自动驾驶汽车对未来城市住区空间布局影响初探

■黄一如 HUANG Yiru 姜弘毅 JIANG Hongyi

自动驾驶汽车（Autonomous vehicles），又称无人驾驶汽车，它利用人工智能技术、视觉计算、雷达、监控、高精度地图及导航系统等设备的协同合作，使汽车在无人操控或者较少人为干预的情况下自动、安全、快捷地驶往目的地。当前，自动驾驶技术成为汽车工业的一个重要研究方向，越来越多的汽车厂商开始着手研发具有自动驾驶功能的汽车，自动驾驶汽车也必将成为未来城市交通的主要参与者之一。

自古以来，人们的居住环境总是与其出行的交通方式有着千丝万缕联系，每一次交通技术革新也都会给居住环境带来显著变化。未来，随着以自动驾驶技术为代表的交通新技术的运用及普及，全新的出行方式也势必会给城市住区的空间结构及布局带来巨大影响，本文试图就此影响为基点，对未来城市住区空间形态变化趋势进行探讨。

1 城市住区与汽车自动驾驶技术的运用

当前，自动驾驶技术仍处于飞速发展阶段，根据国际汽车工程师协会（SAE International）对自动驾驶技术划分的六个等级为依据标准，目前，在售量产车型已可以实现L3 级别自动驾驶（由车辆完成绝大部分驾驶操作，人类驾驶员需保持注意力集中以备不时之需），而最前沿的科研技术已达到了L4 级别（由车辆完成所有驾驶操作，人类驾驶员无需保持注意力）。这两个级别虽然可以初步实现“无人”驾驶，但是仍需在限定路段以限定时速行驶方可有效，例如，全球首款L3 级别量产车奥迪A8，仅在60 km/h 以下的速度才能启用自动驾驶功能，并且该功能仅作为辅助的驾驶功能，需在驾驶员可控范围内使用。因此，在当前技术条件下，城市道路的开放性、复杂性及高速性并不适用于早期自动驾驶车辆，而城市住区相对封闭、单一的道路条件及低速的行车状态则更为满足需求。因此，城市住区很可能在不久的将来成为自动驾驶技术运用的先期场所之一。

2 自动驾驶汽车对城市住区的影响

2.1 人车关系的扭转

美国公路安全管理局（NHTSA）统计指出：约94%的致伤亡交通事故都是由人为原因造成，自动驾驶技术的引入，辅助或替代人类驾驶员的驾驶行为，可以有效减少交通事故发生率。华盛顿伊诺交通中心（Eno Center for Transportation）的研究也表明，如果美国10%的车辆可以自动驾驶，那么交通事故就会减少21.1万起，可以挽救1100 条生命[1]。自动驾驶技术对于安全性的提升将会扭转当前“人弱车强”的人车关系，从而颠覆城市及住区道路空间的设计逻辑。

2.1.1 路权关系转变

“人弱车强”的人车关系决定了人在路权关系中始终处于弱势地位。然而，由于自动驾驶技术的介入，车辆对行人有自动避让功能，因此，行人可以畅行于道路之上而不用担心交通安全方面的威胁，汽车则转化为路权关系中弱势的一方（图1）。

图1 自动驾驶条件下交叉口路权关系变化图

表现在住区道路形态上，在传统汽车驾驶模式下，由于车行道路系统相较于步行道路系统具有更高的路权，因此，当两者在地面平面相交之时，车行道路会保持其完整与独立性，而步行道路系统被切割，步行流线在此处被打断；当自动驾驶汽车取代传统汽车，路权关系的转变使得住区道路模式发生逆转，步行道路系统变得更加连贯，车行道路则在两者交汇处被打断，甚至是取消独立设置的车行道，形成一个以人为主体的人车混行路面（图2）。

图2 自动驾驶条件下住区道路空间形态变化图

2.1.2 空间主导权转移

人车关系扭转也表现在住区空间支配权改变上。传统住区，以小汽车为代表的机动交通因素在住区空间组织设计中具有较高主导权，依据车辆行驶及停放所形成的住区道路结构影响着建筑和公共空间布局，从而使住区“人性空间”成为“汽车空间”的妥协产物。然而，随着自动驾驶技术的到来，人的活动空间再次回归成空间主角，道路空间则转化为适应一方，因此，建筑和公共空间可以依据自身特点灵活布局（图3）。

图3 自动驾驶条件下住区空间结构变化图

2.1.3 小街区、开放式住区

人车关系扭转也会给城市住区尺度及开放程度带来变化。我国城市住区经过几十年发展，已形成了一个较为固定的模式，即大街坊、封闭式小区，如图4（1）所示。该模式产生的主要原因有以下两点：①当代城市的路网格局是以满足机动交通的通行便利为最主要前提。2002 年旧版《城市居住区规划设计规范》（GB50180—1993）将居住小区定义为“被城市道路或自然分界线所围合，并与居住人口规模（10000～15000 人）相对应……的居住生活聚居地。”而根据其“人均居住区用地控制指标”中“中高层建筑”和“高层建筑”10～24 m2/ 人的用地指标计算，城市中高层住宅小区的用地大小在10～36 hm2，因此，围绕住宅小区的道路边长最少都将达到300 m 以上，长则600～700 m，易形成大街区路网格局。②小汽车的交通安全威胁也迫使我国城市住区大多采取的是封闭式管理模式，小区内部道路设计始终遵循“通而不畅，顺而不穿”的规划原则。此举虽然给小区带来一个内向化居住环境，但是却给城市道路带来了巨大的交通压力：封闭式小区结合大街坊的路网格局，使道路微循环功能下降，通行效率降低，由此造成城市拥堵现象严重。

自动驾驶汽车的出现，大大降低了汽车的安全风险，给城市住区由封闭走向开放提供了可能，车辆在城市道路拥堵的情况下，借助实时大数据分析，通过住区内部道路进行合理、高效疏散，如图4（2）所示。同时，自动驾驶汽车低噪音、低排放的特性又减小了对住区内部环境的影响，并藉此可以形成更加细分的小街坊住区模式，见图4（3）。

图4 自动驾驶条件下城市住区开放程度及尺度变化图

2.2 交通面积的变化

城市住区动、静态交通空间也会随着自动驾驶汽车的介入产生显著影响，表现在以下三个方面。

2.2.1 动态交通空间面积变化

依据我国《城市道路工程设计规范》（CJJ37—2012）（2016 年版），车道最小宽度为2.8 m，而汽车的宽度通常在1.6～2 m 之间，多出的1 m 左右距离，不仅是驾驶者感官判断的不准确性所要求的，也是为驾驶者对车两侧发生的突发情况留存一定的反应距离。而自动驾驶汽车通过激光雷达和高清摄像头等技术，可以使车辆驾驶控制在厘米级误差；并且，机器的反应速度要远快于人类反应速度，使自动驾驶汽车可在较窄车道中实现快速、安全行驶。因此，道路宽度仅需满足车辆宽度这一最低要求。例如，传统住区双向车行道宽度一般为7 m 左右，自动驾驶环境下，双向车行道可缩小到4 m。同时，进一步结合物联网技术，所有车辆之间共享路况信息，道路仅需单车道设置，只要在特定距离范围内形成会车区域，在此种状态下，道路宽度可以进一步缩短到2 m 甚至更窄（图5）。

图5 自动驾驶条件下道路宽度变化图

与此同时，自动驾驶结合车辆转向技术的发展也会缩小车辆的转弯半径，例如，L3 级别的奥迪A8 车型，其搭载了一套动态四轮转向系统（Dynamic all-Wheel），该系统会根据车辆行驶速度和前轮转向角度来决定后轮的转向速度与角度，通过前后轮的配合，将转弯半径降低1 m（相较于上一代A8 车型）。车辆转弯半径减小会有效降低道路最小转弯半径要求，从而进一步缩小道路交叉口面积（图6）。

图6 自动驾驶条件下道路转弯半径变化图

2.2.2 静态交通空间面积变化

自动驾驶技术对于静态交通面积的影响表现在两个方面。

（1）压缩停车空间尺寸。自动驾驶技术将实现自主代客泊车功能（乘客在目的地下车，车辆自主前往停车位泊车）。因此，停车空间设计无需再考虑车辆的开门范围、人员通道的宽度和高度等制约因素，大大压缩了停车空间尺寸，提高了空间使用效率（图7）。

图7 自动驾驶汽车车位与传统汽车车位空间对比图

（2）降低停车空间需求。自动驾驶技术的成熟，使得车辆将乘客送到目的地（家门或单元门）后，可以通过实时数据分析，自行前往周边空闲车位泊车，尤其是处于城市中心地段或是老旧小区，这些住区内部的车辆可以自行驶往地价相对便宜的郊区泊车。由此，停车空间从居住空间中剥离开来，住区停车空间硬性需求被解除（图8）。Kockelman 通过建模发现：当城市居民都选择自动驾驶共享汽车时，所需要的停车位数量将会比现在减少90%[1]。

图8 自动驾驶汽车使停车空间从城市居住空间中剥离

2.2.3 新的交通空间产生

自动驾驶车辆点对点精确投送功能将会使住区空间内部，尤其是住宅单元底部，对于乘客上下车空间的要求上升。该空间需要保证足够的面积来应对上下班高峰大流量车流接送乘客的需求。因此，道路与建筑的间距会拉大，车行道在单元入户门前或是结合底层架空形成一个“落客”空间；同时，还要保证该空间品质，为乘客提供遮风、遮荫、避雨的环境，必要时还可设置一些等候座椅等设施乃至其他一些附属功能（图9）。

图9 自动驾驶条件下“落客”空间示意图

2.3 自动驾驶汽车对于城市住区的负影响

新技术的运用总是有其两面性。自动驾驶技术发展，使城市居民对汽车产生更加依赖的心理，由此也给城市和居住环境带来一定负面影响，表现在以下三个方面。

2.3.1 居住蔓延加剧

自动驾驶技术解放了人类的双手、双脚及大脑，出行不再成为负担，人们可以在车里休憩、娱乐、工作，汽车成为了家庭、办公空间的延伸。正是由于出行体验的优化，使得多数人改变了对距离的感知，他们开始重新衡量邻近商业、就业中心以及公共交通站点附近居住的便利性。城市郊区好环境、低成本的住宅将由于自动驾驶的高效、舒适与便捷性而显得更为现实而富有吸引力。由此造成居住空间外迁，城市形态也会朝着无中心方向发展。

2.3.2 居住分异激化

哈佛大学Diane E.Davis 等通过对一些大城市的研究发现，城市出行条件改善会潜在加剧阶级分化与不平等[2]。一些技术悲观主义者也认为：如果在自动驾驶汽车大规模普及前未能制定一套严格的规范措施，任由其自然发展，那么我们的城市道路上将会充斥着这种新型交通工具，而那些无法承担自动驾驶汽车费用或是不得不依赖传统公共交通系统的人们，将会被更加绝望地困在无人驾驶汽车的车流中，抑或是选择城市中心居住。因此，自动驾驶汽车将会放大阶层之间的差异，形成更加严峻的居住分异状态。

2.3.3 道路活力丧失

自动驾驶解决了出行“最后一公里”的现实需求，但是这种精确出行方式也会产生一定的负面隐性成本——失去人们因步行和非机动出行而给城市街道和住区道路带来的活力和经济效益。自动驾驶汽车可以满足城市中几乎任何距离范围内的出行需求，而与步行和非机动出行方式受天气和环境影响较大的特点相比，自动驾驶汽车又可以在任何气候和环境条件下行驶，出行的空间体验更加优越，由此造成越来越多的人放弃步行和非机动出行改为机动出行。例如，在城市住区内部，无人驾驶汽车将会把乘客直接送到居住单元门口，住区内部的慢行系统将形同虚设，人与人之间偶发性社交活动将大大减少，住区道路的活力逐渐丧失。

3 自动驾驶技术条件下的未来城市居住空间形态展望

前文所述是自动驾驶技术在“零干预”状态下对城市住区产生的直接影响，而现代技术发展历史充分证明：对于技术发展的不同回应将会导致迥异的结果。交通工具的技术更迭更是如此，牵扯到的影响因素众多，包括政策导向、生活习惯、认知理念以及技术自身的发展方向等，这些影响因素会随着时间的推移而产生变化，从而改变技术发展影响的轨迹。与此同时，正如汽车发明之初城市道路马车与汽车混行的状态（图10），交通工具领域的发展并不是一个质变过程，从传统交通工具到未来交通工具的更迭也并非一蹴而就，这期间存在着较长一段时间的混合状态，包括技术的过渡阶段（从L0 到L5 不同自动驾驶级别）与不同技术水平交通工具的混合阶段（非自动驾驶、半自动驾驶、自动驾驶的混合），很难通过某种单一的交通模式发展的分析来预测整体交通状况以及对城市空间影响的走向。因此，需借助情景规划（Scenario Planning）和系统动力学（Dynamic Systems）原理来分析未来可能发生的所有模式，以及各自模式下的利弊因素和产生的后果，最后再进行综合比较，找出综合效益最佳的解决方案，作为未来城市住区发展的引导。

图10 20 世纪初城市道路马车与汽车混行（图片来源：Chicago History Museum）

3.1 针对汽车技术发展的两种回答

汽车技术发展究竟会对人们的生活产生怎样变化，是使人类陷入更深“唯技术论”的窠臼，还是引领着人类走向更加美好的未来，汽车技术发展究竟是让汽车变得更好，还是让人变得更好，不同的回答将会带来迥异结果（图11）。

图11 自动驾驶的两种回答

3.2 以自动驾驶为代表的汽车技术发展三种情景及其影响作用

通过对技术的不同回答，会得出如下三种发展情景。

3.2.1 以私人自动驾驶汽车为主

该情景设想自动驾驶及新能源技术均有效运用于所有车辆，但汽车的所有方式仍以私人所有为主。如前文所述，自动驾驶技术对城市住区的人车关系和空间布局等方面产生积极显著作用。但与此同时，技术带来的出行体验提升使人们可以接受更长距离的通勤，对居住在郊区持更加开放的态度，无形之中增大了城市尺度，降低了住区密度；新技术带来的停车位需求降低、保险费用降低、燃油费用解除等带来的出行成本降低还会进一步提高汽车的吸引力，使更多人成为有车一族，巩固了私有模式的地位；机动出行比例提高以及城市尺度的加大也会抑制步行出行的需求，降低城市及住区的活力氛围。因此，在私有模式下，汽车保有量和机动出行次数的增加会部分抵消技术发展给城市及住区带来的积极效应，使技术发展走向了“使汽车变得更好”而非“使城市变得更好”的道路（图12）。

图12 以私人自动驾驶汽车为主的发展情景关系图

3.2.2 以共享自动驾驶汽车为主

该情景同样设想自动驾驶技术及新能源技术均有效运用于所有车辆，但是汽车的所有方式从私人拥有转化为共享，建立起“出行即服务”（MaaS：Mobility as a Service）的无缝衔接网络化交通系统，为出行者提供一个效率最大化的出行方式（图13）。由此带来影响如下。

图13 以共享自动驾驶汽车为主的发展情景关系图

共享自动驾驶出行模式解除了车辆停车的硬性需求，避免了车辆找寻车位的行驶距离，机动化出行的距离仅仅是出发点与目的地之间的路程长短，因此，有效缩短了单次出行的机动化行驶距离。

同时，共享模式下汽车保有量大大降低，原因如下：①共享模式下单个车辆使用率提高从而降低汽车整体保有量。美国RethinkX 团队通过研究发现，自动驾驶共享汽车使用率可以高达40%左右，是传统私家车的10 倍[3]；而麻省理工一项研究指出，共享模式下车辆使用率的提高将会极大压缩汽车数量，由此，纽约市仅需2000 辆10 座汽车或3000 辆4 座汽车就可以满足全市98%的出行需要[4]。②共享汽车出行成本低的优势也会减弱居民对私家车购买热情。RethinkX 团队对共享出行模式下的成本进行核算：这其中，融资成本降低90%，养护成本降低80%，保险费用降低90%，燃油成本降低70%。综上，自动驾驶共享汽车将会平均为每个使用它们的家庭每年节省超过5600 美元的交通支出，等同于收入增长了10%[5]。③自动驾驶共享汽车的出现，使汽车回归交通工具本质，终结持续长达百年的汽车文化，有效减少私家车销量。传统汽车时代，车辆的品牌、颜色、尺寸甚至是发动机的声音，都成为拥有者自我性格表达的工具，人们购买及驾驶汽车，很多时候并不是为了简单满足出行，驾驶乐趣和个性诉求才是人们追求的实质。然而，当自动驾驶共享汽车出现，汽车越来越像城市的基础设施，就如同人们不会因为地铁、公交车的样式而选择是否乘坐它们。同时，随着人们对于车辆挑选、驾驶、维护所带来的亲切感慢慢消失，对汽车的占有感、归属感也会逐渐减退，进而由对车辆的所有权转变为对车辆的使用权。

在以上因素影响下，道路汽车密度减少，从而在一定程度上缓解了交通压力及其带来的一系列城市问题，城市住区也将回归到汽车时代以前以人为主体的空间格局。

然而,汽车共享模式也并非一剂“万能药”，有研究表明，汽车技术的发展更新带来的出行体验的提升可能会激发更多长距离机动出行需求，从而导致城市扩张。扩张的加剧反过来也会进一步向上推压车辆行驶公里数，形成一个“恶性循环”[6]。

3.2.3 混合场景

混合场景下，自动驾驶与非自动驾驶、新能源汽车与传统燃油汽车、共享模式与私有模式均占有一定比例，道路呈现出多样化交通方式的融合，其对城市住区的影响也呈现出复杂及多元状态（图14）。

图14 混合交通模式下的发展情景关系图

首先，自动驾驶汽车与非自动驾驶汽车的停车空间将会在空间上脱离开来。表现在两方面，一是自动驾驶汽车对于停车位尺寸、过道宽度、转弯半径、建筑层高等要求显著降低，因此，停车设施内部将会分为自动驾驶停车区域及普通停车区域，由此提高停车效率。二是处于中心地段或用地局促的城市住区，将会先满足非自动驾驶车辆的停放需求，而自动驾驶汽车则自行前往用地相对宽松的城市郊区停放，住区内部停车压力会得到一定的释放。

其次，由于有非自动驾驶车辆存在，道路空间依然需要以非自动驾驶汽车的标准来设计，因此，车道宽度、转弯角度等均不会发生太大变化，但随着车辆整体自动化程度的提高，住区道路人车混行的设置会逐渐普遍，人车关系依然是汽车占据主导地位。

因此，混合场景下，新技术的运用部分调和了现有的人车矛盾，但是由于有非自动驾驶车辆及车辆私有模式的存在，制约了技术发展的效益最大化，汽车对城市住区的影响依然以负面影响为主。

3.3 现阶段城市住区应对自动驾驶技术发展的措施

自动驾驶汽车在多数人看来似乎是遥不可及的未来科技，目前，我们的城市及住区对这一新技术的发展仍持观望态度，Erick Guerra 针对美国前25 大城市的规划管理部门（MPO）做了一项调查。调查显示：25 个城市中只有亚特兰大、旧金山和西雅图三个城市预测了自动驾驶汽车对未来交通的影响，同时，没有一个城市对此做出相应专项规划[7]。但正如一百多年前人们未能有效预测汽车的快速增长给城市带来的诸多问题一样，当前专业领域的“后知后觉”必将会阻碍城市及时有效应对交通技术革新带来的变化。因此，在自动驾驶真正来临之前，城市空间应当做好充足的准备，同时，引导技术沿着一条更为可持续的道路发展。

3.3.1 以理想化场景作为引导

据普华永道预测，到2030 年，我国传统个人所有非自动驾驶汽车仍将占有所有车辆总行驶里程的44%（图15），这意味着混合场景将在我国持续相当长的一段时间[8]。而由前文所知，共享自动驾驶场景则是住区交通环境的理想范式，因此，自动驾驶过渡阶段的任何应对措施应当以理想化范式作为引导，避免走向以私有机动化交通为主的发展路径。

图15 未来交通模式预测（图片来源：普华永道思略特数字化汽车报告）

3.3.2 以弹性设计作为策略

具体到物质空间层面，应采用具有弹性的设计策略，既满足当下的使用需求，又为未来的发展提供可变条件。例如，Gensler 事务所在洛杉矶AvalonBay Communities 设计的公寓楼，设计的宗旨是提高该楼的空间可变性，以应对即将到来的自动驾驶出行革命：区别于传统停车楼的倾斜式大坡道楼板，该公寓楼车库空间采用水平楼板，并且天花板高度达到3.96 m，目的是为了在以后停车位需求下降时，可以将停车空间重新规划成办公、商店、健身房等功能空间，从而提高项目的混合性；建筑表皮局部采用穿孔板设计，也是为后期活动性功能的置入提供充足光源；另外，公寓楼首层也可以通过改造，为无人驾驶汽车提供落客空间（图16）。

图16 AvalonBay Communities 公寓楼（图片来源：Gensler 官网）

3.3.3 以人的需求作为中心价值观

面对未来的不确定性，无论城市交通模式走向何种场景，城市及住区都应当以人的需求作为中心价值观，当技术发展与人的需求相悖，需把人的需求作为优先考虑。例如，当机动化空间与步行或公共活动空间发生冲突时，应首先满足人的步行及公共活动需求。麻省理工“可感城市实验室”（Senseable City Lab）Carlo Ratti 也指出：“自动驾驶技术的运用如果忽视人的因素，就可能意味着回到现代主义做法，即特权化速度、效率和功能，而不是人与人之间的互动和偶然性……必须认识到行人、骑行人、公共交通使用者以及街道使用者的利益应优先于私人汽车（特别是自动驾驶私人汽车）的利益，是引导城市形态变化的关键，使可持续性和以人为本的发展成为重中之重。”[9]

4 结语

自动驾驶技术是当今社会热门话题，也是汽车工业发展的必然趋势，将深深影响着未来人类出行乃至生活的方方面面，而作为人类聚居的重要场所之一，城市住区的空间布局也会因此产生巨大变化，这些变化有其积极的一面，包括路权关系转变、空间支配权转移、住区尺度及开放程度变化、动静态交通面积缩减等；也有其消极一面，包括居住蔓延加剧、居住分异激化以及道路活力丧失等。因此，在自动驾驶汽车还未真正普及之前，我们有必要审视这项新技术的运用前提是，服务于车还是服务于人。若任其自然发展，依然是以私人交通为载体，那么当前城市住区的一部分顽疾不仅得不到解决，还会被持续放大；而与共享汽车模式的有效互补结合，则可以产生更加纯粹的“人”居空间，带来更为积极的技术效应。