smartcity的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/smartcity 大道至简 静水流深 时空地理 人文城市

博文

城市复杂系统的再认知

已有 1404 次阅读 2023-12-22 16:12 |系统分类:科研笔记

城市是人类文明的关键象征,承载着人们对美好生活的向往和追求。城市的繁荣与活力、衰退与转型,与我们每个人息息相关,对城市这一复杂系统的科学认知是对其展开评价的基础。虽然对城市的定义、发展历史、演化规律等,国内外不同学科的学者已经做了大量研究和总结[51-53]。例如,古希腊亚里士多德认为“人们为了安全来到城市,为了生活美好留在城市”,很简洁地阐释了城市的起源与发展,也揭示了城因人而兴,人因城而幸的朴素道理。但是为更科学有效的进行城市评价,有必要从复杂系统和生命有机体视角对城市系统做进一步的认知和归纳,加强城市评价中的系统整体观。

从复杂性视角分析。随着城市化的推进,城市系统复杂程度不断升高,与其他复杂系统类似,具有开放性、非线性、自组织性、自适应性、涨落性、反馈性、层级性等特征[54, 55]。城市是由以人为核心的社会经济和生态环境两大子系统构成,生态环境子系统是城市的本底支撑系统,包含水、土地、能源、大气、动植物等要素;社会经济子系统是城市的主体人工系统,包含房屋建筑、市政设施、教育文化、产业经济、防灾应急等要素(图3)。这两大子系统以及众多要素之间通过物质流、能量流、信息流等不断进行相互作用、相互影响与相互适应,这些复杂的耦合关系根据空间、时间、表象和组织等维度可以分为近远程耦合、近远期耦合、显隐性耦合、组内外耦合等不同类型[56]。因此,城市是一个典型的人地关系地域系统。

从城市有机生命体视角分析。人员、食物、水、原材料、能源等不断流入城市,通过生物、物理、化学甚至是精神上的相互作用,在城市内部进行不同时空尺度的循环和交换,再以另一种形式流出城市,形成城市的宏观新陈代谢过程。城市发展活力外在表现为城市有机体的各部分通过自组织、自复制、自适应不断生长,内在机制则主要表现为多样性与流动性[57]。多样性包括城市人口多样性、产业多样性、土地混合利用、社会文化多元性、建筑多样性和生态系统多样性等;流动性既包括城市内部人口、物资和信息的流动,也包括与城市外部环境的各种交互。生长代谢、多样性和流动性构成了城市的“活力三角”[57]

城市复杂系统示意图2023.jpg

图3 城市复杂系统的结构、过程与联系示意图

从空间维度分析。首先,城市有若干个尺度层级和分形特征,从最基础的家庭单元,到街区、功能区、单个城市、城市群,在星球城市化背景下现代城市的影响延伸到地球的任意角落[58]。物理实体的城市空间是三维的,横向的城市空间由点、线、面有机构成:交通站点、大型商场、标志性建筑等是点要素,一般具有集聚或辐射效应;道路网络、河流水系、城市绿廊、基础管网等是典型的线要素,将城市连接为一个网络,承载其他各类要素的流动,类似生命体的血管和神经;商业用地、居住用地、工业用地、绿地公园、仓储物流等是面状要素,一般归类为某种城市功能区,是城市有机体的功能器官。工业革命以来大城市病日益严重,纵向的城市空间越来越重要,含盖地上高层建筑和地下各类建筑和设施,伴随城市空间的立体开发,城市研究由平面思维转向立体化思维[59]。此外,城市虚拟空间(数字孪生空间)随着近几年人工智能和实景三维等技术的成熟,已经开始落地建设,未来将成为衡量城市智慧程度和活力品质的重要方面[60]

从时间维度分析。每个城市都遵循一定的发展规律,包括城市化的S”型曲线演化规律、城市的异速生长和标度律[61]、城市化-环境库茨涅兹曲线规律[62]等。在前人研究基础上,本文结合复杂性理论,进一步总结了城市发展的一般性规律。如图4所示,城市化的“S”型演化曲线对应了系统的涌现生成、协同维生、临界相变三个阶段。城市的涌现生成是以人为核心的人地关系地域系统在多时空维度上的结构和功能的整体涌现现象;城市系统的协同维生是指在与外界环境进行物质、能量和信息交流以及系统内部主体间的竞争与协同共同驱动下,系统结构有序度、自适应、自发展能力在不断涨落中提高的过程;当城市系统达到自组织临界阈值,系统发生相变,城市的规模、性质和职能等会发生改变[54]。当然这仅是城市系统演化的一般性宏观规律,具体到每个细分阶段或特定城市,演化的路径和系统涨落的强度肯定有差异。

32030.jpg

图4 城市复杂系统演化的基本规律(改绘自文献[54])

总之,城市是物质空间、社会空间与信息空间三个维度的集成,是耦合社会与自然的复杂地域系统,是有序与混沌、自组织与他组织、集聚与扩张、竞争与协同的辩证统一体,在以人为核心的多种流要素驱动下不断发生时空间反馈,像自然界其他有机体一样不断感知并适应周围环境,不断自我生长、演化与重构。

节选自:刘海猛.城市评价方法论初探[J].地理研究,1-24. http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1848.P.20231205.1100.002.html.





https://blog.sciencenet.cn/blog-673292-1414944.html

上一篇:城市评价研究进展与问题
下一篇:城市评价中的常用方法模型
收藏 IP: 159.226.112.*| 热度|

2 代恒伟 杨惠麟

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-6-22 05:07

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部