吴志强：未来15年里将构建覆盖整个国域的空间数据库

　　新浪财经讯 由中国商务部、科技部、工信部、国家发改委、农业农村部、国家知识产权局、中国科学院、中国工程院等国家部委和深圳市人民政府共同举办的“第二十一届中国国际高新技术成果交易会”于2019年11月13日-17日在中国深圳举行。同济大学副校长、中国工程院院士、德国工程科学院院士、瑞典皇家工程科学院院士吴志强出席“创新引领未来”论坛并演讲。

　　吴志强表示，技术预测也一直是国家科技发展计划中非常重要的组成部分。他预测未来15年里，以下6点的技术突破至关重要：一、覆盖中国整个国域的空间数据库。二、人的生活、活动与天地之间的关系达到前所未有的和谐。三、城市精准诊断。四、未来绿色建筑和健康社区。五、智能建造与部件移植。六、智能创作与自主推演。

　　以下为演讲实录：

　　非常高兴有这个机会向大家汇报未来城市和智能规划的发展方向。

　　人类历史上从来没有经历过像现在这样巨大的城市未来展望的可能性。人类城市8000年来一直陪伴着人类文明一步一步往前走，在西文中，“文明”（civilization）和“城市”（ctiy）这两个词是同源的；而在中华文化中，我们一直把自己的城市作为文明宝藏的储存地，在城市中保留了文明最高级的成果，保留每一段文明中创新的最高高度。有一位欧洲学者非常专注研究中国的城市，他发现，中国人的城在历史上的作用就是把自己最好的文明成果保护起来，不管是孔庙祭天地，还是整个建制、文化都是靠城市围起来。到公元1000年左右，中华文明出现一个非常重要的跨越。从唐朝开始直到宋代，城市里的封闭的内巷被打开，原本城市围起来的空间内的第二层封闭取消，人们的生活从一个街坊内的生活成为街坊和街坊间的流动。也就是说，中华文明跨向了以“市”为主的交流、交融。因此，这位欧洲学者认为中华民族是在1000年以前进入了交流为主的文明。“城”与“市”先后构成了中华文明。城市伴随文明的发展而发展，谈未来的城市，也必须要看城市所承载的文明。

　　今年6月，我作为中国工程院代表参加了在伦敦举办的“全球重大挑战峰会（Global Grand Challenges Summit， GGCS）”。该峰会由中国工程院、美国工程院和英国皇家工程院三院每2年联合举办一次，每个工程院派3名代表，与世界各领域的顶级科学家共同交流世界重大挑战及应对这一课题。伦敦GGCS峰会的主题是，在这个不可预测的（unpredictable）世界里，我们可以采取什么样的措施和解决方案来应对，以把握自己的明天。我在峰会上做了关于城市发展规律的报告，提出了我的观点，虽然我们身在一个不可预测的世界，但世界的变化仍有规律可循。比如，从更长的时间维度观察，人类的能源使用情况是可预测的，到2060年，人类能耗的总量不会减少，但其结构会发生重大变化，风能、太阳能、可再生能源、天然气清洁能源的使用大量增长，目前，煤炭占了全人类使用的能源的40%，但在10-15年内，这个比例会下降到20%以下。煤不只是燃烧殆尽的燃料，而将恢复它作为可提炼各种化工产品的资源的价值。

图1 世界能源使用趋势

　　人类的技术进步也是有规律的。从机械革命开始，铁路、电视机、计算机等改变人类历史进程的新技术不断涌现；生物医药、生物革命、可持续技术等改变了人类的寿命和生命质量。现在，我们正处于第7波技术革命中，正是由数字、人工智能等各项技术带来的人类生活的智化，是地球智化的文明。

　　我与团队做过一项关于全世界220多个国家和地区历年城镇化人口分析，可以看到60年内每年城镇化率都在上升，但各个国家的城镇化率在每间隔11年时有一个明显的波动，有的下降，有的突然上升，然后再恢复平稳。当我们再收集、分析世界粮食产量数据时，发现各国粮食供应也呈现11年出现一次波动的规律现象，而11年正是太阳黑子数波动的周期。粮食产量与太阳黑子数呈负相关，丰年对应高平均太阳黑子数，歉年对应高平均太阳黑子数（赵四强，1983）。正如俗语“小灾进城、大灾出城”所体现的，太阳黑子以粮食产量为手段，控制了城镇化的进程。正是最底线的自然规律，决定社会规律和人的流动，继而决定了经济规律。一切皆有“天命”，正是自然规律的不可违背性。

图2： 世界各国粮食产量曲线

　　我的专业是城市规划，我致力于回答建筑和规划的未来会怎么样。

　　技术预测也一直是国家科技发展计划中非常重要的组成部分。自1956年起，中长期科技发展预测工作持续开展了5次，历史上的每一次的国家科技发展预测工作对制定《国家中长期科学和技术发展规划纲要》、国家科技发展规划、国家五年科研立项，起到了关键的指导作用。2002年，时任建设部常务副部长叶如棠部长委托邹德慈院士对2006-2020年我国应在城市与建筑领域优先发展的科技进行预测工作，我非常有幸，作为刚从欧洲留学回来的小青年，被邹德慈院士召入工作团队。我们团队经过多次头脑风暴讨论，提出了5个关键词：1、动态监测；2、空间节约利用；3、绿色建筑；4、城市生态，5、城市信息平台。这5个要点在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006-2020年）增设的第9领域“城镇化与城市发展领域”中被列为优先发展的技术主题，对城市规划与建筑领域的发展起到了非常巨大的作用。我们也很高兴地看到，2002年的预测被今天证明是完全正确的。

　　现在，我们来到了2020年的前夕，回到了新一轮的起点。我们应预测到2035年，什么将决定人类城市的命运，中国城市未来又有哪些最重要的趋势？我认为有6个趋势不可避免。

　　一、生态文明。人类的价值观，无论从国家层面还是个人角度，无论是工人还是农民，对生态环境的重视已经达到了历史性的高度。欧洲的生态觉醒大概发生在1970-1980年代，他们因工业、城市发展而遭受的上百年环境污染在1975-1985年间才开始被大规模治理，也正逢我国改革开放。当时我们看到的洁净的西方国家城市并不是一开始就是这样美好，他们也曾经历过现在的中国正面临着的环境污染问题，甚至更为严重。英国从1851年起，德国从1893年起，美国从1918年起，日本国从1953年起，一步步遵循人类发展的规律走来，直到1970年代才看到环境治理的成功，没有任何捷径可走。中国也将在未来15年集中治理生态环境。

　　二、城镇化建设从“量”的增长转变为“质”的提高，以满足人类对美好生活的向往。城镇化进展速度使农村人口日渐减少，不再产生建设新城市的劳动力。我曾参加工程院的一个项目，在徐匡迪主席的带领下走访9个省进行调研，我们获得了一个基本的数字，即1990年后出生的青年，不再务农，也不再学农，农村人祖祖辈辈在土地上的劳动技能、生产技能、生存技能面即将消逝。

　　三、未来经济发展拉动产业结构调整。只有从体力城镇化成功转型为治理城镇化的城市才能在未来保有生存发展的权利。

　　四、高效可靠、绿色低碳的城市基础设施运营体系，解决污染、拥堵、低效等问题。

　　五、大都市群落圈化、部分城市紧缩以及人口老年化等社会问题。我与团队就城市发展规律的探索展开了海量的数据挖掘，分析比较了世界各主要国家在各自不同城镇化率上的产值变化和集聚状态，以此预测，未来人类会在十大圈层内高度集聚：中国的京津冀城市群、长三角城市群、粤港澳大湾区，美国的东海岸城市群、西海岸城市群，日本大阪-东京城市群，集聚其全全国大部分人口，农村地区只剩3%人口，印度沿喜马拉雅山脉城市群、沿印度洋城市群，欧洲大伦敦区城市群和南欧金香蕉城市群。人类将加快在这些圈层集聚的速度，人类活动在群落内高度密集，与群落外部差距加大，圈层外的区域会受到巨大挑战。同时中国也将面临快速老龄化的问题。

图3  世界人口汇聚圈层图

　　六、科技飞速发展对城市领域可能带来的颠覆性变革，大数据、5G将导致新的城市规划、城市建设和城市管理模式，人工智能（AI）、机器人、3D打印、以及虚拟现实技术（VR）以及增强现实（AR）将导致全新的建筑和基础设施建造施工方式。

　　在这6大趋势的影响下，我预测未来15年里，以下6点的技术突破至关重要：

　　一、覆盖中国整个国域的空间数据库。我与团队在2014年研发完成市长决策桌，即“智慧城镇数据平台系统”。系统通过各机构与部门的接口，将城市发展业绩、资源统筹、向上联络、意见汇聚、城市安全、日常管理、重大项目、案例剖析等8大块市长决策的内容的数据整合入市长决策系统，实现对城市发展关键信息的监控和预警，使决策者实时获得最新的信息，以快速、全面了解本市状况，从而做出最恰当的反应与决策。2018年底，我们建构了全世界最大、最完整的城市数据库。识别了全球1km2以上的城市共13810个，这个数字是同标准、科学识别，不同于传统的各国不同标准的界定。可以说是首次向世界宣布了真实存在的城市数量，弥补了人类对现有城市数目的认知的空白。数据库每天自动读取10万篇文献，通过人工智能语义分析掌握城市动态。这个数据库平台为未来全球城市链接网做好了准备。目前平台开放1000个城市的即时数据，明年将开放到3000个。

　　二、人的生活、活动与天地之间的关系达到前所未有的和谐。借助大数据技术，人类对于城市发展的规律的发现、理论架构、模型架构、高新研究方法等会在未来15年大规模涌现。传统的城市规划、建筑设计是理想导向的，人类带着自己乌托邦理想的社会、理想的国家去建设一个城市。工业革命后，城市问题凸显，城市规划和建筑设计又转为问题导向，旨在解决当前急迫的问题。现在，借助大数据和人工智能技术对城市规律的挖掘，我们可以遵循城市本身的生命节律，即其在时间和空间维度上的规律来做规划，即规律导向的城市规划。

　　我们收集、分析了世界上所有219个国家和地区的城镇化数据的变化。1960年代至1980年代之间，所有国家的城镇化率都由低（低至10%）向高变化，没有一个国家的城镇化率是倒退的。在城镇化率达到60%之前，各国的城镇化发展态势基本是一致的，一个人从农村迁移到城市，可提高3倍收入，在提高3倍劳动生产力的刺激面前，即便有个别人因为自身的原因自主选择留在农村，但作为人类整体是不能抵制城镇化的向前发展的，我把这个阶段的城镇化定义为“体力城镇化”，即农村体力劳动转移为城市体力劳动。而城镇化率到达60%时，分叉点出现。如上所述，80%的国家无法逃离1.8万美金的人均产值的陷阱，成为二流国家，只有20%的国家的劳动生产率持续增长，进入“智力城镇化”，国家成为现代创新社会。我把这个分叉点以后的城镇化定义为“第二次城镇化”，而我们中华民族正处于这个分叉点，如果积极采取战略措施，就会陷入体力城镇化的陷阱。发现这样的城市发展规律之后，城市规划将和传统的做法完全不同，不再只看理想，不顾客观规律。

图4 各国城镇化与劳动生产率的增长关系

　　又如在北京城市副中心总体城市设计工作中的运河河带设计中，我和团队收集分析了世界上所有流经城市的河流岸线数据，获取高频度更新、颗粒度大幅度缩小的观察信息，可精确到即时5、10、15分钟内河岸商铺、租金、人群停留时长等信息。我们据此归纳出一个空间形态上规律，即城市河流的凹岸的地均产值是凸岸的3倍。从商业、人流、文化休闲、服务等各方面数据来分析，都是这个结论。大数据和人工智能技术提供给建筑设计的史无前例的强大技术，使规划设计师可以站在人类发展的规律上架构未来的城市，站在全人类、全历史的文明基础上进行再创造，这和“拍脑袋想”和只治今天的“病”的规划达不到的高度。

图5 泰晤士河岸数据可视化分析

　　三、城市精准诊断。过去对城市问题的判断就像老中医号脉，不能定量。而正如现代医学中的定量诊断开始，城镇化研究中也出现了定量精准诊断，精度可聚焦到小区、街坊。为什么生活在这个小区的居民人均寿命、幸福感比另一个小区高，对城市老化和更新进行跟踪、智慧运营等这样的问题在未来15年里一定可以得到技术的解答和应用。我们在这方面探索的成果是2016年研发的应用与北京城市副中心的城市信息模拟（CIM）平台。在平台界面上点击任一地块，可即时获取其实时数据，包括建筑面积、人口、15分钟步行距离内的教育和服务设施等信息，支撑城市资源配置与功能平衡。

图6 城市信息模拟（CIM）平台界面

　　四、未来绿色建筑和健康社区。绿色建筑的发展从单体走向群落，从物质走向环境，从环境走向生态，从生态回归对人的身心健康。比如，未来架构新的社区，就必须清楚这种类型的社区在世界上有多少种，生活在其中的居民寿命水平如何；如果一个社区经过设计可使居民的平均寿命增加，那将是人类巨大的突破。利用对人类身心健康影响因素的全要素模拟，这种设想的实现也并不遥远。

　　五、智能建造与部件移植。3D 打印、机器人等技术将被大规模应用与城市规划与建筑设计。如某个城市部位的精准移植，某栋建筑使用机器人完美砌砖等，在2035年一定能够实现。

　　六、智能创作与自主推演。我们作为规划师、设计师，城市的创造者，将经历规划设计的三大智化。

　　工作对象的智化。我们过去的创作在交付给建造部门、建造部门交付给业主后，工作就算完成了，设计的成果是工作的固化和终端。而人工智能4.0将在工作过程中自发应对人的情感，创造回应情感的对话和互动，即规划、设计的产品建成之时，也是它智化启动之时。比如一个新建的会展中心，每天通过数据感知温度、人流、心情、使用便利度等，进行判断，并从中学习，从一个终端产品成为更为智慧的生命衍生，具有情感、温度。规划设计将发生翻天覆地的变化，不再只呈现一个终端产品，而是在交付时就赋予其在生长过程中日渐智慧的智化能力。

　　工作主体的智化。作为创作主体的规划师和建筑师所使用的工具将越来越智化。人工智能3.0提供自我创新创作的技术可能。传统的规划、设计师不像今天的从业者可使用如此多种的公开平台、智能平台、3D推演等智能规划工具。

　　工作方式的智化。传统的规划和设计的工作方式好比部队编队作战，一个人带一个团队；而未来的创新、智能联网使世界上的不同团队以最佳优势联手，形成群落创作成为可能，也是未来规划设计行业的生态环境提升的重点。

　　我与团队在过去十几年来研发的人工智推演技术已可实现：

　　1 城市人口推演：包括城市人口总量，以CityGo城市生长推演系统为基础，以13810个城市的30年全样本数据训练这个系统，归纳出7个城市发展的类型，再令其推演城市2005-2015年的发展以检测推演的准确性，训练完成后的CityGo可用于推演城市现在至2035年的发展类型和人口规模；也可推演不同年龄段的人流在不同时间段分布在城市不同空间的情况；

　　2 城市用地推演：可按15分钟步行范围配置日常生活中的六大要素，职、住、学、商、医、休，使其符合不同类型居民的宜居要求；

　　3 城市密度推演，智能配置城市建筑的高度、密度；

　　4 产业空间推演；

　　5 城市资源推演，城市发展中的能、水、物、地、气、耗六要素的智能预测和配置；

　　6 城市交通推演，指导城市交通疏导或智能分配用车；

　　7 空间形象推演，预览不同风格建筑形成的城市形象；

　　8 城镇群落推演；

　　9 建设时序推演；

　　10 方案比较推演，推演不同方案的发展效果，为方案选择提供决策依据。

　　未来15年里，我相信这三大智化，工作对象智化、工作主体智化、工作模式智化会给城市规划与建筑产业带来革命性的变化，这就是我看到的2035年的城市的世界。

　　最后，为大家提供一个群落创作平台：我与团队目前正负责联合国教科文组织与中国工程院联合建设的国际工程知识中心（IKCEST）的智能城市网站（iCity），收集与工程科学和技术相关的各种数字资源、构建公共数据服务平台、协调专业知识系统的构建，为工程、规划与设计从业人员提供全球性的知识服务。未来三个智化的内容都在这个网站上进行试验，如可以查到1000个城市的即时数据，可查询所有得过联合国奖项的最佳城市设计案例、各类文献、新闻，人工智能即时翻译的课程；同时网站后台每周自动读取和分析10万篇文献，提取文献所反映的一个城市的情绪指标。这个群落创作平台的搭建，是为城市规划与建筑提供阳光雨露的一个试验。

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责任编辑：李昂