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东中西部区域发展和改革研究院建院十七年成果展 今年是东中西部区域发展和改革研究院（CRDRI）建院十七周年，从本月份起，本小号陆续刊发CRDRI成立以来可公开的科研成果、智库产品。这些成果、产品有的写入了中央意见或国家有关发展纲要，有的得到了国家有关部门的重视，有的推动了有关改革政策出台，有的引起了社会广泛关注，为国家经济社会发展、全面深化改革贡献了智慧和力量。 —— 今天刊发的《城市隐秩序：复杂适应系统理论的城市应用报告》是东中西部区域发展和改革研究院第一、二届学术委员会秘书长、第三届学术委员会学术委员刘春成博士主持的项目。2007年立题，2017年结题出版。本报告分为三大部分，第一部分展开并回答“城市为什么是一个复杂自适应系统”；第二部分结合复杂自适应系统理论创始人霍兰德对CAS的基本分析，从主体一致性、要素流动性、功能关联性，提出城市规划、基础设施、产业、公共服务等四大基本的子系统的划分；第三部分指出了新技术下使我们能够更好地观察、理解以及应用城市作为复杂自适应系统的本质特性。本报告的逻辑结构遵循了“提出问题---分析问题--解决问题”的基本思路。 课题研究的背景 复杂适应系统是一个专用术语，指构成整体的各个部分以不同的方式相互作用，聚合之后的整体会呈现各个部分所不具有的功能和特征，具有显著的非线性特征。城市天然是一个复杂适应系统，城市发展具有不可逆性，在城市发展早期，城市功能与空间大多是一一对应的关系，由少数大师根据统治者的意愿去摆布功能，较少考虑甚至是不用考虑普通人的诉求。现代城市已经发生了巨大变化，城市决策中有越来越多的参与者，城市要更加平等地对待城市主体的不同诉求，城市空间和功能的对应关系也发生非线性的变化，城市的某个功能可能会对应多个空间，而某个空间也可能对应多个功能。这种城市复杂性的非线性变化就是城市千百年自适应发展的结果。 城市研究的方法论显然落后于城市演化进程，目前在分析复杂的城市问题时，常规的思路仍然是机械还原论的方法，有些类似数学中静态“微分”的方式，即把一个复合的问题简单分解为不同的专业问题，由不同领域的专家去分头研究分解之后的那一部分。这种分解屏蔽了城市系统本身具有的自适应性，得出的结论也就必然会有偏差。而复杂性研究试图打破将研究对象当作没有生命的机器，可以不断向下分解、还原路径的思维禁锢；提出应该将研究对象当作具有生命活力的整体系统，并且重视要素组合所带来的结构和功能的涌现（Emergence），从而理解整体为什么不一定等于部分之和。 虽然整体系统论的思想渊源还可以追溯到亚里士多德、柏拉图和老子的哲学思想，但在城市认知理论上与城市复杂性认识最为靠近的人应当数简·雅各布斯（Jane Jacobs）。她在《美国大城市的死与生》中把城市定义为有序的复杂（Organized Complexity），并写道“当我们面对城市时，我们面对的是一种生命，一种最为复杂、最为旺盛的生命。因此在处理城市问题时，我们会碰到一种基本的美学局限——一个城市不是一件艺术作品”。而最近几年，圣菲研究所的杰弗里·韦斯特（Geoffrey West）和路易斯·贝当古（Luis Bettencourt）发现城市规模与生物体的成长如出一辙，无论城市大小，城市规模翻倍，其对基础设施的需求大概只增加85%，但其创新和财富增长的速度大概可以达到115%。这样的幂律广泛存在于各类复杂系统中，也提示我们有必要重新审视城市，城市应该是一个具有自身生长和调节机制的有机体，或者简单地说是一个“活系统”。 对城市复杂性的朴素认识经常会联系到一个经典类比上，即城市与生物体之间的类比。但是，将城市视为生命也并非新鲜事，只是大多数时候这种类比也仅限于一种修辞和简单的判断。认识到城市是一个复杂适应系统（Complex Adaptive System，CAS）只是起点，城市系统内部有着自组织的规律性，约翰?霍兰称之为隐秩序，表现为对外部环境有自适应的能力，其深层次的秩序和结构是有序与无序的统一。揭开城市复杂性特征后的隐秩序，才有可能真正对城市研究的实践应用有所增益。 开启发现之路：复杂适应系统视角下的城市认知构架 亚当·斯密在《国富论》中用“看不见的手”巧妙地阐述经济系统中个体经济行为非故意地形成整体市场秩序的客观事实，这与复杂系统的涌现特征是相通的。梅拉妮·米歇尔（Melanie Mitchell）在《复杂》一书中这样解释复杂系统理论：“该理论试图解释，在不存在中央控制的情况下，大量简单个体如何自行组织成能够产生模式、处理信息甚至能够进化和学习的整体。”既然城市天然具有复杂适应系统的特征，那么，主导城市兴衰的“看不见的手”是什么呢？ CAS 理论的开创者之一，遗传算法之父约翰?霍兰定义的基本概念框架，我认为目前仍然是理解CAS 的最简明也最具启发性的表述之一。基于这些基本的概念，复杂适应系统理论开枝散叶，形成多个有着不同聚焦的研究分支。借用约翰·霍兰提出的这个概念框架来研究城市同样很有价值。由于篇幅有限，这里只做简要介绍，每个概念都能展开很多，相信读者也能在其他学科领域中找到大量有益于理解某一概念的观点素材，而这一概念框架也是包容的，并不排斥其他学科的既有成果。不同的学科都在用自己的语言探索复杂性的某个局部，笔者只是建议应在复杂适应系统的概念框架下学习和吸纳，避免钻进其他学科领域的“牛角尖”中。 1.城市主体 系统中的基本单元被称为“主体”，主体具有主动适应性（Adaptive）， 体现在其能够感知外界信息刺激，通过学习来调整自己的行为。主体间，主体与环境间的相互影响和相互作用是系统演变和进化的主要动力，也正是主体的这种适应性造就了系统的复杂性。 人是城市复杂性的决定性因素。城市源于人，为人因人而改变。在城市中，人是最大的、最为活跃、最为复杂的随机因素，也是整个城市系统及各个子系统之间共同的、无时不在的随机层。正是通过人的活动才在空间与时间之间建立了联系。城市规划师经常强调“空间”是规划对象，但如果认识到城市复杂性的来源，规划师有可能不得不重新考虑自己的工作。城市是人类社会的映射，是一面镜子，就像《易经》中的一阴一阳。所以，空间是被定义的，脱离对人类社会复杂性的研究，只盯着空间并没有多大意义；反而先超脱空间形式，升维来看社会经济文化活动，再降维落到空间上非常必要。空间被定义是基于较短时期的静态安排的，随着时间变化，空间定义会变化，比如以前的胡同现在的南锣鼓巷，以前的工厂现在的文创园区。因此，人作为最重要的“城市主体”，是研究城市复杂性的出发点。重拾以“人”为中心的发展观，正好契合了人作为城市最重要主体的认识起点，城市发展的起点和终点实现了一致。 2.主体聚焦 聚集不是简单的合并，也不是原有主体的消失，而是新的、更高层次主体的出现（系统积木块的概念会深化这一认识），并包含了原有层次中所有的主体互动。聚集的层次越来越高，原有主体在大系统中能得到更好的发展，而新的主体也具有了原来主体无法具备的优势。 城市是人、企业、机构、设施、服务和管理等在空间上的聚集。人与人的聚集形成家庭、组织、机构和团体等主体，这些主体的聚集形成社区等形态，社区的聚集形成乡镇乃至城市，城市的聚集形成了城市群。这些大大小小的主体聚集中包含了多层次的适应性互动，并在不同层次上形成涌现，即多个主体组成系统后，出现了系统组成前单个主体所不具有的性质。这一性质并不存在于任何单个要素当中，而是系统在低层次构成高层次时才得以表现，故形象地称其为“涌现”。 3.要素流 CAS 理论十分强调“流”的作用，认为“流”在主体间的传递渠道和传递速度直接影响系统的进化，也就是说主体间的互动通过“流”来实现和传递。“流”的顺畅能促进主体的互动，反之则会割断主体间的联系。 在城市系统中，城市主体之间通过物质流、能量流、信息流和资金流等产生联系，城市发展的活力与这些“要素流”的强弱和质量直接相关。信息在人类社会发展中始终起着重要的作用。对于现代社会，信息更是发挥着决定性的作用。以往的城市研究中，理论界大多关注的是实体资源，而在当今，数据和信息成为不容忽视的重要资源之一。著名网络科学研究者巴拉巴西则指出复杂网络是信息流传递留下的足迹，刻画出系统的复杂性，使CAS 中“流”的概念有了更具象的表达。 4.非线性发展 CAS 主体之间的相互影响不是简单的、被动的、单向的因果关系，而是主动的相互适应关系，从而使系统呈现非线性。因此，就城市发展而言，人类思维和行为的非线性特点本身就决定了城市是一个充满非线性的时空。影响城市发展的因素千千万万，而这些因素之间并非完全独立，而是交互联动，无法用一个特定的模型和公式来演绎。非线性意味着不确定性是必然，确定性成了偶然。可以说，虽然在较短时期内，复杂适应系统仍然呈现可追寻的隐秩序，但在较长时期中结果仍然是难以预测的。这是因为非线性会不断放大初始位置的微小偏差，差之毫厘，谬以千里。 5.目标多样性 “多样性”这个词最早用于生物学物种研究领域，并认为多样性是环境变化的产物。环境的变化会使不能适应的主体淘汰消失，并会使填补这一空缺的新的主体产生。新的主体与消失的主体具有不同特征，从而产生了多样性。在CAS 中，主体是在其他主体为其创造的环境中存在的。因此，其他主体的变化会引起该主体自身的变化。这一过程无时无刻不在发生，每一次适应过程的完成，又为下一次适应开辟了可能性，从而保持系统的持续更新。同样，城市的适应性也是一个分化的过程，形成了城市结构的复合性和形态表现的多样性。 6.特点标识 在主体聚集形成系统的过程中，标识是一个重要的引导性机制。“物以类聚、人以群分”，这里说的“类”与“群”就可以理解为一种“标识”。主体通过标识在系统中选择互动的对象，从而促进有选择的互动。标识的这种机制可以解释某些城市和区域要素流动及要素充足的关键。那么，如果能很好地识别各个主体的特点，便可以有效地促进相互选择。 标识的意义在于提出了主体在环境中搜索和接收信息的具体实现方法。它是解决系统整体性和主体个性矛盾的有效概念，因为整体性容易产生子系统雷同和同质化，个体特性也可能会影响整体效率的提高。而设置良好、基于标识的相互作用，为专业化合作提供了合理的基础。 7.内部模型 内部模型是主体间具有的互动规则。约翰·霍兰提到，对一个系统中的给定主体，一旦指定了可能发生的刺激范围，并估计到可能做出的反应集合，便大致可以推理主体具有的规则。但这也仅是一个概率性推理而不是确定性计算。由于内部模型的存在，主体可以对事物进行前瞻性的判断，并根据预判对互动行为做出适应性变化。内部模型有隐性与显性之分。这里提到城市系统中的内部模型更多还是主体自生自发的秩序，也提醒我们在设计显性规则比如做城市规划时要能看到隐性规则的作用，更好地顺应和引导而不是无视和违背。 8.系统积木块 系统积木块在应用于分析时，其本质作用与“主体”是相同的。两者的区别是，主体是不可拆分的基本元素，而系统积木块是可拆封的子系统。系统积木块的概念为分析复杂系统的层次问题提供了便利。通过这一概念把下一层次子系统“封装”起来，暂时忽略或搁置其内部细节，使其作为一个整体参与较高层次系统的相互作用，只有这样，才能把注意力集中在研究这个系统积木块和同一层次系统积木块之间的互动上，即研究更高层次系统的内部模型上。根据研究的目的和需求，积木块既可以封装，也可以拆封。比如研究某国经济地理时，各个区域或城市群可以作为积木块；研究京津冀城市群时，北京、天津和河北可以作为积木块；而研究北京时，各区县可以作为积木块或根据城市功能来划分积木块，一切都取决于研究所指向的问题。这种分析方法不仅简洁，而且可以避免复杂性分析中常常出现的层次混乱问题。 但是系统积木块的拆封不是随意的，与机械论下的割裂式分类有着本质的不同：拆封出来的子系统应该有着共同的主体以及主体聚集特征；要素流在子系统中相互贯穿，一个子系统中的要素流终点可能是另一个子系统的要素流起点，形成动态循环；内部模型是关于各个子系统内和子系统间关系的统筹协调机制，其作用是使各系统的功能各得其所、相互匹配。正确的拆封系统，既要考虑各子系统的相对独立性，能提炼出特性，又要便于分析子系统之间的联动关系，找到整合的接口。 约翰·霍兰提出的这八个概念之间有着严谨的逻辑关系。主体是系统研究的出发点；主体自身运动的表现形式是“主体聚集”；主体间相互作用的载体是“要素流”；“特点标识”是影响要素流的重要机制，决定了要素流的方向和活跃度；系统通过主体聚集和要素流持续的共同作用逐步达成“目标多样性”；不论是主体聚集的过程、要素流的运动过程，还是系统朝着目标多样性的运动过程都普遍存在着“非线性发展”。将同一层级的不同子系统分别加以封装，就构成了系统的“积木块”；而“内部模型”是主体或子系统间互动的行为规则。这八点作为认识复杂适应系统的基本概念，贯穿一体，对城市研究极具启发性。 城市研究者的好时代与坏时代 现代城市的复杂性正在挑战规划师的专业极限。城市越发展，人口越密集，主体互动越活跃，城市规划显得越发重要。当然，城市规划师的地位越高，受到的责难也越多，尤其是规划师面对复杂的城市问题一筹莫展时，往往成为众矢之的。气愤？推脱？反击？不如前行！正如斯蒂格利茨所说，影响21 世纪人类社会进程最深刻的两件事情是新技术革命和中国的城市化。这两者结合起来为城市研究者提供了丰富的素材去重新发现城市，也给规划人提供了更强有力的工具去打开城市复杂性的黑箱。 移动互联网时代的到来使城市复杂性得到前所未有的体现。对于执着于过时旧知识的城市规划者和管理者来说，这是一个焦头烂额的坏时代；对于正视城市作为复杂适应系统这一客观存在的人来说，移动互联网和大数据技术给了他们更大限度探索城市奥秘的契机，这是一个长袖善舞的好时代。耶鲁大学的詹姆斯·C.斯科特教授（James C. Scott）批判巴西利亚的规划使城市缺乏活力，写道“规划者试图将动态发展中的城市束缚在静态的格局之中，然而城市的复杂结构之演变远远超出了人们的预期。假设一个勤勉的规划者收集到尽可能多的信息，他的信息也无法满足所有微观个体不同的需求，更何况并非所有的规划者都有这样的耐心去收集信息”。这样的信息收集以前似乎不可能，但随着信息技术的发展，依托大数据来做城市规划已不是幻想。 更重要的是，大数据技术背后的科学认知与复杂性研究理论一脉相承，都要求我们转变自上而下控制式的规划观念，更加珍视“自下而上”自生自发的秩序，以终为始地将微观个体摆在首要位置。正视城市的复杂性不仅是一种有益的视角，也应该成为规划实践中遵循的价值观，以避免今日视为骄傲的规划变成明天城市的一种灾难。 刘春成 东中西部区域发展和改革研究院第一、二届学术委员会秘书长、第三届学术委员会学术委员 刘春成，男，汉族，1968年5月出生，山东省青岛市人，1989年参加工作，1989年加入中国共产党，1986年在北京理工大学计算机学院就读并获得学士学位，2001年在管理与经济学院就读并获得博士学位，经济学博士后，教授，博士生导师。 现任中国雄安集团有限公司党委副书记、总经理。 历任科技部研究中心区域发展研究室主任，北京市朝阳区发展改革委员会副主任，北京市朝阳区商务局局长，北京市商务中心区（CBD）管委会常务副主任，北京市农委委员、市城乡结合部建设领导小组办公室副主任，赤峰市委常委、赤峰市人民政府副市长，贵阳市委常委、贵阳市人民政府副市长、贵州省贵民投资集团有限责任公司(贵州省金融控股有限责任公司)党委副书记、总经理，中国雄安建设投资集团党委副书记、总经理，中国雄安集团有限公司党委副书记、总经理等职。 具有计算机科学、管理学和经济学等跨学科专业背景，在国内率先将复杂适应系统理论应用到城市发展和政府治理领域的研究和实践。著《城市隐秩序：复杂适应系统理论的城市应用》、《城市的崛起：城市系统学与中国城市化》、《创意照亮的空间：文化创意产业案例辑》，译有《不依赖增长的治理：探寻发展的另一种可能》，曾发表《“双核”经济中心理论下的京津冀城市群发展设想》等多篇学术论文。
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