科技革命促進(jìn)城市研究與實(shí)踐的三個路徑：城市實(shí)驗(yàn)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(jìn)以人為核心的新型城鎮(zhèn)化”，強(qiáng)調(diào)以人為核心、以提高質(zhì)量為導(dǎo)向的城鎮(zhèn)發(fā)展，這也對城市人因工程學(xué)（urban ergonomics）提出更高的要求?？v觀人類和城市發(fā)展歷史，科技發(fā)展和應(yīng)用在其中起著關(guān)鍵性的作用。近年來，依賴于計(jì)算機(jī)與通信融合的第四次工業(yè)革命正以一系列顛覆性技術(shù)如人工智能、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等改變著我們的城市。在莫菲特（S. Moffitt）[2]總結(jié)出的30項(xiàng)新興的將在未來10年深刻影響文化、市場和社會的技術(shù)中，人工智能、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、移動互聯(lián)網(wǎng)（4G/5G）、傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)、混合實(shí)境（VR/AR/MR）、智能建造、機(jī)器人和自動化系統(tǒng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)將對城市空間及生活產(chǎn)生重要意義[3]（圖1）。與前三次工業(yè)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(zhuǎn)變，還為真實(shí)刻畫和認(rèn)識城市提供了前所未有的機(jī)遇，為更精細(xì)化的城市規(guī)劃與管理提供了技術(shù)支撐。

基于以上背景，本文總結(jié)出科技革命促進(jìn)城市發(fā)展的3個路徑，旨在推動高質(zhì)量城鎮(zhèn)化視角下的城市人因工程學(xué)的發(fā)展。第一個路徑是方法層面的基于數(shù)據(jù)認(rèn)知的城市實(shí)驗(yàn)室。該路徑中，一方面，由大數(shù)據(jù)和開放數(shù)據(jù)構(gòu)成的新數(shù)據(jù)環(huán)境為城市認(rèn)知提供了基礎(chǔ)[5]，另一方面，基于新技術(shù)手段，城市研究者可以通過“自然實(shí)驗(yàn)”的方式[6]，收集數(shù)據(jù)并開展對城市的持續(xù)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(rèn)知[7]，從而推動城市理論的更新。第三個路徑則是從實(shí)踐層面推動面向未來的規(guī)劃設(shè)計(jì)創(chuàng)造。該路徑中，新興技術(shù)作為新的規(guī)劃設(shè)計(jì)的元素和流程被應(yīng)用到規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐中，從而創(chuàng)造出滿足當(dāng)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(fā)展的研究方法、理論認(rèn)知和實(shí)踐層面的重要意義，后文將對以上3個路徑進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 路徑一：城市實(shí)驗(yàn)室

以往，城市研究發(fā)展較為緩慢，傳統(tǒng)城市理論的普適性和科學(xué)性不足。近年來，隨著信息通信技術(shù)（Information and Communication Technology, ICT）和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet of Things, IoTs）的發(fā)展，新數(shù)據(jù)、新方法、新技術(shù)和新思維逐漸引入到城市研究領(lǐng)域，新城市科學(xué)應(yīng)運(yùn)而生[8-9]。當(dāng)前不斷涌現(xiàn)的多元、海量、快速更新的城市數(shù)據(jù)為研究精細(xì)時空尺度下的人類行為和空間形態(tài)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(jī)制研究提供了重要機(jī)遇（圖2）。特別是那些高頻時變的城市數(shù)據(jù)，如手機(jī)信令數(shù)據(jù)、基于位置服務(wù)（Location-Based Service, LBS）數(shù)據(jù)等，提供了一種接近真實(shí)城市運(yùn)行頻率的高頻視角[10]，為人因工程的城市設(shè)計(jì)和管理提供了重要基礎(chǔ)。在新城市科學(xué)的框架下，研究城市的新概念和視角不斷出現(xiàn)，城市研究的時間和空間維度得以拓展，基于數(shù)據(jù)支撐和定量分析的城市研究成果為更新補(bǔ)充傳統(tǒng)城市理論、提高城市研究的科學(xué)性提供了前所未有的機(jī)遇。

2.1 基于大數(shù)據(jù)與開放數(shù)據(jù)的城市認(rèn)知

1 對城市未來發(fā)展有深刻影響的新興技術(shù)[4]

隨著城市經(jīng)濟(jì)社會活動對互聯(lián)網(wǎng)的依賴性不斷加強(qiáng)，各類網(wǎng)絡(luò)平臺（主題網(wǎng)站、社交網(wǎng)站、搜索引擎等）及手機(jī)應(yīng)用（Application，APP）不斷產(chǎn)生著大量數(shù)據(jù)及信息。尤其是移動互聯(lián)網(wǎng)時代下各類手機(jī)應(yīng)用產(chǎn)生的LBS數(shù)據(jù)具有城市研究中重要的時空信息。正如《第四種范式：數(shù)據(jù)密集型科學(xué)發(fā)現(xiàn)》（The Fourth Paradigm: Data-Intensive Scientific Discovery）[11]中所倡導(dǎo)的，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的第四代研究范式將改變我們認(rèn)識城市的方法和視角。一方面，從研究類型和范圍角度，數(shù)據(jù)的時空精度不斷提高，傳統(tǒng)的低頻城市數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾屡d的高頻數(shù)據(jù)，新數(shù)據(jù)的出現(xiàn)將“以人為本”落到實(shí)處，拓展了個體層面的行為活動研究及人本尺度城市形態(tài)研究，用以研究的數(shù)據(jù)量和類型都得以豐富。另一方面，從研究范式轉(zhuǎn)變角度，傳統(tǒng)的基于觀察、總結(jié)和模擬的研究范式也逐漸轉(zhuǎn)為基于數(shù)據(jù)探索的數(shù)據(jù)驅(qū)動范式。

然而，基于互聯(lián)網(wǎng)平臺的大數(shù)據(jù)作為人類日?；顒拥摹皬U氣”，具有人群類別和數(shù)據(jù)采集的有偏性，且不完全滿足城市研究尤其是精細(xì)尺度城市研究的需求。因此，城市研究不應(yīng)只局限于這些開放平臺或商業(yè)平臺的數(shù)據(jù)，有必要針對特定的研究問題，開發(fā)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(huán)境、自然環(huán)境及社會環(huán)境的數(shù)據(jù)，為城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理及運(yùn)營提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐[12]。

2.2 基于互聯(lián)網(wǎng)平臺的自然實(shí)驗(yàn)

近年來，在經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域，自然實(shí)驗(yàn)已經(jīng)開始流行起來[13]。城市科學(xué)領(lǐng)域也開始呼吁將城市視為實(shí)驗(yàn)室，利用各類ICT設(shè)施對其進(jìn)行干預(yù)、實(shí)驗(yàn)和觀察。2020年11月，清華大學(xué)建筑學(xué)院龍瀛團(tuán)隊(duì)與世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）、中國疾病預(yù)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(chuàng)新傳播策略研究”項(xiàng)目[14]，旨在以餓了么APP為實(shí)驗(yàn)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(jī)對照試驗(yàn)方法，觀察不同的減鹽干預(yù)措施對消費(fèi)者外賣少鹽選擇的影響效果。這是城市研究領(lǐng)域第一次與多領(lǐng)域組織和平臺共同推進(jìn)的自然實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這類實(shí)驗(yàn)基于基礎(chǔ)理論與假設(shè)，開展控制變量實(shí)驗(yàn)，旨在提高城市研究的科學(xué)性。ICT在這個過程中起到十分重要的作用，既為實(shí)驗(yàn)的開展提供信息傳播和服務(wù)實(shí)踐的基礎(chǔ)，同時也直接收集相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及信息，為實(shí)驗(yàn)提供監(jiān)測和分析的大量數(shù)據(jù)，以及部分實(shí)驗(yàn)者的反饋。

無論是基于大數(shù)據(jù)與開放數(shù)據(jù)的城市認(rèn)知，還是基于互聯(lián)網(wǎng)平臺的自然實(shí)驗(yàn)都是將城市視為實(shí)驗(yàn)室，通過定量研究的方式科學(xué)、客觀地認(rèn)知城市，從方法層面推動城市科學(xué)的發(fā)展。

3 路徑二：新城市

事實(shí)上，路徑一中所涉及的數(shù)據(jù)不僅僅起到補(bǔ)充城市研究數(shù)據(jù)源的作用，更重要的是反映出城市中個體生活方式的轉(zhuǎn)變，以及隨之改變的空間使用方式。因此，路徑二是為了強(qiáng)調(diào)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(xiàn)出受新興技術(shù)影響的城市轉(zhuǎn)型的具體路徑。本文用“新城市”一詞來描述受移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能制造、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算等新興技術(shù)深刻影響的展現(xiàn)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(nóng)業(yè)革命產(chǎn)生了新型的人與土地的關(guān)系，工業(yè)革命產(chǎn)生了新型的人與機(jī)器的關(guān)系，而這次涉及全球數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的革命，將重塑人與信息的關(guān)系?？ㄋ固兀∕.Castells）[15]在《網(wǎng)絡(luò)社會的崛起》（The Rise of the Network Society）一書中也強(qiáng)調(diào)了ICT對城市空間的重要意義，認(rèn)為交通和信息技術(shù)是涉及人類生活兩個根本向度——時間和空間——關(guān)系的主要技術(shù)，并由此提出流動空間（The Space of Flows）的概念，認(rèn)為其是形成社會中支配過程和功能的主要形式，用以強(qiáng)調(diào)社會的流動性。巴蒂（M.Batty）[9]在此基礎(chǔ)上結(jié)合網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的基本概念和方法，進(jìn)一步提出在這個通信主導(dǎo)的世界里，人群之間的關(guān)系和相互作用才是城市生活的基本原理，因此區(qū)位的本質(zhì)是相互作用的綜合體。如今，在影響城市空間結(jié)構(gòu)的各種技術(shù)中，ICT創(chuàng)新的影響力最強(qiáng)，盡管它們發(fā)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(qū)[17]。在互聯(lián)網(wǎng)尤其是移動互聯(lián)網(wǎng)滲透度不斷提升的當(dāng)下，人的個體被數(shù)字化，行為由線下轉(zhuǎn)向線上線下融合，人活動的時間碎片化、活動方式和地點(diǎn)多樣化和自由化。如今，大多數(shù)城市功能也都與ICT相關(guān)，并受到ICT的影響[18]。例如靈活辦公的形式更加多樣，包括遠(yuǎn)程辦公、居家辦公、聯(lián)合辦公、郊區(qū)辦公（辦公俱樂部）等形式[19]。線上服務(wù)類型也更加豐富，如線上購物、教育、娛樂、到家服務(wù)/外賣等[4]。居民的日常生活已經(jīng)與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)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(yùn)算、共享”三大屬性的硅基文明長期共存[20]。

2 新興技術(shù)對城市研究的數(shù)據(jù)與方法支持

3 新興技術(shù)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(yè)革命的發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)，科技的發(fā)展不僅推動了城市生產(chǎn)生活方式的轉(zhuǎn)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(tài)也會在潛移默化中受到科技革命的影響而發(fā)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(xiàn)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(guī)模、組織方式和建造方式的技術(shù)也將對城市空間產(chǎn)生作用。例如針對無人駕駛對城市空間的模擬分析可以發(fā)現(xiàn)，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(wù)的專用通勤帶將出現(xiàn)，白天和夜間停車空間將互補(bǔ)[23]，無人駕駛汽車可以大大減少日常停車費(fèi)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(shè)計(jì)也開始擁抱這些新興技術(shù)增強(qiáng)空間的感知、反饋與互動[25]。新興技術(shù)既可通過虛擬形式實(shí)現(xiàn)對社會層面的場所營造，促進(jìn)人與空間的互動，增強(qiáng)人的空間體驗(yàn)，又可以實(shí)體形式植入到物理空間中，增強(qiáng)對空間和該空間中人行為的感知，促進(jìn)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(lián)實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對城市的數(shù)字化管理和運(yùn)營（圖4）。傳統(tǒng)物質(zhì)空間層面的規(guī)劃設(shè)計(jì)與社會層面的場所營造、公眾參與將與數(shù)字信息層面的交互設(shè)施、管理平臺及相關(guān)支撐技術(shù)相融合。在這個過程中，多主體將參與到未來城市的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營和更新過程中。例如，規(guī)劃設(shè)計(jì)者提供創(chuàng)新思維及具體的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，并引導(dǎo)設(shè)計(jì)的實(shí)施建造；社區(qū)規(guī)劃師、管理者引導(dǎo)公眾參與、營造社區(qū)氛圍，提供多方協(xié)商和討論的平臺；而技術(shù)提供商可以在整個設(shè)計(jì)及實(shí)施流程中提供交互設(shè)施，相關(guān)的支撐技術(shù)，并通過管理平臺協(xié)助設(shè)計(jì)場地的持續(xù)追蹤與運(yùn)營。此外，一些空間零售商、互聯(lián)網(wǎng)公司等也有望在政府部門的管理下參與到城市的建設(shè)與運(yùn)營中。

4 新興技術(shù)在未來城市空間設(shè)計(jì)、管理與運(yùn)營的應(yīng)用潛力

5 未來城市原型構(gòu)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(xiàn)實(shí)世界的孿生，還包含虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的互動和增強(qiáng)（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(jīng)濟(jì)活動所構(gòu)成的。隨著互聯(lián)網(wǎng)尤其是移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)的各類傳感器及穿戴式設(shè)備將為數(shù)字孿生提供重要的數(shù)據(jù)支撐，孿生的物理空間也將形成，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。這種互聯(lián)不僅體現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)世界的人在孿生社會空間中的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，還體現(xiàn)在物理空間中的各類事物在孿生空間中的相互關(guān)聯(lián)。借由信息中臺的一系列計(jì)算、運(yùn)營和實(shí)施工具，現(xiàn)實(shí)世界中的兩層空間將與虛擬孿生的空間相互關(guān)聯(lián)，深度互動。

5 總結(jié)與討論

在第四次工業(yè)革命深刻影響城市生活的當(dāng)下，城市研究與規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域也遇到新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文分別從城市實(shí)驗(yàn)室、新城市及未來城市3 個維度總結(jié)出科技革命對城市影響的路徑，為城市人因工程發(fā)展提供新思路。但這3個路徑也存在著一些潛在危機(jī)，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(fā)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(shù)的迅速發(fā)展為城市研究提供大量數(shù)據(jù)，從時空維度拓展了研究的邊界，甚至隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，城市中越來越多的傳感設(shè)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(yán)重的數(shù)據(jù)隱私問題，數(shù)據(jù)獲取權(quán)、使用權(quán)和擁有權(quán)的問題，以及城市研究數(shù)據(jù)的存儲、管理及規(guī)范化等問題。路徑二中，科技進(jìn)步推動城市的發(fā)展，但自動化技術(shù)普及帶來的失業(yè)問題，人口流動性增強(qiáng)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(shù)應(yīng)用及傳遞過程中帶來的空間及人群不平等問題，少數(shù)互聯(lián)網(wǎng)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(jī)。路徑三中，智慧城市建設(shè)的勢頭剛剛興起，一些因?yàn)橘Y金問題而停滯的項(xiàng)目也揭示出智慧城市或未來城市建設(shè)中不可避免的一些問題，例如缺乏可持續(xù)的資金鏈及運(yùn)營模式，高成本的空間建設(shè)與低效轉(zhuǎn)換的社會效益之間的不平衡等。這些潛在的問題和危機(jī)是科技革命在促進(jìn)城市研究與實(shí)踐中不可避免的挑戰(zhàn)。

無論是城市研究還是規(guī)劃設(shè)計(jì)，都需要綜合考慮科技革命帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，既不能盲目期待科技向善，成為技術(shù)決定論的擁護(hù)者，也不能成為嘲笑技術(shù)革新者與勢不可擋的技術(shù)發(fā)展做抵抗。正如米切爾20年前所說：“由于新的技術(shù)系統(tǒng)是一個相當(dāng)復(fù)雜的社會結(jié)構(gòu)，我們必須要了解不斷涌現(xiàn)出來的各種選擇，仔細(xì)選出我們的目標(biāo)，并將其建設(shè)好。我們的工作是設(shè)計(jì)我們所需要的未來，而不是預(yù)測其必由的發(fā)展道路。”[7]本文梳理科技革命促進(jìn)城市發(fā)展的3個路徑不是為了預(yù)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(shè)提供新的視角。□(致謝：清華大學(xué)建筑學(xué)院研究生侯靜軒和王新宇參與了本文“總結(jié)與討論”部分的討論 。)