探索 | 算法时代，如何重构空间城市形态

数字化时代，城市已成为世界上大多数人工作和生活的场所。无数的人与城市交织与勾连，见证着复杂社会变迁，同时也孕育着人类文明新生。从古中国人用斗拱木构营建城市公共建筑、古罗马人用砖块建造的穹顶到如今数字技术赋能城市设计，人们对于空间组合形式的探索从未止步。

近日，东南大学建筑学院数字化城市设计团队“城市设计数字化平台关键技术研究与应用”项目斩获2020年度华夏建设科学技术奖一等奖，实现了从设计到管控的全流程数字化，同时也开启我们对未来城市设计的无限想象。算法时代，人类该如何与数字共生？未来城市图景又将会是怎样？空间是我们思考的起点，而所有的疑团也都将在这里解开。

万物皆数，城市设计与数字技术相融

回望距今千余年的古隋唐长安，在这座世界级大都会中，象天设都、三城层环、六坡利用、郊环祀坛，建筑层次错落，形式各异却达到了和谐统一。大到龙首原瞭望体系的控制，小到单个建筑物的开间，都有一套完整详细的规则。“这其实就是我们所说的‘城市设计’，它不是一张总平面，而是对一个城市多尺度的三维控制，构成一套空间美学规则体系。”首届“科学探索奖”获得者、东南大学智慧城市研究院副院长杨俊宴接受《科技周刊》记者专访时表示，从古至今城市设计一直都存在，城市规划、建筑学和风景园林三大学科在城市设计中交融，又被称为“三位一体”。从本质上讲，城市设计关乎人地间的联系，包括人类活动与城市形态的互动，公共建筑与山水间的布局关系等诸多因素。

中国工程院院士王建国曾提出，城市设计可分为四代范型，分别是传统城市设计、现代主义城市设计、绿色城市设计以及如今的第四代范型——基于人机互动的数字化城市设计。“城市发展理念的变化并非完全迭代，而是不断递进发展。科技的不断进步，给城市发展带来范型迭代演进的重大契机。”

当今社会，在数字时代“三驾马车”——人工智能、大数据和知识图谱的引领下，数字技术进入井喷期。近20年来，在“数字地球”、“智慧城市”、互联网乃至人工智能的日益发展背景下，数字技术正深刻改变城市设计。以往在城市设计调查分析或者管理实施阶段才零星出现的数字化科技，演化成了贯穿始终的全数字化过程。以美国麻省理工学院可感知城市实验室（MIT Senseable City Lab）的“实时新加坡”项目为例，这个项目建立具有采集、分类、细化数据功能的实时数据开放平台，能够灵活反映城市活动，为公众提供城市及环境的全方位实时信息。在这个平台上，城市各个管理部门和运营商所掌有的实时数据相互融合，并对公众开放，新加坡城市系统中的几乎每一个细节，都可以随着用户视角的拖拽，自动可视化呈现。

“狭义上理解的城市设计，是城市建设决策者‘自上而下’对于城市发展建设的人工干预；而广义上的城市设计，是指世界各个城市角落中个体通过渐进、试错、累积、小规模等方式营造的人居环境。”王建国认为，在“万物皆数”的今天，“广义”和“狭义”城市设计的边界正在消融，基于“多重尺度的全链体验性把握”的城市设计编制和场所营造正在更新迭代我们对于城市设计的传统认知。

“泛维城市”，构建“数字孪生”模式

当我们想要在一个城市中布局一片住区，如何选择场地？是否会有人愿意居住？周边的配套设施应如何布置？这一系列的问题都可以通过数字化城市设计来解决。“在我们过去的城市设计中，我们根据美学的设计或者功能分区的要求去进行城市设计，尽管诞生了很多漂亮的中国建设，却也出现无人问津，甚至所谓‘鬼城’现象。这是因为城市设计并没有和人的真实需求相结合，居住者无法从城市环境中得到获得感。”杨俊宴补充，但在数字技术下，同样更新或新建任何项目，我们会在设计初期对周围居民进行大数据摸查，也就是通常所说的“数字画像”。附近人的年龄比例如何分布？出行习惯是怎样的？真实需求是什么？“在了解这些相关数据后，城市设计才能够‘见物又见人’。”

一草一木，皆有故事，城市的魅力不单单是简单的美学问题，而是关乎城市背后的形态建构逻辑和丰富维度。为此，东南大学城市设计研究中心王建国团队提出“泛维城市”概念，揭示了城市空间形态“一果多因”的建构机理。杨俊宴表示：“信息社会，城市成为数据的一个产出源，城市中每分每秒都在产生大量数据。这些数据中有些可以被人感知，而有些则被隐藏，但这一层又一层的数据叠加、汇聚、互动和融合，最终构成了城市社会。”

杨俊宴介绍，城市大数据有很多，主要可以被分为四个维度，其中包括动态维度（如手机信令等动态大数据）、静态维度（如建筑三维空间等静态大数据）、隐性维度（如业态分布、城市热岛、环境噪声等隐性大数据）以及显性维度（如大众点评、美团、马蜂窝上的主观评价等显性大数据）。每一物质空间的背后都有大量数据在不停产出，整个社会成为了一个数字化的世界。“当每件事物都有数字化的形象与之对应时，也就构成了所谓的‘数字孪生’模式。”

何谓“数字孪生”？ 杨俊宴解释，我们所生活的真实世界是一个物质空间，而在赛博空间中会有一个与其相对应的、如同镜面一样的空间层。“在物质空间中的每一栋建筑、每一棵树、每一次交流都会在赛博空间中找到对应，并且赛博空间中的事物会伴随着物质空间中的事物同步更新。利用好这一点，我们在城市设计时就可以在赛博空间中先进行洞察分析，甚至进行对未来的预测。”

据了解，东南大学杨俊宴团队今年初获得2020年度华夏建设科学技术奖一等奖的数字化城市设计平台项目，正是利用了这一点。“我们充分运用LBS大数据、POI大数据、街景人工智能分析交互平台等数字化分析技术，将威海市300多平方公里土地的三维地形、建筑物和留用地等做成完整数字沙盘，集成四个维度相关大数据，并将所有的规划设计转译为11.3万条的智能规则。这样的数字化智能平台可以及时监控城市建设项目的品质，并对未来的趋向进行预判。应对可能出现的风貌危机，也可以予以相应调整。”杨俊宴表示。

智能交互，借数字技术释放个体能量

数字时代正重新构建城市空间形态，而一个个个体正用全新的方式更精确地测量和理解我们的城市。德国社会学家克里斯托夫·库克里克将此称之为“微粒社会”，由于数字化进程的发展，我们所有人都在一步步地进入精细解析的社会，个体宛如微粒一般，在数字化的庞大图像上一个个凸显。王建国认为，随着感知现实的精度不断提升，我们将变得越来越单体化，我们所使用的智能移动设备，手机中下载的支付、地图等功能App，微信、微博等社交媒体正不断传递着个体意见和差异化感受。城市设计者们对大量个体“自由意志”进行数据采集、识别和决策，进而转化为城市设计的重要决策参考。

为此，国际上多个从事数字化城市设计的团队进行一系列研究，期以反映个体真实空间活动和体验。譬如，自2010年开始，伊利诺伊大学数字化空间分析研究实验室与北京大学合作开展的一项研究，采用多种数字化方法，对生活在北京和芝加哥近郊居民出行时空轨迹进行精确化测定，从而探讨郊区化与个人活动之间的关系。而在江苏省“宜居街区”的建设试点——“阅江楼宜居街区”的项目中，东南大学杨俊宴团队研发一套公众参与的数字平台，坚持“一院一品”，耗费近一年时间深层次了解附近居民需求。

“借助数字化，我们尽可能多地让个体意愿真正参与到城市设计中来，从而打造宜居健康的高品质生活空间。”杨俊宴始终认为，尽管先进数字技术为我们的城市设计提供了无限可能，但它依旧是作为一个工具来服务人。“‘人机交互’的精髓在于，并不是用机器来替代一切，而是让机器成为像自行车、汽车一样的工具，使我们走得更快、更好。”

未来城市，每个地方都有能够与智能机器交互的传感器，完全智能化控制，能够根据场景的不同构建不同的环境，全智能化的城市或不再是想象。杨俊宴畅想，未来的城市，智能化特色会越来越明显。“未来的规划设计过程将会呈现出全流程高效模块化特征，节奏会大大加快，对于社会出现的弹性变化也会有足够的预警和预测。”