技术发展推动了城市科学的进步。第四次工业革命已推动城市科学进入新城市科学阶段。文章归纳总结了新城市科学的发展脉络，对其内涵和外延进行了拓展，并将以城市作为实验室的新城市科学归纳为以下3个维度：（1）新的城市科学方面，海量、高密、高频的新数据，主动城市感知等新技术以及人工智能等新方法的发展促进了研究范式的转变；（2）新城市的科学方面，技术带来了城市本体，即个体日常活动、社会组织和城市空间的变革，越来越多的研究开始试图刻画这些变革的时空规律；（3）未来城市方面，新技术的发展将驱动未来城市变革，城市科学家开始对未来城市空间原型进行推演并对其创造方式进行创新。城市科学工作者应抓住时代机遇，共同推进新城市科学的发展。
“城市科学”一词最早出现在帕特里克·格迪斯（Patrick Geddes）《进化中的城市》（Cities in Evolution）一书中，该书强调“实际上出现了城市科学的方法，即我们的城市应该进行独立研究，并科学地进行比较”。当前国际学界对于城市科学的解读分为两个主要流派。其中，“Urban Science”概念侧重于利用数据，通过实验以及跨领域的研究手段，探索和理解城市的动态特性及其内在复杂性；“The Science of Cities”概念则侧重于运用数学模型推理城市的形态和功能。在国内，“城市科学”一词通常被视为研究城市本质的一个学科领域，囊括了众多子学科。总的来说，前三次工业革命对传统城市科学与城市规划理论产生了深远影响，（新）城市科学也伴随着城市规划理论、城市模型、相关学科基础理论等的不断发展而完善（图1）。特别是计算机技术与通信技术融合的第四次工业革命，通过一系列颠覆性的技术正在深刻地改变我们的城市生活和运作模式。
过去10年（2014—2024年）技术的发展对城市的渗透更加深入，很多颠覆性技术及其影响都是过去10年发生的，科学研究城市的数据、方法和技术进步显著。文章在迈克尔·巴蒂“新城市科学”定义的基础上对新城市科学的内涵和外延进行了拓展，即新城市科学是在第四次工业革命一系列颠覆性技术对城市和科学研究方法影响下的一门“新科学”。其既是方法论层面的新的城市科学，即利用新数据、新技术和新方法研究城市；也是本体论层面的新城市的科学，关注受到颠覆性技术影响下城市的规律及内在机理方面的研究，同时还包括二者支持下对未来城市空间原型的推演和创造方法的研究（图2）。
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图2
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新城市科学框架
随着技术变革的加速和科研范式的改变，城市科学家对城市的理解和看待城市的视角也被不断重塑。传感器和物联网技术的发展带来了海量、多源的城市空间新数据，也带动了主动城市感知等新技术的热潮，城市空间数据环境越发丰富。城市科学家开始采用一系列新的先进算法，更有效地感知城市环境、分析诊断城市问题、模拟城市空间（图3）。
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图3
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新的城市科学研究框架
近年来，科技的迅猛发展催生了前所未有的丰富的数据环境，这是互联网科技公司、政府和社会组织协作努力的结果。龙瀛等在其研究中首次提出了“新数据环境”这一概念，并特别强调了“城市空间新数据”的重要性。数据驱动的科学研究（Data-driven Science）已经成为研究的主流方向。
主动感知技术的应用，使得以低成本获取高频率、高密度、高维度的城市数据成为可能。通过这些技术，城市科学家不再局限于依赖科技公司或其他开放数据源，而是直接掌握数据采集的主动权。传统方法依靠固定传感器，导致数据空间分辨率有限。随着微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）、无线通信和数字电子技术的进步，低成本、低功耗、功能丰富且便携的传感器开始普及。主动感知的内容覆盖了城市的多个层面，包括土地使用、建筑和道路等的宏观静态信息，以及车辆和个人行为等的微观动态信息，涉及城市建成、自然和社会环境（图4）。
资料来源：https://www.beijingcitylab.com/。
在数据处理方面，随着近年来存储和算力的进步，深度学习算法不断普及。和传统机器学习算法相比，深度学习以深层次的人工神经网络为架构，使得处理和分析大量非结构化数据成为可能。在仿真模拟方面，传统仿真模拟通过抽象城市现象的宏观规则来模拟城市运行，与真实城市存在差距。随着高时空分辨率数据环境的搭建及算力的提升等，元胞自动机、基于多智能体系统的城市模型和数字孪生通过数据驱动的实时优化网络物理系统，为城市仿真模拟研究提供了新的机遇。
第四次工业革命中涌现的颠覆性技术不仅推动了城市研究中的数据、技术和方法的发展，还推动了城市本体的变革。因此，部分学者开始关注新城市科学本体层面的改变，如关注城市虚实空间、远程办公等现象，但目前实证研究还较为缺乏。笔者与合作者曾使用“新城市”一词来描述在新兴技术影响下出现的新城市新现象。新城市的科学，指代颠覆性技术影响下对日常生活、社会组织及城市空间开展的新城市方面的系列科学探索工作（图5）。
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图5
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新城市的科学研究框架
颠覆性技术的发展极大地改变了人们的日常生活方式，使其变得更加数字化，活动类型也更加丰富。首先，人们的活动形式越来越数字化，这不仅体现在互联网用户比例的增加上，也反映在用户线上生活的日益丰富、用户在线活动时间延长以及自媒体影响力的扩大上。其次，随着移动互联网和智能设备的普及，个体活动的时间和空间灵活性得到了显著增强。此外，科技进步同样为个人自我认识和生活数字化提供了全新的工具。
在个体生活方式改变的基础上，新技术的影响也使得人们之间的交往互动方式产生了显著变化，由此产生了新的社会经济组织，并带来了城市生产与服务的变革，包括网络社会的迅速崛起和开放共享的城市生活。与此同时，城市生产与服务也开始不断发展迭代。一方面，即时、精准的在线服务开始盛行。另一方面，还出现智能、定制的产品生产。
第四次工业革命以及全球化潮流下，技术发展导致了服务方式的变革以及活动方式的改变，进而推动了城市空间的重构；另一方面，数字技术也直接影响城市空间的效能和运行逻辑，进而重塑空间及功能，产生新的空间模式与空间分布规律等。这种变化体现在城市空间的不同尺度和不同维度上。
颠覆性技术的发展带来了城市生活方式的改变，共同驱动城市产品服务层面的更迭，乃至未来城市空间的转型。近未来，新技术将持续促进数字创新的应用和发展，并在新的数据、方法和技术的支持下进一步支持城市规划设计范式的改变，从而带动新的城市原型的产生和新的空间创造方式的研发（图6）。
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图6
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未来城市的科学研究框架
技术进步重新塑造人们生活方式和城市结构的同时，也提供了洞察未来城市空间交互机制和影响的新视角。无论是老城还是新开发的城市区域，未来城市空间原型都将在新的城市科学及新城市的科学的共同支持下进行空间创造，成为智慧城市等技术在建成环境的空间投影。
