论文速递 | 未来城市研究进展评述

1.1 城市关系人类未来

21世纪注定是城市的世纪。1950年，世界人口仅有30％居住在城市地区；2018年，超过半数的世界人口（55％）居住在城市地区；而据联合国预计，到2050年，这一比例预计将达到68%。人类社会发展正在经历“都市革命（urban revolution）”，在全球尺度上进行着“星球城市化（planetary urbanization）”。人口的大规模集聚，带来了前所未有的创新动力，提高了人类经济、社会、文化迭代的速度，但也催生或激化了气候变化、资源匮乏、社会对立等紧迫问题。 提高城市人口聚居所带来的规模和密度红利，同时最大程度地减少负面效应、利用空间治理解决发展问题， 是人类未来永续发展的关键所在。在当代中国大规模快速城市化、以及百年不遇的新冠肺炎疫情这两个关键背景下探讨未来城市问题，更是具有其特殊意义。

1.2 预测未来与创造未来

人类大规模快速城镇化与城市蓬勃发展，催生了两个基本问题：未来城市将会以何种形态出现？如何应对未来城市可能出现的问题？这也是与城市的产生与发展相伴始终的学术问题——有城市的地方，就有对未来城市的设想与情景预判。公元前五世纪，老子提出“小国寡民”与“安其居、乐其俗”的未来社会畅想；公元前四世纪，亚里士多德(Aristotle)在《政治学》中提出理想城市和空间规划愿景；十六世纪，托马斯•摩尔(Thomas Moore)的《乌托邦》叙述了理性主义下的未来城市之基本空间范型。进入工业时代，尤其是20世纪以来，随着城市化进程的迅猛推进和城市问题的集中产生，对未来城市的展望更加科学、细密，这些展望集中体现在《雅典宪章》、《马丘比丘宪章》和《新城市议程》等全球共识性文件中，在一定程度上影响着后续的城市实践。

1.3 未来城市的认知、预测和创造

未来城市研究与实践可以概括为“ 认知、预测和创造 ”三个环节。“认知”是在实践中和现象界发生关系，通过主观能动控制变量的实验以及客观观察的比较，总结出现象界的规律；“预测”是通过判断当下出现某些规律得以发生作用的条件，来判断某些规律将会在未来起作用，从而推断现实的可能发展方向；“创造”是基于对现象界规律和事实走向的认知，选用因果组合来调整现象界“自变量”的操作，从而让“因变量”符合共同体的预期。

究竟如何认知、预测和创造？此问题的回答涉及下述未来城市研究的四个基本路径。

作为一个开放性课题，有关未来城市的高水平研究与实践可以被概括为 数据实证、未来学想象、工程技术、空间设计 4个研究路径。这4个研究路径的划分源于人类在回答“未来问题”时所采取的不同本体论、认识论和方法论，也与特定的学科、学派有关（图1）。

图 1  未来城市研究与实践的主要路径及其关系

2.1 城市现象的量化表达与数据实证

利用城市活动中生成的大量数据，对城市发展规律及未来走向进行认知与预测，是未来城市研究的数据实证路径。研究手段和成果形式，与数据源的性质高度相关。随着技术的进步与数据质量的提高，人类对城市的定量认知也在不断完善之中。

数据实证路径的基本思路是：运用归纳法，将城市活动中的可量化现象进行相关性和（可能的）因果性分析，对城市问题进行规律化描述，将研究成果反映在空间上，进而运用演绎法得出城市对策，实现治理目标（图2）。一般化的研究步骤包括：确定观测变量—选定研究单元—空间数据统计—发现相关性和因果性—数据验证—模型向未来的推广。

图 2   数据实证路径的主要思路

这个认知链条综合运用了归纳与演绎两个思维向度——经由“从特殊到一般”的归纳法，运用最新的数据源，获取对人群活动及其偏好、城市空间状况等要素能够加以定量描述的指标，进而进行相关性分析、因果溯源和回归分析，有条件的情况下，进行控制变量、工具变量和断点回归实验等来进一步证实因果性（图3）；而经由“从一般到特殊”的演绎法，明确归纳得出规律发生作用的条件，在条件相似的场合，默认规律存在并可延续，对因变量的变化依据模型语言做出预测，进而对未来实现初步控制。

图 3   寻找规律的逻辑过程：发现相关性，

提出因果假设，实验确认因果性

在本路径中，代表性的研究机构有：伦敦大学学院高级空间分析中心、MIT城市感知实验室、剑桥大学马丁中心、新加坡未来城市实验室、北京城市实验室（BCL）等。

2.2 未来学想象与战略研究

不确定性的未来不能被归纳演绎思维充分覆盖，需要有超出因果性证明的战略思维与预测方法，未来学（futurology）就是这样一个新兴交叉性学科。未来城市研究中的未来学路径超越了单纯意义的“乌托邦传统”，用“涌现”等复杂性思维认知城市，把握走向。

未来学路径的基本思路是：基于系统综合思维，对未来走势进行合理想象和情景预判，选择几种代表性情景构思对策和解决方案，实现对“复杂问题”的“有限求解”（图4）。

图 4   未来学路径的主要思路

相较于在社会科学领域试图重现自然科学之“精确规律”的定量实证路径，未来学路径对世界的认知趋向综合而非分析，对规律有效性保持一定的怀疑态度。面对更高层面、更大数量级“涌现”出的规律，主张用整体的视角和方法解析和把握系统的变化。由于对特定现象进行回归与预测的可能性有无穷多种，因此利用科学的方法排除可能性与精准的预测同样重要。

未来学的代表研究是罗马俱乐部《增长的极限》中对人类社会未来走向所做的情景分析，研究基于系统科学和建模预测，对人类社会不断追求增长的发展模式提出了质疑和警告。联合国人居署、欧盟，以及以跨学科为研究特色的圣塔菲研究所等，都是未来学研究思路的重要基地。

2.3 基于预测和想象的设计思维

将实证的规律、战略的预测和工程技术的成果，集成进入城市空间，实现城市愿景，是规划师与建筑师的任务。设计学路径认为，未来场景的不确定性，使得创意工科的思路向未来的拓展成为可能。设计在未来城市研究与实践中肩负着使命。

空间设计路径的基本思路是：经由设计思维，以设计语言解析城市空间问题，进而对城市愿景进行空间应答，制定面向特定情境与群体的空间应对策略（ 图5 ）。

图 5   空间设计路径的主要思路

合于形式美的一般法则、满足人类对美好生活的定义和需要，是空间设计的终极追求。面对摆在眼前的现实空间，设计者用应然眼光看待现状，将现实和愿景、原则和可能实现的范围进行对比，进而提出空间实践优化策略。先出现的“典范空间”成为后来者竞起仿效的榜样，纵观城市历史，也可以看到罗马、巴黎、威尼斯、纽约等名城的空间范型经由设计思想在世界范围内的推广。

空间设计路径至少可以实现三个层次的效用：一是物理层面安全、舒适、便捷程度的提高；二是空间作为调节手段，让使用者更得体地行动，实现经济增长或良性社会关系；三是设计作为预测手段，明确未来场景下空间的不同可能性。设计使得预测能够直接生成场景，甚至快速落地、成为集成未来技术成果的物质空间平台。

2.4 工程技术进入城市空间促使理想变成现实

城市空间和生活形态发生转变的根本原因，是支撑城市活动的工程技术发生进步。用科学研究和工程技术成果不断改良城市设施，是未来城市得以实现的核心途径。

工程技术路径的基本思路是：运用工程思维，将超前于现有建设状况的、外源性技术进展，融入城市愿景，以解决城市问题（ 图6 ）。这一路径和城市定量实证路径的根本区别在于实验方法——数据实证一般不能对研究客体进行控制变量的有意识实验操作。故此，相较于社会科学领域宣称的“规律”，自然科学和工程科学数理模型的可实践性比较好。

图 6   工程技术路径的主要思路

新技术的引入，纵使在第一时间没有与城市物质空间环境发生直接关系，也会逐渐形塑空间，让城市的发展达到一种新的平衡。技术是对位在“过去”的自然现实的洞悉，也是对未来应然层面可能性的预判和系统的开发愿景。

2.5 不同路径的交叉与融合

上述四个路径贯穿于未来城市分析、预测与实践落地的各个流程，它们的相互融合是未来城市研究与实践的基本特征（表1）。

表 1   未来城市研究与实践主要路径比较

技术改变城市，技术塑造城市未来， 大数据、人工智能、互联网是和人居、交通、能源、环境、健康等未来城市关键领域都密切相关并且带来显著影响的技术。 基于Web of Science引文数据，对2000-2019年未来城市研究与实践有关的5338篇关键文献进行可视化分析，进一步阐明在大数据、人工智能、互联网等新兴技术影响下，交通、能源、通信（ICT）、环境（生态）、健康和城市公共服务等领域未来城市研究与实践前沿及其进展（图7）。

图7   2000-2015年未来城市研究热点：基于文献的可视化

3.1 交通

智慧交通指通过移动互联、云计算、大数据等技术实现智能化交通基础设施和智能化运载工具的泛在互联，将信息系统与物理系统相结合，提供门到门一体化综合运输服务，能够应需而变地为用户提供适应性服务，对安全、效率、能耗等指标进行综合优化的智慧型综合交通运输系统。随着信息技术的快速发展以及用户需求的变化，智能交通界不断调整研发方向，特别是交通大数据、车辆自动化、共享出行、网联式智能应用（含车车、车路协同）等成为研究热点。除此之外，车路云融合控制方法、大数据场景泛化性、群体协作等技术，也都有待进一步突破。

3.2 能源

城市能源系统面临海量社会资源利用率低、行业之间壁垒高、本地能源不足以支撑城市高密度能源消耗、能源环境压力突出等问题。利用互联网思维和技术，打破电、热、冷、气、交通等不同能源形式之间相互割裂的现状，实现能源生产、传输、存储、使用等全链条的协同，推动能源行业与其他行业的深度融合、互动和集成，激活城市中沉睡的各种分布式能源资源，形成分布与集中协调、可再生能源充分利用、能源高效集成、智能管理和控制、能源服务和商业繁荣的城市能源互联网，是未来城市能源的重要形态。

3.3 信息与通信

信息与通信技术通过提升信息连接与计算的能力，使城市设施与服务的供给与需求更高效匹配，从而提升城市的运行效率。IBM、Cisco、Accenture为ICT市场化领域中的跨国企业三巨头，也是世界上智慧城市项目领导企业，输出智慧城市先进技术解决城市智能化管理和能源效率等问题。自从中国城市全面开展智慧城市建设以后，国内的系统集成商、互联网公司陆续进入智慧城市领域，以此概念营销其ICT产品。随着人工智能、物联网、5G、大数据、区块链、无人驾驶等技术逐渐成熟，这些已经陆续成为智慧城市领域的主要应用技术。

3.4 环境

绿色是未来城市发展的底色。大数据、物联网、新材料、可再生能源和资源等技术为城市绿色低碳循环发展提供了基础。未来城市环境的主要技术包括但不局限于：空地一体环境感知体系、智慧环境模拟与仿真决策体系、废物源头减量减害及资源循环体系、环境风险防控及应急管理体系、先进环境治理与生态修复体系等。“智慧环境”是将智慧传感、智慧服务、智慧分析、智慧平台等先进技术手段与环保相结合，应用于环保监测、审批、管理、决策等多种场景；智慧传感依赖于AI智能传感器和5G网络，并已普遍运用于城市环保监测；智慧服务通过服务平台和数据的共享，为环保审批服务提供便利；从数据采集到整体设备系统监控管理，形成“智慧环保”平台和综合应用系统。

3.5 健康

大数据、人工智能、物联网、机器人等新技术越来越多地运用在公众健康医疗服务中，为健康领域带来了颠覆性的变革。移动健康与智慧医疗产业的技术架构是建立在信息感知层、信息传输层和信息分析层之上；可穿戴智能设备、移动智能终端和云计算平台是移动医疗和智慧医疗产业的三大助推器。数据化、标准化、智能化成为智慧医疗服务大趋势。基于深度学习、图像识别等技术途径对海量数据的挖掘使用，大大提高了诊疗效率，优化医疗服务质量。发展个人与医疗系统间信息、交通、物流和诊疗服务互联互通的系统，加强不同人群的健康监测和智能分析能力，是未来城市健康管理的发展趋势。