面向未来的智慧城市空间设计与营建

文 李 昊 中规院（北京）规划设计有限公司新技术中心高级规划师，北京创思智趣科技有限公司总经理

赵晓静 中规院（北京）规划设计有限公司新技术中心规划师

杨昭洁 中规院（北京）规划设计有限公司新技术中心实习规划师

加快数字化发展，建设数字中国是国家“十四五”规划中的重要布局，也是城市高质量发展的重要抓手。数字化转型的全面推进是面向未来提升城市品质、塑造城市核心竞争力的关键之举，各地都已开展全面的行动实践。在城市建设领域，智慧城市将深度融入空间设计和城市营建的各个环节，促进城市发展模式创新和品质提升。

一、智慧城市及智慧空间营造研究综述

20世纪90年代以来，随着信息技术的发展和广泛应用，对智慧城市的探索开始兴起。本文对智慧城市的探索主要集中在信息城市方向，即新信息技术和通讯技术在城市发展过程中的应用。[1]这一成果直接提高了智慧空间在市民生活中的普及程度和智慧城市空间建设的公众参与度。同时，智慧城市建设框架下的城市空间由单一物理空间转变为虚拟场所和城市空间实体的复合空间，城市物质空间对人的单一影响力被削弱，[2]市民对新技术带来的高效高强度信息获取状态产生的惯性亦反作用于城市空间，对其多层次体验效果产生新的诉求，[3]致使智慧城市空间产生新属性与功能性的发展要求。为满足这一新发展阶段的要求，城市空间设计需借助数字化新媒体等手段以增强虚拟空间体验性，实现空间的强媒体性和超空间性，[4]满足市民在新型城市空间中的互动需求，增强归属感以获得良好体验。[5]与依赖“中间人”的传统场所营造相比，智慧城市的空间营造将数据收集和处理平台作为新的沟通平台，[6]能够满足市民随时随地参与协商、沟通等公众活动的需求，为场所营造提供了便利。

此外，虚拟空间在城市中的应用也在潜移默化中改变城市物质空间形态。不同于人类活动在物质空间中的表现和规律，虚拟空间的繁荣可能导致原有城市空间混合化与碎片化加剧，[7]并产生去中心化和空间分散的特征。[8]解决这类问题的关键是建立市民与空间新奇的互动感和重塑空间的场所感，而基于数字技术的基础设施和场所文化营造无疑是消除空间异化、保护和建立场所感的有效方法。Gehl提出户外设施使用强度与可选择的活动以及固定区域的设置密不可分。[9]智能基础设施根据现实情况做出的调节（如休憩照明一体化智能路灯可根据天气情况自动调节明暗，并配有充电装置和休憩功能设施和雨伞等）能够营造休憩区域、引导行人与物质空间产生良性互动。不仅如此，智能城市家具也能够满足市民在公共空间的各项需求，提高市民的场所依赖和场所认同，[10]从精神层面认同城市智慧空间的价值，提高城市中心区等社会活动场所的使用率。综上，未来的智慧空间营造需要新技术的植入与依据数字时代对城市空间规划的回应与耦合，解决信息化带来的社会问题，挖掘和提升空间价值，提高市民的幸福感。

二、宏观趋势：时代背景下的空间数字化转型

（一）新一代信息技术对城市空间产生深刻影响

当前，人工智能、5G、无人驾驶、区块链等新一代信息技术，不仅提升了各领域的运行效率，创新了城市运营模式，也催生了全新的空间生产模式。面向未来的城市在“技术—空间—社会”的多重耦合下正在被深刻重构（见图1）。

图1 信息时代居民活动行为转变与城市空间变革内涵与特征

居民越来越多地通过数字工具、数字服务、数字界面参与日常生活。数字化影响了人们交流和交往方式，也影响空间使用、运行和交互的方式。在传统的城市意象理论中，城市认知地图主要由人们的真实行为观察、丈量城市，拓展自我物理边界，强调空间要素的可识别性和引导性。[11]在数字时代，个体对城市空间感知的终端在不断变化，物理世界和数字世界的边界不断模糊，新技术、服务和活动倾向结合空间要素构成新城市意象。城市意象的领域不仅包括物质空间营造，也包括以体验为目的的虚拟空间营造，城市认知地图因虚拟体验而扩展，强调空间要素的独特性和多元性。

长期以来，以产品为导向的智慧城市的建设聚焦于信息化设施与服务，与城市空间营造存在一定程度的脱节。但事实上，智慧城市的内涵不仅仅局限于信息化层面。根据ISO国际标准化组织的定义，智慧城市是“在已建环境中对物理系统、数字系统和人类系统进行有效整合，从而为市民提供一个可持续的、繁荣的、包容性的未来”。由此可见，智慧城市的内涵比信息化丰富。新时期的智慧城市建设需要将智慧城市从狭隘的信息化层面拓展到广义的人居环境，并融入更多社会公平、社会创新等要素，实现城市真正的智慧。

随着智慧城市的持续发展，空间的数字化与数字技术的空间化的趋势愈发显著。随着城市品质提升与存量更新工作面临更高要求，城市各领域、各要素、各类空间与设施都需要引入智慧化技术，以保障未来城市整体运行的有序发展。智慧城市技术与城市空间规划与设计的结合的必要性不断凸显。

从城市建设的角度来看，城市营造模式长期以来服务于工业文明的城市建设实践，尚未及时、有效回应信息时代新技术驱动的生活方式与空间利用模式的变革。信息技术驱动的创新业态、数字时代的场所精神、人对于空间的多维感知、新技术对于时空尺度的压缩与延展、虚实交互的场所互动、虚拟世界与现实世界融合的交互等，都需要创新型的空间设计模式进行回应。城市迫切需要通过空间政策干预，为不断数字化、智能化的城市提供科学、精准的空间资源配置方案。

（二）国际先进案例集中体现智慧城市空间新趋势

近年来，世界各地广泛开展了智慧城市和智慧设施建设的探索。从智慧城市的发展趋势来看，科技巨头参与城市建设的活动，深刻反映出智慧城市的发展内涵变化——从“为技术而城市”转向为“为城市而技术”。在以往智慧城市建设的过程中，由技术驱动的智慧城市应用与产品设计，长期局限于非空间层面。而随着智慧城市的持续发展，空间要素逐渐与智能技术发展相互影响，空间的数字化与数字技术的空间化开始成为趋势。

从I T产品的角度来看，城市空间是各垂直领域的产品的终极架构。从日常生活都市主义的角度可以把空间为载体理解为对城市级产品的需求。万物互联、人工智能、虚拟现实都将会促进虚实空间的相互渗透与交织。科技巨头营造的新城可以理解为一种以场景为载体的新经济原型探索。集成不同的传感器（物联网）、大数据分析技术应用（AI）、和优化城市基础设施运营管理和服务（水、能源、垃圾等）成为城市进化的助推器，技术创新与空间营造的复合生态体系，催生更多的商业模式与新经济生态。

从项目类型角度来看，位于加拿大的Sidewalk Toronton项目作为首个由规划师携手互联网公司共同完成的智慧社区顶层设计是智慧城市建设体系最为全面的项目。方案将物质空间营造与智慧设施和设计相结合，通过营造功能复合的未来社区、无人驾驶为主的交通模式、灵活分配路权的模块化道路、模块化建筑建造、智能化基础设施、可自主调节环境的公共空间等实现数字空间与实体空间的融合和场景落地。同时针对数据标准、数据隐私、城市发展仿真模型、公众参与模式等提出了一套较为完整的方案。无独有偶，日本的智慧城市项目Woven City同样着眼宏观层面，以基于物联网的城市数据平台统筹智慧交通、智慧建筑、智能家居等的未来设施建设并实现和谐环境和可持续发展愿景。

从智慧城市理念在专项规划中实施的角度，则多见以城市交通系统作为起点的规划方案。位于印度尼西亚新首都的The Infinite City采用城市级别公共交通与智能驾驶的综合应用实现高效的交通系统和嵌套式的城市空间结构。结合可持续和生态城市建设理念倡议的可持续社区的建设模式核心未本地化循环经济，建筑建造层面也采用模块化高效的本地系统来打造未来智慧城市。加拿大轨道新城THE“ORBIT”总体规划则将智慧交通和智慧城市管理作为重要的单项措施应用在规划中。采纳动态土地使用分区管制模式，即在符合规划部门规定的经济技术指标区域采用逾值自动调整相关指标的方法以应对未来的高密度建设方式。

三、方法体系：智慧城市空间设计新模式

基于以上理论研究与实践探索，笔者团队提出智慧城市空间设计创新方法论：以“科技+空间”为核心技术路线，面向当前的数字化物理环境①，研判新形势下智慧城市空间发展的趋势，突出新一代信息技术创新应用与空间营建的有机融合，打造内涵复合、智能感知、数字孪生的新一代智慧城市空间，全面推动城市数字化创新发展。

智慧城市空间设计，将以人工智能为代表的一系列新兴技术，与城市空间面临的新的交互需求进行对接，形成智能空间的方案，面向未来生产生活方式的变革，促进多元创新要素的创新融合：既促进各类信息化的新兴技术与景观、建筑、交通的融合，同时也搭载了各种设施、社会组织和新经济业态多元丰富的社会性内容，共同形成社会和技术同步变革的空间整合器（图2）。

图2 “科技+空间”——智慧城市空间设计模式

笔者团队将智慧城市空间设计特点总结如下：在尺度上，强调人性化和微改造，强调人本尺度的全息感知；在空间品质上，要强调宜人和可感知、可识别性，提升场所的魅力；在复合性上，强调业态和功能的混合场景，以及开放边界和共享；在开放性上，要有科技的前瞻性和自适应的动态增长性；在交互性上，既要强调人群之间的交互，也要强调人机交互和虚实交互，各类交互界面的体验尤为重要；在智能的手段上，强调人工智能对设计—建造—运营全链条的赋能。

智慧城市空间设计可以看作是城市设计在数字时代的演进与拓展，并将充分链接设计、建造和运营的全过程。智慧城市将以复合场景为载体，充分发挥平台作用，融合绿色、健康、低碳、活力、全龄友好等各类城市发展的先进理念，积极探索面向未来的空间变革模式。基于生产生活方式变革，以创新活力为核心，响应数字时代人群活动行为与交往模式，以智能化手段，满足人与人、人与空间交互的新需求。对增量空间进行智慧技术与建筑、景观、交通、设施等相融合的一体化设计，对存量空间进行场景化智慧更新，增加更为丰富的体验。通过多维空间与多种技术的融合，形成具体的设计方案。并通过数字技术建造能够真正进行实施和运营，不断更新迭代的智慧城市空间（图3）。

图3 面向未来的智慧空间营造框架

在新时期，要从人对美好生活的向往出发，通过多维的感知、网络化的虚实交互来构建城市新的形态。在物理世界-数字世界的数字孪生基础上，通过人机交互，数字-物理层的互动催生出的混合现实层，将承载大量的市民数字化社交，适应实体经济活动线上迁移与线上线下交互的趋势。因此需要拓展人居环境的数字化内涵，提升智慧城市建设的感知性、亲人性。通过环境智能监测、城市家具的智能升级、智能互动公共设施的植入、建筑物和构筑物外立面的智慧化改造等，营造泛在感知、人机交互、虚实互动的城市空间，丰富景观效果和感知体验。研究人工智能、无人驾驶等前沿技术对城市空间形态的影响，打造智慧街道、智慧公园等面向未来、智能化、可生长、高品质的空间环境。

四、落地探索：“科技+空间”设计系列实践

（一）面向开发实施的新城新区智慧城市规划

当前的新城新区建设越来越多地突出智慧发展的特征。开发建设中应通过对信息化与土建工程的一体化设计，推动两者的技术适配与空间融合，避免普遍存在的信息化与空间建设“两张皮”的模式。在“智慧空间+建设管控”的设计模式中，智慧城市空间规划是基于城市各领域、各系统智慧化升级的城市级解决方案。信息化基础设施水平、城市道路的承载能力、自然灾害及气候变化的响应能力、自然生态系统的稳定性等，都将成为智慧城市规划实施过程中需要融合的内容。通过提出面向开发建设的智慧城市指引，支撑各地块基础设施建设及智慧城市相关项目落地，也为后续城市管理和项目运营奠定坚实的基础。

笔者团队编制的三亚市崖州湾科技城的智慧城市专项规划，进行了智慧城市技术与空间规划、城市设计结合的首创性探索。通过分级、分类、分时的导向规划各类智慧设施的空间布局规划和建设管控，与控规和其他专项规划衔接，实现科技城建设和发展的精细化、智能化。智慧城市专项深度分析崖州湾科技城的智慧化空间需求，规划了包括崖州信息基础体系、智慧生态体系、智慧交通体系、智慧市政环卫体系、智慧公共服务体系等在内的智慧系统体系。各领域智慧化需求在智慧城市专项规划中与空间规划进行衔接、集成与动态交互，城市运行中心IOC负责信息共享和协同运作，实现了智能化的连接与联通（图4、图5）。

图4 崖州湾科技城5G示范港口示意图

图5 崖州湾科技城南繁热带种业基地示意图

（二）彰显生态文明的未来城市形态设计

我国在新时期生态文明建设背景下，智慧与绿色、生态、低碳的的融合发展是普遍趋势。在重庆市广阳岛智创生态城城市设计征询项目（中国城市规划设计研究院风景院牵头，中规院〈北京〉规划设计有限公司及中国联通共同参与）中，根据设计要求“面向500年前的生态，50年后的生活场景”，设计方案强调生态文明与智慧技术的结合，前瞻性运用各类创新技术，展望未来空间组织和建造模式，创造生态城智慧创新的未来场景（图6）。在整体空间布局中，以新型城市基础设施建设为基础，构建广阳智慧城市空间框架，建设生态孪生“智慧中枢”。遵从生态文明理念，结合智慧低碳技术，考虑重大信息基础设施布局要求和信息技术对空间结构的影响，以新基建为引领构建三大系统、两类设施的广阳智慧城市框架。以智能网联和无人驾驶为代表的新技术，对于交通体系以及城市空间结构将会产生巨大影响。规划构建新型智慧道路体系，通过无人驾驶应用，弱化支路对地块的分割影响，打造“大街区、小生径”的新型交通组织模式；通过利用建筑布局、绿地形态等景观化手段，打造更加生态、安全、灵活的智慧交通体系，营造无缝衔接的立体交通模式。

图6 广阳岛智创生态城智慧基础设施示意图

此外，方案前瞻性地提出以A O D（A i rtraffic Oriented Development）为理念进行的城市发展模式。该新型空中交通模式赋能“山地点状”开发模式，支持建设用地规模更小的组团，对山体地形及生态的破坏性更小（低扰动）。在广阳岛片区建设以物流货运功能为主的空中交通体系，前瞻性发展电动垂直升降飞机（eVTOL）及无人货运机。

绿色基础设施对于打造“净零智慧生态城市”至关重要，强调综合应用智慧设施，提高能源利用率和节能目标。绿色基础设施主要关注城市的能源、水资源及固废等与城市形态及基础设施布局等。同时，长效的城市低碳甚至零碳运营，离不开公众的积极参与和生活方式转变。区块链、人工智能为基础构建公众参与减碳的创新激励模式，也将促进营造高效、健康、可持续的城市人居环境。

（三）面向实体空间科技感知的园区提升

科技园区是城市创新要素密集区域。但长期以来，智慧园区建设以信息化软硬件为主导，与园区空间营造脱节。由人的感知视角来看，实体空间中很难获得科技感知与宜人体验。在中关村软件园的提升设计（中规院〈北京〉规划设计有限公司建筑所、新技术中心合作）方案中，通过智慧设施与建筑、景观、交通的结合，从视觉形象、智慧体验、感知交互等方面提升园区空间品质，实现园区科技感、未来感的全面提升。方案从微观角度出发考量产业园区人本空间需求。园区未来发展提升的关键基于中关村软件园用户行为习惯，针对各类特定人群活动轨迹，以智能化手段，满足人与空间交互需求，力求打造前沿科技的应用场、智能空间的样板间和宜人品质的会客厅。

方案分析了软件园现有空间结构及建设现状，并结合智慧园区创新智能设施体系，梳理智慧园区“1+7+3”的智慧空间体系。软件园出入口及过渡带设计思路从园区文化、智慧元素及功能使用三个角度出发，设计符合软件园特色出入口，并结合风貌管控等美学支撑，打造美观度与实用性并存的未来科技门户。

（四）适配线上生活需求的智慧社区营建

社区是城市智慧化发展的基础单元。智慧社区的空间规划和设计需要切实地满足当下居民日常生活方式变化带来的新功能需求，尊重和考虑全龄、不同兴趣和不同职业群体的特定空间要求，在充分调研社区基础情况下，搭建个性化的智慧平台，合理安排社区的空间。同时，也要以人的需求和感受为中心，提高社区真正的智能化水平，回应社区管理方面的真实需求，例如社区车位布局动态调整、私家车位占用监控、社区设备检修保修、快递管理等等。智慧社区的智慧化水平主要体现在前瞻性和预判性上，通过顶层设计和技术支撑实现，而公众满意度则主要依赖于在社区公共空间的体验和基础公共服务的质量。

团队在《海淀城市大脑顶层设计》、“科技助力经济2020”重点专项《城镇老旧小区改造监测诊断技术集成及示范应用》等项目中，融合宜居社区、健康社区、完整社区等理念，面向信息时代居民生活需求，在探索社区建设与老旧小区改造中，信息化技术与土建工程的融合路径，协同打造新型智慧社区。并考虑社区新零售、无人超市、多功能快递柜、在线购物与内容推送等智慧场景，创新商业运营、管理模式，以智慧社区为平台链接投融资和社区共同缔造机制，促进社区更新的可持续性（图7）。

图7 智慧社区空间模式图

智慧社区以数据、物联网、云计算等信息智能终端为支撑，采集的社区数据资源将被处理和运用到人们的实际生活中，不仅用于建立多元的信息沟通渠道，也用于重建社区的归属感，加强公众参与。一方面，整合社区门禁系统、楼宇对讲系统、安防系统、能源管理系统、智能停车管理系统、智能电表抄表系统、梯控系统和电动车充电桩等系统，完善基本智慧化基础设施的建设。另一方面，社区智慧化建设以基本公共服务为抓手，在完善社区数据库的基础上，提高社区智慧政务服务便捷性，如网上办公、实时房屋租赁信息推送等生活服务，并提供居民互动交流的平台和空间。

未来的社区建设或更新需要在社区服务模式上进行创新，打造虚实交互、舒适便捷的未来生活新场景，尤其是在医疗健康、养老服务、全龄教育、智慧家居等方面的智慧化建设将大幅提高居民生活质量。以AR/VR相结合的模式开展社区教育，提供远程医疗和智能体检服务，提供智慧睡眠监测、烟感报警、智慧养老食堂等提高老年人居住体验的在地智慧化服务。智慧社区将打造分散化的智慧社区服务节点，形成5分钟/10分钟/15分钟智慧生活圈。

（五）虚实交互促进社交的智慧公园建设

公园是重要的社交场所，是城市的会客厅。数字时代的公园，应当是人与自然环境交互、人与人交互以及人与数字媒介多重交互的场域。数字化设施将成为新的数字景观，并与风景园林共同构成交往的空间，打破室内/室外、个体/公共、物理/虚拟等多重边界，为公园赋予更多的内涵。《智慧公园工具箱》②报告将“智慧公园”定义为在环境、数字化和材料等各种方面广泛利用科技手段的公园，来实现一系列的价值目标，如公平的可达性，社区健身，增进健康，安全，弹性，水和能源有效利用性和高效地管理和维护。在ICT（Information and Communication Technology）、物联网和各种新技术的支持下，室内外活动的边界会更加开放，城市中的跨尺度的公园可以打破物理空间的隔离，城市公园绿地系统智慧化营造建设已成为趋势（图8）。

图8 智慧公园丰富的互动体验打破室内/室外、物理/虚拟活动的边界

智慧公园能够为游客带来更多良好的游览体验。智能服务上提供WiFi覆盖、智能照明、可充电调温的智能座椅、AI语音互动垃圾桶等便民设施。基于公园真实信息建立的智慧导览屏幕能够提供个性化游览路线规划，或结合AR进行虚拟游园导览和科普讲解。公园的健身设施结合传感器和V RA R全息投影等技术，将打破原有单一的健身设施形式，以智慧跑道、智慧体能监测、踩跳互动喷泉等互动性强的植入形式为游客提供多元的、促进互动的健身活动。另外，传感器与景观设施的结合，如手势控制喷泉高度、互动音乐琴键、互动声光影等装置，也将加强人与公园空间的互动，为游客提供更有趣的游园体验。

未来，智慧公园的建设在完善的信息化基础设施的基础上，将加强数据的集成和利用，将更多的管理和服务设施纳入公园系统，也会更紧密地结合分布式交通、能源等基础设施共同布置，建设可持续性的城市公园，并为生物多样性保护提供生态环境动态监测、迁徙保护路线及区域微环境调节等辅助功能。在运营管理上也将进一步实现自动化的监控、管理和调度。

（六）结合数字文创的公共空间活力培育

数字多媒体技术与文旅产业的融合，能够有效转化为更加符合数字时代居民需求的产品与消费项目，可以借助线上线下的互动帮助城市讲述故事，为孵化IP贡献有效的价值。基于数字文创的内容创新，数字博物馆、数字文创展厅、网红直播基地等新型空间形态开始涌现，城市公共空间的“网红化”传播模式蔚然成风。智慧城市技术可以从规划、建设、运营、管理多个维度为公共空间的活力提升和传播提供支持。

景德镇红房子，作为中规院与欧盟合作的中欧城市实验室项目的空间载体，将成为数字化的城市文化展示中心与文化会客厅（荷兰卡恩建筑事务所负责建筑设计，中规院〈北京〉规划设计有限公司建筑所负责施工图设计和现场配合，笔者参与前期策划与运营方案设计）。在设计中考虑了数字化展示和交互的空间体验，在运营策划上，以文化空间信息枢纽和文创衍生为核心，通过多元主体的运营模式，整合“政府+企业+技术团队+科研机构+用户资源”，进行项目推广并实现复合式盈利模式。

五、总结与展望：面向未来的城市空间营建

当前，智慧城市技术在城市创新发展与品质提升中的重要性不断提升。在数字化工具（大数据分析、信息平台）为规划设计提供支持的基础上，数字化内容创新也将通过传统规划业务的技术融合和协同创新，生成智慧生态、智慧健康、智慧文旅等多种形态，可实现“1+1＞2”的增值效果。数字化、智能化内容应全面融入规划设计的总体故事线，构建新时期“数字化转型”背景下的城市规划与设计的叙事，打造具有空间基因的智慧城市营建模式。

在城市更新阶段，新技术要素必须渐进、融合地植入存量空间，助力面向新经济形态的重点区域与各类用地的功能业态更新，推动适应新技术未来趋势和场景的空间改造，实现面向数字交互的空间活力提升和价值再造。智能技术将与数字时代的文化生态共同构成新时期的都市地景，也将推动技术与社会更好地形成以人为本的良性互动。

（感谢中规院〈北京〉规划设计有限公司智慧城市业务的规划师王俊、张鹤鸣在写作过程中的支持与帮助。)

注释：

①数字化物理环境指《2021十大全球消费趋势》报告中提到的物理与虚拟世界交融的环境。部分虚拟流程可以被整合至物理空间中，使个体即使不处于外界但依然可以通过信息技术和数字技术保持与外界的联系。

②Smart City Tool Kit（UCLA Luskin Center,2018）。