期刊精粹 | 大数据时代步行城市和社区的设计【2019.5期优先看·主题】
【摘要】本文在数字化和城市大数据的时代背景下，以城市规划与设计的角度探讨适宜步行的城市。我们首先简要回顾历史上的可步行城市设计，然后讨论什么是可步行城市以及可步行城市的空间要素是什么，接着对新兴的主题及其实证方法进行了探讨，以衡量可步行城市的空间和城市设计特征。本文的第一部分着眼于城市设计的关键命题，以及它们是如何被提出以促进步行性。第二部分论述了步行性的概念，这是设计步行城市的基础。我们强调可步行城市的物理元素（走道、邻近用途、空间）和感知元素（安全、舒适、享受），然后我们研究构成可步行城市的各种空间元素。第三部分着眼于可步行城市和社区设计的新兴主题。我们讨论了由不断增长的计算能力以及相关的经验方法和跨学科的合作（包括空间规划、城市设计、城市生态和公共卫生）带来的城市大数据的应用前景。本文旨在为理解城市设计和可步行性提供一个整体的方法，重新评估构建可步行城市的空间要素，并讨论未来的政策干预。
1 促进步行城市形态的城市设计
在城市规划设计领域里，无论是学术派还是实践派，步行城市的概念都得到了广泛的认同和应用，以实现可持续城市化的目标。从社会改革家埃比尼泽·霍华德构思的英国韦林（Welwyn）和莱奇沃思（Letchworth）花园城市，到勒·柯布西耶（Le Corbusier）以及他的“现代城市”所提倡的有益于经济规模并受到福特主义和泰勒主义拥戴的高效城市设计，再到后现代时期出现的由环境改革者支持的可持续发展城市设计运动。这些所有的提倡和运动都有一个共同之处，那就是城市应该是适宜步行的。
1.1 花园城市
在“花园城市”运动中， 霍华德描绘了一些可以通往开放空间和自然环境的场所。花园城市的主要特点之一是提供开放空间。这些开放空间是城市形态的组成部分，提供了方便的可步行进入社区设施和公共设施的入口。英国的韦林花园城市是建立在将城市和农村的优势结合起来的基础上（方便使用城市设施和进入自然环境，图1）。索森更明确地指出，“一个周围是农村地带，且为健康的生活和工业而设计的城镇，其规模可以使社会生活得到充分的权衡，但不能扩大；整个土地都为社区托管”。尽管远非完美，但正如1948年《泰晤士报》所评论的那样，韦林（模式）使新的（可步行）城镇成为可能。考虑到用合适的金融模式以支持可行的住房选择，花园城市的模式与传统开发不同，花园城市允许城镇政府控制许多可能开发的建筑物和土地，以构成/ 促进居民的可步行性。
1.2 邻里单元
基于英国同行的经验，美国学者开始考虑采用新的花园城市概念去建立美国社区。此外，他们还尝试应用科拉伦斯·佩里提出的邻里单元概念。佩里设想了一个理想的社区单元，涵括4000~7000人（支持一所小学的规模），同时多个社区聚合在一起形成一个更大的社区或城镇。尽管位于新泽西州的雷德朋（Radburn）不可避免地受到汽车时代的影响，并因此偏离了一些最初的花园城市概念，但它仍然强调了促进社会间互动的空间设计（图2）。其中一项共同的努力就是将行人与车辆完全分开，这是通过超级街区和垂直交叉口的应用来实现的。超级街区的设计本质上是由弯曲的街道网络连接的不规则形的街区，垂直交叉口则是由立交桥和地下通道组成。刘易斯·芒福德称，雷德朋是自威尼斯以来城市规划领域的第一个重大转变。然而，这造成了职住分离，也就是为什么雷德朋和其他一些社区单元的开发从来没有充分发挥它们的预期潜力。
图2 雷德朋邻里单元的设计
1.3 现代功能主义与规模经济
花园城市和邻里单元都旨在提供一种在低密度环境中行走的安全方式，现代功能主义的初衷也是如此，尽管很多人批评它缺乏对行人可步行性的重视。伴随着现代功能主义的兴起，在钢框架结构和垂直电梯的发明帮助下，勒·柯布西耶和他的当代城市理念促进了高效的城市设计，有利于规模经济，并受到福特主义和泰勒主义的热烈欢迎。以图3 所示的辐射型城市为例，在现代主义的支持下，个人主义被消灭，城市的密度在上升，但是紧密度急剧下降，虽然这些超级街区具有步行性的形态。
现代功能主义的原则是设计完全基于建筑物的目的和功能，正如勒·柯布西耶所说，将这一原则运用到城市规模规划和设计中，城市就成为可生活在其中的机器。勒·柯布西耶也提到，“城市的灵感来源于人体的组织和功能，它是由各部分有组织地组成到一起并作为一个整体协同工作”，但现代功能主义把城市看作机器，而不是有生命力的有机体。
1.4 后现代主义的尝试
意识到人的尺度空间的缺失对其居民的宜居性至关重要，在环境改革者的支持下，可持续城市设计应运而生，并以多种形式出现：城市新陈代谢、紧凑城市、新城市主义、韧性城市、智慧城市等。后现代主义的尝试也促进了跨学科方法的涌现。公众健康意识、气候变化意识、生态保护意识不断增强，健康城市、低碳城市、生态城市等实验性的城市理念逐步形成。
1.5 数字设计范式与城市大数据计算
在研制原子弹这股力量的推动下，以及蒙特· 卡洛模拟和量子计算能力的支撑下，人类迎来了数字化和全球化的时代。王建国认为，数字城市设计不仅具有人机对话的社会价值和设计创意，还具有量化属性，并得到数据库成果，这些可以更有效地结合甚至融合到（中国）法定的城市规划体系中。的确，这一论点提供了一个角度，那就是根据不同的空间尺度和社会需求去重新对待设计客体。
2 什么是可步行城市和社区
从花园城市到邻里单元的概念，从后现代主义实验到数字化时代，一个好的设计总是内含着提供可步行的城市形态的意图。然而，在现实中，一些城市设计主张并没有实现这一良好的意图。从过去的经验中学习，下文将讨论空间元素，理解空间尺度，以及可以重塑可步行城市和社区的设计维度。
2.1 可步行城市和社区的空间元素
一些学者强调了可步行城市的二元性，陈述了其物理元素（走道、邻近用途、空间）和感知元素（安全、舒适、享受）。从城市设计的角度来看，物理的二分法与建筑环境的感知是不可分割的。同时还有另一组使用维度、效果和代理来总结与步行能力相关的关键因素。在《什么是步行？》（Walkability: What Is It?）一文中，佛赛认为，“维度”包括了可穿越性、紧凑性、步行安全性和有物理吸引力的环境；“效果”包括了活力度和可社交性，它提供了可持续的交通选择和诱导锻炼的特性；“代理”则包括了多维度的改善城市环境手段和整体解决方案。最近，定量方法也得到了大量关注。学者们正在使用指标来量化一个地方的质量，包括可步行性、生态足迹和与健康状况相关的生活质量。
2.2 可步行城市和社区的空间指标
个体尺度和邻里尺度都是适宜步行城市的重要空间指标。宋彦等总结了促进可步行城市发展的建筑环境空间指标（构建可步行城市的空间要素）。这些空间指标包括多样性、密度、设计和综合措施。尤因和赛维洛将多样性、密度、到交通的距离、目的地的可达性结合到可步行环境的五个维度（5D）。
在各种关于步行能力的个体空间测量方式中，连通性是最常用的度量之一。巴里根等认为，建筑环境之间的联系越紧密，就越有利于步行和可持续的交通方式，这是独立于其他邻里特征的一个空间属性。艾利斯等将连通性分为六个度量标准：交叉口密度；节点连接率；行人路线方向性；行人辐射范围；度量范围；定向范围。每项指标都反映出连通性与主动出行和步行能力之间的关系略有不同。使用欧几里得距离或基于网络的时间距离来计算，这些测量侧重于街道网络的连通性。
密度，包括人口密度、住宅（住房单元）密度、交通和交叉口密度、步行道密度、公共交通服务密度、服务设施密度，也已应用于了解可步行城市。对于密度的空间尺度不准确性的批评，被总结为可变面积单位问题（MAUP），主要论点集中在相对固定空间尺度的使用。由于这种批评，密度通常与大小和位置一起使用来测量社区空间。
多样性，可步行城市最常提到的特征可能是混合土地利用或者是土地利用功能的多样性。然而，较少的学者对不同年龄层和不同行动能力的人，如老年人、儿童和年轻人进行区分。斯坦福和鲍德温建议将不同年龄和不同能力的行人融入到可步行城市的设计中；此外，还有建议将文化、种族和民族以及社会的多样性同样融入其中。所有这些都应该在可步行城市的规划中得到解决。
最近的一些研究发现，社区整体步行能力的综合指标也是体育活动的预测指标，如步行评分、指标和评估模型等，可用于评估步行能力。其中弗兰克等利用居民住宅周围1km半径区域开发了步行指标。桑德克斯特等也开发了步行指标。
2.3 设计尺度、邻里类型和辐射范围
虽然在量化步行城市时进行了权衡，一个反复出现的问题是如何将建筑环境的质量转化为可量化的度量。为了得到有利的和合适的结果，设计这个维度常常被忽略。此外，设计本质上也是关乎比例尺度的。在邻里尺度上，设计与建筑和景观特征息息相关。翰迪等指出，这些都是关乎基地形态和使用的微观变量。城市设计师正在设计行人能看到、听到、闻到和感觉到的周围环境。虽然人的尺度通常能在社区层面上得到放大，但城市尺度下的步行性设计往往只专注于交通规划和工程的技术方面。
有时可以系统地将设计尺度嵌入到邻里类型中。邻里的类型可按其所处的位置、建成年份、居住单位、机构协会、形态和高度、发展目的等进行分类。例如，历史保护社区通常位于市中心，老年居民的比例较高；相反，近期建成的高层商品社区往往位于离市中心更远的地方。促进可步行性和低碳出行依赖于公共交通和提供零售和商业的设施。
设计尺度超越了假设人们步行到附近设施的接近性理论。在关于步行吸引力（walk appeal）的理论中，史蒂夫·门佐认为，人们会走多远完全取决于他们在路上遇到了什么。有些人愿意绕道而行，因为街道上的商店、建筑细节和街道上的树木吸引了他们，他们也愿意避开地面停车场和不受欢迎的地方。可步行性（walkability）一直以来都是在低碳交通或健康益处的背景下被讨论的，但它是与“愉快的城市生活”息息相关，这意味着人们只是更喜欢在一个良好的环境中步行。也许我们有必要将对设计尺度的理解扩展到可步行性的感知方面。
3 可步行城市的新兴主题
我们从设计可步行城市的研究和实践中找到了一些关键的新兴主题。这些主题不仅从城市设计师的角度出发，还涉及其他相关学科的知识：（1）空间尺度和社区的多元性；（2）跨学科的方法论；（3）城市大数据和机器计算方法的应用。在下文，我们将说明如何将这些新出现的主题联系到可步行城市的设计和政策制定上。
3.1 可步行性的空间尺度
在邻里尺度上，这些测量街道景观、建筑立面、视觉复杂性、围护结构、去专业化、路径选择和孔隙度等的空间指标被广泛使用。在城市尺度上，一些定量研究基于可步行性测量的经验，评估了多样性和用地功能的混合、连通性和街道布局、人口和住房密度。最近也有一些研究评估了人们对可步行性和自愿（self-selection）搬迁的态度，并以此来建立不同尺度之间的联系。然而，很少有研究涉及社区和城市尺度下的关于实际步行行为的测量。除此之外，区域尺度的可步行性也很少被讨论。
3.1.1 社区的多样性
为了设计适合步行的社区，我们需要正确地界定人们在现代城市中生活、工作和娱乐的社区。举个例子，一个通勤上班或上学的成年人至少有两个宽泛的物理活动范围：一个在家里，另一个在工作单位或学校。传统上对社区可步行性的理解与这些由建筑环境或行政边界所定义的物理范围有关。然而，邻里的概念也可以通过非正式的边界或文化传统来定义。
之前有一个相关研究通过欧几里德距离来测量一个社区的辐射点。规划和分区法规还采用了基于步行距离的方法来量化社区边界，这促进了以公共交通为导向的发展模式的应用，比如用距离公共交通站5分钟或10分钟的步行范围来定义一个辐射区域。最近更多的研究是利用网络距离来测量到达一个社区辐射点的时间距离。手机数据、GPS设备等大数据的涌现，让我们能够在单个用户层面上捕捉到真正的社区辐射点。不仅如此，一个社区的多样性还与它的功能、居民的感知和使用频率有关。
3.1.2 活动范围
关于不同用户人群的活动范围（SOA: Spectrum of Activities）应该通过他们对于可步行的城市、社区特定的需求来进行定义。也就是说，基于年龄——年轻人和老年人；基于逗留时间长短——访客与居民；基于旅行模式——行人、跑步者、骑自行车者。我们以此来定位特定的区域，包括一些涉及高用户强度或者一些需要特别注意的群体。例如：之前的一些研究对游客和居民采用了不同的步行评分。图4展示了一张埃里克·费舍使用推特（Twitter）数据和MapBox 绘制的关于当地人与游客群体活动范围的地图。研究表明，提高游客和当地人的可步行性需要不同的居住设施。我们把重点放在邻里社区的类型以及街道的类型（衡量一条街道的完整性）上。
3.1.3 公共空间/ 便利设施辐射区的划分
设计适合步行的城市还应包括提高对公共服务辐射集中区的理解。辐射区域( 或服务区) 的概念是指吸引人去使用的城市、服务或机构所在的地区。如图5所示，在城市大数据和日益增长的共享经济的推动下，我们能够使用实时GPS数据重新评估这些辐射区域。我们应该将辐射区域的设计与花园城市的概念联系起来，比如如何创建城市公园网络，给人们一个步行的理由。
3.2 跨学科背景下的可步行城市和社区
毫无疑问，系统地评价可步行城市需要跨学科的方法。杰夫·斯派克在他的《可步行城市规则》（Walkable City Rules）中提出了以下帮助设计可步行城市的不同学科途径：健康、交通、生态，以及经济（如可步行性和房屋价值）和社会公平。我们遵循这些分类，进一步探索可步行城市和社区的健康价值、交通和生态价值。
3.2.1 可步行城市的健康价值
由于肥胖现在已经成为美国一个主要的公共健康问题，一些研究已经将健康与城市的设计和规划联系起来。在众多影响肥胖及肥胖相关健康因素中，人们认为导致肥胖的三个主要因素是代谢因素、饮食和体育活动。最近，人们越来越关注体育活动的作用，以及许多西方国家久坐不动的生活方式如何导致肥胖的流行。因此，在人口层面上促进体育活动一直是最重要的公共健康目标之一。世界卫生组织（WHO）目前建议的一个指导准则便是保持积极健康的生活方式，即每周至少花150分钟进行中度和剧烈的体育活动（MVPA: Moderate to Vigorous Physical Activity）。MVPA指的是需要一定程度体力消耗的常见活动，如快步走、慢跑、骑自行车和运动。然而，对于许多西方国家的许多人来说，实现每天最低水平的体育锻炼可能是最具挑战性的目标。现代生活方式和劳动力对体育活动的要求非常低，为了达到推荐的最低体育活动水平，我们需要有意识地花时间把锻炼纳入日常生活的一部分。在人口层面上达到这种健康水平的一种方法就是去设计我们的城市，使步行和骑自行车成为一种自然的选择。因此，可步行性和可步行城市的概念在公共卫生社区中获得了相当大的关注，可步行性已被纳入健康评估框架。
3.2.2 交通和适宜步行的城市
在低碳交通的探讨中，诱导交通、街道数量、可步行街区大小、自行车道（自行车人口是自行车基础设施的核心）、停车场作为自行车道缓冲区、树木减缓汽车速度等都成为了适宜步行城市的话题。可步行城市的概念并不新鲜，因为步行是人类运动和交通的基本。然而，能够自由安全地行走，对于世界上许多城市来说都是挑战，因为我们的大部分城市空间都被用于汽车出行。人们越来越意识到，汽车是导致当前肥胖流行的一个严重问题。时间花在汽车里已被确认为一个导致肥胖的危险因素，而最近的研究报道称，我们可以通过用更积极的交通方式代替汽车出行来有效提高我们的健康水平，如步行、骑自行车 和公共交通。因此，一种积极的交通方式构成了一个可步行城市设计的重要元素。然而目前为止，在许多城市，如何整合繁忙的交通仍然是一个问题。更好地设计城市和交通系统可以提高人们骑自行车、步行和利用公共交通出行的比例；然而，正因为如此，人们接触被排放出来的有害气体的机会也不可避免会增加。因此，对于城市设计和社区规划来说，当我们设计可步行城市时，考虑身体活动与暴露在空气污染当中是至关重要的。一个综合的框架，如弗兰克等在2019年提出的框架，将会帮助我们设计城市，将积极的交通带来的好处最大化，同时将与之相关的风险最小化。
3.2.3 可步行城市的生态价值
主动的交通所带来的环境效益已得到广泛的讨论。安迪· 洪认为，首先，主动的交通方式需要的空间更少；其次，它能使人均排放量或每位乘客的旅行距离更少；第三，它能降低生命周期成本。福尔曼在他的《城市生态学：城市科学》（Urban Ecology – Science of Cities）一书中提出了一些合理的解决方案，以提高城市环境的可步行性和保护其生态价值。这些解决方案可以总结为促进可步行城市设计和规划的城市生态原则。如果把设计适宜步行的城市与政治利益结合起来，比如《巴黎协定》（Paris Agreement），以降低气候变化的风险，我们就能实现让人们保持步行和低碳出行模式的长期目标。
3.3 城市大数据与可步行城市设计的计算机化
在未来可步行城市设计中，新型城市大数据与传统数据的结合会有广泛的使用价值。城市大数据在可步行城市设计中的应用让我们有机会以创新的视角理解城市和城市组成部分。除了上述利用手机数据划定辐射区域外，利用个人层面的数据设计适宜步行的城市和社区还有许多前景首先，GPS 传感器数据。例如：手机运营商的用户位置数据；从安装在自行车、公共汽车和其他公共交通工具上的设备中获取的传感器数据；特定使用模式的数据，如跑步者和远足者（图6）。第二，社交媒体、众包和智能手机应用数据。例如：推特、脸书和微博就是社交媒体数据的好例子。Whats App和微信（主要在中国）是安装在智能手机上的即时通信应用程序的好例子。第三，经济活动数据。例如：使用信用卡的消费者交易数据，还有更传统的房地产数据，以及那些涉及人工智能和神经网络等前沿技术的数据。
正如巴蒂所述，设计可步行、智能和可持续的城市的理念依赖于整合来自不同来源的数据并将其转化为有用信息的潜力。诚然，收集到的原始数据可能毫无用处，但是，通过清洗、过滤、选择、组合和转换的过程后，我们可以生成知识、识别和智能，从而设计出更好、更有效的可步行城市策略。例如：我们可以将个人用户级数据与城市建筑环境数据结合起来，发现城市公共设施的潜在功能。我们可以在规划和设计领域提供政策干预，以促进可步行性。但是任务并没有在这里停止，后处理阶段从积累生成的新知识开始。不断建立数据库对于不断监测和产生更新的知识是至关重要的，而剩下的问题则是隐私、不准确性（用户和活动）和不一致性（空间和时间）。
4 结论
总之，提倡可步行城市的城市规划设计主张至少可以追溯到未来的花园城市。借鉴过去，观察现在，我们应该讨论空间元素，理解空间尺度，了解可以重塑可步行城市和社区的设计尺度。更重要的是，我们可以从设计可步行城市的研究和实践中找到关键的新兴主题。我们认识到，这些主题不仅是从城市设计师的角度，而且涉及其他相关学科的知识。展望未来，城市大数据的方法和涌现，可以为我们提供更加详细、多元化的居民和建筑环境信息。利用这些信息，我们可以设计可适合步行并且适宜步行的城市和社区。
展望未来，我们应该重新审视并强调步行城市和社区的以下方面：（1）城市应该适合步行。按照时间顺序，我们将可步行城市的语境分为花园城市、社区单元、现代功能主义和规模经济，以及后现代主义的尝试。如何从城市发展过去阶段和信息和经验中寻找引领当前的数字设计范式的城市大数据计算的阶段应该得到更多的关注。（2）可步行城市具有多个时空尺度，具有多学科性质。我们需要重新考虑一个社区的空间维度，与不同用户相关的活动范围，以及城市设施与其辐射区相关的功能。这种研究的新兴主题可以应用于公共卫生、交通和土地使用以及城市生态。（3）城市大数据和计算方法可以揭示未来的步行城市。该研究中城市大数据的不足部分是由于可用数据和计算能力的缺失。然而，人群采购数据、开源数据和GPS的出现使得设备和传感器在过去几十年中已经显著改变了这种情况。新的挑战是数据融合算法，以合成来自多个学科的异构数据源。例如：重要的经验方法和城市大数据的出现可以为我们提供更多关于多元化居民和建筑环境的详细信息。我们可以采用新的方法和数据来启发步行城市和社区的设计。这些观点可以为将来设计步行城市和社区的研究提供信息。
作者： 关成贺，上海纽约大学；牛津大学移民、政策与社会中心，PEAK 城市项目城市资讯顾问；哈佛大学哈佛中国能源、经济和环境项目土地和交通资源客座研究员。chenghe.guan@nyu.edu
迈克尔· 凯斯，牛津大学移民、政策与社会中心，PEAK 城市项目主任
安迪· 洪，牛津大学乔治全球健康研究所，首席城市健康科学家
译者：王元钊，上海纽约大学研究助理