【文章导读】人体及生命体类比视角下的城市研究——回顾与展望

与人体或者广义的生命体相似，城市同样存在物质交换和能量转变等类似新陈代谢的过程，也大多遵循诞生、发展、衰退（焕新）、消亡的发展周期。从生命科学的视角重新认识和研究城市正在成为新的趋势，这也是未来提升城市治理能力的必然要求。2020年习近平主席在湖北省考察新冠肺炎疫情防控工作时指出：“城市是生命体、有机体，要敬畏城市、善待城市，树立‘全周期管理’意识，努力探索超大城市现代化治理新路子。” 

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城市与人体/生命体的类比

按照城市与人体/生命体类比的性质和特征，可以将其发展历程大致分为古希腊到中世纪、文艺复兴到20世纪和21世纪之后三个阶段。

1.1 古希腊到中世纪：

借助城市的构造和功能来试图理解人体

城市与人体类比的记录最早可以追溯至公元前数百年的古希腊时期。在柏拉图（Plato）的著作《理想国》中，柏拉图将城市居民阶级、人的欲望、美德、灵魂追求，以及人的身体和城市的组成结构都分为三个部分且使之一一对应，具体如表1所示。

▲ 表1 | 柏拉图《理想国》中关于人与城市的类比

资料来源：笔者根据PLATO. The Republic[M]. London: Penguin Classics，2007整理。

中世纪时期关于人体和城市的类比主要是在神学框架下利用人体构成进行城市建设和管理的探索。受亚里士多德（Aristotle）“艺术即是对自然的模仿”主张影响，建筑家马蒂尼（Francesco di Giorgio Martini）认为城市的治理结构也应该与人体的组成一一对应，如城市的堡垒相当于人的头部，城市的管理者相当于人的眼睛等。

1.2 文艺复兴到20世纪：

生命科学对建筑思想和城市规划理论产生巨大影响

文艺复兴时期，艺术家对人体之美的追求和诸多艺术形式使得城市与人体的类比更加生动和具象。17世纪以来解剖学的发展增进了对人体的了解，因此城市的规划和建设在更大程度上借鉴了人体器官功能的运行机制。“城市绿肺（公园）”的理念就是最典型的案例，该理念提出城市的道路与人体的血管结构和功能相似，都是有机体流动和物质交换的基本场所。20世纪后，芒福德（Lewis Munford）提出，在研究城市规模时可以借鉴生物学中细胞的发展规律。他认为城市的规模不应该无休止地扩张，而应与细胞的生长规律一致，当细胞大小超过某一规模临界值就发生分裂。即对于城市来说，城市的扩张应该逐步变为多个独立单元的有序整合，而非城市边缘的无序蔓延。丹下健三（Kenzo Tange）1960年提出了以生物学概念命名的“新陈代谢主义”，将城市的交流和通信系统比作人体的神经系统，并借鉴人体脊柱的构造提出了“东京湾1960规划方案”，即基于“城市轴”和“索状交通系统”的发展模式（图1）。

▲ 图1 | 丹下健三东京湾1960规划方案

资料来源：网络建筑杂志ArchEyes，https://archeyes.com/plan-tokyo-1960-kenzo-tange/。

国内建筑与城市规划理论和实践发展同样借鉴了城市与生命体类比的思想，如城市“有机更新”理论的提出者吴良镛主张，“城市永远处于新陈代谢之中，居住区内的住房更是如此……保留（相对）完好者，逐步剔除其破烂不适宜者”。

1.3 21世纪后：

城市与人体/生命体的功能类比更加广泛和深入

21世纪后，城市与人体和广义生命体之间的类比更加广泛而深入，其不仅在城市规划和建筑领域继续产生影响，更拓展至了医学、生态学等多个交叉学科，相关的研究成果也逐渐出现了系统化、科学化的趋势。城市规划学者纳拉韦（Claire L Narraway）等回顾了2000—2016年发表的近300篇涉及城市与生命科学类比的文献，研究结果发现，整体来看，这些比喻大多缺乏清晰的定义和深度，其原因可能在于使用这些类比的城市学家对生命科学并不熟悉。医药学家洛温斯坦（Jerome Lowenstein)认为，城市和人体虽然各自有着不同的进化过程，但两者的发展有诸多类似之处，且人体的生物功能对于智慧城市的设计和建造具有很大的借鉴意义。此外，部分国内学者也开始研究城市的生命体特征，并逐步形成了以“城市生命体”为核心的相关理论概念（表2）。

▲ 表2 | 洛温斯坦关于智慧城市与人体的类比

资料来源：笔者根据LOWENSTEIN J. The Body as a Smart City[J/OL]. The Pharos (2020-06-16)[2022-05-26]. https://www.alphaomegaalpha.org/wp-content/uploads/2021/03/2017-3-Lowenstein.pdf 2017整理。

1.4 城市与人体/生命体类比观点的

分类总结

按照不同的类比内容，可以将城市与人体/生命体类比的主要观点大致分为三类：基于相似现象（包括发展规律）的类比、基于相似结构的类比和基于相似功能的类比，具体如图2所示。事实上，现象、结构与功能三者紧密相关，物质结构是功能实现的基础，二者又是城市具有“有机生命体”现象的原因。

▲ 图2 | 关于城市与人体/生命体类比的主要观点分类总结

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生命科学理论及方法在城市研究中的启发性应用

在城市与人体/生命体类比的基础上，一方面可以在城市研究中采用生命科学的理论视角和研究方法，一方面也可以在城市的规划建设和管理实践中借鉴人体/生命体的功能结构安排和协作运行机制。因此，在城市规模快速扩张、资源消耗与环境污染日趋严重、基础设施网络运行不畅等问题和挑战下，城市异速生长理论、城市新陈代谢理论、生物网络系统规划等理论和方法应运而生。

2.1 城市异速生长理论

所谓异速生长（Allometry），指的是生物体单个器官与生物体整体的尺寸相比，其增长速率不同且存在某种数量关系。多项研究结果表明，如果将城市人口规模类比为生物的尺寸，城市的规模与其主要的经济社会发展指标也存在明显的指数规律。具体来说，通常情况下城市的个体需求相关指标如就业、住房、生活用水等指标的异速增长系数约等于1(β ≈1)，即与城市规模同步扩张；城市的技术创新的异速增长系数通常大于1(β >1)，城市规模的提升有助于实现更快的技术创新（实现规模收益递增）；城市的基础设施异速增长系数通常小于1(β <1)，即城市规模扩张能提升人均基础设施利用率（实现规模经济）。

2.2 城市代谢理论

虽然城市代谢（urban metabolism）尚未形成统一的定义，但目前各方学者对于城市代谢理论的研究对象已经基本形成共识，即关于城市资源和能源的流入与流出的量化研究，以及城市资源利用模式和其对城市环境、社会、经济等相关方面的影响。城市代谢理论将城市的运行类比于人体的新陈代谢过程，其研究对象主要是城市物质和能量的流量（以及存量），流入城市的物质和能量如食物、给水、能源、信息，以及流出城市的物质，如气体排放、垃圾、废水等。该理论并不研究城市（人体）本身的机能，只把其当作一个复杂的黑箱（black box）来处理。

2.3 城市基础设施网络与生物网络

目前，生命科学与城市学交叉科学的前沿领域和重点应用型成果集中在城市网络（特别是道路网络）复杂性及其效率研究方面。网络结构（networks）指的是若干路径彼此相交，与其在空间中产生的节点的集合。网络结构广泛存在于生物体的循环系统和城市建成区的各类基础设施系统，主要用于物质和信息的传输和交换。就网络结构的集中度和复杂性而言，生物网络结构的合理性和传输效率远远优于城市网络（包括道路网络和市政网络等）。因此，生物网络的空间布局和运行机制能够对城市网络的规划产生直接启发，最典型的案例就是利用多头绒泡菌进行的仿生实验在优化城市路网规划方面的应用。

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“城市生命体”作为城市科学与生命科学交叉领域的研究展望

作为生命科学与城市科学的交叉领域，“城市生命体”研究可定义为以城市的生命体特征及其变化规律为主要研究内容，借鉴生命科学相关理论和研究方法来分析和解决城市问题、促进城市发展的研究。

3.1 研究意义

目前“城市生命体”交叉领域的研究仍有待拓宽和加深。一方面，虽然城市与人体/生命体的对比深刻影响了城市规划和建设，但其思想和主张大多停留在理念类比的层面，相关概念的内涵与外延较为模糊，且缺乏更深层次的归纳和演绎分析。另一方面，城市异速增长、城市新陈代谢、网络结构等理论和方法仅从单一视角对城市扩张、资源浪费与环境污染、基础设施运营低效等现实问题进行了现象描述并试图提出解决方案，缺乏更加深入的因果识别和机制分析。

3.2 理论基础

首先，多学科交叉是城市科学的本质。城市科学以城市为研究对象，是自然科学和社会科学、基础科学和应用科学有机结合、多学科交叉的科学。其次，城市的“有机生命体”特征逐渐成为广泛共识，这也是城市科学与生命科学能够产生交叉的根本原因。最后，随着信息技术的快速发展，城市运营管理过程中形成了海量数据，为系统性进行“城市生命体”的量化分析奠定了坚实的基础。

3.3 研究范畴和方法探讨

第一，准确定义城市结构和演化中的“有机生命体”特征。具体包括城市物质和能量代谢、城市规模，以及空间结构等方面的生命体特征和发展规律。第二，研究“城市生命体”的功能系统。人体运行的内在机制包括器官功能的实现，代谢网络等系统内信号、物质、能量的传输和优化机制，都对城市的发展有参考作用。第三，研究“城市生命体”的整体协调机制。生命体不同系统之间可以有机高效协同，形成一个有机的统一整体，而其中必然有诸多方面可供城市规划和管理借鉴。

3.4 可能存在的缺陷和局限性

第一， “城市生命体”特征较难清晰界定。城市和生命体两者都是复杂巨系统，包含多维度、多层次的结构和功能，且都存在着巨大的个体差异，因此客观、精准地提炼和类比二者的共性特征与发展规律存在一定难度。第二，在城市研究中单纯地套用生命科学理论和方法论很有可能得出片面的结论，这也是类比视角研究的局限性。第三，“城市生命体”的研究视角在城市规划建设和管理实践中的运用效果仍有待观察。城市客观上是人口、产业和资本在空间的聚集，并非任何方面都完全遵循“有机生命体”的发展规律，因此，在实践运用中必须认清“城市生命体”视角的局限性以及相关研究结论的适用性。

本文撰稿：刘尚超  李超  倪鹏飞

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原文介绍

《人体及生命体类比视角下的城市研究——回顾与展望》一文刊载于《城市规划》2023年第9期，第12-20页，第44页。

【doi】10.11819/cpr20230903a

刘尚超，中国科学院大学经济与管理学院博士后，[e-mail]。

李   超，中国社会科学院财经战略研究院副研究员。倪鹏飞，中国社会科学院财经战略研究院研究员，中国社会科学院城市与竞争力研究中心主任。

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