复杂系统视角下的城市更新思考

1 对城市作为“复杂系统”的认知

城市是个“复杂系统”，对这个系统进行更新更是个复杂工程，因此思考城市更新的复杂性是非常有必要的。这种思考的前提是要对作为“复杂系统”的城市有清晰的认知。

从“复杂系统”角度认知城市的方式始于20世纪60年代。早期现代主义的简单化城市规划模式在实践中以失败告终，这使以简·雅各布斯为代表的“城市主义者”意识到从机制角度分析一个理想的城市是如何运作的是十分有必要的。为了回答这个问题，雅各布斯以自下而上的视角和务实主义的态度，以体验式观察为基础，以日常化生活为原理的方法论，倡导城市的集中化、密度化、混杂化、多样化和日常化，反对城市重建中的简单化、标准化、隔离化、非日常化和去历史化等做法。这一观点的理论基础就是城市是个“复杂系统”。雅各布斯在《美国大城市的死与生》一书的结论部分，提出用“复杂系统”理解和解决城市问题的观点。 [1] 她从沃伦·韦弗关于科学思想发展三个过程的描述中受到极大的启发。韦弗认为近代科学发展有三个代际：处理简单性问题、处理无序复杂性问题、处理有序复杂性问题。这三个代际的发展也反映了人类理性化思维在近300年来的指数化迭代过程。

17世纪至19世纪，物理学的范式是用“处理简单性问题”的方法分析两个互相关联的变数问题，即通过分析一种变数与第二种变数的依赖关系，排除其他不重要因素的影响，从而准确地描述第一种变数的行为。这两个互相关联的变数在结构本质上是简单的，因为只有通过这种简单特性的理论和试验，物理科学才可以取得更广泛的进步，并为光学、声学、热学和电学理论奠定了基础。然而，这些理论又给人们带来了电话、收音机、汽车、飞机、留声机、涡轮机、内燃机和现代水力发电站等一系列近代物质文明中的日常生活基础。

20世纪初，物理学的第二种分析范式是“处理无序复杂性问题”，即用概率理论和统计学方法，使变数从两个发展到无限多个。其理论预设：虽然每个变量都处在不可预知的杂乱状态，但整个系统拥有一种有序的、可以分析的平均特性，无序的复杂性中包括普遍的运动规律。

20世纪30年代，生命科学发展出“处理有序复杂性问题”的分析范式。人们认识到生命科学是一种有序复杂性问题，研究其变量和相互关系，既难以用概率统计来充分把握，又不能将其充分简化为简单公式，这就需要第三次科学的飞跃。通过生命科学的发展看其他有序复杂性问题，此类问题是可以分析的，而不是非理性和不可预测的。这就需要用一种更明智的态度看待世界。

从学历和职业上看，雅各布斯并不是专业的城市研究者，她能跨专业地从其他领域的研究中汲取营养。韦弗的思想于1948年他在 《美国科学家》（ American Scientist ）上发表《科学与复杂性》（ Science and Complexity ）一文后成型。雅各布斯对这一思想关注的时间是1958年，当时韦弗刚从洛克菲勒基金会自然和医学委员会副主席的位置上退休，雅各布斯非常及时地把这一思想运用到将城市作为一个复杂系统的认知中，足见其思维的敏锐性。而那时的城市发展范式才处于“处理简单性问题”的第一阶段，雅各布斯的“论敌”——罗伯特·摩斯正在用高速公路和开放绿地简单地切割像曼哈顿这样的复杂城市生态系统。

有趣的是，除了以勒·柯布西耶光辉城市为范式的摩斯外，在《美国大城市的死与生》中出现了另外一个“论敌”——刘易斯·芒福德，他倡导的是区域平衡理论，即在承认城市内部各要素间的文化多样性和集聚效应的基础上，更强调城市和区域环境之间的系统性关联与相互作用，强调人对自然的需求。芒福德这种将城市变量多样化的方法可以归类为第二种“处理无序复杂性问题”的范式，即用更多的变量使整个系统在概率统计上获取稳定。

雅各布斯没有像芒福德那样把城市外爆到更大的文化和区域中，而是通过格林尼治村内一个小街区的内爆，看到了城市作为复杂系统的有序性机制。

2 构筑“复杂系统”的一些基本概念

作为一个跨学科的科学家和思想家，韦弗在20世纪40年代末提出了机器翻译的概念和思想，因此他也是今天人工智能的先驱者之一。韦弗提出的近代科学思维的三次飞跃，在指数化发展的今天，已经进化到更高的维度。需要重视的是，他提出的第三次飞跃是指数发展曲线的转折点，回到这个坐标点的一些基本概念，是在这个关键点之后认知一切发展变化规律的前提。

雅各布斯几乎是在城市学领域意识到“复杂 系统”精髓的第一人。这一精髓并不神秘，可以用几个基本概念来表述。这方面的主要成就是由1984年成立的圣塔菲研究所的科学家们完成的，这个机构是研究“复杂系统”的“大本营”。雅各布斯在《美国大城市的死与生》及其他的一些关于城市学与经济学的写作中，并未涉及关于“复杂系统”的诸多术语，但其基本内容就是关于“复杂系统”的适应性、自组织和涌现。

圣塔菲研究所的学者梅拉妮·米歇尔在《复杂》一书中对“复杂系统”做了简单定义，即复杂系统是由大量组分组成的网络，不存在中央控制，通过简单运作规则产生出复杂的集体行为和复杂的信息处理，并通过学习和进化产生适应性。如果系统有组织的行为不存在内部和外部的控制者或领导者，则称之为自组织。由于简单规则以难以预测的方式产生复杂行为，这种系统的宏观行为有时也被称为涌现。这样就有了复杂系统的另一个定义：具有涌现和自组织行为的系统。 [2]

将上述定义中的“复杂系统”置换为“城市”，就可以得到一个更好的认知城市的视角。城市更新是这个“复杂系统”自我迭代的过程，可以将适应性、自组织和涌现三个基本特征的活力指数作为评价城市更新的标准。

作为一种“复杂系统”，城市的有序复杂性在于它不是单个静态因子的简单聚合，而是基于动态的交互网络，各因子需要在动态的沟通中达成协议。 遗传算法之父约翰·霍兰提出“复杂适应系统”的概念，指出“复杂适应系统”是由大量主体组成的系统： 系统是可以通过规则来描述的，主体之间通过不断变换规则相互影响，相互学习，以适应环境。 [3]

对于城市更新这个“复杂系统”而言，问题之所以变得很复杂，是因为“主体”这个简单的概念被模糊了。城市更新的发起者和收获者往往被认为是一个“想象共同体”，事实上它的参与方既不是一个目标统一的共同主体，其受众也不是一个收益平等的共同主体；相反，不同主体之间存在矛盾和冲突。从整体上看，城市更新是势在必行的系统进化，系统的积极进化不是能量的消极耗散，而是实现更理想化的提升与平衡。因此，主体之间的相互适应非常重要，而承担促使这种适应性发生的任务则往往会落到建筑师的肩上，因为建筑师作为业主实现投资和发展目标的专业顾问，能够建构不同主体之间的学习机制。在人类已经被人工智能学习方式震惊的时代，我们已经意识到通过学习提升适应能力的重要性。

自组织复杂系统中的秩序自发出现。 每一个建筑师都会在项目中植入主观秩序，但这些秩序在客观的运维中往往只存在于表面的形式上，作用力非常小，没有实效，甚至还会形成反作用力。 当这种现象成为人们的普遍共识后，设计体系又形成了一种风气，即建筑师成了一种“弱作用力”，而策划方、运维方则成了“主角”，以期系统有更好的运行状态。 然而，这只增加了复杂系统的主体元素数量，而没有介入实质性的主要元素——城市和建筑的使用者，其中使用者的自组织行为会改变系统的面貌。 暂不说像曼哈顿这样棋盘化布局的城市并不比一般的街区式布局的城市更加复杂，像深圳市“城中村”划分每个宅基地的布局方式都是极其枯燥的，但在产业经济中，它们异常令人惊艳，完全符合自组织的定义，即不存在外部指令，系统只按照某种规则各尽其责地自动协调，以形成有序结构。 这种有序不是古典意义上的秩序，而是其具有充沛的活力——一个自组织能力强的系统，在保持和产生新功能方面有更强的能力。

显然，城市的魅力在于其拥有自组织的能力，而不是建筑师使用传统的“他组织”思路——一个系统靠外部指令而形成的组织。建筑师除了接受投资者、法规的指令外，还时不时地接受来自其灵魂深处的建筑自主性指令。这些指令是外在的，很难激发建筑或城市的自组织能力。这种说法貌似对建筑师构成了失业的威胁，然而好在建筑设计这个行业还保留着，否则基本的“复杂系统”都不会存在了，更无从评价其好坏。建筑师唯一要了解的是自组织理论的三个基本概念：耗散结构理论、协同论和灾变论。

城市是建立在与环境发生物质、能量交换关系基础上的“耗散结构”。系统各个区域的物质和能量分布是极不平衡的，要使这个结构有活力，就要远离平衡状态，保持系统的开放性，促使系统内不同要素之间存在非线性的关联性。城市更新是城市与时代进行物质、能量和时间交换的耗散结构机制。

复杂系统自组织从无序到有序结构的内在动力机制在于“协同”。自组织是系统内部元素之间竞争和协同作用的结果，是不断地从无序到有序，再从有序到无序的两种相反运动的动力机制。城市本质上是一个有序的结果，但这个结果永远处于无序的过程，因此城市更新是一种通过协同形成有序的过程。

当复杂系统处于一种特殊敏感状态——“临界态”时，微小的局部变化都可能被放大为推翻整个系统的力量，这就是“灾变”。近年来，学者何帆开启了他为期30年的研究计划，每年用一本题为《变量》的报告记录当年发生的微小事件。这些微小变化正成为一种小趋势，即使可能只发生在1%的人口当中，也有可能孕育出下一个时代潮流。所以，“复杂系统”最美妙的地方是在“临界态”抓住一个微妙的机会，让系统产生不可预估的质变。城市更新就是这样的机会，而对机遇的把握则非常依赖于操作者对一些微小事件的敏感度。

当谈及“复杂系统”时，我们期待这个系统能够出现一种现象——“涌现”。 许多小的个体在相互作用后会产生一个令人期待的“大整体”——具有个体所不具备的特征。 城市是由个体建筑构成的，以中国古代的房屋建制为例，单体建筑类型少而单调，但它们的组合构成了千姿百态的城市，这是“涌现”现象的最好案例。

随着建筑设计和计算科学的关系越来越紧 密，计算技术使用的界面越来越趋向自然语言化，与复杂系统相关的计算技术也在建筑学操作中起到更大的作用。翻开任何一本关于“复杂系统”的书，绝大部分内容都是各种数学模型，让人望而却步。然而，这些表面上的障碍都是应用层面上的问题，“复杂系统”的真正意义是由此引发的一种看待城市的视角，它将直接影响一个建筑师的建筑观。在这个意义上，掌握适应性、自组织和涌现这三个基本概念，可以用“复杂系统”把握好城市更新设计中的一些根本性问题。

本文通过分析URBANUS都市实践建筑设计事务所近期的三个城市更新案例，探讨如何利用“复杂系统”的理念引领设计。虽然适应性、自组织、涌现是一个复杂系统中不可分割的三个特性，但它们在具体项目中的权重有所不同。本文举证案例的目的是图解这三个概念，因此这三个案例将分别对应适应性、自组织、涌现三个概念。

沈阳东贸库曾是沈阳市大东区的一个老工业区，厂区被大量老旧住区包围。 当大型的仓储和工厂用地转化为城市更新的开发用地后，它们面临与周边社区如何相互适应和包容的问题。 原有的工业用地有一些具备历史价值的遗产，它们需要在开发中得到保护，因此又面临如何活化利用这些遗产的问题。 沈阳东贸库的城市更新方案就是用“复杂系统”的思维模式对这两个问题的回答。

改造前东贸库及沈海热电厂航拍图            

沈阳东贸库是中华人民共和国成立后第一代大型仓储区，有特殊的文物保护价值。政府选择了7栋保留库房，将剩余的空间作为开发用地。土地出让条件里强调必须利用好保留建筑。华润置地有限公司邀请笔者团队做非住宅部分的规划设计，这是看重笔者团队在活化利用文物保护建筑方面的能力。笔者团队经历了很多有关文物保护工作的磨难，深知把保护建筑作为设计主体的难度。由于项目委托设计的时间是新冠肺炎疫情暴发时的管控期，笔者团队最初的概念规划是在没有现场体验的前提下完成的，文物保护建筑只是新增共建的“配角”。

改造后建筑外观夜景  ?焦睿彪            

笔者团队在疫情管控解封的第一时间奔赴沈阳东贸库。在现场，老仓库的空间魅力深深打动了业主与设计团队。进入刚刚被腾空的仓库，看到木结构被从高侧窗上洒下来的阳光照亮的一刹那，笔者团队仿佛得到了一个天启：必须推翻一期建设不包含老仓库的原方案。笔者团队放弃了之前的设计方案，决定直接将库房本身作为展示中心。新的方案利用现房，因此可以节省大量报批和建设的时间，业主方的决策者也很支持这一方案。另外，设计团队放弃了之前将旧库房作为新建筑从属部分的想法，而是用历史元素来承托新的公共空间及其内容。原来的30余栋仓库只有7栋得以保留，由于保留栋数有限，判断建筑是否留存的依据是单体的价值，而非整体的格局。所以，继续在这7栋建筑之间寻求关联性是“向内卷”了，笔者团队必须“向外卷”——发现能包容和放大这7栋仓库的资源。这个资源是指对住宅以外所有的公共建筑和景观空间，包括小学、幼儿园、社区集中商业和小区入口沿街商业，以及仓库进行改造，这会大大超出业主的设计费预算。然而，当他们意识到这样做的价值时，不仅增加了设计费，还加大了对公共区域的投资。这种沟通就是在处理“复杂系统”问题时所采用的适应性策略。

改造前仓库内部木构屋 架空间  ?炫影传媒

周边老旧社区纵然能不断地被修补，但其低端品质，很难获得根本性提升，只会被永久地定格在旧时代的画面里。新社区建成后，旧社区会显得更加“寒酸”。所以，借助高端开发的机会，为周边的“弱势群体”谋求一个高品质的公共空间，是一种通过增加主体数量实现最大限度地放大“复杂系统”功能的策略。这样，住区的开放空间就面向整个发展极不平衡的区域。

          沈阳东贸库改造后建筑外观夜景             ?TAL          

沈阳东贸库改造后城市客厅   ? T AL

设计资源统合后的最大益处就是这个街区的多层公共建筑形象以仓库的山墙造型为母题，形成统一的“工业风”氛围。这种“工业风”要解决的恰恰是高端房地产开发给这个区域带来的不平衡问题。仓库的视觉基因有一定的通属性，可以满足社会不同人群的身份认同感：老年人会有乡愁，年轻人觉得时尚；低收入者不认为“门槛高”，高收入者也觉得体面。这种包容性的文化景观弱化了这个不平衡的社区中固有的社会身份差异，形成一个“想象共同体”。

提取山墙母题形成新建筑体量   ?URBANUS

然而，空间的开放性也并不会一直对“想象共同体”有吸引力，尤其是公共场所的高尚感往往会给人造成很高的心理“门槛”。在复杂系统中实现空间平衡的理念，还要在功能设计上“下功夫”。这里有两方面的适应性：一方面，建筑师作为一个话语主体，要发挥主观能动性，如设计团队引入了文化和服务设施，包括社区图书馆（现在名为“时代文仓”）、结婚登记处等，使它们成为人人能来、人人爱来的公共空间；另一方面，建筑师作为一个话语受体，能够吸取其他主体的意见和建议，如设计团队在6号库房设计了一个构成派风格的社区中心，但在施工过程中它又被改成了“英雄城市”的主题展览馆。当设计团队考虑到这一改动有利于培育这个地区使用、共建的优势时，也欣然接受了方案被更改的现实。在一个“复杂适应系统”中，主体、受体通过不断变换身份和规则相互影响，相互学习，以适应环境，是再正常不过的。

          沈阳东贸库改造后阅读殿           堂   ? UK Studio          

沈阳东贸 库改造后婚礼堂   ? T AL

鼓浪屿申请加入世界遗产成功后，对其进行改造设计就变得有些艰难了。 根据《厦门经济特区鼓浪屿历史风貌建筑保护条例》中，“不得变动建筑原有的外貌、基本平面布局和有特色的室内装修； 建筑内部其他部分允许做适当的变动”的要求，建筑师只能最大限度地利用不可再生的空间资源，在已有的空间条件基础上发挥自组织的作用，使既有的空间实现升级、迭代。

在将鹭潮鼓浪屿美院改造为新艺术社区的项目中，设计团队要把一个当代艺术中心植入校园中，并将其作为整个项目的“引擎”。原来的大礼堂是个合适的选址：上层是礼堂，下层是食堂，坐落于校园边界，紧邻通往内厝澳码头的康泰路，具有同步升级园区和社区的区位优势。劣势是其位于校园腹地，改造难度高，建筑师需考虑如何创造一个有趣的空间序列，把人流从前广场引导至此，把现有校园零散、不统一的部件组成一个有机的体系，并串联、梳理出完整的空间叙事。叙事可从两方面展开：一方面，将其变成源头“活水”，让游客在园区里的动线流动起来，形成“内循环”；另一方面，利用边界区位，让外部的区域动线活络起来，形成“外循环”。这种在区域环境中放大小项目的设计立足点，属于用微小变化引发系统大变化（这里的“灾变”应改写为“福变”）的自组织方法。

鼓浪屿当代艺术中心   ? T AL

自组织本来就是鼓浪屿建设的底层逻辑。远离平衡态，保持开放性，促使不同要素之间存在非线性的关联，是建设自组织的基本原则。改造策略是从微调原礼堂前面一组教学楼的底层空间开始的。这组建筑存在轴线错乱的情况，正好具备非线性的潜质，于是设计团队重新组织灰空间和有特色的盒子空间，形成一个将观众从校园前广场引导至美术馆的空间序列，为观众提供了鼓浪屿迷宫式的路径体验。

复 杂的空间体系   ?URBANUS            

这个空间序列的开端是面向广场的架空层，地面采用“层叠”的手法，在新的“生活舞台”下方露出一半原地面铺装，表达出这是一个让历史和当下协同共存的开放系统。

          鼓浪屿当代艺术中心架空层平台   ? T AL          

          添加新的景观平台的同时保留旧有的铺装，          

          三           个有几何特征的形体构成了整个空间序列的第一组团             ?URBANUS                    

          用了两个           方盒子来整合空间，使无序转化为有序   ? T AL          

          鼓浪屿当代艺术中心圆厅   ? T AL          

          通往展厅的长廊   ? T AL          

景观长廊俯瞰    ? T AL

这个空间序列是设计团队使用自组织逻辑形成的成果。空间整体由几个独立且有特色的部件平贴而成，它们之间拉开的距离越远，整体的力量就越大，就越在这种无序中显示出一种有序性，同时也能涌现出新的场景——用于艺术展示的美术馆，这些多元的空间激发了策展人的二次创作。

鼓浪屿当代艺术中心主展厅   ? T AL

福州烟台山城市更新项目从设计到施工完成历经7年。 7年对于快餐式的城市化、40年的土地使用周期来说是漫长的，而对于一个历史街区的形成来说只是刚刚起步的时期。 这种时间上的悖论也导致空间设计陷入窘境： 当代被设计出来的街区永远没有那些自发形成的历史街区更具有活力和魅力，因为后者是一个标准的“复杂系统”。

烟台山城市更新项目的设计出发点是对原有肌理和建设方式进行基因分析，归纳、总结出自发生长型的山地建筑设计导则，找到将建筑和山体有机结合、将历史残迹和新建筑有序缝合的风貌恢复方向。设计团队像考古学家一样，只拿到了基地上非常有限的残片，但通过理性的判断和推理，用阿尔多·罗西所谓的“类似性城市”方法，构造出一个“类似性”的“复杂系统”，从而织补出烟台山的完整形态。

本文以在整个“九巷”的修复更新中的池后弄地块为例，说明一个有机的涌现式生成模式。地段上只有两个历史遗存的小建筑——沿仓前路的“橄榄五大厝”和半山上的老“盐仓”，它们因为是保护建筑而被保留。同时，由于它们只是一般性文物建筑，对于周边新建项目没有设置保护范围和建设范围的要求。因此，高容积率的压力必然导致它们周边形成大体量的建筑。建筑体量大的优点在于会显得更加稳定，而要使其拥有涌现的生成感，则需要做两方面工作：①整体上寻找一个有聚落感的类型学；②局部上形成可变化的单元拼贴。例如：“橄榄五大厝”组团沿街的底层部分延续比较规整的大厝立面，而上层部分则是由很多屋顶及屋顶平台 构成多元空间，第一、二排房子之间构成一个带坡道的内院，这样建筑既成为上山的垂直交通装置，其多变的路径又激活了空间；“盐仓”组团则被设计成一个内部完整、外部体量“堆栈”的大院，同样利用山地高差使路径立体穿插。简而言之，整体体量的稳定性和局部元素、地面标高的多样化，构成了一个似乎不断“生成”的“复杂系统”。

烟台山迟后弄地块鸟瞰    ?UK Studio

         

   烟台山池后弄地块    ?UK Studio

烟台山池后弄地块立体商业    ?UK Studio

烟台山迟后弄地块酒店    ?UK Studio

这种“生成”有趣的一面是当建筑师都在期待完工时，业主雇佣的“商业包装”团队出现了，各个入驻的商家开始改造店面。开始时笔者非常抵制，但后来看到商家仅仅进行小范围的局部改造，并没有伤及整体时，笔者意识到这种介入也带来了积极的一面：颗粒度更细的设计，室内空间变成建筑立面，以及空间调性的优化等。作为建筑师，笔者反而拥抱这种改变，甚至介入了个别商家的立面改造设计讨论。这样的改变完全打破了僵死的现代设计程序，让建筑从静态变成动态。

还有一种涌现是开街后的信息反馈。现在，建筑师可以通过手机软件，如“小红书”“微博”等平台，得知使用者的评价和他们的偏好。在这些自媒体平台上发布的视频画面里，我们看到了一个“复杂系统”具有涌现和自组织的行为。

4  结语

2021年，真锅淑郎、克劳斯·哈塞尔曼、乔治·帕里西因“对理解复杂物理系统的开创性贡献”而获得诺贝尔物理学奖。这表明“复杂系统”已经成为一般性的大众科学文化知识，同时也表明人类已经可以为“复杂系统”搭建科学模型。早在20世纪60年代，雅各布斯已经受复杂性思想的启发，开创了用“复杂系统”思考城市的新范式，但遗憾的是，历经60多年，雅各布斯的观点依然处于与主流城市规划操作方法相对立的位置。以中国的城市化发展为例，由于城市化进程的加快，大量短时间内建成的城市是依赖简单化的操作实现的，复杂度不够，城市活力不足。当城市化走到城市更新的新赛道上时，旧的思维范式依然有强大的惯性，使用“复杂系统”思考问题的方式依然很边缘化，这便再次错失了释放城市积淀的巨大能量的历史机遇。基于此，本文倡导用“复杂系统”的视野来认知城市，并以“复杂系统”的适应性、自组织和涌现三要素为抓手，为当前如火如荼的城市更新行动提供方法论。