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課題研究的背景

復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)是一個(gè)專用術(shù)語(yǔ)，指構(gòu)成整體的各個(gè)部分以不同的方式相互作用，聚合之后的整體會(huì)呈現(xiàn)各個(gè)部分所不具有的功能和特征，具有顯著的非線性特征。城市天然是一個(gè)復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)，城市發(fā)展具有不可逆性，在城市發(fā)展早期，城市功能與空間大多是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，由少數(shù)大師根據(jù)統(tǒng)治者的意愿去擺布功能，較少考慮甚至是不用考慮普通人的訴求?，F(xiàn)代城市已經(jīng)發(fā)生了巨大變化，城市決策中有越來(lái)越多的參與者，城市要更加平等地對(duì)待城市主體的不同訴求，城市空間和功能的對(duì)應(yīng)關(guān)系也發(fā)生非線性的變化，城市的某個(gè)功能可能會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)空間，而某個(gè)空間也可能對(duì)應(yīng)多個(gè)功能。這種城市復(fù)雜性的非線性變化就是城市千百年自適應(yīng)發(fā)展的結(jié)果。

城市研究的方法論顯然落后于城市演化進(jìn)程，目前在分析復(fù)雜的城市問(wèn)題時(shí)，常規(guī)的思路仍然是機(jī)械還原論的方法，有些類似數(shù)學(xué)中靜態(tài)“微分”的方式，即把一個(gè)復(fù)合的問(wèn)題簡(jiǎn)單分解為不同的專業(yè)問(wèn)題，由不同領(lǐng)域的專家去分頭研究分解之后的那一部分。這種分解屏蔽了城市系統(tǒng)本身具有的自適應(yīng)性，得出的結(jié)論也就必然會(huì)有偏差。而復(fù)雜性研究試圖打破將研究對(duì)象當(dāng)作沒(méi)有生命的機(jī)器，可以不斷向下分解、還原路徑的思維禁錮；提出應(yīng)該將研究對(duì)象當(dāng)作具有生命活力的整體系統(tǒng)，并且重視要素組合所帶來(lái)的結(jié)構(gòu)和功能的涌現(xiàn)（Emergence），從而理解整體為什么不一定等于部分之和。

雖然整體系統(tǒng)論的思想淵源還可以追溯到亞里士多德、柏拉圖和老子的哲學(xué)思想，但在城市認(rèn)知理論上與城市復(fù)雜性認(rèn)識(shí)最為靠近的人應(yīng)當(dāng)數(shù)簡(jiǎn)·雅各布斯（Jane Jacobs）。她在《美國(guó)大城市的死與生》中把城市定義為有序的復(fù)雜（Organized Complexity），并寫道“當(dāng)我們面對(duì)城市時(shí)，我們面對(duì)的是一種生命，一種最為復(fù)雜、最為旺盛的生命。因此在處理城市問(wèn)題時(shí)，我們會(huì)碰到一種基本的美學(xué)局限——一個(gè)城市不是一件藝術(shù)作品”。而最近幾年，圣菲研究所的杰弗里·韋斯特（Geoffrey West）和路易斯·貝當(dāng)古（Luis Bettencourt）發(fā)現(xiàn)城市規(guī)模與生物體的成長(zhǎng)如出一轍，無(wú)論城市大小，城市規(guī)模翻倍，其對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的需求大概只增加85%，但其創(chuàng)新和財(cái)富增長(zhǎng)的速度大概可以達(dá)到115%。這樣的冪律廣泛存在于各類復(fù)雜系統(tǒng)中，也提示我們有必要重新審視城市，城市應(yīng)該是一個(gè)具有自身生長(zhǎng)和調(diào)節(jié)機(jī)制的有機(jī)體，或者簡(jiǎn)單地說(shuō)是一個(gè)“活系統(tǒng)”。

對(duì)城市復(fù)雜性的樸素認(rèn)識(shí)經(jīng)常會(huì)聯(lián)系到一個(gè)經(jīng)典類比上，即城市與生物體之間的類比。但是，將城市視為生命也并非新鮮事，只是大多數(shù)時(shí)候這種類比也僅限于一種修辭和簡(jiǎn)單的判斷。認(rèn)識(shí)到城市是一個(gè)復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)（Complex Adaptive System，CAS）只是起點(diǎn)，城市系統(tǒng)內(nèi)部有著自組織的規(guī)律性，約翰?霍蘭稱之為隱秩序，表現(xiàn)為對(duì)外部環(huán)境有自適應(yīng)的能力，其深層次的秩序和結(jié)構(gòu)是有序與無(wú)序的統(tǒng)一。揭開城市復(fù)雜性特征后的隱秩序，才有可能真正對(duì)城市研究的實(shí)踐應(yīng)用有所增益。

開啟發(fā)現(xiàn)之路：復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)視角下的城市認(rèn)知構(gòu)架

亞當(dāng)·斯密在《國(guó)富論》中用“看不見(jiàn)的手”巧妙地闡述經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中個(gè)體經(jīng)濟(jì)行為非故意地形成整體市場(chǎng)秩序的客觀事實(shí)，這與復(fù)雜系統(tǒng)的涌現(xiàn)特征是相通的。梅拉妮·米歇爾（Melanie Mitchell）在《復(fù)雜》一書中這樣解釋復(fù)雜系統(tǒng)理論：“該理論試圖解釋，在不存在中央控制的情況下，大量簡(jiǎn)單個(gè)體如何自行組織成能夠產(chǎn)生模式、處理信息甚至能夠進(jìn)化和學(xué)習(xí)的整體?！奔热怀鞘刑烊痪哂袕?fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的特征，那么，主導(dǎo)城市興衰的“看不見(jiàn)的手”是什么呢？

CAS 理論的開創(chuàng)者之一，遺傳算法之父約翰?霍蘭定義的基本概念框架，我認(rèn)為目前仍然是理解CAS 的最簡(jiǎn)明也最具啟發(fā)性的表述之一?；谶@些基本的概念，復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論開枝散葉，形成多個(gè)有著不同聚焦的研究分支。借用約翰·霍蘭提出的這個(gè)概念框架來(lái)研究城市同樣很有價(jià)值。由于篇幅有限，這里只做簡(jiǎn)要介紹，每個(gè)概念都能展開很多，相信讀者也能在其他學(xué)科領(lǐng)域中找到大量有益于理解某一概念的觀點(diǎn)素材，而這一概念框架也是包容的，并不排斥其他學(xué)科的既有成果。不同的學(xué)科都在用自己的語(yǔ)言探索復(fù)雜性的某個(gè)局部，筆者只是建議應(yīng)在復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的概念框架下學(xué)習(xí)和吸納，避免鉆進(jìn)其他學(xué)科領(lǐng)域的“牛角尖”中。

1.城市主體

系統(tǒng)中的基本單元被稱為“主體”，主體具有主動(dòng)適應(yīng)性（Adaptive）， 體現(xiàn)在其能夠感知外界信息刺激，通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)調(diào)整自己的行為。主體間，主體與環(huán)境間的相互影響和相互作用是系統(tǒng)演變和進(jìn)化的主要?jiǎng)恿?，也正是主體的這種適應(yīng)性造就了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

人是城市復(fù)雜性的決定性因素。城市源于人，為人因人而改變。在城市中，人是最大的、最為活躍、最為復(fù)雜的隨機(jī)因素，也是整個(gè)城市系統(tǒng)及各個(gè)子系統(tǒng)之間共同的、無(wú)時(shí)不在的隨機(jī)層。正是通過(guò)人的活動(dòng)才在空間與時(shí)間之間建立了聯(lián)系。城市規(guī)劃師經(jīng)常強(qiáng)調(diào)“空間”是規(guī)劃對(duì)象，但如果認(rèn)識(shí)到城市復(fù)雜性的來(lái)源，規(guī)劃師有可能不得不重新考慮自己的工作。城市是人類社會(huì)的映射，是一面鏡子，就像《易經(jīng)》中的一陰一陽(yáng)。所以，空間是被定義的，脫離對(duì)人類社會(huì)復(fù)雜性的研究，只盯著空間并沒(méi)有多大意義；反而先超脫空間形式，升維來(lái)看社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化活動(dòng)，再降維落到空間上非常必要?？臻g被定義是基于較短時(shí)期的靜態(tài)安排的，隨著時(shí)間變化，空間定義會(huì)變化，比如以前的胡同現(xiàn)在的南鑼鼓巷，以前的工廠現(xiàn)在的文創(chuàng)園區(qū)。因此，人作為最重要的“城市主體”，是研究城市復(fù)雜性的出發(fā)點(diǎn)。重拾以“人”為中心的發(fā)展觀，正好契合了人作為城市最重要主體的認(rèn)識(shí)起點(diǎn)，城市發(fā)展的起點(diǎn)和終點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一致。

2.主體聚焦

聚集不是簡(jiǎn)單的合并，也不是原有主體的消失，而是新的、更高層次主體的出現(xiàn)（系統(tǒng)積木塊的概念會(huì)深化這一認(rèn)識(shí)），并包含了原有層次中所有的主體互動(dòng)。聚集的層次越來(lái)越高，原有主體在大系統(tǒng)中能得到更好的發(fā)展，而新的主體也具有了原來(lái)主體無(wú)法具備的優(yōu)勢(shì)。

城市是人、企業(yè)、機(jī)構(gòu)、設(shè)施、服務(wù)和管理等在空間上的聚集。人與人的聚集形成家庭、組織、機(jī)構(gòu)和團(tuán)體等主體，這些主體的聚集形成社區(qū)等形態(tài)，社區(qū)的聚集形成鄉(xiāng)鎮(zhèn)乃至城市，城市的聚集形成了城市群。這些大大小小的主體聚集中包含了多層次的適應(yīng)性互動(dòng)，并在不同層次上形成涌現(xiàn)，即多個(gè)主體組成系統(tǒng)后，出現(xiàn)了系統(tǒng)組成前單個(gè)主體所不具有的性質(zhì)。這一性質(zhì)并不存在于任何單個(gè)要素當(dāng)中，而是系統(tǒng)在低層次構(gòu)成高層次時(shí)才得以表現(xiàn)，故形象地稱其為“涌現(xiàn)”。

3.要素流

CAS 理論十分強(qiáng)調(diào)“流”的作用，認(rèn)為“流”在主體間的傳遞渠道和傳遞速度直接影響系統(tǒng)的進(jìn)化，也就是說(shuō)主體間的互動(dòng)通過(guò)“流”來(lái)實(shí)現(xiàn)和傳遞。“流”的順暢能促進(jìn)主體的互動(dòng)，反之則會(huì)割斷主體間的聯(lián)系。

在城市系統(tǒng)中，城市主體之間通過(guò)物質(zhì)流、能量流、信息流和資金流等產(chǎn)生聯(lián)系，城市發(fā)展的活力與這些“要素流”的強(qiáng)弱和質(zhì)量直接相關(guān)。信息在人類社會(huì)發(fā)展中始終起著重要的作用。對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)，信息更是發(fā)揮著決定性的作用。以往的城市研究中，理論界大多關(guān)注的是實(shí)體資源，而在當(dāng)今，數(shù)據(jù)和信息成為不容忽視的重要資源之一。著名網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究者巴拉巴西則指出復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是信息流傳遞留下的足跡，刻畫出系統(tǒng)的復(fù)雜性，使CAS 中“流”的概念有了更具象的表達(dá)。

4.非線性發(fā)展

CAS 主體之間的相互影響不是簡(jiǎn)單的、被動(dòng)的、單向的因果關(guān)系，而是主動(dòng)的相互適應(yīng)關(guān)系，從而使系統(tǒng)呈現(xiàn)非線性。因此，就城市發(fā)展而言，人類思維和行為的非線性特點(diǎn)本身就決定了城市是一個(gè)充滿非線性的時(shí)空。影響城市發(fā)展的因素千千萬(wàn)萬(wàn)，而這些因素之間并非完全獨(dú)立，而是交互聯(lián)動(dòng)，無(wú)法用一個(gè)特定的模型和公式來(lái)演繹。非線性意味著不確定性是必然，確定性成了偶然?？梢哉f(shuō)，雖然在較短時(shí)期內(nèi)，復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)仍然呈現(xiàn)可追尋的隱秩序，但在較長(zhǎng)時(shí)期中結(jié)果仍然是難以預(yù)測(cè)的。這是因?yàn)榉蔷€性會(huì)不斷放大初始位置的微小偏差，差之毫厘，謬以千里。

5.目標(biāo)多樣性

“多樣性”這個(gè)詞最早用于生物學(xué)物種研究領(lǐng)域，并認(rèn)為多樣性是環(huán)境變化的產(chǎn)物。環(huán)境的變化會(huì)使不能適應(yīng)的主體淘汰消失，并會(huì)使填補(bǔ)這一空缺的新的主體產(chǎn)生。新的主體與消失的主體具有不同特征，從而產(chǎn)生了多樣性。在CAS 中，主體是在其他主體為其創(chuàng)造的環(huán)境中存在的。因此，其他主體的變化會(huì)引起該主體自身的變化。這一過(guò)程無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生，每一次適應(yīng)過(guò)程的完成，又為下一次適應(yīng)開辟了可能性，從而保持系統(tǒng)的持續(xù)更新。同樣，城市的適應(yīng)性也是一個(gè)分化的過(guò)程，形成了城市結(jié)構(gòu)的復(fù)合性和形態(tài)表現(xiàn)的多樣性。

6.特點(diǎn)標(biāo)識(shí)

在主體聚集形成系統(tǒng)的過(guò)程中，標(biāo)識(shí)是一個(gè)重要的引導(dǎo)性機(jī)制?！拔镆灶惥?、人以群分”，這里說(shuō)的“類”與“群”就可以理解為一種“標(biāo)識(shí)”。主體通過(guò)標(biāo)識(shí)在系統(tǒng)中選擇互動(dòng)的對(duì)象，從而促進(jìn)有選擇的互動(dòng)。標(biāo)識(shí)的這種機(jī)制可以解釋某些城市和區(qū)域要素流動(dòng)及要素充足的關(guān)鍵。那么，如果能很好地識(shí)別各個(gè)主體的特點(diǎn)，便可以有效地促進(jìn)相互選擇。

標(biāo)識(shí)的意義在于提出了主體在環(huán)境中搜索和接收信息的具體實(shí)現(xiàn)方法。它是解決系統(tǒng)整體性和主體個(gè)性矛盾的有效概念，因?yàn)檎w性容易產(chǎn)生子系統(tǒng)雷同和同質(zhì)化，個(gè)體特性也可能會(huì)影響整體效率的提高。而設(shè)置良好、基于標(biāo)識(shí)的相互作用，為專業(yè)化合作提供了合理的基礎(chǔ)。

7.內(nèi)部模型

內(nèi)部模型是主體間具有的互動(dòng)規(guī)則。約翰·霍蘭提到，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)中的給定主體，一旦指定了可能發(fā)生的刺激范圍，并估計(jì)到可能做出的反應(yīng)集合，便大致可以推理主體具有的規(guī)則。但這也僅是一個(gè)概率性推理而不是確定性計(jì)算。由于內(nèi)部模型的存在，主體可以對(duì)事物進(jìn)行前瞻性的判斷，并根據(jù)預(yù)判對(duì)互動(dòng)行為做出適應(yīng)性變化。內(nèi)部模型有隱性與顯性之分。這里提到城市系統(tǒng)中的內(nèi)部模型更多還是主體自生自發(fā)的秩序，也提醒我們?cè)谠O(shè)計(jì)顯性規(guī)則比如做城市規(guī)劃時(shí)要能看到隱性規(guī)則的作用，更好地順應(yīng)和引導(dǎo)而不是無(wú)視和違背。

8.系統(tǒng)積木塊

系統(tǒng)積木塊在應(yīng)用于分析時(shí)，其本質(zhì)作用與“主體”是相同的。兩者的區(qū)別是，主體是不可拆分的基本元素，而系統(tǒng)積木塊是可拆封的子系統(tǒng)。系統(tǒng)積木塊的概念為分析復(fù)雜系統(tǒng)的層次問(wèn)題提供了便利。通過(guò)這一概念把下一層次子系統(tǒng)“封裝”起來(lái)，暫時(shí)忽略或擱置其內(nèi)部細(xì)節(jié)，使其作為一個(gè)整體參與較高層次系統(tǒng)的相互作用，只有這樣，才能把注意力集中在研究這個(gè)系統(tǒng)積木塊和同一層次系統(tǒng)積木塊之間的互動(dòng)上，即研究更高層次系統(tǒng)的內(nèi)部模型上。根據(jù)研究的目的和需求，積木塊既可以封裝，也可以拆封。比如研究某國(guó)經(jīng)濟(jì)地理時(shí)，各個(gè)區(qū)域或城市群可以作為積木塊；研究京津冀城市群時(shí)，北京、天津和河北可以作為積木塊；而研究北京時(shí)，各區(qū)縣可以作為積木塊或根據(jù)城市功能來(lái)劃分積木塊，一切都取決于研究所指向的問(wèn)題。這種分析方法不僅簡(jiǎn)潔，而且可以避免復(fù)雜性分析中常常出現(xiàn)的層次混亂問(wèn)題。

但是系統(tǒng)積木塊的拆封不是隨意的，與機(jī)械論下的割裂式分類有著本質(zhì)的不同：拆封出來(lái)的子系統(tǒng)應(yīng)該有著共同的主體以及主體聚集特征；要素流在子系統(tǒng)中相互貫穿，一個(gè)子系統(tǒng)中的要素流終點(diǎn)可能是另一個(gè)子系統(tǒng)的要素流起點(diǎn)，形成動(dòng)態(tài)循環(huán)；內(nèi)部模型是關(guān)于各個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)和子系統(tǒng)間關(guān)系的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，其作用是使各系統(tǒng)的功能各得其所、相互匹配。正確的拆封系統(tǒng)，既要考慮各子系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性，能提煉出特性，又要便于分析子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，找到整合的接口。

約翰·霍蘭提出的這八個(gè)概念之間有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬯P(guān)系。主體是系統(tǒng)研究的出發(fā)點(diǎn)；主體自身運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式是“主體聚集”；主體間相互作用的載體是“要素流”；“特點(diǎn)標(biāo)識(shí)”是影響要素流的重要機(jī)制，決定了要素流的方向和活躍度；系統(tǒng)通過(guò)主體聚集和要素流持續(xù)的共同作用逐步達(dá)成“目標(biāo)多樣性”；不論是主體聚集的過(guò)程、要素流的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，還是系統(tǒng)朝著目標(biāo)多樣性的運(yùn)動(dòng)過(guò)程都普遍存在著“非線性發(fā)展”。將同一層級(jí)的不同子系統(tǒng)分別加以封裝，就構(gòu)成了系統(tǒng)的“積木塊”；而“內(nèi)部模型”是主體或子系統(tǒng)間互動(dòng)的行為規(guī)則。這八點(diǎn)作為認(rèn)識(shí)復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的基本概念，貫穿一體，對(duì)城市研究極具啟發(fā)性。

城市研究者的好時(shí)代與壞時(shí)代

現(xiàn)代城市的復(fù)雜性正在挑戰(zhàn)規(guī)劃師的專業(yè)極限。城市越發(fā)展，人口越密集，主體互動(dòng)越活躍，城市規(guī)劃顯得越發(fā)重要。當(dāng)然，城市規(guī)劃師的地位越高，受到的責(zé)難也越多，尤其是規(guī)劃師面對(duì)復(fù)雜的城市問(wèn)題一籌莫展時(shí)，往往成為眾矢之的。氣憤？推脫？反擊？不如前行！正如斯蒂格利茨所說(shuō)，影響21 世紀(jì)人類社會(huì)進(jìn)程最深刻的兩件事情是新技術(shù)革命和中國(guó)的城市化。這兩者結(jié)合起來(lái)為城市研究者提供了豐富的素材去重新發(fā)現(xiàn)城市，也給規(guī)劃人提供了更強(qiáng)有力的工具去打開城市復(fù)雜性的黑箱。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)使城市復(fù)雜性得到前所未有的體現(xiàn)。對(duì)于執(zhí)著于過(guò)時(shí)舊知識(shí)的城市規(guī)劃者和管理者來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)焦頭爛額的壞時(shí)代；對(duì)于正視城市作為復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)這一客觀存在的人來(lái)說(shuō)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)給了他們更大限度探索城市奧秘的契機(jī)，這是一個(gè)長(zhǎng)袖善舞的好時(shí)代。耶魯大學(xué)的詹姆斯·C.斯科特教授（James C. Scott）批判巴西利亞的規(guī)劃使城市缺乏活力，寫道“規(guī)劃者試圖將動(dòng)態(tài)發(fā)展中的城市束縛在靜態(tài)的格局之中，然而城市的復(fù)雜結(jié)構(gòu)之演變遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們的預(yù)期。假設(shè)一個(gè)勤勉的規(guī)劃者收集到盡可能多的信息，他的信息也無(wú)法滿足所有微觀個(gè)體不同的需求，更何況并非所有的規(guī)劃者都有這樣的耐心去收集信息”。這樣的信息收集以前似乎不可能，但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，依托大數(shù)據(jù)來(lái)做城市規(guī)劃已不是幻想。

更重要的是，大數(shù)據(jù)技術(shù)背后的科學(xué)認(rèn)知與復(fù)雜性研究理論一脈相承，都要求我們轉(zhuǎn)變自上而下控制式的規(guī)劃觀念，更加珍視“自下而上”自生自發(fā)的秩序，以終為始地將微觀個(gè)體擺在首要位置。正視城市的復(fù)雜性不僅是一種有益的視角，也應(yīng)該成為規(guī)劃實(shí)踐中遵循的價(jià)值觀，以避免今日視為驕傲的規(guī)劃變成明天城市的一種災(zāi)難。

劉春成