未来城市 | 人工智能驱动下新一代城市规划设计的框架构想：基于未来城市空间特征推演视角

城市空间作为人类生活聚居与生产劳动的主要载体，规划设计对其空间组织的策略，不仅要立足于形态美观与功能合理的基础空间需求，也需要综合考虑时代背景下社会的生产力水平、生产关系与生产工具等。回顾城市文明的发展历史，从第一次工业革命，蒸汽机逐渐取代了传统手工业的生产模式，在生产力供需双重作用下，促使城市空间呈现出以工业生产为主导的集中布局，城市密度快速提升实现第一次大规模城市化扩张；第二次工业革命背景下，电力与电器的出现极大程度上扩展了居民的生活方式与生产模式，城市空间在水平与竖向上组织布局同时趋于复合，现代化都市开始在全球各地兴起，1933年《雅典宪章》提出城市居住、工作、游憩、交通四大功能分区，奠定了现代主义城市规划与设计的基础；近代，信息与通信技术（ICT）被大多数学者认为是第三次工业革命的核心推动力，城市受到全球化的浪潮席卷，空间组织方式不再受限于地缘邻近与时空距离，社会与生产关系趋于端到端的扁平化特征，城市空间提出品质化的需求，城市规划在实施的过程中引入“公共交通导向开发（TOD）”“生态绿色优先”“以人为本的人居环境”等设计思想以回应物质空间的现实需求 ^[1] 。

近年来，随着人工智能、物联网、大数据、云计算等新兴技术的几何增速，大量学者将其视为第四次科技工业革命的序幕与原生动力，并预判城市将在2050年容纳全球超70%人口生活在新技术支撑的智慧城市中 ^[2] 。在此背景下，城市规划作为一门判断未来空间发展、谋划未来建设布局的前瞻性学科，如何预判未来城市空间变得十分重要，这关乎我们将做出何种规划决策。城市规划的过程本身也可以被视为一个从价值发现到价值创造最后到价值兑现的过程。因此，对未来城市的认知可以被视为规划从业人员在实践中与现实发生关系，通过客观观察与逻辑分析总结归纳城市现象背后的规律，并以此推断未来规划求解的思维机制。

然而，当前规划设计方法已不适用于识别未来城市复杂性及空间演变不确定性的特征，从而难以在实践中开展符合城市科学与设计科学的有限理性规划。一方面，现代城市规划设计手段是基于帕特里克·盖迪斯所提出的“调查-分析-规划”流程展开，这主要依靠规划师通过长时间从事专业的主观经验总结与判断，但随着城市复杂巨系统各子系统之间的相互作用和多参与主体之间的期望博弈日益剧烈，城市空间要素流动日益交织，规划师所面临的信息量正以指数级增长，这意味着经验主义的规划设计方法中将在未来某一天无法应对城市空间复杂系统的各种不确定性；另一方面，当前城市研究与规划实践已与量化分析密不可分，即使我们可以通过城市海量的高频时空数据“清晰”地描绘和“解释”城市空间特征，尽管这是不可能的，城市规划的远景营造对象也应是较长周期的总体空间特征，即面向“低频城市”的干预方法 ^[3] ，高频城市与低频城市之间的时间序列差距似乎依旧难以被主观经验归结的远景判断所弥补。

随着大规模群体智能时代的来临，人工智能技术为城市规划设计的方法路径革新提供了一种新的可能性。在新技术外部引领与社会生产内部关系转变的时代变革“拐点”，城市规划学科正处于个人经验主义向众脑智能变革的前夜，我们不由发问，未来城市空间将会如何演变？城市规划设计将如何应对未来的空间不确定性？人工智能如何融入城市规划与设计的行业场景？对此，本文立足于未来空间发展的特征预判，推导新技术驱动下城市规划与设计将面临的空间问题，并回顾过往时代背景下新技术对规划设计的支撑，提出新一代人工智能驱动城市规划设计的方法框架构想，以应对复杂多变的未来城市场景，提高未来中国城镇化建设与管理的科学内涵。

正如前文所述，由于未来城市在新技术加持下信息流动逐渐密集，传统意义的城市“空间边界”将被进一步打破，形态空间与功能空间、现实空间与虚拟空间的边界逐渐模糊融合，两两之间相互独立同时相互影响，导致了未来城市空间将趋向复杂并难以被直接观测的特征，当前城市空间正在朝着碎片化、虚拟化、异质化的方向转型 ^[5] 。传统意义上，城市空间被认为存在着两条规则体系，一套围绕着形态规模等级建立，另一套围绕着功能关联关系建立。共享经济、数字经济与移动经济的高频迭代促使城市功能联系逐渐摆脱对空间规模的依赖，导致人群生活方式发生极大变化，功能流动超越传统意义上的简单线性移动，呈现出隐性的复杂网络状关联，从而难以被直接观测与归纳总结，这将是未来城市空间规划所应对的重点。

此外，随着虚拟实体、数字货币、非同质化通证（NFT）等区块链网络的经济体系概念盛行，元宇宙中的城市空间已初具雏形并具备完整的生活与生产链条。这意味着元宇宙已具备建构“新城市”的完整要素，包括空间底座、社会交往属性与生产劳动关系。因此，未来元宇宙势必将打破实体空间与虚拟空间的边界，从而改变未来城市的空间流动、生产交换、社会关系与经济流动。对此，规划设计需考虑如何认知和营造元宇宙空间，并促进数字公众的合理化、公平化社会组织管理，既要做好未来城市元宇宙空间的架构，也要明确参与其中的角色定位。

传统意义上，城市作为一个复杂有机且动态演变的巨系统，其生命周期不同阶段展现出明显的需求与特征。然而，随着数字化、智能化与智慧化的城市空间转型，原本的空间理论原型已不适用于解释当前的社会特征。新技术支持下城市空间呈现扁平化的趋势：以生物科技、数字经济、智能制造为代表的数字科技创新产业集群提出对城市空间载体的要求；新技术的应用普及所造成的“数字鸿沟”效应展露出城市社会关系的威胁；以自动化机器人、无人驾驶、智能电网为代表的智能基础设施提出对城市传统设施拆建更新的需求。我们不得不承认未来城市空间变化充满各种潜在的不确定性，任何一项新技术在一夜之间的迭代更新就可能对城市空间提出新的需求。因此，任何试图对未来的精准预测都是徒劳的，人类无法预测城市的未来。我们只能在诸多背景因素中，尝试归纳演绎未来城市时空的因果性变化，并在规划之初评估其潜在优劣影响。

综上所述，未来城市规划设计的理想目标应当是在远景描绘中，尽量包容社会的潜在不安因素，容纳空间的不确定性所可能导致的“当量”，预测未来最好的方式就是创造未来 ^[6] 。

由于未来城市空间难以预测与高频复杂的发展特征，我们应当进一步提升规划设计路径的反馈弹性，从而有效面对未来城市空间多变、骤变、畸变的不确定性。人工智能区别于预设性的自动计算方法，其面对未来日渐演化并趋于复杂的城市巨系统，能够提升对城市表象背后规律的解释能力，以及面对不确定性时做出大概率趋近正确的判断能力。

前已述及，传统城市规划的方法体系是围绕调查取证与缜密的资料分析作为依据，明确对城市要素的认识，并通过实操建立在城市整体的系统之上的 ^[7] 。然而，不同时代背景下技术加持的规划设计方法路径亦有差别，借助城市规划设计对不同技术的发展依赖分析，可以帮助我们对未来人工智能结合规划设计的路径构想进行演绎归纳与情景预设，从而引发我们对未来城市空间发展特征的规划应对展开思考（图1）。自第三次工业革命（信息革命）以来，新技术与城市规划设计的融合总体上经历了计算机、信息技术、大数据辅助的三个代际，其具体流程的嵌入关系可以分为调研认知、规划分析与策略、方案设计与表达、评估与管理四个部分。

从新技术的使用流程来看，新技术并没有产生对城市规划设计方法路径的革新性变化，主要提升局部环节与关键流程的工作效率与科学性，大数据与计算设计的混合驱动已呈现将城市复杂巨系统拆分为生态、形态、业态、人群、环境等诸多子系统的趋势，促进规划设计对城市运行规律和建构规则的认知与识别。从新技术的迭代脉络来看，早期计算机技术萌芽的时期，新技术对城市规划领域的影响更侧重于计算性的支持，根据给定任务计算生成解决方案，如参数化设计等，而随着大数据挖掘与普及，新技术更侧重于关注从问题定义到解决方案的整体设计过程。

图1 新技术在不同阶段与城市规划设计融合的路径与方法（来源：作者自绘）

随着计算能力的提高与计算技术的进步，尤其是人工智能，为许多亟待解决的城市问题提供了一种新的机会。当前数据驱动下的城市研究与实践往往过于强调数据之间的相关性，我们认为人工智能背景下城市规划设计是一种人工智能及人脑智慧融合驱动的，充分发挥人工智能对城市动态有机巨系统的强大运算推演能力，授予人工智能模仿设计师谋划与创造城市形态的能力。换句话来说，不再尝试去“解释”城市，而是借助人工智能的“理解”去“创造”城市。为此，我们详细搜集了数据与算法作为原材料的人工智能嵌入城市规划与设计中的具体技术场景，以期从中总结未来智能规划设计路径的可能性（图2）。参考迈克尔·古德查德在“GIS面向城市设计”一文中对文献讨论与梳理的启发 ^[8] 。我们将国内外人工智能与城市规划设计结合的相关研究进行梳理并将其归纳为两大思想基点：规划支撑论与设计生成论。

图 2 人工智能与规划设计结合的数据、算法及潜在应用场景梳理（来源：作者自绘）

规划支撑论本质是多种人工智能技术的松散组合，在没有明确流程框架限制的基础上，其往往通过多源数据分析理解城市系统来达到帮助规划决策的目的。在实际应用中，规划支撑系统侧重于总体规划和设计过程中，如何使用各种计算工具来支持政策的落地 ^[9] 。地理设计（Geo-design）与地理人工智能（GeoAI）可以被视为是该思想的最新模型，它“将设计方案与受地理环境、系统思维和数字智能技术的影响紧密结合，并以此模拟规划或设计实施后的效果”。

设计生成论则强调通过严谨的计算逻辑从而产生新颖而高效的空间设计。生成设计系统源于建筑和工程设计，其重点更多地放在狭义设计过程的空间形式表示和运算支持上，基于性能优化的生成式设计算法是该思想最新的研究成果，它使得城市规划的求解在有限的设计可能性中，通过科学的性能模拟与优化算法寻求最合理的解决方案 ^[10] 。