【作者簡介】
龍 瀛 (1980-)，男，清華大學建築學院，清華大學恒隆房地産研究中心，特別研究員，博士生導師。中國城市規劃學會城市規劃新技術應用學術委員會副主任委員。
張恩嘉 (1994-)，女，清華大學建築學院博士研究生。
1 引言
第四次工業革命背景下，全世界各領域都關注著新興技術的影響。在理論方面，“數字城市(Digital City)”、“智慧城市(Smart City)”、“數字孿生(Digital Twin)”等概念不斷湧現。利用物聯網、雲計算等新一代信息技術改變政府、企業和人們相互交往的方式，對各種需求做出快速、智能的響應，以提升資源運用的效率，優化城市管理和服務，改善市民生活質量[1]的較爲統一的智慧城市理念逐漸形成。反映物理空間特征且與物理空間實時互動的數字孿生系統也不斷得到各界的重視[2]。在實踐方面，德國“工業4.0”、美國“工業互聯網”、“中國制造2025”、 新加坡“智慧國家2025”、韓國“U-City計劃”等口號推動著各國智能制造的發展。隨著技術的不斷發展和深入應用，新興技術對城市和社會的影響也得到重視。日本“社會5.0”強調人與提升生活品質的機器人和人工智能(AI)共生，爲用戶複雜多樣的細分需求提供定制服務。習近平在十九大報告中提出的“智慧社會”強調人們生産生活方式智能化的變革將深入社會各個領域。這些理念都體現了以人爲本視角的智慧社會活動是智慧城市的主要特征。
從城市規劃與設計視角，新興技術對城市生活和城市空間都産生著深遠影響。例如電梯的出現使高層建築成爲了可能，延展了人們的居住垂直空間；汽車的普及使路網成爲城市的骨架，拓展了人們的出行範圍。第四次工業革命作用下，無人駕駛、智能物流、無人機、虛擬實境等顛覆性技術，共享經濟、個性化定制等理念對人們的生産生活方式産生著巨大影響，城市功能組織及形態也將産生新的變革。傳統城市空間如居住空間、辦公空間、商業空間、公共空間面臨著轉型，與此同時，新的空間組織形式也在逐漸形成。如何認識新興技術對城市生活和城市空間的影響，如何將其應用于城市規劃與設計中，是智慧城市所面臨的重大難題之一。
因此，新時代下的城市規劃與設計也面臨轉型。一方面，數據在城市規劃與設計中的應用不斷增強，國外循證城市設計(EBD，Evidence Based Design)、數據驅動設計(3D，Data Driven Design)等概念被應用到城市研究與設計中，國內數據增強設計(DAD，Data Augmented Design)[3]、全數字化城市設計(All-digital Urban Design)[4]概念及其應用也在不斷拓展。另一方面，城市規劃與設計工作者應關注城市空間在新興技術下的變化，結合新興技術的應用，通過空間資源的重新合理配置，實現可持續的未來人居環境建設。
2 數據增強設計與智慧規劃
2.1 數據增強設計概念、流程及特點
數據增強設計是由龍瀛和沈堯于2015年提出的面向未來的基于數據驅動的城市規劃與設計方法論。它以定量城市分析爲驅動，通過數據分析、建模、預測等手段，爲規劃設計的全過程提供調研、分析、方案設計、評價、追蹤等支持工具，以數據實證提高設計的科學性，並激發規劃設計人員的創造力[3]。數據增強設計的核心體現在兩個層面：其一，充分獲取和分析城市物質空間和社會空間的數據，以支持對當下城市的全面認知；其二，充分認識數據背後的城市生活，厘清城市空間組織、運行方式及人們生活方式發生的變化，關注新興技術對城市生活與城市空間的影響。數據增強設計相比于定量城市研究而言，更強調面向未來的規劃設計幹預，因此不局限于對城市生活和城市空間的刻畫，還強調數據在城市規劃設計及評估方面的重要作用。
2.2 數據增強設計的三種應用形式
數據增強設計在城市規劃與設計中的應用主要體現在存量型規劃、增量型規劃及創造型規劃三方面(圖1)。針對存量型城市規劃，數據增強設計通過利用多種方法，從多重角度對建成環境及人群行爲的新數據進行分析，識別多尺度、多類型的城市空間與人群活動，從而發現場地問題、挖掘場地特征，最後通過植入傳感器采集市民大數據，搭建公衆參與平台，實現規劃設計的實時監督。針對增量型城市規劃，數據增強設計通過選擇案例城市、量化城市空間要素、識別優秀基因、歸納空間模式、最後應用于場地設計，從而實現場地的案例借鑒。針對創造型城市規劃，數據增強設計通過擁抱先進前沿技術，注重智能化基礎設施的應用，關注空間組織形式的變化，從而創造出符合未來技術趨勢的居住、工作、交通及遊憩空間。
圖1 | 數據增強設計的三種應用形式
2.3 數據增強設計框架下的智慧規劃
數據增強設計框架下的智慧規劃在充分獲取建成環境及人群行爲活動數據的基礎上，通過多類型數據驅動模型及方法的應用，實現規劃對象即城市空間要素的智能化、規劃流程的科學化及規劃成果的多元化(圖2)。從城市空間要素角度，城市空間內將布置更多的傳感設備、交互設施等，通過智能管理系統的運營，實現數字孿生系統的構建，物理實體和虛擬模型之間的數據和信息得以交互。從規劃流程角度，智慧規劃充分結合數據增強設計的流程，實現數據對城市現狀的深入刻畫的同時，構建城市案例借鑒基因庫，輔助規劃設計方案的形成，並通過參與性的決策，完成規劃設計的成果。規劃實施後通過實時數據的采集和分析，結合相關規範及標准，實現對規劃設計的實時評估。從規劃成果角度，智慧規劃將充分擁抱現有的技術手段，實現規劃成果的數字化和動態化表達，並結合虛擬現實(VR，Virtual Reality)、增強現實(AR，Augmented Reality)等技術手段，實現規劃成果的混合實境表達，提高公衆參與的便捷度。智慧規劃不是簡單的規劃信息化、標准化和規範化，除了數據基礎設施的完善，還有方法論上的探索，更核心的是認識論上的轉變。
圖2 | 數據增強設計框架下的智慧規劃流程
數據增強設計框架下的智慧規劃有3個核心性工作：完善數據來源，強化城市感知；認知城市生活與空間的特征及變化；推動基于新數據與新方法的規劃設計響應。本文將圍繞智慧規劃的3個核心工作展開，結合筆者的研究基礎和對城市空間與日常生活的觀察，提出涉及數據、研究及設計相關的5點未來研究展望，以期爲廣大規劃設計學界和業界人員抛磚引玉
3 增加信息通訊基礎設施的研究與建設，強化城市感知系統的構建
3.1 注重對城市系統的感知
隨著城市的快速發展，對城市系統的實時感知成爲智慧城市的重要關注內容。5G時代的到來更是爲萬物互聯、數字孿生等提供了信息傳輸與運算基礎。只有認識真實的城市生活和城市空間特征，才能發掘城市真實的需求，從而有針對性地開展規劃設計工作，實現提高人們生活質量的目標。由大數據及開放數據共同構成的新數據環境爲城市認知提供了新的數據源。然而，各類新數據之間的融合性較少，數據的有偏性問題逐漸凸顯，數據精度在支持設計方面還存在差距[5]。傳統的統計數據等實效性較弱，無法真實刻畫城市的實時動態。信息通訊技術(ICT，Information and Communication Technologies)設施作爲智慧城市的基礎(3個層次：感知層、網絡層和應用層)具有數據收集的重要作用，是實現動態控制和智慧服務的前提。因此，致力于支持環境和人群行爲活動監測的ICT基礎設施亟需被列爲城市規劃設計的專項規劃，進而成爲規劃設計學科參與智慧城市建設的抓手，最終強化對城市系統的感知，成爲智慧規劃的基礎。
3.2 完善城市ICT基礎設施建設的框架及流程
完善城市ICT基礎設施的建設即完善城市信息物理系統(CPS，Cyber-Physical Systems)的底層構建。城市信息物理系統作爲一個綜合計算、網絡和物理環境的多維複雜系統，通過3C(Computer、Communication、Control)技術的有機融合與深度協作，實現大型工程系統的實時感知、動態控制和信息服務[6]。城市信息物理系統是數據孿生系統構建和實現的手段。在其基礎上，根據規劃設計幹預程度可將ICT設施監測對象劃分爲三大類(圖3)：生態環境(自然環境)弱幹預、人類行爲(個體及群體行爲)中幹預、建成環境(人工環境)強幹預。對于生態環境而言，ICT設施主要監測地表環境要素如水、陽光、大氣、土壤、生物、岩石等，實現實時數據反饋和異常監測與預警，是環境監測的智慧化。對于人類行爲而言，ICT設施監測交通軌迹與出行，強調基于空間的流量監測和基于人的軌迹刻畫，監測人群行爲活動如工作、居住、休閑、出行等活動類型及活動的分布，此外還監測城市的空間活力，強調基于空間的流量和基于人群的互動和心情。對于建成環境而言，ICT設施主要監測地表建成環境，如建築物與構築物(點)、交通設施(線)及綠地及開放空間(面)三類要素，主要監測濕熱環境、空間品質、聲環境及光環境等；此外，ICT設施在現有支撐系統(即城市市政設施)的基礎上，結合給水、排水、供電、通信等工程，實現實時數據的反饋和異常監測與預警。
圖3 | ICT基礎設施建設框架 | 資料來源：參考王鵬關于智慧城市與新基礎設施的講座內容
4 認識新時代下人的需求與行爲轉變，推動環境行爲學的深入研究
4.1 認識新時代下人的感知、需求及行爲的變化
基于互聯網線上平台提供的各類實時、便捷資訊，例如交通實況、購物消費、旅遊景點等信息，新時代下人的感知、需求及行爲發生著巨大變化。人們開始習慣並依賴于經由平台演算過的信息，降低了生活中的隨機效應。與此同時，人們更加追求個性化、定制化的服務，對按需使用的即時服務需求不斷提升[7]。此外，人們對必需品的追求逐漸降低，對耐用品甚至高品質商品、體驗式服務的關注度不斷提升。隨著共享經濟的不斷發展，“使用但不擁有”的理念也逐漸深入人心，共享行爲也逐漸成爲新時代城市生活的重要標志。這些需求及行爲的變化將影響人們觀察城市、認知城市的視角，改變城市運行的方法和規則，甚至會改變城市空間形態及功能組織。因此，認識新時代下人的感知、需求及行爲的變化是智慧規劃的前提。
4.2 借助新技術和新方法展開深入的環境行爲研究
隨著信息通訊技術與傳感器技術的深入發展，多樣的新城市數據爲開展深入的環境行爲研究提供了新的數據源和新機遇[8]。一方面，新數據環境爲認識人群活動特征提供了新的方法和視角，兼具大規模分析和精細化尺度的分析可能。另一方面，基于實驗的新工具的應用有利于研究人們感知、需求及行爲的變化[9]。因此，規劃設計者應重視新時代下的環境行爲學研究，觀察人們居住、工作、交通、遊憩的習慣變化。目前新數據支持環境行爲研究有兩方面的數據來源：一是基于空間的數據采集，通過在人群活動的空間進行傳感器和定位設施的布置，采集活動于該空間內人的數據，如紅外線測距儀、WI-FI探針、監控視頻、GPS定位單車、超聲波傳感器等；二是基于實驗的數據采集，通過給實驗者穿戴內置傳感器的設施進行實驗者行爲觀察及記錄，如眼動儀、智能手表、耳戴式設備、智能手環、智能鞋、穿戴式相機等(圖4)。研究及設計者可以通過對這兩類數據源的挖掘，對人行爲與空間環境互動的關系進行更深入的刻畫，從而探索新時代下人的空間使用需求和行爲特征變化。
圖4 | 環境行爲研究兩類新數據源
5 研究新興技術對城市空間的影響，探索城市空間的未來轉型方式
5.1 關注城市空間的轉型方式
隨著人們生活方式的轉變，城市空間也將産生相應的變革(圖5)。傳統的城市空間正在轉型，居住空間更加多元化、共享化，辦公空間更加生活化、共享化，商業空間更加體驗化、連鎖化、場景化、自助化和娛樂化，公共空間更加小型化、私密化、自然化、互動化。相對應的，新的城市空間形式逐漸形成，隨著通信技術的發展和外賣等行業的出現，城市功能組織逐漸碎片化、分布化和混合化，無人駕駛的發展也將帶來交通空間的重新組織。這些新的變化趨勢已經初步顯現，規劃設計人員只有關注城市空間的轉型，才能做出符合未來技術發展趨勢的規劃設計方案。
圖5 | 城市空間的轉型趨勢
5.2 研究城市空間轉型的三大內容
對城市空間的轉型研究主要關注三大內容：城市邊界及形態、土地利用與功能、城市空間要素。宏觀層面，關注新興技術對城市邊界、城市群發展、城市中心體系結構等産生的影響，城市間更加聚集還是更加分布、城市多中心如何發展和組織、城市空間形態是否隨之改變等問題都值得探討。中觀層面，城市功能不斷細分，城市功能組織更加混合，傳統的相似業態聚集效應發生改變，綜合式、混合式、集中式的業態組織形式逐漸形成。城市土地利用調整策略、城市功能的細分類別、城市功能的組合方式等研究將拓展規劃設計的思路和視角。微觀層面，城市空間要素如建築、公共空間、道路設施等地表場所要素及各類基礎設施和公共服務設施也將因爲需求的轉變而更加智能化，結合新興技術的空間要素組織和各類設施布置也是規劃設計者應當關注的內容。
6 推動數據增強設計在傳統規劃設計中的應用，開拓更新視角的規劃與設計方法
6.1 完善數據增強設計在傳統規劃設計中的應用方式
新數據環境的形成爲傳統規劃設計提供了新的分析和研究支撐。利用新興多元數據結合數字化設計手段的規劃設計方法也逐漸形成。新數據新方法應用于城市總體規劃、城市交通與道路系統規劃、生態與環境規劃、城市設計、遺産保護與城市複興、住區規劃等相關研究成爲當前的學術研究及實踐動向[10-13]。但目前的研究應用主要集中于現狀調查和分析，而面向未來的新城市模型的開發與驗證、規劃實施評估等方面的研究及實踐較少。因此，近期應完善數據增強設計在傳統規劃設計中的應用方式，拓展其在規劃設計整體流程中的應用範圍，與傳統規劃設計流程相結合，形成較爲規範的方法和流程。
6.2 推動數字孿生模型的研究與應用
隨著信息時代的到來，城市信息物理系統使數字孿生成爲可能，5G的發展更是加速數字孿生的實現。數字孿生在結合實時數據與數字模型的基礎上，使管理人員在實體系統運行的同時能在數字系統中提前預演、控制、管理及驗證，從而實現動態化的調整與管理[14]。數字孿生模型在傳統城市模型的基礎上實現了動態化、實時性地預測和實施反饋，有利于提高城市的管理效率。因此推動數字孿生模型的研究與應用，增強實體城市與數字系統的耦合，實現數字化的規劃實施及管理是應對未來城市的規劃設計管理的途徑。
6.3 重視線上線下活動與城市實體空間的研究與設計響應
移動互聯網時代下，信息流動空間成爲時代標志，社會文化與城市生活逐漸形成線上與線下的二元分化[15]。因此線上活動與線下活動的關聯，線上活動與實體空間的關系等都將是未來城市需要納入考慮的內容。針對城市空間的評價方式也將産生轉變，與線上活動匹配的城市空間規劃與設計響應也將産生轉變。人們對線上活動的關注往往會使其忽略對實體空間的感知，因此，可以通過納入線上活動的空間載體，改進實體空間的設計，從而提高城市的空間活力。
7 關注人本尺度的城市空間研究與設計，注重更以人爲本的公共空間建設
7.1 加強人本尺度城市形態測度
當前國家政策對城市規劃設計與管理工作的重視度不斷提高，“多規合一”的國家空間規劃體系初步建立。然而，目前中國城市規劃設計仍然存在精細度不足的問題。因此人本尺度的城市研究與設計呼應國家新型城鎮化呼籲的以人爲本的城鎮化。新數據環境和新技術方法爲測度過去難以測度的精細要素從而更深入認知人本尺度城市形態提供了可能。人本尺度城市形態要素如街道界面、建築立面、公園和綠化等的位置、尺寸、功能、密度、多樣性和品質等內容都有待進一步測度和研究[16]。這些定量研究既可以驗證傳統城市設計理論的適用性，又可挖掘更多的城市形態規律及特征，進一步拓展傳統城市設計理論。
7.2 深入城市形態效應評估
當前通過量化分析技術認識城市的研究相對較多，但很少有研究聚焦于城市規劃與設計效應評估。怎樣的城市才是一個好的城市？城市運行最適宜的開發強度、功能組織、城市形態是怎樣的？不同地區是否有不同的最優解？這一系列問題都有待解答。城市規劃與設計的效應評估體現在經濟、社會和生態等不同維度。傳統的城市效應評估與城市空間與形態較爲分離，評估結果不能直接應用于規劃設計導則中。大數據與開放數據爲大規模精細化的研究提供了基礎，使城市形態指標與其效應指標得以對應，對于二者關系的識別將更加完善城市理論或發展新的城市設計與發展理論，爲更精細化的城市設計導則提供研究實證。
7.3 提高以人爲本的公共空間模擬與優化
城市公共空間作爲城市的客廳應該更加強調以人爲本的設計與建設。一方面，城市研究者應充分擁抱不斷湧現的新興技術，加強ICT基礎設施對人和環境的感知，從而更好地了解人群的真實需求，並提高空間模擬的時空粒度，實施更精准的規劃設計與管理。另一方面，規劃設計人員應利用混合實境等技術，發揮共享設施的優勢，滿足當下人們休閑娛樂方式的新需求和新愛好。此外，城市研究與設計人員應關注公共空間內人們線上活動與線下活動的特征，結合線上活動的新形式，匹配相應的實體空間設施建設，增強線上活動與實體空間的聯系，提高公共空間的活力。未來的人類會有更多時間沉浸在線上空間和VR環境中。筆者調查了500個人，人日均手機屏幕時間6.5h，體現出現實虛擬化，虛擬現實化的趨勢。某在線視頻平台顯示，線下的一個視頻平均得到了線上的6750次浏覽、點贊、轉發和評論。從時間占有角度，手機屏幕對建成環境領域具有極大殺傷力，是不是也削弱了建成環境在改善生活質量方面的貢獻？所以對于數字空間的設計也應該是城市設計應該考慮的一部分。
8 總結與討論
第四次工業革命背景下，新興技術對城市生活和城市空間都産生著深遠的影響。5G時代的到來更是加速了萬物互聯和數字孿生，推動我國智慧城市的建設。城市規劃因其面向未來的特征也應積極轉型，實現智慧規劃的目的。本文在數據增強設計框架下提出智慧規劃的三大特征即規劃對象的智能化、規劃流程的科學化、規劃成果的多元化。結合智慧規劃的流程，筆者從3個方面提出面向未來的智慧規劃所需要關注的內容：(1)數據來源方面，應增加ICT基礎設施的研究與建設，強化城市感知系統的構建；(2)城市生活與空間認知方面，應認識新時代下人的需求與行爲轉變，推動環境行爲學的深入研究，研究新興技術對城市空間的影響，探索城市空間的未來轉型方式；(3)規劃設計響應方面，應推動數據增強設計在傳統規劃中的應用，開拓更新視角的規劃與設計方法，關注人本尺度的城市研究與設計，注重更以人爲本的公共空間建設。
當前城市規劃研究與實踐領域還有較大的拓展空間。關注新興技術對城市生活和城市空間的影響，擁抱新數據與新方法，完善改進規劃設計流程，是規劃界在新時代下應有的專業敏感性和近未來研究和實踐的努力方向。只有更智慧的城市規劃才能營造出更智慧的城市空間，從而創造更智慧的未來生活！
參考文獻
1 巫細波，楊再高.智慧城市理念與未來城市發展[J].城市發展研究，2010，17(11):56-60，40.
WU Xibo，YANG Zaigao. The Concept of Smart City and Future City Development[J]. Urban Studies，2010，17(11):56-60，40.
2 BATTY M. Digital twins[J]. Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science，2018，45(5): 817-820.
3 龍瀛，沈堯. 數據增強設計——新數據環境下的規劃設計回應與改變[J]. 上海城市規劃，2015(2):81-87.
LONG Ying，SHEN Yao. Data Augmented Design: Urban Planning and Design in the New Data Environment[J]. Shanghai Urban Planning Review，2015(2):81-87.
4 楊俊宴. 全數字化城市設計的理論範式探索[J]. 國際城市規劃，2018，33(1):7-21.
YANG Junyan. Exploration on Theoretical Paradigm of All-digital Urban Design[J]. Urban Planning International，2018，33(1):7-21.
5 本刊編輯部.“大數據熱背後的冷思考”學術筆談會[J]. 城市規劃學刊，2015(3):1-8.
Editorial Department of Urban Planning Forum. “Cold Thinking Behind the Big Data Boom” Academic Writing Seminar[J]. Urban Planning Forum，2015 (3): 1-8.
6 中國電子技術標准化研究院. 信息物理系統白皮書(2017)[Z]. 2017.
China Institute of Electronic Technology Standardization. White Paper on Information Physics Systems (2017) [Z]. 2017.
7 龍瀛. (新)城市科學:利用新數據、新方法和新技術研究“新”城市[J]. 景觀設計學，2019，7(2):8-21.
LONG Ying. (New) Urban Science: Studying ‘New’ Cities with New Data，Methods，and Technologies[J]. Landscape Architecture Frontiers，2019，7(2)，8-21.
8 葉宇. 新城市科學背景下的城市設計新可能[J]. 西部人居環境學刊，2019，34(1): 13-21.
YE Yu. The New Potentials of Urban Design in the Context of New Urban Science[J]. Journal of Human Settlements in West China，2019，34(1): 13-21.
9 張昭希，龍瀛. 穿戴式相機在研究個體行爲與建成環境關系中的應用[J]. 景觀設計學，2019，7(2):22-37.
ZHANG Zhaoxi，LONG Ying. Application of Wearable Cameras in Studying Individual Behaviors in Built Environments[J]. Landscape Architecture Frontiers，2019，7(2)，22-37.
10 張小平，闫鳳英.新數據環境下天津宜居城市規劃總體框架研究[J].城市與區域規劃研究，2018，10(3):104-120.
ZHANG Xiaoping，YAN Fengying. Study on the General Framework of Livable City Planning in Tianjin under the New Data Environment[J]. Journal of Urban Regional Planning，2018，10(3):104-120.
11 王建國.基于人機互動的數字化城市設計——城市設計第四代範型刍議[J].國際城市規劃，2018，33(1):1-6.
WANG Jianguo. Digital Urban Design Based on Human-Computer Interaction: Discussion on the Fourth Generation of Urban Design[J]. Urban Planning International，2018，33(1):1-6.
12 王德，顧家煥，晏龍旭.上海都市區邊界劃分——基于手機信令數據的探索[J].地理學報，2018，73(10):1896-1909.
WANG De，GU Jiahuan，YAN Longxu. Delimiting the Shanghai Metropolitan Area Using Mobile Phone Data[J]. Acta Geographica Sinica，2018，73(10):1896-1909.
13 秦蕭，甄峰. 論多源大數據與城市總體規劃編制問題[J]. 城市與區域規劃究，2017，9(4):136-155.
QIN Xiao，ZHEN Feng. On Multi-Source Big Data and Compilation of Urban Master Planning[J]. Journal of Urban Regional Planning，2017，9(4):136-155.
14 周瑜，劉春成. 雄安新區建設數字孿生城市的邏輯與創新[J]. 城市發展研究，2018，25(10):60-67.
ZHOU Yu，LIU Chuncheng. The Logic and Innovation of Building Digital Twin City in Xiong’an New Area[J]. Urban Development Studies，2018，25(10):60-67.
15 曼紐爾·卡斯特. 網絡社會的崛起[M]. 夏鑄九，等，譯. 北京:社會科學文獻出版社，2006.
MANNUEL C. The Rise of the Network Society[M]. XIA Zhujiu，et al，trans. Beijing: Social Science Literature Press，2006.
16 龍瀛，葉宇. 人本尺度城市形態:測度、效應評估及規劃設計響應[J]. 南方建築，2016(5):41-47.
LONG Ying，YE Yu. Human-Scale Urban Form: Measurements，Performances，and Urban Planning & Design Interventions[J]. South Architecture，2016 (5):41-47.
歡迎朋友圈轉發，未經授權，嚴禁平台轉載。