城市系统视角的智慧人居理论与技术规划原则

以促进人类全面发展和满足人居需求为目标的智慧人居是未来城市高质量发展的基本保障，也是数字经济创新的持久动力。随着我国信息技术领域不断发展，智慧技术赋能城镇化建设治理将是国家综合竞争力提升、人民生活质量与经济产业升级的重要契机。我国城市的数量、体量和差异巨大，单纯以技术主导的智慧城市方案存在落地困难、见效缓慢、收益不明确等问题与挑战。未来国土空间规划与智慧人居建设治理急需梳理城市系统理论，充分利用新技术为人居建设治理提供智慧化支持，并从人居科学视角确保信息技术有效开发与合理应用。本文回顾了城市系统理论溯源与演进过程、城市系统定义与理论观点，并对智慧人居实践探索进行了梳理。以城市系统视角解读智慧人居的复杂性，并在新技术社会背景下，阐释未来城市智慧人居建设所面临的复杂问题，提出相应的技术规划原则，以期为智慧人居建设和高质量发展提供指导性建议。

系统科学是以系统学、信息学、控制论为基础，研究复杂系统结构、发展、演变、行为的学科，也是系统视角城市研究的理论基础。 自1950年代以来，管理科学、系统工程、建筑等学科分别对如何界定城市系统进行了论述，其定义拓展至对城市系统的构成特征解析和对城市多空间尺度运行流程的系统理解。系统动力学视角对城市系统的基本构造与运行机制进行结构化抽象、动态模拟和推演分析，解释了城市如何形成动态有序的复杂结构、反馈机制与演化过程。吴良镛提出了中国人居环境科学的理论框架，认为应坚持可持续发展战略和系统工程方法，从环境整体性、系统总原则、能源情况、经济情况、人居环境等方面形成中国城市整体系统研究方法。21世纪以来，依托计算机、互联网、大数据等信息技术的“赛博空间”作为物理和社会系统在虚拟空间的映像，进一步形成了基于“物理-人类-赛博”三元空间的城市系统。笔者认为， 城市系统科学理论探索包括三个阶段，分别是城市系统结构规律发现（1950年前）、复杂作用演变机理阐述（1950—2000年），以及支持动态协同的工程技术开发（2000年至今）。 在此进程中，系统科学推动了多专业领域对城市系统由抽象概念逐步明确为对其构成、流程、机理的科学理解，为智慧人居实践提供了概念化、工程化、综合化的基础。

智慧人居的实践探索可归纳为数字城市、智能城市、智慧城市三个层面。 数字城市是城市信息化的底层基础，是对现实城市现象进行精准的数字化映射重现，通过信息化手段来认知、分析和管理城市系统多种物质流与信息流之间的协同。智能城市更加注重利用信息技术提升城市各项能力，尤其是感知技术、数据科学和人工智能所支持的城市计算、应用分析和智能决策支持。数字城市建设为获取数据资源提供了可能，而智能城市建设则在实时感知、学习分析、预测推理、信息交互等方面为实现智慧人居提供了技术保障。智慧城市旨在运用信息和通信技术手段，感知、分析、整合城市运行核心系统的关键信息，并能针对满足生活、生产、环保、安全、服务等需求提供智慧方案（图1）。笔者认为，智慧人居发展呈现出由单一的信息化、数字化过程，发展成为将数字化、信息化、智能化、智慧化等理念综合协同，融通城市规划、建设、运营维护、治理智慧化复合体系的演进趋势。

▲ 图1 | 基于城市系统视角的智慧人居概念梳理

随着智慧技术不断成熟，智慧人居愈加重视人的需求和社会因素，其中所体现的系统复杂性与相应的技术原则急需得到重视。笔者认为，系统视角的智慧人居复杂难题主要包括复杂系统体系问题、社会-技术系统问题和信息系统问题。

复杂系统体系难题体现在如何科学理解复杂系统，针对系统体系中不同尺度维度的理论框架和技术开发路线进行统筹，以实现多模态系统协同的智慧人居建设。 人居环境自古就面临自然、人地和社会系统的挑战，并伴随人类聚落进程和科技发展不断演化。多模态系统的协同难题表现为许多数据驱动的算法优化局限于单一子系统，忽略了此类局部优化对全局系统潜在的负面影响。因此，智慧人居的复杂系统体系特性不仅带来了平衡整体论与还原论的认知范式问题，更引出了对工具理性主义与计算主义局限性的深刻思考。

社会-技术系统难题体现在城市空间具有物理和社会双重属性，数据难以捕获复杂社会-技术系统中潜在的规律特征，地理信息难以体现文化、政治、治理、经济等因素间的复杂关系。 笔者认为，智慧人居建设不应只关注技术开发，而需要结合城市治理、公众科学、参与式规划等方式协调多元主体关系。智慧人居建设不仅要论证技术的可行性、可靠性、先进性，更要充分考量相关技术应用、政策实施、治理方案落实的社会效益。

信息系统难题体现在人居系统信息的管理方式、标准制定、工作流程、机制建立所涉及的技术困难与治理挑战。城市信息系统目前仍面临信息不通畅和不一致两大挑战。城市信息系统的顶层设计、法律保障和管理制度仍缺乏完善的数据权属界定、信息共享机制、开放数据保障，造成数据壁垒和信息孤岛困境。信息不通畅不仅造成数字资源重复建设的巨大浪费，还会带来数据生成、存储、分析、导出、共享等多阶段流程的割裂。信息不一致则导致具体观察对象在多源数据和多模态信息中无法实现同一连续的数字化表达。

技术规划指根据目标需求对不同技术进行识别和分析，并提出相应开发策略与实施推广路径的过程，是系统工程管理方案的必要基础。 由于不完全市场、不完整信息、分配效应等因素的影响，仅依靠市场竞争驱动的技术开发通常无法充分考量多方利益和社会公平，甚至会误导技术发展。当前急需从系统科学视角提出未来城市信息技术的规划原则，通过规划政策和治理手段指导多职能部门、多行业领域、多学科研发的高效协同，实现智慧人居信息技术的合理开发。

针对智慧人居的技术规划原则，本文从系统视角提出了 多系统可持续、以人为本、信息完整 三大原则（图2）：

▲ 图2 | 智慧人居技术规划原则

（1） 多系统可持续原则 指应围绕满足未来城市需求与国土空间特征开展技术开发，以可持续方式满足城市对物质基础设施和信息技术运营维护需求，确保技术的绿色生态性、经济适用性与社会公平性。该原则不仅体现在充分利用智慧技术助力城市人居的可持续发展，更要确保信息技术与数字经济自身的可持续性。

（2） 以人为本原则 指应以提升人居质量为宗旨，以满足人性化需求为目标开展智慧人居建设，并在智能技术研发应用全周期过程中确保人的核心作用。智慧人居不仅基于新型基础设施、大数据分析、信息可视化、智能决策支持的人机交互技术，更取决于未来的人地关系、人机关系和社会治理逻辑，这亦呼应我国人民城市的重要发展理念。

（3） 信息完整原则 指智慧人居建设应确保城市监测时空的全域性、知识领域的全面性和数据管理的连续性。鉴于目前全球各国家在积极推进智慧城市的标准化，未来应明确不同城市数据资源的全生命周期、全使用流程和全管理要素的规范界定，制定信息协同标准体系框架以促进多源数据融合。

本文以城市系统视角对智慧人居建设进行了梳理，结合21世纪以来在数字城市、智能城市、智慧城市领域的实践经验，从复杂系统体系、社会-技术系统、信息系统三个层面阐述了城市系统难题。随着城市发展进入存量更新时代，老旧小区改造、城市更新治理逐渐成为时代关注的热点。便民设施无故拆除重建、基本服务不到位、电瓶车充电难迟迟不解决等问题招致大量的居民投诉，也反映出居民与物业运营者、街道管理处等多方主体之间存在的沟通协作难题。正因城市错综复杂的物理环境，社区建设者、运营者和治理者需要从多系统联合的视角出发，以信息完整连续为原则，综合考虑新措施的利弊与风险，秉持以人为本的思想，与居民充分沟通，明晰治理过程，打通沟通和参与渠道。需要明确的是，本研究的范围局限于城市，未来仍需拓展探讨智慧人居趋势下的乡村发展与城乡关系。综上，鉴于城市系统多技术协同的需要，本文阐述了技术规划指导智慧人居技术的重要作用，提出多系统可持续、以人为本、信息完整的技术规划原则，以期为智慧人居建设提供理论支撑和技术指导。