以互联网产业化和工业智能化为标志、以技术融合为主要特征的第四次工业革命正以一系列颠覆性技术深刻地影响和改变着我们的城市:人们的思维方式从传统的机械思维向大数据思维转换,认知方式也逐渐向虚实结合的体验过渡,而我们赖以生存的城市,其资源利用、社会状况和空间利用也正经历着一系列变革。随着以计算机技术和多源城市数据为代表的新技术和新数据的迅猛发展,(新)城市科学在过去的十几年间逐渐兴起,成为一门融合了城市计算、人工智能、增强现实、人机交互等方向的交叉学科,为城市研究和城市规划设计带来了变革可能。目前全球范围内已涌现了多家聚焦于该领域的研究机构和多个研究项目。同时,世界各大院校也先后设置与(新)城市科学相关的学位、开设相关课程,培养更加符合新时代需求的新城市研究人才。
(新)城市科学:利用新数据、新方法
和新技术研究“新”城市
(New) Urban Science: Studying “New” Cities with New Data, Methods, and Technologies
龙瀛
清华大学建筑学院研究员,博士生导师,北京城市实验室创始人
注:本文为删减版,不可直接引用。原中英文全文刊发于《景观设计学》2019年第2期“智能工具”专刊。获取全文下载链接请点击“阅读原文”或扫描下方二维码;参考引用格式见文末。

《景观设计学》(Landscape Architecture Frontiers,简称LAF)由北京大学建筑与景观设计学院、高等教育出版社联合主办,中国城市科学研究会景观学与美丽中国建设专业委员会支持,俞孔坚教授担任主编。LAF为双月刊,刊号为CN10-1467/TU,ISSN号2096-336X,邮发代号80-985。全彩页印刷,每期主题集中阐述,中英双语呈现。
2014年,LAF成为中国国家广电总局首批认定学术期刊;2015年,成为CSCD核心库期刊来源刊;同年,荣获美国景观设计师协会年度交流类荣誉奖。2016年,入选中国(武汉)期刊交易博览会中国“最美期刊”;2016年和2018年,连续两届荣获中国高校优秀科技期刊称号;现已被ESCI新兴引文源期刊数据库收录。
以互联网产业化和工业智能化为标志、以技术融合为主要特征的第四次工业革命正以一系列颠覆性技术深刻地影响和改变着我们的城市,这些技术包括(但不限于)人工智能(AI)、大数据与云计算、机器人、3D打印、传感网、物联网、增强现实、清洁能源、量子信息技术以及生物技术等。全球各个国家针对各自国情,分别对第四次工业革命做出了不同的战略部署:2012年,美国通用电气公司提出了“工业互联网”的概念,随后美国5家互联网行业龙头企业联手组建了工业互联网联盟;2013年,德国联邦政府教育与研究部在《德国2020高技术战略》的基础上提出了“工业4.0”战略计划;中国政府于2015年提出了“中国制造2025”行动纲领;日本于2016年提出了“社会5.0”计划;同年4月,美国颁布了《2016-2045年新兴科技趋势报告》。这场轰轰烈烈的工业革命不仅使人们的思维方式从传统的机械思维向大数据思维转换,同时也使我们的认知方式向虚实结合的体验过渡。
接受并准确认知第四次工业革命影响下的城市变化(即所谓“新”城市),是从事城市科学与城市规划设计相关领域工作的基本要求。
首先,AI作为技术供给,正在成为一个真正具有颠覆性意义的时代先驱,改变着我们生活中的方方面面。“智能化”概念逐渐扩展至城市生活的各个层面,无人商店、智能住宅、智慧社区等产品相继出现,极大地提升了人类的生活和工作效率以及休闲空间的多样性及可达性。然而,智能化在为人们带来便利的同时也发出了挑战:由于智能化产品能够高效处理繁杂的机械性工作,目前许多技术含量较低、高危险或重复性高的工作正在被智能化设备所代劳,机器人等技术也开始应用于各行各业,并掀起了劳动力市场变革。[1]
城市变化的另一个重要驱动力是人类实时化的按需定制。凯利曾指出:“人们对于即时使用的欲望是难以满足的,即时性需要精确匹配与深层合作;人们的生活正在加速,唯一足够快的速度就是‘立即’,而信息通讯技术倾向于将每一个事物都导向按需即时使用;按需使用的即时化更偏向使用权,而非所有权;同时,人们所预期的事物处理方式也在由批处理模式向实时模式转变。”[2]
当今,处于急剧变化中的城市亟需与之对应的理论、研究范式及技术方法,以有效指导人们更科学地理解城市的本质和发展进程,并更准确地预测城市规划方案和发展政策对于城市发展的干预结果。(新)城市科学的提出势在必行[4]。考虑到“新城市科学”和“城市科学”在国际上均有使用,本文使用“(新)城市科学”这一名词对其进行引介。
(新)城市科学与复杂科学有着密不可分的关系。20世纪80年代以来,在自然科学及社会科学中一直盛行的复杂运动泛指利用复杂、非线性及非均衡系统相对于简单、线性及均衡系统所进行的观念革新[5]。与(新)城市科学相关的复杂科学学派包括:以美国圣塔菲研究所为代表的复杂科学学派,以美国城市及区域规划专家路易斯·霍普金斯为首的伊利诺规划学派,以及以迈克尔·巴蒂为代表的城市科学学派[5]。霍普金斯将城市系统的复杂性归纳为相关性、不可分割性、不可逆性和不完全预见性,并据此提出了制定城市发展计划的逻辑[6]。而巴蒂则指出:城市是一个以自下而上发展为主的复杂系统,其规模和形态遵循因空间争夺而导致的扩展规律;认识城市不仅仅是理解城市空间,还需要理解流动和网络如何塑造城市[3]。巴蒂在复杂科学的基础上对城市科学中的区域科学及城市经济学内涵加以系统整理,称之为“新城市科学”(New Science of Cities)[3]。
新加坡苏黎世联邦理工学院中心未来城市实验室的前负责人彼得·爱德华于2016年提出“新城市科学的目标是使城市更加可持续、更具韧性、更加宜居”[7]。美国学者安东尼·汤森德认为,新城市科学应该具备三个基本特征:两种传统研究方法的对抗(即探索城市个性化的描述性研究方法与揭示影响城市结构和动态的共同过程的演绎研究方法)、多学科理论方法的支撑,以及数字技术的研究与应用[4]。
随着以计算机技术和多源城市数据为代表的新技术和新数据的迅猛发展,(新)城市科学以深入量化分析与数据计算途径等研究模式为依托,在过去的十几年间逐渐兴起。传统的城市科学更多地体现为基于静态的、截面的和系统论视角的“区域科学”。致力于解读和认识“新”城市的(新)城市科学,运用的则是过去20~25年内发展出来的新技术、新工具和新方法,其具有演进性和复杂科学特性,以及更强烈的离散性和自下而上的学科思想。
在全球高速的非可持续城市化进程给环境带来的巨大冲击与挑战面前,人们对(新)城市科学的关注达到了前所未有的高度。不同于20世纪60年代庞大而复杂的城市模型研究,当前的(新)城市科学不仅具有远胜于彼时的运算能力和海量数据支持,还更关注技术与数据支持下的使用体验。以城市计算、增强现实、人机交互等方向为代表的多学科交叉的(新)城市科学正在为城市规划设计带来新的变革可能。
相关研究机构/项目
目前,全球范围内已涌现多家聚焦于(新)城市科学的研究机构,并引起了欧美众多知名院校的高度重视。笔者在前人研究[4]的基础上对这些研究机构进行了补充,主要包括:
(1)麻省理工学院媒体实验室城市科学工作组City Science, MIT Media Lab
成立于1986年的麻省理工学院媒体实验室是一个致力于融合科技、媒体、科学、艺术和设计的跨学科研究室。其城市科学工作组以职住地研究、城市建模/模拟和预测,以及移动性需求研究为主。同时,他们与多家国际科研院校及机构——同济大学、台北理工大学、港口城市大学(德国汉堡)、阿尔托大学(芬兰赫尔辛基)、安道尔大学(安道尔)和瑞尔森大学(加拿大多伦多)—展开合作,建立“城市科学网络计划”,将其研究拓展到全球领域。该工作组致力于城市发展的概念研究和关键技术开发,以支持其在全球范围内的合作者根据各自的独特背景对这些概念和技术进行拓展、应用和评估。他们还计划在拉丁美洲、非洲和印度等地区欠发达但发展迅速的城市中开展各类新项目,因为在这些城市中,新提出的城市化应对策略对其城市化进程的影响可能会更加显著。
? Ariel Noyman, City Science group, MIT Media Lab
(2)麻省理工学院感知城市实验室SENSEable City Laboratory, MIT
成立于2004年的麻省理工学院感知城市实验室旨在从多学科视角描述和解读城市建成环境中的新变化,并通过设计途径及开发相关城市研究工具更好地了解城市,同时也让城市更好地感知到我们自己。
(3)新加坡苏黎世联邦理工学院中心未来城市实验室Future Cities Laboratory, Singapore-ETH Center
该实验室由瑞士苏黎世联邦理工学院与新加坡国家研究基金会于2010年联合创立,旨在通过科学方法与在地化设计途径,创建可持续的未来城市。其研究领域包括建筑与数字建造、城市设计策略与资源、城市社会学、景观生态、移动及交通规划、模拟平台和人居环境等。
(4)新南威尔士大学建成环境学院城市分析实验室City Analytics Lab, Faculty of Built Environment, University of New South Wales
新南威尔士大学建成环境学院城市分析实验室成立于2018年,以支持协作城市规划和开展以用户为中心的设计为目标。该实验室配备有大型决策支持演绎室、三个VR/AR室、可感知沙盒平台和实验观察室,旨在营建可持续、高效、宜居且具有韧性的未来城市,并为研究与城市规划和设计相关的决策过程提供机会。
(5)哈佛大学肯尼迪政府学院艾什中心“数据智能城市对策”计划Data-Smart City Solutions, Ash Center, Harvard Kennedy School
该计划聚焦于政府事务与数据的交叉领域,通过开放数据、预测性分析和公众参与技术等途径,旨在推动涉及新兴数据的地方政府项目,并为相关城市提供资源平台。其着重于推广前沿的实践、创新者和案例研究(包括分析和可视化有关人类健康和服务、基础设施、公共安全等方面的数据,以提供城市规划优化措施),并加强前沿行业、学界和政府官员之间的沟通与交流,力求促进跨机构数据与社区数据的结合,从而更及时有效地发现并解决公共问题。
(6)芝加哥大学城市计算与数据中心Urban Center for Computation and Data, University of Chicago
建立于2012年的芝加哥大学城市计算与数据中心将美国阿贡国家实验室在物理和工程科学方面的优势与芝加哥大学在社会科学、经济学和政策方面的专业知识相结合,开发计算研究工具并积极促进研究者、政府机构、建筑公司、私营企业和公民志愿者的联合协作,共同理解并改善城市。
(7)纽约大学城市科学与发展中心Center for Urban Science and Progress, New York University
纽约大学城市科学与发展中心建立于2012年,其将纽约市作为研究场所和研究对象,关注城市信息化领域,研究主题涵盖数据科学、城市运转、市民科学、数据可视化、建成环境、可持续性等方面。
(8)哥伦比亚大学空间研究中心Center for Spatial Research, Columbia University
哥伦比亚大学空间研究中心成立于2015年,是一个将设计、建筑、城市规划等学科与人文科学和数据科学相联系,并提供空间专业知识的城市研究中心。其为围绕数据可视化、数据收集和数据分析等新技术开展的研究和教学活动提供支持,关注数据认知和大数据,致力于研发先进的设计工具,帮助学生、学者、合作者和使用者了解全球城市的过去、现在和将来。
(9)伦敦大学学院巴特莱特高级空间分析中心The Bartlett Center for Advanced Spatial Analysis, University College London
伦敦大学学院巴特莱特高级空间分析中心建立于1995年,研究焦点为空间分析技术和仿真模型在城市和地区尺度的应用和可视化。该中心与伦敦市政府及多家研究机构开展合作,运用新城市科学对各类城市问题进行模拟和可视化。其研究领域包括城市交通与人口、气候变化、物联网设施布局等。
(10)昆士兰科技大学设计实验室城市信息中心Urban Informatics Group, Queensland University of Technology Design Lab
成立于2006年的昆士兰科技大学设计实验室城市信息中心,通过整合人文科学和社会科学、设计、规划和建筑、人机交互、信息技术和计算机科学等学科,关注不同建成环境下的城市体验的研究、设计和实践。
其他国际(新)城市科学相关研究机构还包括:创立于1996年的亚洲计算机辅助建筑设计研究协会;日本东京大学于1998年成立的空间信息科学中心;创立于2004年的卡洛·拉蒂设计工作室;2012年由伦敦大学学院、帝国理工学院及英特尔公司共同创建的英特尔可持续联结城市联合研究中心;2014年由荷兰代尔夫特理工大学、瓦格宁根大学与麻省理工学院联合创建的阿姆斯特丹高级大都市研究中心;2014年由英国经济与社会研究委员会资助成立的格拉斯哥大学城市大数据中心;于2014年建立的美国卡内基梅隆大学21世纪大都市智能城市研究中心;以及斯坦福大学于2016年成立的空间研究中心。其他国际(新)城市科学相关研究项目还包括美国圣塔菲研究所于2005年启动的“城市、规模与可持续性研究项目”,2011年由哈佛大学、美国东北大学及波士顿市政府联合发起的“波士顿区域研究计划”,以及于2013年启动的爱尔兰梅努斯国立大学“可编程城市项目”等。
中国(新)城市科学相关研究机构或项目包括:成立于1993年的清华同衡数字城市研究所开展的智慧城市规划与研究专项设计;成立于2012年、由中国城市科学规划设计研究院与中国城市科学研究会联合建立的数字城市工程研究中心和智慧城市联合实验室;于2013年成立的北京城市实验室开设的诸多基于新数据、新方法和新技术的城市空间认知和数据增强设计研究;成立于2019年的中国城市科学研究会城市数据安全管理中心等。
在(新)城市科学领域,期刊名称中明确包含“Urban Science”的学术期刊共两本,即已有20余年历史的《城市科学国际期刊》International Journal of Urban Sciences(ISSN:1226-5934)和新晋的《城市科学》期刊Urban Science(ISSN:2413-8851),后者由加州理工大学戴维斯分校的迈克尔·彼得·史密斯教授于2016年创办、2017年3月首次发行。
近年来,国内外院校纷纷设立与(新)城市科学相关的学科及学位。其中,2018年5月16日,麻省理工学院批准设立城市科学/规划与计算机科学联合学士学位[8],获得全球学者与相关从业者的高度关注。在传感网、大数据、量化分析、交互式通信和社交网络、分布式智能、无人驾驶、重点基础设施物联网、生物识别、共享经济等一系列技术革新给城市带来深刻变革这一大背景下,此学位的设立旨在通过整合城市规划和公共政策、设计和可视化、数据分析、机器学习、传感网技术、机器人技术、新材料,以及其他计算机科学和城市规划领域的相关内容,以一种前所未有的方式理解城市和城市数据,并重塑现实世界。
然而,中国院校目前尚缺乏与(新)城市科学相关的课程。值得一提的是,2018年秋,清华大学建筑学院开设了“新城市科学”本科生课程,成为中国首个开设(新)城市科学相关课程的城乡规划专业院系,引发了学界的广泛关注。
“我们无法去预测未来城市,但是我们可以创造它们。作为复杂系统的城市,几乎不可预测……城市是无数不遵循任何发展规划的个人决策和集体决策的产物,它们是我们发明的,它们也在不断进化……到本世纪末,绝大多数的世界人口都将居住在城市当中,这些城市或大或小,彼此连接,而在一个完全城市化的世界里,我们将会很难用物理边界再去定义城市。”[9]
经过对国内外发展动态的系统梳理,能够看出(新)城市科学正在世界各地以各种形式涌现。但需要指出的是,部分学术研究和研究机构虽然冠以“城市科学”之名,但实际上研究的还是老/旧的城市,而非深受第四次工业革命影响的“新”城市,这也是近期这一学科需要改变的现状问题之一。
巴蒂在其于2018年底出版的《创造未来城市》一书中阐释了在迎接即将到来的全球城市化的过程中,我们应当如何去定义和描述未来城市的结构、层次、扩展和更新,以及技术变化的浪潮将会如何在改造和创新城市的过程中发挥至关重要的作用[9]。无论我们是否已经准备好,未来城市和(新)城市科学都会以超越想象的速度来到我们眼前。
[1] Long, Y., & Mao, Q. Z. (2018). Theories and Methods of Big Data for Urban Planning. Beijing: China Building Industry Press.
[2] Kelly, K. (2016). The Inevitable: Understanding the 12 Technological Forces that will Shape Our Future. New York: Viking Press.
[3] Batty, M. (2018). Artificial Intelligence and Smart Cities. Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science, 45(1), 3-6.
[4] Townsend, A. (2015). Cities of Data: Examining the New Urban Science. Public Culture, 27(2), 201-212.
[5] Lai, S. (2018). Facing Complex Planning. Urban Development Studies, 25(7), 84-89.
[6] Hopkins, L. D. (2001). Urban Development: The Logic of Making Plans. Washington: Island Press.
[7] Edwards, P. (2016, January 13). What Is the New Urban Science? Retrieved from https://www.weforum.org/agenda/2016/01/what-is-the-new-urban-science
[8] School of Architecture and Planning MIT, & School of Engineering MIT. (2018, June 5). MIT Faculty Approves New Urban Science Major: Interdisciplinary Undergraduate Program Combines Urban Planning and Computer Science. Retrieved from http://news.mit.edu/2018/mit-facultyapproves-new-urban-science-major-0605
[9] Batty, M. (2018). Inventing Future Cities. Cambridge: The MIT Press.
参考引用 / Source:
Long, Y. (2019). (New) Urban Science: Studying “New” Cities with New Data, Methods, and Technologies. Landscape Architecture Frontiers, 7(2), 8-21. https://doi.org/10.15302/J-LAF-20190202
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