【学术笔谈】彭仲仁| 人工智能时代城市规划发展的四阶段——协助型、增强型、自动型和自主型规划

编者按

智能技术的发展，作为国家经济转型和社会发展的创新驱动力，已经深刻影响到城镇化发展的诸多领域。城镇“智能化”方向的发展趋势和需求，对城市规划提出了新的要求，也带来了新的机遇。本刊编辑部邀请前沿领域的专家学者以“人工智能对城市规划的影响”为主题，进行深入探讨和观点分享。

彭仲仁（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院致远讲席教授、博士生导师，上海交通大学智能交通与无人机应用研究中心首席教授，美国佛罗里达大学终身教授）

人工智能时代城市规划发展的四阶段——协助型、增强型、自动型和自主型规划

人工智能以其高效的自我学习、自我适应和自我创造能力正迅速渗透各个领域。城市规划领域也不可避免地受其影响。当《麻省理工科技评论》将“感知城市（sensing city） ”与面向大众的人工智能（AI for everybody）并列为2018年全球十大突破性技术之一，以及当世界上各大科技公司如市值第二大的Alphabet （谷歌的母公司） 都争相开始做智能城市规划的时候，说明城市规划开始步入智能化时代。

城市规划中面临的许多问题，例如交通拥堵、环境污染、停车难和住房紧张等，都需要城市规划师对造成这些问题的原因和机理有深入的了解和实时的掌控。人工智能为规划师理解和解决这些问题提供了新的方法与思路。举例来说，城市感应技术能够提供城市状况的实时信息，深度学习能够挖掘城市动态变化（如人流和大气污染聚散）的规律和内在机理，据此规划师即能够对城市规划和管理措施做出相应的调整，并对城市规划方案进行仿真并预测其效果。同时通过结合公众参与平台技术，如区块链（blockchain），规划师可以把备选方案推送到城市居民、企业和政府部门手中，然后利用数据挖掘技术自动分析来自城市居民、企业和政府部门的反馈，从而对原有方案进行修正，如此循环，直到某个决策标准达到为止，最后找出更合理的解决办法。这是未来基于人工智能、大数据的一种智能规划愿景。当然这种智能规划的愿景也不是一蹴而就的，可能会经历四个阶段：人工智能协助型、增强型、自动型和自主型。

1. 人工智能协助型规划（AI-assisted planning）

在这个初期阶段，每个规划师都可能有一个基于人工智能的规划助手（AI-based planning assistant），可称之为智能规划助手（iPlanner）。此智能规划助手以机器学习等大数据分析技术为手段，可以根据规划师的需求提供信息，回答一些“为什么”的问题，如某路段在什么时候最拥堵以及导致拥堵的原因，如何优化城市街道的空间规划等问题，以及城市的空间用地布局是否合理，是否满足当下社会、经济发展的需求等等。

目前正处于此阶段。尽管智能规划助手还未真正出现，人工智能方法已用于协助规划管理者诊断、评估城市运行状况、寻求原因为规划决策提供服务，包括基于大数据和深度学习的交通出行时空规律分析、城市发展过程分析、城市活力分析和居民生活用能习惯分析等。这些借助大数据和人工智能方法完成的城市高精度、高分辨率的生活、工作、出行规律加深了规划师对城市与社区运行规律的认知，从而提高了城市规划和管理的科学性和精准性。

2. 人工智能增强型规划（AI-augmented planning）

此时，智能规划助手不仅能提供规划师所需要的信息，而且还会对规划师所做的规划进行仿真模拟、提供反馈和建议。它会从更多元、也许更客观的视角来看待、评判规划问题，为规划师提供建议。如对交通规划师的治堵方案评判是否可行、是否是全局或者局部最优并为此提供改善方案的建议。再比如，对两个工业园区的空间布局是否会造成各自不同污染物在空中的二次污染（如一个工业园区主要排放VOC而另一个主要排放NOx，两个工业园区放在一起就很容易产生臭氧） 提供评判，并且提供合理的园区布局优化方案。

3. 人工智能自动规划（AI-automated planning）

这个阶段智能规划助手不仅能提供之前所提及的人工智能协助型和增强型规划的功能，而且还会根据规划师预先提供的规划目标和规划程序在规划师指导下进行自动规划。如针对交通拥堵路段和关键节点自动制定治堵方案，或针对城市污染热点区域自动制定减缓污染方案，并通过公众参与平台（比如通过区块链）自动将规划方案推送给众多的利益相关者，并自动分析收集到的信息，实现更公平高效的公众参与，从而对已有方案优化改进。还例如，对于各类规划用地的均衡，智能规划助手将通过规划师确定的各类用地比例，对未来城市发展的交通出行需求、生态保护需求、城市居民生活工作需求等要素综合考虑，对数量庞大的各种情景进行模拟仿真，实现各类用地布局的最优解，实现更绿色、更高效、更宜居的城市空间结构。

4. 人工智能自主规划（AI-autonomous planning）

人工智能自动规划是在规划师的指导下通过智能规划助手让城市规划自动化，而人工智能自主规划阶段，规划任务将由智能规划软件根据对以前规划案例和实施效果的自动学习以及针对现有城市的实际情况和特点自主完成规划任务，不需要规划师的参与。当然城市规划不是一种纯机械的物理决策过程，很难甚至不可能完全靠电脑软件来完成。这种完全依赖智能规划软件自主完成的自主规划也许遥不可期，甚至是难以实现的幻想。但人工智能自主规划可以最大限度地减少规划师的参与，结合区块链技术增加公众对规划决策的参与，从而实现高效的自主规划。

以现在的技术理解，智能规划大致要经历这四大阶段，但实现每一阶段的时间是难以预料的，主要由于其发展轨迹与人工智能技术的发展起伏紧密相关。不管最终何年实现，但可确定的是人工智能和感应城市技术必将给城市规划、设计和治理带来革命性的变革，促使未来的城市规划和设计变得更科学、更高效、更透明。而且在目前信息高效分享与科技快速进步的条件下，这种变革的步伐将会比我们想象的要快得多。

5. 人工智能时代规划师的作用

那么在人工智能时代，城市规划师能做什么呢？现在规划师的很多工作（比如数据收集、总结和分析，以及绘图和展示等）将由智能规划软件系统所代替。但规划师们要做的是更高级的工作，比如说，怎样与人工智能工程师合作设计智能规划软件、工具和系统，怎样把规划过程中的公众参与系统纳入到智能规划软件中去，怎样去综合公众、规划师和政府部门对规划方案的不同意见。一句话，规划师更重要的工作将是与计算机工程师合作设计和开发那些智能规划软件系统让它能增强我们的创造力和规划能力，提高规划的科学性和效果，以提高规划对技术、自然和社会的协调能力。

6. 人工智能时代对城市规划行业的挑战

但要达到城市规划的智能化现在还面临着巨大的挑战。重点体现在用于规划效果数据和专业人才的缺失。

首先是数据的缺失，智能规划依赖于两方面的数据：一是历史规划及其效果的数据，二是城市静态布局和动态流的数据，感应城市技术可以提供第二种数据，但第一种数据，例如规划文本数据集、规划方案数据集等等，严重缺失。没有历史规划及其效果的数据，人工智能算法就不能从历史数据中学习规划的经验和教训，从而就很难做到人工智能自动规划和自主规划。

其次是专业人才的短缺，基于人工智能技术的智能规划涉及数学、计算机、规划和设计等知识，这对于传统城市规划专业背景出身的规划师是个巨大的挑战。因而在城市规划专业开设人工智能课程，或者开设人工智能和城市规划双学位，培养复合型人才，以及将人工智能技术在现有规划师群体中普及，使其成为类似于地理信息系统（GIS） 等常用的工具，也势在必行。

总之，未来的城市或将完全不同于我们现在所熟悉的城市，感应城市技术将使未来的城市更智慧。同时未来的城市规划也将完全不同于现在通行的规划和设计程序，人工智能技术将使未来的城市规划更科学、更高效、更民主。现在的规划师们要积极做好准备迎接那个激动人心的智能规划时代。

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本文为《城市规划学刊》原创文章 

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