吳志強院士:智能規(guī)劃,城市未來
為什么要做智能規(guī)劃?實際上還是要回歸到根本的事。一說到城市史,已經(jīng)有8000年,這8000年從建設城市整體上來說,有非常多的愚蠢的地方。
比方說現(xiàn)在城市高溫,人類、動物、植物需要大量的雨水,這是解旱的。但是所有的城市把大自然的恩賜全部作為洪澇災害:流動的叫做洪水,不流動的叫做內(nèi)澇。所以“戰(zhàn)勝洪澇之日,即高溫日之始”。這個就是我們現(xiàn)在的狀態(tài),想想是不是很愚蠢?假如沒有人類,自然是一個非常好的體系,該沖就沖,該流就流,這是一個非常好的事。因為人類認識到這個問題,所以變成了流就叫做洪,不流直接叫做澇。
高溫是自然界把最多的能量送到我們的窗口,我們卻用最高的價值買來能源去抵抗自然送來的能源?,F(xiàn)在大氣怎么會不熱呢?所有的空調(diào)都在抵抗自然的能源,更多的錢、更多的能量消耗來抵抗自然的能量,這不是很愚蠢嗎?說明人們沒有看懂真正的自然、城市、人三者之間應該是什么的關系。
我們都喜歡小街小巷,復合空間,我們規(guī)劃師在工作時卻按照蘇維埃模式進行了分隔,多元功能復合的缺失,造成了空蕩蕩的新城,土地的污染、水系的污染,以及土地與空氣的不可持續(xù),這些問題我們必須反思。
40年的改革開放帶來了偉大的成就。我們看到每一個城市都欣欣向榮,但卻忽視了目前正面臨著的可持續(xù)發(fā)展的問題。土地大量污染,大量的重金屬污染,整個水系的污染,長三角地區(qū)大量的藍潮事件。我們有:可以城鎮(zhèn)化的人口,可以城鎮(zhèn)化的土地,可以城鎮(zhèn)化的空氣,但這些都是有限的資源,所以是很不可持續(xù)的。我們必須反思我們的城市到底出了什么問題?
我們有一句話:城市必須要智慧起來。
我們的城市以前是由骨肉組成,例如交通、基礎設施、用地等?,F(xiàn)在我們還需要城市的神經(jīng)中樞系統(tǒng)。如今,我們擁有了“大智移云”——大數(shù)據(jù)、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算。它可以為我們帶來這個時代偉大的可能性,我們要認識到城市的“不智慧”,通過努力讓城市智能起來。
2006年我在世博會做規(guī)劃師,當時有一個口號:聰明的地球。當時成立了第一個IBM,同濟大學的智慧城市研究中心。這個詞造成了后面一連串的結(jié)果、掛牌,做了第一次的課題,完成了一系列的活動。當時我理解的智慧城市,可以用幾個原圖表達出來。
第一個是感知。城市要知冷暖。第二是判斷。智能城市要知道判斷好壞。第三要快速地自我反應。第四要自我學習,然后變成聰明的城市。這是第一張圖。
后來就變成了復雜系統(tǒng),感知,包括城市的主動感知、數(shù)據(jù)上報、數(shù)據(jù)挖掘;判斷,包括數(shù)據(jù)分析、預測模擬、評測工具;反應,包括政府決策,企業(yè)決策,治理決策;學習,包括模型改善、流程改善。經(jīng)驗的一次次提升,就變成一個持續(xù)的進化、持續(xù)的聰明。
這是第二張圖,當時畫得很隨意。我們現(xiàn)在面臨的問題,其實就是我剛才說的,城市不夠聰明。比如醫(yī)療,我記得很清楚,當時我的父母生病,每一次半夜就醫(yī)都非常困難,所以我覺得就醫(yī)很重要。再比如就學,這也是現(xiàn)在很多家庭關注的事情,在我的認知當中,一定在最近的范圍,一定要找自己的孩子最需要的老師,何必到那么遠的地方找一家學校,最遠的地方不一定有你最需要的老師。假如在就醫(yī)和就學時打通數(shù)據(jù),你可能會發(fā)現(xiàn)那個住在隔壁但從未說過話的鄰居正是你孩子最需要的老師。交通、金融服務等等文化活動亦如此。所以我們要想通過城市讓生活更美好,就要先知道城市需求,把整個過程智慧化、智能化。
第三張圖直接把使用的對象找到了。第一層政府,第二層是企業(yè),最后市民是主體。很多企業(yè)跑到一個新城市,什么都不知道,怎么能讓企業(yè)更便捷地找到需要的信息呢?剛才也說了市民的需求,例如就醫(yī)、就學、交通等。這就需要用可持續(xù)的經(jīng)濟、社會、環(huán)境三大問題把整個城市串聯(lián)起來,和政府、企業(yè)、市民的需求結(jié)合起來。
第四張圖,我覺得由內(nèi)部系統(tǒng)感知以后,需要數(shù)據(jù)的收集,當時寫了6種收集數(shù)據(jù)的辦法,現(xiàn)在把它發(fā)掘到8層的系統(tǒng),然后由感知,到數(shù)據(jù)庫、中心處理等。我們城市的社區(qū)、城區(qū)、區(qū)域,整個城市那么多種需求進行整合,組合以后形成整個的城市不同的功能和空間。這里面哪些節(jié)點最為重要?那就把它做起來。這個時候到了2008年的后期,正好是10年以前做的事,非常高興10年以后拿出來,可以看到不同的使用者的內(nèi)在結(jié)構。
再往下走我們做了落地,從街區(qū)、社區(qū),到城區(qū),最后到一座城市。
再往下走到了第五張原圖,把規(guī)律放上去了讓城市學習、挖掘。沒有規(guī)律的話,城市就不算真的聰明。
這是2010年左右工程院做得特別多的題目,做了支撐層、運行層、邏輯層,去學習、感知、判斷、反應,再回去到邏輯循環(huán)上,落實到整個空間。這是最重要的。
我自己當時想象了幾件事:第一是突破空間的距離。我們那時講城市規(guī)劃就是“空間位置決定城市規(guī)劃”,但是當時我覺得要突破空間的距離。城市的數(shù)據(jù)、鏈接、框架連接這是空間第一個突破。第二是提升組織效率。第三個是替代大量實體的形態(tài)。這是當時世博會期間的一些想法,要解決發(fā)展城市動力的問題、路徑的問題、區(qū)域平衡的問題、要素制約的問題、科學決策的問題。這是當時的初衷,我今天,也就是10年以后,把這些初心挖出來了。
世博會人數(shù)超過7000萬,為了世博會的人流預測,將世博會劃分為20米乘以20米的22525個單元,進行了單元研究,模擬20、40、60、80、100萬人的分布情況。當時發(fā)現(xiàn)了很多問題,其中最大的問題,就是在河邊的中國館參觀流量巨大,江邊人口集聚,導致人流進出困難,于是將中國館移動到了南邊廣場最大的一片場地中,如果當時沒有模擬系統(tǒng),就不可能完成,當時還創(chuàng)造了同時在場一百多萬人的世界記錄??梢哉f,沒有模擬就無法做好世博會的規(guī)劃。
通過世博會的智能平臺,我們研發(fā)了“智能市長桌”,將世博會的指揮系統(tǒng),運用到了城市的指揮系統(tǒng)。
在都江堰災后重建規(guī)劃中,通過城市智能平臺模擬了城市的風流、水流、日照數(shù)據(jù)采集,實現(xiàn)了36平方公里大規(guī)模的風場、水流和地形要素模擬,這個工作第一次讓我們看到了城市中最大的兩個自然要素:水流和氣流的模擬關系,讓我們認識到城市中最大的自然要素,風與水,認識到這些隱形的知識,是如何用科學的手段挖掘出來的。
2014年我們沒有停下來,建立了“城市樹”系統(tǒng)。原始數(shù)據(jù)庫是在德國開始的,到了今天做到第四代的數(shù)據(jù)庫,我們把2014年開始所有的衛(wèi)片全部進行匯總。我們現(xiàn)在的城市樹八大數(shù)據(jù)中心的一類就是衛(wèi)片,我們進行了導入。14年開始,用人工智能閱讀衛(wèi)片,因為衛(wèi)片變化太大了,從第一張75年的衛(wèi)圖到現(xiàn)在40年的衛(wèi)圖,實際上密度、圖象、常態(tài),一定要用人工智能讀片。歐洲一直用的1平方公里,我想推進,不斷推進后到現(xiàn)在的30米×30米衛(wèi)片,這樣一張張疊起來以后,像一個樹,這就是城市樹。我們一個一個城市,建立一棵一棵的城市樹,我們站在全球的角度,研究整個世界的人類城市問題,掌握世界城市發(fā)展規(guī)律。
當時80年代非常崇敬的美國,他們原有200個城市的積累,我們就把全世界100平方公里的所有城市全部挖個遍,發(fā)現(xiàn)有937個,我們的小組停不下來了,繼續(xù)挖50平方公里的城市2000多個;30平方公里的城市3000多個等等。到2018年1月全部完成,我們完成了全人類一平方公里以上的所有的城市:13810個。
我們得到了這張圖。大家過去看到的都是叫照片,而我們這是真正一個一個點畫出來的,一個一個點挖出來的,一個一個點積累起來的,完成人類13810個城市的第一張原樣地圖,這是非常高興的!2018年,我們中國人在這里完成全世界的第一張最完整的城市建成面積的圖。
它的偉大意義在于,不僅是全亞洲,更重要的是把世界城市的研究的動圖建起來。我們現(xiàn)在統(tǒng)一標準,同一個體系,同樣的密度,同樣的面積,所有達到同樣的質(zhì)量,這就是我們中國人今天可以挺挺地告訴大家,我們中國人掌握了統(tǒng)一標準,這是我們中國人的驕傲!
在2018年2月份,對樣本城市樹的邊界、發(fā)展過程進行辨識,從一萬多個城市中,辨識出完整的城市分類,可以總結(jié)七種類型:萌芽型435個,佝僂型 3601個,成長型 2365個,發(fā)育型 831個,成熟型 1900個,區(qū)域型 143個,衰退型 201個。
在做北京城市副中心城市設計中,我們讓CityGo學習了整個通州的樣片,從2018年進行推演,一直推演到2035年,完成了世界上第一個純粹人工智能推演的發(fā)展模型。這個模型里面有六種棋子,職、住、學、商、醫(yī)、休。城市規(guī)劃往后不再是一張2035年的圖,而是一年比一年推進演化的圖。為什么城市規(guī)劃那么累,因為我們只有一個空間的模型,而不知道“前后手”,“前后手”的決定,可以影響一個城市的興旺和衰退,我們過去長久以來只有空間問題,不提時間的前后秩序。
目前,我們在繼續(xù)推進人工智能城市的原型設計與研發(fā)。城市的發(fā)展我們一直在依靠外力,讓我們的城市尺度在不斷發(fā)展,高度不斷擴張,但只有到了人工智能階段,才是城市發(fā)展的革命性時代。通過長期的積累,2016年中國工程院向中央提出了關于中國人工智能的戰(zhàn)略報告,得到迅速的批復,2017年7月,發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》,而在同時,美國、英國、歐盟都在做,這次的革命是從來沒有過的、中國與世界同步的革命。
《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》專門寫了這一條:用人工智能推進城市規(guī)劃、建設、管理、運營全生命周期的智能化。這是最高科技的計劃中第一次寫到城市規(guī)劃建設、管理、運行。
中國的人工智能發(fā)展,需要科技的推動,因此本次會議邀請了很多IT領域的專家,在下圖中,右手邊是大量的應用來驅(qū)動,左邊是大量的技術推動。
未來三年關于人工智能的計劃的終極構思非常清楚,按照人的需求,以城市的規(guī)律為背景,把現(xiàn)在的城市幾大內(nèi)容生產(chǎn)、生活、生態(tài)、人民共享,插入整個城市配套系統(tǒng),包括居住、醫(yī)療、教育、衛(wèi)生等整個人工智能化。在實踐過程當中,從規(guī)劃、設計、建設、背景整個分布推進,最后落到不同的用地上。
接下來介紹的項目,是正在規(guī)劃建設的第一個人工智能小鎮(zhèn),城鎮(zhèn)集聚上萬個研究者,建立世界級人工智能產(chǎn)業(yè)集群,建設完整的城鎮(zhèn)集成平臺,包括城市的大小腦,中樞系統(tǒng),加上城市迷走神經(jīng)系統(tǒng),三層系統(tǒng)疊加,在世界上是最前沿的人工智能城市模型,讓生產(chǎn)更加成功,讓生活更加便捷,讓生態(tài)更加宜人。
我們希望把這個東西落下來,我們希望落到地域中間,落到都市的家園中間,落到鄰里中間,在生產(chǎn)中間和國際標準結(jié)合,不斷地動態(tài)支配,從而形成云端的運用的鏈接,全球的鏈接,然后在生態(tài)中間我們需要感知、低碳、安全,我們希望做一些新的概念。
我們實踐了世界第一個地塊尺度的人工智能小鎮(zhèn)建設推演,讓機器在政府、規(guī)劃、資本、市民的博弈中,通過機器模擬,看它到2030年會變成什么樣子。我們不僅僅是地塊的模擬,而是元空間尺度的模擬。
我們要做元功能,我叫功能元空間尺度,就是POI的這么一種尺度,一家店,一個廠,然后進行全鎮(zhèn)模擬,不同的組合推演成怎么樣。
最終,我希望每個人在這里都可以就近地完成這六個日常需求,15分鐘找到你的基本需求。推演到2030年以后,不同的組合,落實到土地上,落實到復合的用地色彩,多樣化的復合功能,再進行不同的園區(qū)組合。然后再按照不同的功能,診斷每一塊地的不同功能配比,落到不同的建筑要求,對建筑的功能進行組合,并將建筑進行分層,進行三維推演,形成三維尺度的智能配置。真實的城市就是這樣,是多元的,每一個上面是不同的組合。
最后,我們會完成世界上第一個人工智能的廣場,它會對個人做人臉識別、情緒識別,從而為你作曲,甚至你所看到的圖、整體的形象都會為每一個個體來做。比如為今天上臺的領獎者,配上屬于你的主題音樂,從藝術、感覺、整體上來完成。
世界上第一個人工智能中樞塔我們也在做。這是人工智能中樞的整個群落,底部中樞的數(shù)據(jù)庫。
還有第一個人工智能的餐飲街、人工智能活力社區(qū)、人工智能定制公交、人工虛擬現(xiàn)實婚姻殿堂、全鎮(zhèn)域個人安全健康智能護理系統(tǒng)等。
我們還希望做到世界上第一個人工智能智能生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈、AI服務機器人、AI金融等,我們希望人工智能可以大規(guī)模地推進。
希望這一套系統(tǒng)可以讓我們實現(xiàn)人工智能的智慧城市,在世界上再一次真正地說中華民族復興了。
(本文為中國城市規(guī)劃學會副理事長、中國工程院院士、同濟大學副校長吳志強在2018年中國城市規(guī)劃信息化年會上的演講)
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