仇保兴：基于复杂适应理论的韧性城市设计原则
第十三届城市发展与规划大会在苏州成功召开，国务院参事、住房和城乡建设部原副部长、中国城市科学研究会理事长仇保兴出席大会开幕式，并发表主题演讲——《基于复杂适应理论的韧性城市设计原则》。
仇理事长认为，当前我们的城市面临的不确定性正在爆炸性地增加，这给城市规划管理、对城市技术实施带来巨大冲击，传统的经验估算和预案设计已经失灵，建设“韧性城市”是应对愈加复杂的黑天鹅式风险的必然选择。
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今天我要跟大家汇报的是基于复杂适应理论的韧性城市设计原则。
现如今，随着城市进一步发展，城市规划、城市设计和运行都面临着非常复杂并且越来越多的不确定性。有些不确定性我们可以选择回避和容忍，但是有些不确定性我们需要创造新的弹性来进行应对。因此，认识不确定性、适应不确定性已经成为当下城市规划和设计的科学发展的重要方向。
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以韧性城市为工具，城市规划和城市设计将会更加科学、更符合绿色发展、符合未来城市规划以及更符合以人民为中心的发展需求。
首先，我们来看看当前城市发展面临的不确定性。
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习总书记说过：“无论城市规划、建设还是管理，都应该把安全放在第一位；如果城市不安全，一切归零。”
现代化的城市建设面临的问题是越来越多，气候变化、环境危机、极端气候、全球经济动荡等等都影响了以人民为中心的新型城镇化，促使城市面临发展转型。
这是国际上最活跃的48个三角洲风险评估图，这个图表同时还反映了当前这些三角洲面临的不确定性程度。
在谈韧性城市设计原则之前，我们先具体了解一下当前城市发展面临着哪些不确定性。
第一，极端气候变化影响
在近些年的新闻报道中，“百年未遇”、“有气象记录以来未遇”这样的语言频繁出现，这足以说明我国各部分地区近年来出现了诸多极端气候。这种不确定性的频发给我们城市规划管理、城市基础设施带来了巨大的冲击，使很多传统的应对方法和工具已经无法准确应对和预估到这种情况。
第二， 城市的高机动性
城市现代化，意味着交通工具高速化、普及化，这些变化在给人们带来便利的同时，在无形中其实也给我们带来了高危险性。比如说由“无人驾驶”掀起的新型交通革命，在这其中自然隐藏着不小的脆弱性，倘若街道上的车辆被黑客控制，那么用于方便人们出行的车辆在这时就成为了一个个失控的汽油炮弹，充满了安全隐患。
第三，新技术的快速涌现
人工智能、物联网、人工合成生命，这些具有颠覆性的新技术的到来，其实也是城市脆弱性的产生源头，我们所说的“万物互联”在某种程度上其实也是危险互联。往往新事物爆炸性地出现也意味着这其中隐藏着爆炸性的脆弱性。
第四，快速发展及高度国际化的脆弱性
我们的城市越是现代化，越是进步，越可能遇到难以预料的不确定性风险。快速发展和高度国际化到来使中国城市面临着快速机动化、网络化、时空被高度压缩等的问题。而随着这些问题的出现，经济社会的全球化带来了消费、原料、供应链、资本和能源供应等方面的波动，金融危机造成全球化威胁、气候难民、宗教冲突都会造成人口大规模的迁移等都使现代城市面临着脆弱性。
第五，多主体的复杂性
我们城市主体在快速的变化，除了农民进城还有大量的外国移民、高科技的移民，以及城乡之间的、大中小城市之间的移民，而且这些移民随着交通工具的迅速发展使城市人口规模变得难以预测，因此会对城市规划建设及运行管理过程造成一定的冲击。而伴随着人口迁移和聚集、建筑物密度增多、产业结构调整、区域影响力增强等现象，将导致灾害要素以及承载载体密度的增大，这一系列变化将会给城市带来更多、更复杂的公共安全新问题 。
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面对这样一些不可抗拒的趋势，我们应该如何去面对呢？
塔勒布在他的名著《黑天鹅》中写到：“黑天鹅总是在人们料想不到的地方飞出来”。正如现在快速发展的现代城市，不确定性使城市无法预知到到危险的降临。
我们应对不确定性的传统方法就是把不确定性框定，制定相对应的预案，但即使做到这些，也很难应对现如今突飞猛涨的不确定性，很难应对城市黑天鹅事件的后果。
因此，在这种时代背景下，“韧性城市”即成为应对“黑天鹅”式风险的必然选择。韧性城市的定义为：在吸收来自未来的社会、经济、技术系统和基础设施各方面的冲击和压力下，仍能维持其基本功能、结构、系统和特征的城市。
这种韧性城市在风险到来时，城市形态会自动的调整，能够对风险表现出一定的抵抗力，使城市具有很强的恢复力和转型力。
我们用一个公式来进行说明，一个城市的弹性跟系统的坚持力、恢复力、转型力成正比的，跟外界的扰动因素和系统脆性因素成反比。因此，从总体来看，在整个韧性城市的实际建设过程中“韧性”主要体现在结构韧性、过程韧性和系统韧性三个层面。
从结构韧性来看我们把它区分为技术韧性、经济韧性、社会韧性和政府韧性。而我们作为城市规划者、城市设计者，重点应该关注的是技术韧性，即城市生命线的韧性，是指城市的通 讯、能源、供排水、交通、防洪和防疫等生命线基础设施要有足够的韧性，以应对不测风险。
对于过程韧性，我们认为一个城市系统面对黑天鹅式灾害时具有维持、恢复和转型的三个阶段，每个阶段体现一种系统自适应应对能力，即第一阶段的维持力，第二阶段的恢复力和第三阶段的转型力。
维持力，也就是这个系统自身的平衡能力。也就是当城市遇到一般的干扰灾害时，城市各方面能够维持正常运行。
恢复力，即当城市遇到较大的灾害时，某些基础设施收到破坏，城市系统部分功能暂时缺失，但却能够在短时间内得到恢复。
转型力，其实每一次大的冲击、每一次风险的出现都是在为城市找出脆弱点，而当这些脆弱点得到修复后，往往城市的各方面能力都能得到进一步提升，从而使城市更具弹性。
城市的系统韧性即是把城市看作一个活着的有机体，它能够感知到城市中发生的变化，从而感知到城市的风险来源于何方，感知到大大小小不确定性的因素，并进行系统性的运算，将感知到的东西在收集后进行计算，也就是使城市具有智慧，同时能够根据这些信息计算结果及时发布指令，使城市相关的机构甚至每一个细胞行动起来，共同抵御、缓冲并减小这些不确定性因素带来的影响。
在每一次的感知-运算-执行-反馈的过程中，都是使城市对不确定性的应对积累经验的过程，从而使城市变得越来越智慧，成为一个名副其实的智慧的有机体，城市的系统韧性也在这个过程中变得更加强大。
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那么，韧性城市应该选择用什么方法去设计建设呢？我们给出的方法论是：复杂适应系统（CAS）。
复杂适应系统作为第三代系统论，是指系统每个主体都会对外界干扰做出自适应反应，而且各种异质的自适应主体相互之间也会发生复杂作用，造就系统的演化路径和结构。
第二代系统论的“新三论”指突变论、协同论和耗散结构论，相较于第一代系统论“老三论”（指的是信息论、控制论和一般系统论），第二代系统论给我们带来了对“突变”的全新认识。但是“老三论”跟“新三论”都有一个共同特点，它描述了整个系统的结构、系统的各个节点是怎么发生作用的？但是很少描述系统的每个节点、每个主体对环境进行自发性的适应和它们本身具有的深度学习能力以及能够主动观察世界进行自我协同调节的能力。
而第三代系统论CAS的提出即弥补了前两代未提及的缺陷。CAS强调了主体在对外部世界进行主动认知和自我调节后产生的系统的变革、系统的演进和系统的发展的过程，强调了系统演变和进化的关键在于个体自适应能力与环境相互影响、相互作用，更强调了随机因素在进化中的关键作用。
那么基于CAS理论，韧性城市规划其实包含了以下要素：主体性、多样性、自治性、冗余、慢变量管理和标识。
理想城市“铁三角”目标模型
同时，我们基于这个理论可以构建一个理想城市“铁三角”目标模型，即一个城市发展必须权衡安全弹性、活力宜居和绿色微循环，这三者缺一不可。
韧性六要素之：主体性。
现代城市系统的主体包含多个层次多个方面：小到市民、家庭、企业、社会机构；大到城市建筑、社区、城市政府、城市整体甚至一片区域。各类主体在环境变化时所表现出的应对、学习、转型、再成长等方面的能力，这些也就是系统的韧性之源。当这些主体在应对外界干扰时适当的行动，自我适应作出反映，那么现代城市这个有机体的健康就有了保障。
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《城市弹性与地域重建》一书的作者，日本专家林良嗣、铃木康弘曾明确提出：“只要提升居民个人的素质即可决定减灾的成败……在灾害现场，要求人们在不确定信息的基础上开展合理的避难行动。”
比如说我们可以将我们的城市与“微农场”结合，利用城市部分建筑或空地搭建一个个农场餐厅，充分利用新的现代化技术在单位面积内将农产品产量提高五倍到十倍甚至更高，这样一种自给自足，还能起到调节气候的充满韧性的新模式既能满足城市有机体的韧性需要，还能在此基础上保证城市主体的绿色健康。
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案例：Green Sense Farms LED光源室内种植
一年中将能有20-25次采收，能源节约85%，植物成长周期相比传统方式缩短50%，每天22小时生长。
在日本的京都和东京，这种模式已经开始应用并覆盖，当地40%以上的有机食品在城市内部就能自己生产，农产品在短短半个小时的时间内便完成了从采摘到烹制上桌的过程，食品链大大缩短。
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案例：荷兰温室农场餐厅、美国温室餐厅、泰国温室餐厅
全玻璃式或温室外观设计、郁郁葱葱的天花板
自养蔬食，质量有保证
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韧性六要素之：多样性。
第二个特点多样性，任何一个生态系统中所具有的物种越多系统越具有韧性，抗干扰能力就越强，这就是生态学给我们的启示。同样的，我们的城市基础设施的管理也需要多个控制中心，因此当我们的城市基础设施设计采用的是分布式的管理方式，进行去中心化，利用多个并列式的管理模块来改造城市的生命线（如城市管网、交通道路等），城市的生命线将会变得更加坚韧。
可以明确的告诉大家，我们原有的传统交通方案实际上是存在问题的。倘若我们把交通方案设计成能够包含多种交通方式的并联模式，包括自行车、汽车及步行等方式，所有的交通工具都可以进行自由畅通地出行并到达目的地，整个城市交通也就变得非常弹性，而人们也可以在多种出行方式中自由选择。
除了微交通，城市的多样性还需要微连廊。
日本筑波科学城的空中连廊系统
比方说我们在为新城市建立一个架空层，一层平时就作为自行车道和步行街道，当洪水来临的时候，一层虽然被淹，但是二层的通道仍然畅通，城市的功能不会因为一场洪水的到来而发生改变。由于微连廊的作用，这个新城市的整体结构即变得十分安全。这种微连廊的设计与应用，也是使我们城市能够与洪水与自然和谐相处的新模式。
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韧性六要素之：自治性。
城市内部不同大小的单元都能在应对灾害的过程中具有自救或互救的能力，能依靠自身的能力应对或减少风险。
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比如四合院可视为一个基本单元，如果四合院中某间房子着火了，人们可以跑到天井避险。几个四合院组成一个弄堂或街坊，一家遭灾全体救助。
北方低洼地区四合院都有双重高门槛，就具有自治阻洪功能。
例如日本不少城市中，每一个居民家里都备有“救急包”，附近的街区公园有“应急站”，城市还设立若干大型“应急中心”，依靠这些基础，城市即使是被迫与外界隔离，也能在一个相对安全的时间内最大限度的维持城市内部生命和基本功能的运作。这一系列方法和设施的实施建设使城市具有了一个强大的“自治性”能力。这种就近、迅速响应的自治性机制一般能将众多的小灾险消除在萌芽状态。
提起自治性，我们不得不提到城市的防洪堤。在很多城市里，防洪堤的建设只有一个方法，那就是一味的加高再加高。但是城市每年遇到的洪水又不固定，偶尔两百年一遇一百年一遇。这种一味加高的方式不但没有提高资源使用效率反而降低了，那么，我们为什么不做一个升降式的防洪墙呢？
升降式的防洪墙在平常时候可以作为道路石板，栏杆设计成平原地方老建筑的门槛高，当接到洪水的预报时，我们再将这些防洪用的石板吊起来，这样便巧妙地将防洪堤提高了1.5米。在平原地方，50年一遇的洪水与200年一遇的洪水平均落差也就在1米左右甚至更少。倘若为了抵御这200年一遇的洪水采用的是直接将防洪体加高1米的方式，城市水体的景观又有何人能够观赏呢？
在荷兰还基于这种基础还设计出了可自动升降的防洪体，用一些轻型的材料结构，利用水的浮力防洪堤就自动升起来了，这个成本相对来说是比较昂贵的，只能应用在一些敏感的城市景观上。
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韧性六要素之：冗余。
城市是一个复杂系统，而由于现代主流经济学过分地追求系统的运行效率，一定程度上使我们的城市有了“剑走偏锋”式的脆弱性，使城市这类系统也为了追求效率而失去了它本该具有的抵抗力。
任何一类城市基础设施、城市的结构都必然存在一些无用之用的部分，当系统遇到风险时，往往这些无用之用部分会成为此刻效率最高的结构。
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在荷兰阿姆斯特丹市建有浮动的水上建筑，该市大部分区域是低于海平面的，如果千年一遇的暴风来袭，海水倒灌，但该市一部分建筑可以“水涨屋高”浮起来，人们在里面会很安全。
比方说我们在家庭里面装个微中水装置，使平时洗澡的水、洗衣服的水能够自主的收集、自动的消毒，再输送至抽水马桶，满足这部分的用水，这样的一个过程节水效率能达到35%。试想一下，如果北京市所有的家庭都有这么一个装置，每年能够节约的水资源根本无法想象，而这样的装置成本也才2000元。除此之外，在屋顶上设计草坪，在停车场设计下渗式的出水口等这些都是成本低廉但节水效率极高的方式，也是提升城市水资源韧性的必由之路。
除了利用建筑立面进行中水回用，我们还可以设计多级用水、多级回用、多级循环的用水排水机制。将污水厂进行分布式管理，污水厂之间互联互通，一个污水厂出问题了，其他污水厂可以进行临时替代，大大降低了城市因不确定性风险带来的影响，城市给排水系统也变得更加坚韧。
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韧性六要素之：慢变量管理。
事实上，我们许多城市的脆弱性是“温水煮青蛙”造成的，在潜移默化、不知不觉的过程中人们对风险习以为常地淡化了。
这时候，我们就需要借助现代科技对这些人类日常不易察觉的慢变量进行搜集整理计算。利用智慧系统的微计量，通过累积性计算和临界点分析使其察觉到风险的来临，我们要学会管理灰犀牛式的缓慢来临的风险因子和外在的渐变影响因素带来的临界突变式灾难。
此类慢变量风险突出表现在房地产市场和地下燃气管网老化等几个方面。
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2014年台湾高雄市发生了因燃气管网泄露引发的爆炸事件，整条街路面都被掀起，民众死伤惨重，城市也因而陷入混乱。燃气管网的陈旧老化是个“慢变量”，人们难以警觉，但智慧系统就能揭示并发出警告。
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韧性六要素之：标识
标识在复杂系统中的意义在于提供了主体在灾变环境中搜索和接受信息的具体实现办法。以便我们能够在复杂的灾害系统过程中迅速区分和找到不同主体的特征，给予我们高效的相互选择，从而减少因系统整体性和个体性矛盾引发的行动错位和信息混乱。
随着标识在系统里的运用逐渐成熟，主体的能动性增强，系统主体在灾害发生时能准确辨别什么是脆弱的、风险的，或安全、避灾的，城市整体抗灾能力就会增强。
举个例子，微识别在城市中的应用不光能够识别出对应的人，还能够结合数据库识别出危险分子并进行系统的跟踪，使城市安全得到保障。随着5G时代的到来，标识系统在信息化的帮助下能够为城市建立起一个无形的调控系统，这对城市安全来说是一个巨大的保障。
最后，我们做个小结：
1、传统的城市防灾思维企图建造一个巨大的“拦水坝”，希望将各种不确定性拒之城外，不仅浪费极大，有时还会制造出新的脆弱性。
2、传统工业文明思路下的城市基础设施的集中化、大型化、中心控制模式具有一定的片面性和巨大的脆弱性，必须辅之以各种高韧性的“微循环”新模式。
3、基于在城市设计中应用第三代系统理论，跳出第一、二代系统论的局限，坚持主体性、多样性、自治性、冗余、慢变量管理、标识等CAS设计原则，才能开拓韧性城市基础设施设计的新途径。
最后，坚持这方面的设计原则，现代城市的绿色宜居、经济活力和城市安全这三者在弹性城市框架内得到了有史以来首次的大统一。谢谢大家！
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