数字技术影响下未来城市系统变革与响应模式初探

王鹏

城市作为一个复杂系统甚至系统之系统[1]，通常以还原论的方式被分解成若干子系统并独立处置。人居环境学科，则通常关注其空间系统，并以空间为核心统筹各系统的规划与运行。

在第四次工业革命背景下，以数字技术和可再生能源为代表的技术变革给城市带来巨大变革的同时，也使城市发展面临了更多的不确定性。城市的实体空间、社会空间和信息空间高强度叠加后，复杂性倍增[2]。而这其中不变的是什么，人们对城市本质的需求又是什么呢？

“城市的本质即通过设施与服务的集中供给，解决人们日益增长的需求。”如果说工业时代我们通过发明和生产更多的产品、创造更多的城市空间来满足需求的增长，那么信息时代，我们需要通过数据和计算更加高效地连接供需双方，实现更精准的匹配，使有限的存量资源能发挥更大的效率[3]。

1 数字化背景下城市系统的分解与还原方式

信息空间、物理空间与社会空间之间的隔阂正在被打破，并交织重组。一方面，信息空间庞大的体量将对物理空间、社会空间中的诸系统带来巨大冲击；另一方面，信息空间浸润城市中的万事万物，时时刻刻影响人们最日常的行为，为诸系统之间的互动以及诸系统与每个人的关联带来新的可能（图1）。换言之，信息将形塑未来城市，信息空间中的感知、匹配、安排等将是未来城市的关键领域[4]。

1 3个空间的关系变化

然而一旦探讨系统甚至体系层面问题，就会面临复杂系统的还原和分解。传统的城市规划和智慧城市，都是把城市系统分解为若干垂直系统各自处理，这个过程中复杂系统的特征会有很大损失，如非线性、涌现、自发秩序、适应、反馈循环等。有些情况下，可以把城市系统进一步解耦为更基本的要素，再以网络化的思维去观察整个系统的运行逻辑变化。

在交通、能源等系统之下，可以进一步把城市要素解耦为信息、物质和能量3 类，所有的城市活动和行为都可以归为这3 类要素的生产和转移。

随着历次工业革命的发生，物质的生产和转移方式从人工、机械辅助到不断提升的自动化；能源属性从生物能、化石能到可再生能源；信息传递方式则从文字、语音、多媒体到万物互联和区块链、虚拟/增强现实。在这个变化过程中，城市各种系统的运行方式也一直在发生变化。研究某个系统的数字化转型，如果仅针对现有的要素组合方式去优化，很难根本上改变系统的运行效率。而应该把本系统和横向、纵向相关系统充分解耦为最基本的要素关系和根本目标，再思考基于数字技术的全新组织方式。

以商业系统为例，如果仅针对“人—货—场”三要素来优化，则目前普遍的线上下单，分仓快递配送的模式应该是比较合理的。然而如果把货物的生产和转移环节进一步打开，则可能看到更多可能性。制造生产环节的“人—机—料—法—环”几个环节，与零售系统结合在一起，可以看到，两个系统的本质就是组织供应量完成商品的生产，并送达使用者。而两个环节都高度自动化并连接以后，就可能形成C2M（Customer to Manufacturer，用户直连制造）的更直接闭环，也就是使用者提出需求，生产者按需组织生产并送达使用者。这样一来，系统内部甚至系统之间就发生了巨大的重构，简化成了基于信息连接的物质生产与转移过程。

2 城市各系统变革的基本逻辑

未来各城市系统为了更好解决现实的问题、满足人的需求，其演进路径都不是在现有系统基础上量的扩张或内卷，而是在充分解耦之后，利用互联网、物联网、人工智能等技术重新把各系统下相对独立的网络、技术，重新组合成一个分布式、松耦合的新系统。就移动通信而言，是空天地、宽窄带、有无线、高低频、局广域的融合；就能源互联网而言，则是源网荷储、风光电气氢、供用电、变配电等等的全面解耦和重组；就交通网而言，是将海陆空、有无人、人车路、公共私人、客与货、快与慢等系统一体化运营，实现出行即服务（MaaS），甚至于通过V2G（Vehicle to Grid，汽车对电网）等方式实现交通与能源网络的跨领域耦合。通过数字技术的计算与连接能力，充分发挥既有系统的能力，以系统能力而非单一技术和设施去解决需求问题。

对应到空间系统，未来也会由单一功能、明确边界、固定形态的建筑和城市空间，一定程度上变成由各种“流”动态连接的空间网络。虽然建筑结构和建造方式的稳定性决定了建筑物整体未必会有大的变化，但空间的弹性、权属、功能是可能随空间动态变化、分时复用的。“如果流动空间真的是信息社会的支配性空间形式，未来几年，建筑与设计很可能必须在其形式、功能、过程与价值方面予以重新定义。”[5]

3 小结

可以说，以互联网为代表的数字技术，虽然已经很大程度上改变了经济社会运行的方式，但与城市物理空间和社会空间的深度耦合才刚刚开始。随着全面数字化带来的物质、能量生产与转移方式的变化，包括空间系统在内，各个城市系统的运行机制都在发生潜移默化的变革。除了被动响应技术对空间的需求与影响，人居科学的主动响应和变化可以大大加速技术与城市协同演进的进程。□