數字技術影響下未來城市系統變革與響應模式初探

王鵬

城市作為一個復雜系統甚至系統之系統[1]，通常以還原論的方式被分解成若干子系統并獨立處置。人居環境學科，則通常關注其空間系統，并以空間為核心統籌各系統的規劃與運行。

在第四次工業革命背景下，以數字技術和可再生能源為代表的技術變革給城市帶來巨大變革的同時，也使城市發展面臨了更多的不確定性。城市的實體空間、社會空間和信息空間高強度疊加后，復雜性倍增[2]。而這其中不變的是什么，人們對城市本質的需求又是什么呢？

“城市的本質即通過設施與服務的集中供給，解決人們日益增長的需求?！比绻f工業時代我們通過發明和生產更多的產品、創造更多的城市空間來滿足需求的增長，那么信息時代，我們需要通過數據和計算更加高效地連接供需雙方，實現更精準的匹配，使有限的存量資源能發揮更大的效率[3]。

1 數字化背景下城市系統的分解與還原方式

信息空間、物理空間與社會空間之間的隔閡正在被打破，并交織重組。一方面，信息空間龐大的體量將對物理空間、社會空間中的諸系統帶來巨大沖擊；另一方面，信息空間浸潤城市中的萬事萬物，時時刻刻影響人們最日常的行為，為諸系統之間的互動以及諸系統與每個人的關聯帶來新的可能（圖1）。換言之，信息將形塑未來城市，信息空間中的感知、匹配、安排等將是未來城市的關鍵領域[4]。

1 3個空間的關系變化

然而一旦探討系統甚至體系層面問題，就會面臨復雜系統的還原和分解。傳統的城市規劃和智慧城市，都是把城市系統分解為若干垂直系統各自處理，這個過程中復雜系統的特征會有很大損失，如非線性、涌現、自發秩序、適應、反饋循環等。有些情況下，可以把城市系統進一步解耦為更基本的要素，再以網絡化的思維去觀察整個系統的運行邏輯變化。

在交通、能源等系統之下，可以進一步把城市要素解耦為信息、物質和能量3 類，所有的城市活動和行為都可以歸為這3 類要素的生產和轉移。

隨著歷次工業革命的發生，物質的生產和轉移方式從人工、機械輔助到不斷提升的自動化；能源屬性從生物能、化石能到可再生能源；信息傳遞方式則從文字、語音、多媒體到萬物互聯和區塊鏈、虛擬/增強現實。在這個變化過程中，城市各種系統的運行方式也一直在發生變化。研究某個系統的數字化轉型，如果僅針對現有的要素組合方式去優化，很難根本上改變系統的運行效率。而應該把本系統和橫向、縱向相關系統充分解耦為最基本的要素關系和根本目標，再思考基于數字技術的全新組織方式。

以商業系統為例，如果僅針對“人—貨—場”三要素來優化，則目前普遍的線上下單，分倉快遞配送的模式應該是比較合理的。然而如果把貨物的生產和轉移環節進一步打開，則可能看到更多可能性。制造生產環節的“人—機—料—法—環”幾個環節，與零售系統結合在一起，可以看到，兩個系統的本質就是組織供應量完成商品的生產，并送達使用者。而兩個環節都高度自動化并連接以后，就可能形成C2M（Customer to Manufacturer，用戶直連制造）的更直接閉環，也就是使用者提出需求，生產者按需組織生產并送達使用者。這樣一來，系統內部甚至系統之間就發生了巨大的重構，簡化成了基于信息連接的物質生產與轉移過程。

2 城市各系統變革的基本邏輯

未來各城市系統為了更好解決現實的問題、滿足人的需求，其演進路徑都不是在現有系統基礎上量的擴張或內卷，而是在充分解耦之后，利用互聯網、物聯網、人工智能等技術重新把各系統下相對獨立的網絡、技術，重新組合成一個分布式、松耦合的新系統。就移動通信而言，是空天地、寬窄帶、有無線、高低頻、局廣域的融合；就能源互聯網而言，則是源網荷儲、風光電氣氫、供用電、變配電等等的全面解耦和重組；就交通網而言，是將海陸空、有無人、人車路、公共私人、客與貨、快與慢等系統一體化運營，實現出行即服務（MaaS），甚至于通過V2G（Vehicle to Grid，汽車對電網）等方式實現交通與能源網絡的跨領域耦合。通過數字技術的計算與連接能力，充分發揮既有系統的能力，以系統能力而非單一技術和設施去解決需求問題。

對應到空間系統，未來也會由單一功能、明確邊界、固定形態的建筑和城市空間，一定程度上變成由各種“流”動態連接的空間網絡。雖然建筑結構和建造方式的穩定性決定了建筑物整體未必會有大的變化，但空間的彈性、權屬、功能是可能隨空間動態變化、分時復用的。“如果流動空間真的是信息社會的支配性空間形式，未來幾年，建筑與設計很可能必須在其形式、功能、過程與價值方面予以重新定義?！盵5]

3 小結

可以說，以互聯網為代表的數字技術，雖然已經很大程度上改變了經濟社會運行的方式，但與城市物理空間和社會空間的深度耦合才剛剛開始。隨著全面數字化帶來的物質、能量生產與轉移方式的變化，包括空間系統在內，各個城市系統的運行機制都在發生潛移默化的變革。除了被動響應技術對空間的需求與影響，人居科學的主動響應和變化可以大大加速技術與城市協同演進的進程?！?/p>