響到街區設計模式的數字技術，分別會從：設計技術、數據技術、新媒體技術等方面進行歸納總結。現階段我國研究學者對于現代城市設計的方法和理論也有了一定的基礎積累，但是基于數字技術逐漸普及的背景下，尚未有全面街區設計理論體系。

二、智慧街區建設及數字技術應用的現存問題

（一）智慧街區建設的問題

街區設計的特點是：尺度相對于城市設計來說較小，每一個街區的功能指向性明確，是容納人們社會行為的重要單元容器。智慧街區又是智慧城市的組成單元，因此研究好智慧街區設計有利于我國開展智慧城市建設。

具體來目前說智慧街區建設的幾個問題：1.過于依賴數字技術或是技術公司，導致街區建設的核心成為圍繞技術手段展開的設計。例如：提供數字技術的公司能夠提供什么類型的技術，然后再展開設計。這就直接導致街區設計的本末倒置。2.對于現階段已經經歷過快速發展建設的中國城市來說，有很多社會問題會直接體現在街區功能層面上，數字技術的出現并不能解決這一類社會性問題。例如：老齡化人口增多，很多街區設計缺少普適性設計。3.對于街區設計的研究趨于片段化。新的技術環境數據量大、大范圍高精度，但研究維度較為單一。即對城市現象的某一個具體方面的局部分析多于對城市系統的綜合分析。[4]4.街區設計實踐與數字技術的研究理論互動性較弱。傳統的街區設計從屬于城市設計，設計者的思維方式還是依賴于傳統的思維和設計模型，對數字技術的認知較為匱乏。

（二）數字技術在智慧街區建設中的應用問題

第一，在街區設計項目實踐上還存在許多問題。目前的數字技術多用于現狀分析，對遠景的判斷較少。第二，數據結論有偏向性。例如現在的大數據技術的數據大部分來源于互聯網，這就直接導致了用戶偏差——缺乏青少年和老年的數據支持。并且很多網絡平臺帶有商業性質，這會直接導致在最初的數據讀取就有偏差。第三，數字技術的算法趨于簡單化。例如很多自動生成的設計方案軟件來說，在算法的黑箱操作中沒有明確的學術理論支持，是機器學習直接生成的結果。就目前階段機器學習還處于最初期的階段，結論的合理性還有待驗證。第四，當設計師利用數字技術手段創造聯系更為緊密的街道空間時，這種有數字技術生成的空間往往是“機械化”的。

三、街區設計范疇下的數字技術特征和數字技術演進模式

街區設計工作基本上分為三個步驟：前期數據收集、概念及方案設計、設計實施、數據反饋收集。其中數據反饋和收集在信息不發達的時候很難做到，如今有了大量的數字工具，能夠更好地反饋設計方案建成后評價。

（一）街區設計范疇下的數字技術特征

從前期數據收集來看，數字工具有以下一些特征：1.數字技術的發展帶來了更多元的數據，這些數據的疊加使設計師對街道空間產生了不同角度、不同維度的解讀。例如：POI（Point of Interest）引入地圖軟件后，人們能快速了解街區的業態和周邊環境。將這些數據匯總能夠得到基本的城市意象偏好地圖。在此基礎上結合時間維度的數據能夠根據街區的環境、功能、業態的分布得到新項目的基本建設原則。2.數據可視化和AI工具的發展，拓展了設計師對于街區設計的認知體系。例如人工智能語音識別，我們可以利用AI分析大量的街頭采訪視頻問卷樣本，抓取關鍵詞，提取到使用者最想解決的問題或者對未來建設的愿景，再通過可讀性較強的可視化軟件，能夠輔助設計是真正做到“以人為本”。3.多重數據、多維度的疊加得到不一樣的結論。例如，在大眾點評的POI數據上疊加時間信息，根據使用時間的活躍時長能夠得到我們需要重點設計的區域和功能。

從概念及方案設計過程來看：1.大幅度提高設計師在工作過程中的效率。例如Rhino+GRASSHopper、SU+EnScape等設計工具都比以往更加容易操作，配合相關插件能夠看到即時效果，方便設計過程中及時調整方案。2.無人機的發展，給航拍數據收集帶來了大范圍、高精度的調研結果。3.數字技術經過初期的發展，逐步由繁瑣的操作轉化為簡單易上手的操作產品。例如：GIS相對復雜的操作，現在可以通過DAS系統（Document AS a System ）在文檔中就可以完成復雜的地理計算，快速得到客觀數據結論，輔助設計師用更短的時間做最客觀的判斷。4.數字技術可以將已知事實和未知的變動進行良好的結合。例如數字孿生技術，能夠1：1展現街區空間，在發生自然災害時能夠快速呈現演練結果，同時可以提前預判設計方案的可行性。5.數據可視化軟件的增多和豐富，為設計工作的匯報和展示提供了更豐富的效果和更易讀懂的數據結論。

設計實施階段來看，數字工具有以下一些特征：1.街道尺度中的人機交互提供了可能性。使用者對空間使用的范疇上，讓街道空間有了更多的可能性，某種程度上影響著城市的生活內容。例如，TeamLab在展覽過程中使用的愛普生3LCD核心顯示技術和AI等技術，實現了人在空間中的互動。2.數字工具有助于使用后評價（POE）的發展。在未來的設計中得到更多的設計經驗。3.數字孿生城市技術的顯示精度不斷增加，便于城市管理和街區監管。現階段已有L1-L5的精度選擇，可借此形成一個更大的數據收集平臺，為后續的街區研究提供數據支持。

除了以上作為優點的幾項特征外，現有的數字技術手段也有著不可避免的缺點特征：

第一，從理論層面看，現有的數據多用于描述城市的客觀存在，較少對數據結果的提煉，使得這些由數字技術手段帶來的研究成果受限與對現有時空的描摹，而不是在理論層面提高對城市建設的認知。而且碎片化的信息很難形成針對城市內部系統的整體與局部之間抽象化的因果關系。

第二，從實踐層面來看，現有的某單個數字化技術都是解決某單個問題。多方向的數據疊加往往無法顧及城市發展中的博弈關系，難以形成綜合性、整體性的空間方案和視角。

第三，從多源化角度來看，現有的數字技術還需要配合AI的引入，這恰巧是目前階段街區設計師的短板，很難打破學科之間的壁壘。而訓練和拓展人工智能還需要很長一段時間來探索。

（三）數字技術演進模式

劉泉，錢征寒，黃丁芳等在《技術驅動下智慧城市空間產品的模塊化組織邏輯》一文中指出了以下幾個重要環節：1.新技術作為新元素進入活躍技術體中；2.新元素替代現有技術元素或其他零部件；3.是新元素創造新需求或新機會；4.舊元素逐漸退出，給新技術留下更大的發展空間；5.新技術逐步成為活躍技術體的主體；6.是整個社會經濟隨之出現調整，以適應新技術。見圖5。

因此，新技術滲透到社會經濟中會改變新空間形態，進而影響到人們的生活方式。對于數字技術如何發展、對空間形態能夠產生的影響，我們能夠通過該時期誕生的設計作品得到一個大致的意向和趨勢描述。

四、數字技術促進智慧街區演變的幾個重要影響

數字化設計技術對于街區有著重要的影響。首先，在技術演進及迭代的過程中，數字化技術需要實體化，以具體的物質化形態對相應的社會空間載體進行影響。例如：現在我們能夠利用無人機航拍獲取街道流量數據，即數字技術嫁接于社會空間。其次，在這演變的過程中，街區空間形態也在演進，二者能夠相互影響。例如交互技術的發展，讓公共空間有了多種可能性，在街區內發生的社會性活動逐漸開放，成為有利于人們在其中交流的場所。例如，在北京玉淵潭公園展出的“萬物共生”光影藝術展（見圖6），即利用新媒體技術在園區內搭建沉浸式場景。這樣的媒體技術在日后可以運用于各類型街道，創造白天與黑夜完全不一樣的街道公共活動空間。最后，數字化技術演進的過程是新技術對整個空間結構形成新的影響，獲得社會、經濟、街區等其他領域的反饋，并實現相互融合。

（一）數字技術對街區空間形態的影響

通過王建國《城市設計》一書筆者總結出構成街區空間形態的幾個要素有路網、開放空間、植被、建筑形態、景觀節點。

從道路的角度來看：數字技術的進步提高了實時路況監控和導航的準確率。同時還有地理信息系統（GIS）、流量實時監測、城市熱力圖等這樣的智能計算系統，已經廣泛地應用在不同的領域，是用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數據。從開放空間來看：數字化技術有強大的分析和預測能力，通過算法我們可以大致判斷街區空間中那些地方可以設置開放活動空間，提供令人感到舒適安全的戶外空間。從植被角度來看：數字化技術強大的監測和分析功能，能夠根據當地各類型自然條件更客觀地分析出更容易存活的物種，設計師僅需從視覺上的美觀程度、心理安全角度和功能適用角度對植被物種擇優。從建筑形態來看：新的數字技術有著更強大的運算能力，設計師能夠充分發揮自身的想象力，創造更加美觀符合現代審美或是更具前瞻性的建筑形態或各種多變的建筑表皮。從空間構造來看：數字技術為智能設施提高了交互能力，能夠給街道家具或街道上的公共設施提供除了基本功能之外的娛樂功能，視覺審美功能等。

當上述能夠影響到街區空間形態的幾個元素都發生了變化時，街區整體風貌將會發生質的變化。路網空間變得更加合理，人車空間都更貼近使用需求；開放空間變得更加豐富有趣、制備選擇更加具有在地性，后期維護不僅節約成本且更加美觀；建筑形態多變，人們的審美也更多元化；景觀節點的設置更加符合街區需求，節點空間功能更加符合實際需求。

（二）數字技術對街區組織結構的影響

街區內部小型公共空間和道路是街區結構的重要架構。按照規劃，紅線為38 m的道路 2025年規劃行車路面寬 15—18 m，2035 年則為 7—10 m，道路空間進一步還給個人，空間環境更加人性化。[3]這得益于未來即將會普及的無人駕駛技術。這些技術在研發和剛開始投入使用的前端看似與空間沒有直接的關系，但是在未來的發展中一定會對空間產生不可忽視的作用和影響。

首先，構成街區的道路空間會重新布局。我們可以預見的是經過多種數字化技術的不斷演進，不僅僅是車行道和人行道空間在寬度上會有明顯的變化，同時公共空間中慢行道將會增大使用比率。其次，沿街建筑配合步行空間，將會產生更加豐富的公共街道活動區，因此人們在街道中的停留時間也會更長，見圖7。最后，街道的停留空間逐漸變多且每個公共空間區域面積增大，引導人們在此停留，功能也會更加完善。

街區組織由傳統的以街道為主的交通模式展開設計的思路逐步轉變成“以人為本”的人性化街區設計模式。也不再只是交通設施和路網為導向的組成模式，轉而變成以慢行空間為導向的社交功能需求為導向的街區組織模式。

五、數字技術與新空間要素結合形成新的街區組織邏輯

由于數字技術的介入，街區空間形態和結構會變得更加合理，街區設計不僅僅是針對街區物理空間上的設計，還有軟體設計，例如城市管理平臺對街區空間中的公共物資的管理。梳理清街區設計中各個元素的影響范圍有助于理清街區設計組織邏輯，在今后的街區設計中逐步形成完善的體系。

（一）設計技術于控規指標相結合：街區設計的首要目標就是滿足當前項目地塊的控規指標。目前已有多種技術手段能夠代替城市設計師出具相關設計方案，例如：SUPERSPACE團隊建立了首個空間規劃智能解決方案SSSP，中國深圳的一家科技公司利用AI技術研發的XKool，見圖8，小庫支持從建筑設計到城市規劃尺度的任意運用。這些計算機生成式產品通過圖片學習、深度學習、機器學習等智能算法得出的設計方案，只能滿足于基本的用地指標，但是無法滿足目前人們對空間高品質、多功能的要求。

（二）設計技術與人性需求相結合：以往的設計邏輯也是以人性需求為主，但是著重強調個人在環境中的感受，從而忽視了對技術進步的延展性思考，忽視了從環境保護的角度出發和更加健康的行為方式出發，導致了街道空間“留白”不夠，以共享單車的出現為例，即沒有留有足夠的道路空間，街區設計在可持續發展的潛力不夠以及規范人類文明行為的限制條件不夠。另外，以TeamLab為代表的新媒體藝術空間的探索來看，不久傳感器、手持式移動設備、智能穿戴設備與城市公共設施的互動會逐步增多，同時更多的智能設備也會普及到每個人的日常生活中。在這個處處都是智能化設備的時代背景下，從人性出發的需求，需要設計師有前瞻性的想象和探索。在日后的研究中，不論是技術人員還是設計師都需要重視智慧技術與空間要素融合帶來的價值。目的在于提高生活品質，優化空間環境，進一步完善可持續發展的目標。

（三）設計技術與空間風貌相結合：街區的空間形態直接影響街區風貌。影響空間形態的元素分別有：路網、開放空間、植被、建筑形態、景觀節點。不論是哪一個元素我們都能找到相對應的數字化設計手段去輔助設計師進行客觀判斷和設計。

目前有一個能有效且直觀感受到設計成果的街區風貌的技術手段：MIT的MediaLab開發的CityScope。該項目能夠讓設計通過3D眼鏡，數字屏幕實現沉浸式設計環境，在設計時能利用VR技術更加真切的感受設計成果。如果有呈現效果不盡人意，也可以用過任意協同優化及時調整指令。這種沉浸式方案場景設計技術在中國的東南大學建筑學院得到進一步拓展。該校楊俊宴教授和朱驍博士將VR交互沙盤、城市立方等技術工具運用在科研及實踐中，見圖9。

小結與展望

（一）小結：總體來說數字技術背景下的街區設計步驟有：設計分析、決策、檢驗、實施、管理。有了數字技術的介入后，智慧街區的設計組織邏輯相較于傳統數據環境的設計邏輯會發生相應的變化，新的街區設計邏輯見圖10。

（二）展望：在城市“精細化”發展的大背景下，營造具有格調氛圍、情感體驗甚至文化已經的城市公共空間是城市設計“人本轉向”的主要任務之一。[6]對于本文目前提出的街區系統的組織結構還需要進一步深化和豐富。后續的工作中筆者將每一個數字技術對街區設計的影響進行系統歸納和總結，并可以進一步總結出具體的數字積水會對街區空間的那些因素產生什么影響。在此文的基礎上形成更加完善的理論體系。