导读
2024年 11月 14—15日，由北京大学城市与环境学院、北京大学—林肯研究院城市发展与土地政策研究中心联合举办的北京论坛（2024）分论坛“大变局下的中国城市发展战略路径”成功召开。香港大学城市规划及环境管理研究中心讲座教授、研究学院院长、地理信息系统研究中心主任，交通运输研究所所长，香港科学院院士叶嘉安在会上发表主旨演讲。
本文字数：4185字
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叶嘉安
香港大学城市规划及环境管理研究中心讲座教授、研究学院院长、地理信息系统研究中心主任，交通运输研究所所长，香港科学院院士
城镇化起源于18世纪的工业革命，当时世界城镇化率仅为20%。到了20世纪，随着汽车和公众机动产品的出现，世界城镇化率迅速攀升。根据最新的统计数据，目前全球约56%的人口居住在城市地区[1]。中国的城镇化虽然起步较晚，但增长迅猛，这充分体现了科技与城镇化之间的密切关系。在工业革命前，城市多因集市、贸易、娱乐等兴起；工业革命后，城市逐渐演变为以生产、服务业为主的市镇，服务和生产方式因科技进步而发生改变。如今，在后工业化时代，金融中心的发展，如香港，已充分展现出产业和技术的影响力，这进一步彰显了生产、服务与科技的紧密联系。
科技的发展也深刻改变了交通方式，从最初的马车、火车，到后来的机动车、大运力公交、高速铁路等。这些新的交通方式催生了新的城市研究和规划理念，使城市建构得以不断创新。然而，城镇化进程中也带来了诸多问题，如污染、过度拥挤、犯罪等，这些问题促使城市规划学科应运而生。1914年，英国创立了皇家城市规划学会，标志着城市规划学科的开端。该学会至今已有110年历史；北美地区也在1917年成立了类似机构，最终发展为今天的美国规划协会。
在城市规划模型方面，1925年，美国社会学家伯吉斯（E.W.Burgess）提出的同心圆模型以火车站为中心，铁路运输的便捷促进了机械化生产和集中的商业活动发展。1939年，霍伊特（H. Hoyt）的扇形模型反映了交通压力对城市空间结构的重塑作用，研究发现，城市多围绕交通线路如高速铁路向外扩展。1945年，哈里斯（Chauncy Dennison Harris）和厄尔曼（Edward Louis Ullman）提出多核心模型并对城市空间结构进行系统阐述。该模型认为，城市并非仅围绕一个中心发展，而是会形成多个核心区域，随着城市规模的扩大，新的郊区中心逐渐形成，这源于二战后城市发展的需要。该模型认为，城市不是围绕单一核心发展，而是存在多个核心，每个核心都有其特定的功能和影响力。随着城市规模扩大，由于城市发展中多种因素，如人口增长、产业多样化、交通改善等，特别是二战后城市经济复苏、人口膨胀等需求，新的郊区中心逐渐形成。到了21世纪，多中心分散式城市模型（Polycentric and Dispersed City Model）的典型代表是美国洛杉矶，在亚洲地区也有类似因交通方式改变而带动的发展类型，这些研究和实践都充分说明了科技对城市结构的深远影响。
如今，我们正身处智慧城市时代。智慧城市这一概念并非现在才出现，早在1985年就已萌芽。当时机房里的主机通过局域网联结成千上万的电脑终端，实现了全球最早的数据分享。1982年，香港设立地政总署；1987年，广州市城市规划自动化中心成立，这是政府参与数据数字化的早期实践。香港用了十年时间实现数据数字化，而广州仅用了4年，彰显了广州速度。1995年，国家基础地理信息中心成立；同年，互联网的出现让人们无须依赖局域网，在家中即可拨号接入互联网获取信息。到了2010年左右，智能手机的普及和无线网络的广泛应用使智慧城市建设成为可能。此后，政府、企业、个人在任何时间、任何地点都能相互连接，互联网上的各种信息数据成为智慧城市建设的基础。
智慧城市的技术重点是“地理信息系统+传感器+信息与通信技术+无线网络”。但这些仅代表过去，未来的发展将取决于第三代移动通信技术、物联网（IoT）、第五代互联网（5G）、人工智能、自动驾驶技术等新技术，这些技术将对未来产生颠覆性的影响。过去，我们讨论的城市大多是二维的，但现实中的城市是三维的。得益于建筑信息模型（Building Information Model，简称BIM）技术，人们能够建造新型的楼宇。新建楼宇的建筑信息模型集合形成数字信息模型（Digital Information Model，简称DIM），各地区的数字信息模型集合则进一步形成城市信息模型（City Information Model，简称CIM）。未来，人们将能够掌握关于楼宇的丰富信息。需要注意的是，在建筑信息模型的应用领域里，城市中80%的老旧建筑需要三四十年才能完成向城市信息模型的转化，这将是一个漫长过程。香港特区政府已建设一般核心数据基础设施，并从2021年起致力于创建三维地理信息系统，主要运用建筑信息模型和遥感等技术，内地称之为实景三维地图。国家基础地理信息中心莫干山地信实验室的陈军教授也致力于在2025年前建立全国的三维地图，这将开启地理信息系统的新时代。未来，地理信息系统和建筑信息模型有望实现融合，地图将不再局限于二维，虚拟现实或增强现实将成为地图制图行业的发展趋势。
早在20世纪70年代，高级空间分析中心的迈克尔·巴蒂（Michael Batty）教授就开始专注于三维地图和可视化研究。对于普通人而言，二维地图往往难以理解，只有城市规划工程师等专业人士才能看懂。相比之下，三维地图能够让人们更加直观地识别地点。在城市规划领域，建筑信息模型也助力了许多城市设计和碳足迹相关工作。例如，在地块开发前，通过三维地图可以更清晰地预览旧楼拆除和拟开发项目等情况，而过去用二维地图时，大多数非专业人士根本无法直观理解。此外，三维地图还能实现可视域和噪声测绘等功能，并且在低空经济中，三维地图也能确保无人驾驶飞行器不会撞向楼宇。
在智慧城市中，传感器的应用极为广泛。智慧城市之所以“智慧”，传感器功不可没。过去，人们开车需要使用专用的导航仪，如今，借助GPS或北斗卫星定位系统，人们只需通过手机地图软件即可实现导航功能。未来，在GPS信号覆盖不佳的地区，智慧灯柱等设备有望发挥重要作用。例如，新加坡曾计划利用智慧灯柱开展相关应用。该方案在理论上可行，技术上也无难度，但由于成本较高，最终未能大规模推广。未来，电动车、5G定位、卫星、无人驾驶飞行器等科技将广泛应用于健康、居家、环保等领域。传感器无处不在，手机本身可视作一个传感器，电子支付过程也是发送电子信息的过程。在众包领域，谷歌地图等应用也是一种传感器。用户通过使用这类应用，自身提供了交通拥堵等信息，实现了公域、私域和广域之间的互动，既分享了数据，又获得了服务。城市管理的公众参与也涉及众包，例如，在“文明珠海随手拍”“啄木鸟—禅城管家”等小程序中，市民对乱张贴、乱堆放、占道经营等市容乱象进行快速上报，政府相关部门会跟进处理，这对城市治理部门而言是一把“双刃剑”，在某种程度上能促使其提升效率。
智慧科技、大数据等带来了海量数据。过去的数据源有限，主要来源于遥感测绘、人口普查、电话黄页、信用卡数据等，而智慧科技带来了新的大数据源，如时空数据、智能电网和传感器数据、社交媒体数据、网络数据、文本数据等。城市信息学中有一门城市分析学科，人工智能并非新概念，其最初以知识为基础，后来发展到人工生命、智能随机优化过程、机器学习，再到近几年生成式人工智能的大幅增长。科技日新月异且具有颠覆性，大语言模型可以更精确地筛选网络信息，无须调研即可从社交媒体数据中分析出公众对社会事件的看法，香港正是运用这种方式来调研公众对交通设施的意见。生成式人工智能在城市规划领域还可用于城市设计渲染，以往需要一周时间的工作，现在电脑可迅速完成，甚至能生成具有真实观感的三维结构图。
使用人工智能进行城市设计具有显著优势。在过去，例如1969年，伊恩·麦克哈格（Ian McHarg）在其著作《设计结合自然》（Design With Nature）中，需要通过手工绘制和叠加大量图层来进行分析。由于当时数据有限，整个过程需要耗时一年。如今，借助GIS技术、丰富的数据和先进的工具，相关工作可以一键完成。IMGRID开源图像处理库的开发者曾表示，如今城市规划设计变得更加便捷，因为数据现成可用。在 20 世纪 90 年代，城市规划设计便已开启数据信息化处理的进程，只不过当时技术手段相对有限。如今，随着科技的飞速发展，数据信息化处理非但没有被摒弃，反而在城市规划中扮演着越发关键的角色。大量来自物联网、社交媒体、传感器等多源的数据，通过先进的信息化技术进行收集、分析与整合，极大地提升了城市规划的速度与效率。然而，也有人担心这种规划可能缺乏人情味和温度。
从大数据的视角来看，时空大数据并非新概念，源于20世纪60年代斯滕·哈格斯特朗（Torsten Hägerstrand）提出的时间地理学。如今，手机信令数据可实时跟踪，清洗掉个人隐私后，能识别移动电话用户的住所和工作场所等。但也不能完全依赖大数据，需将大数据与调查小数据叠加。数字孪生城市可以实现实时控制，这更多针对城市治理而非城市规划。
谈到智慧科技与未来城市发展，路易斯·沃斯（Louis Wirth）在1938年曾说：“城镇化是一种生活方式。”当时美国城镇化率为50%，正处于从农业到城镇化的阶段。如今，智慧城市已然成为一种新的生活方式（5年前我曾质疑过，现在已非常肯定）。曼纽尔·卡斯特尔（Manuel Castells Oliván）在1989年提出信息城市理论，1996年提出网络城市理论，现在智慧城市理论应运而生。关于城市规划与城市发展，1957年的经典教科书《城市土地利用规划》（Urban Land Use Planning）提到人的活动如何影响空间、空间如何影响规划、规划如何影响城市发展，但未提及人的活动受社会经济发展影响，也会影响空间需求。实际上，空间需求不仅受社会经济发展的影响，还受到交通、信息科技、价值观体系等多方面因素的综合影响。在空间规划领域，不同的空间规划理论和价值观至关重要，人为干预不可忽视。这种干预不仅受科技因素影响，还受我们对科技影响本身的影响。从产业1.0到产业4.0，从出行方式1.0到出行方式4.0，新的循环已经形成。将不同出行方式整合到同一个平台，是当前和未来的发展趋势。时空被大大压缩，如从北京出发乘坐高铁到上海仅需2.5小时，一小时通勤圈的可达范围半径更大，这得益于高速铁路带来的时空压缩效应。过去，城市形态依赖于城市功能，而在智慧城市前提下，新的购物、工作需求和模式下，对购物、工作空间的需求可能会缩小。以前的通勤模式是“停车换乘”，现在变成了“叫车换乘”。未来的城市形态或许会像电脑网络一般，在无人驾驶时代到来时，道路可能需要“瘦身”，以让位于更多绿化。
智慧科技对城市发展的影响主要体现在以下几个方面：出行和生活更加方便、安全；环境更加可持续；政府治理更加高效；共享经济和旅游业得到进一步发展。然而，智慧科技也可能带来一些问题，如社会分化加剧、收入不平等加剧以及就业问题增多。在城市规划领域里，解决一个问题往往会引发新的问题。
智慧科技和人工智能使城市更加有效率和可持续，是极具价值的工具。换言之，我们应当理解（understand）人工智能，但不能完全依赖它；我们仍需要运用人类智慧去解读（interpret）人工智能，以免沦为人工智能的奴隶。
参考文献
[1] World Data and Statistics, “Urban And Rural Population By Country 2025” [R/OL], last modified in 2 February 2025, https://worldostats.com/urban-rural-population-by-country-2025.
本文来源： 城市观察杂志。本文原载自《城市观察》2025年第1期。
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