科学化的城市设计

杨滔｜清华大学《城市设计》副主编；北京市建筑设计研究院有限公司副所长；英国UCL空间句法公司高级顾问

 城市设计（Urban Design）作为一个学科术语是1956年在哈佛大学主办的城市设计系列会议上提出来的，然而城市设计的活动应该自古就有，而且它往往被认为是建筑设计、城市规划及景观设计之下的分支，本质上是构筑城市物质环境，使之成为人们能够良好使用的场所(Carmona et al., 2003)。因此，当今的城市设计也往往会包括社会经济、文化、美学、认知及环境等方面的内容。《城市设计读本》(Urban Design Reader)中定义了城市设计的四个关键点：以人为本；重视场所；市场经济、规章制度及政策对设计的限制；动态的设计过程。而设计既是创造性的建造过程，又是面向问题的分析过程。然而，城市设计没有一个统一的定义(Carmona et al., 2003)。可以说，城市设计作为学科，仍然很年轻，而涉及的内容又非常广泛。从Camillo Sitte关于城市形态美学的分析，发展到Kevin Lynch对城市形态的心理认知及良好设计标准的研究、Christopher Alexander对设计过程的创新、Jane Jacobs对于城市活力的倡导、Aldo Rossi对于历史和原型的重视、William Whyte对于公共空间社会内涵的探索，以及Bill Hillier对于城市结构和社会经济一体化的剖析，一直到美国新城市主义和英国城市乡村主义等对于生态、人文、能源、日常生活等方面的关注。一方面，城市设计跳出了形式美学的范式，意识到城市的复杂性，美好的物质形态不能决定人所构成的社会生活，而采用了其他各种相关学科的方法和原理，以弥补单一的美学设计方法；另一方面，伴随城市规划已转向了政策、社会及经济等社会科学的方向，城市设计也更加注重规范、政策及制度方面对设计的影响和应用。于是，城市设计的物质产品越来越被认为是社会、经济、文化、政治及环境等因素塑造出来的，设计过程也被认为需要动态地跟随整个社会进程，那么我们设计好政策、规范及制度等就会让城市设计自动地完成？城市设计是否可以隶属城市社会学，抑或城市经济学等？而《新城市主义宪章》的重点之一则是意识到社会经济等因素不能完全解决城市设计的问题，需要重新认识城市物质形态对社会经济等方面的反作用力（Carthorpe, 2001）。不管是物质形态决定论，还是其他学科对城市设计的支配论，都将城市本身简单化了。正如Jane Jacobs(1961)在《美国大城市的死与生》中所说，城市是具有秩序的复杂系统，它不是简单的一一对应的物理系统，也不是无序的复杂系统，而更像复杂的生物体。而城市设计的基本问题就是如何把各种物质元素组织成为适宜人们居住的有序复杂系统。虽然在某些设计实践或者理论中，绿地被类比为肺，交通道路网被类比为血管等，然而这种类比并不能解释城市本身的复杂规律。那么，怎样才能观察、理解并设计城市这个有序的复杂体？本文认为回归科学的方法论来研究城市，而不是单纯地采纳其他学科的原理解释并设计城市，才能更有效地完善城市设计理论和实践。

科学往往被认为包含两方面：理论和实验。理论为了解释世界是怎么样的，而实验及伴随的科技应用是为了改变这个世界。理论是对世界的再现，也许是起源于无法证明的公理，按照逻辑来推理建构，也许是源于观察的现象，按假设来设想。然而，理论需要通过实验来验证或者证伪，否则理论就不是真实的，或者至少不是对真实的逼近，那么也就无法转化为技术，用于改变这个世界（Hacking, 1983）。尽管在量子力学中Heisenberg发现了微观粒子的位置是测不准的，这对于自然科学哲学的影响非常大，即挑战了科学规律可以预测现象，并改变世界的“科学宿命论”，也波及到了社会科学，然而我们还是需要去尽量地测准，并用统计学来描述现象，尽量逼近真实。因此，Einstein争论到：上帝不掷骰子。即使目前的中小学关于科学实验课，也明确了实验结果必须是可以重复的，可以证明或者证伪某个理论（Hacking, 1983）。对于城市设计而言，不管它跨越了多少学科，城市设计需要解释城市物质环境是怎么样的，如何运作的，从而形成理论，或者称为规范，去说明城市应该如何设计。同时，城市设计的规范需要根据城市现象来检验，需用进行实验，然后再推广。相对于城市设计，城市规划和建筑设计的理论更加全面而丰富，然而那些理论还是更多地关注这个世界应该怎么样，而不是这个世界是怎么样(Hall, 1996; Hillier, 1996)。那么，我们看看城市是如何被看成有序的复杂系统，如何走向科学的设计。

城市设计作为有意识的活动早在古中国、古希腊、古埃及及古印度等时期就出现了(Lynch,1984)，然而设计城市被认为是设计复杂系统的观点直到20世纪中叶才出现。西方20世纪中叶之前的城市规划偏向物质形态规划，可以说就是物质性设计活动，与城市社会经济规划差异甚远。正如Michael Batty（2009）所说，从1909年到1959年的英国《城镇规划》（Town Planning Review）上都是在讨论物质性的规划蓝图，大家对那种物质性规划没有任何异议，认为物质形态设计能够解决一切城市问题。这实际就是环境决定论，或者称为建筑决定论。西方18世纪工业革命开始，工业生产需要规模效应，城市逐步聚集了更多从事工业的人口，城市也在自发地扩张，到了19世纪中后期，由于人口数量和密度都急剧膨胀、卫生条件差及工业生产活动污染严重，城市出现了严重的问题，物质环境的脏乱差，贫民窟的大规模出现，以及社会道德水平败坏等。于是，一种主流观点就是物质环境得到了改善，那么社会问题就自然解决了，好的环境能导致良好的社会行为，即环境决定论(Hillier & Hanson, 1984)。因此，城市规划关注物质环境方面，如采用绿带限制城市发展、降低建筑密度、增加公园绿地、提高建筑质量及铲除贫民窟等。Howard的花园城市在一定程度上也是期望利用新技术，诸如铁路等，创新一种新的城市物质形态，结合城市和乡村的优点，消除各自的缺点，从而解决当时工业城市的种种社会经济弊端，虽然作为书记员的Howard的主要论点还是经济财政及政策变革。不过他花园城市的图示的确深远地影响了之后的物质形态规划（Hall, 1996），甚至包括当今美国新城市主义。这种环境决定论又源于19世纪初的Jean Baptiste Lamarck“用进废退”学说，这种思考方式深入到当时社会的方方面面，包括巴尔扎克的小说。虽然在生物科学中，这种观点得以否认，然而它仍然在当时的社会科学中流行(Hillier, 1996)。

之后的20世纪20、30年代，西方大城市相继出现了交通拥挤的现象，交通事故频繁发生，城市运转效率及交通安全也成为了当时紧迫的问题。设计一套高效安全的城市交通系统成为了改造原有城市的主要动力，城市也被类比成一台机器。这在Le Corbusier(1971)的理论和实践中表达得非常明确，他甚至设想将巴黎老城推平，采用高架路和快速路等独立的交通体系将各自独立的高楼群联系起来，高楼之间是绿地，保持充分的阳光、绿地、高效及交通安全，以形成良好的城市社会。这种以交通效率和安全的设计思路也实际上体现在Perry的邻里单位之中，认为城市就是快速交通网连接一个个温馨又安全的“乡村小镇”，从而形成完美的社会。随着科学技术的发展，机器也越来越先进，当时社会也在崇拜机器的力量和高效。以Le Corbusier为代表的主流建筑师和规划师们都在歌颂机器的时代，例如Stern在规划图中特意注明了“汽车时代的新城市”。然而，Le Corbusier所描述的城市与机器的关系仅仅停留在类比的层面上（Hillier,1996），就如同将绿地类比为肺。城市设计者并未采用研究机器的科学方式去研究城市，他们仅仅按照机械的思维模式，去假设一系列物质规划和设计标准，设想城市应该如何。后来，Peter Hall(1996)总结道，当时的城市规划没有去研究城市是如何运作的。

虽然Patrick Geddes一直呼吁调研先于规划，直到40年代的Patrick Abercrombie才系统地为了大伦敦规划作了略为细致的调研，从社区、用地、交通及绿地等方面观察，并分析城市到底是如何运作的(Forshaw& Abercrobie, 1943)。同时，他也做了一些简单的模型分析（Batty, 2007）。然而，他仍然未充分意识到城市的复杂性，而是把城市看成为一部高效的机器(Alexander,1977)。20世纪50、60年代起，由于航天科学的影响，人们开始将城市类比为复杂系统，呼吁城市规划和设计需要科学化，于是规划师和设计者们开始系统地观察并记录下人口、交通、收入、用地、职业、偏好等社会经济因素在空间中的分布，然后采用数学模型去预测规划和设计之后的效果。城市规划开始从物质形态的领域中跳跃出去，空间性规划代替了物质性规划（Batty, 2009），因为当时的城市规划偏向社会经济等因素在空间中的分布，与人文和经济地理学开始交叉和融合；此外，城市规划开始重视政策分析，采用社会和经济模型来分析城市。然而，此时系统性的规划仍然注重自上而下的物质形态，仍然认为好的环境能够塑造好的社会，因为当时二战之后大规模的建设和城市更新的余波仍在（Batty, 2009）。不过，60年代末，西方，尤其是美国，由于城市贫穷、失业、种族、犯罪、美国反越战等原因，出现了局部的社会动荡，那种自上而下的物质性规划遭到彻底地抛弃，环境决定论受到了质疑并被推翻，主流城市规划转向了自下而上的社区参与，进入了政治、社会及经济等领域，规划师成为了“社会活动家”（Hall, 1996）。于是，“设计”这个概念就淡出了西方城市规划的领域，而城市设计作为独立的概念逐步涌现出来。

然而，在城市规划的转变过程中，物质形态并未得充分的科学研究，而是社会经济等因素的空间布局得以了科学研究，即Batty(2009)认为的空间性取代了物质性。如何把各种物质元素组织成为宜居场所这个基本的设计问题并未得到充分的科学研究，只是处于萌芽状态。当时的城市设计虽然关注到了个人的体会、场所参与及交通流线等，然而本质上仍然在分析各种美学构成，并类比其他学科的结论，去构造城市应该如何设计的规范，诸如Edmund Bacon（1976）的《城市设计》。而剑桥的某些学者们虽然采用最严谨的数学途径来研究城市形态（March & Steadman, 1971），然而他们忽视了城市是人使用的，较少研究供人居住的物质形态，这也是他们的研究至今未得以发展的原因（Batty, 2009）。而数学家Alexander（1977）则更关注科学的设计过程，发明了模式语言，采用模式组合的方法来建构复杂的城市，并试验了人们对图形组合方式的认知，虽然这对于计算机和心理学科有很大的贡献，然而对于城市设计而言，他提供的那些模式本质上是个人设想的设计规范。因此，他并未科学地研究城市是如何构成的，而是科学地研究了人们是如何认知图形的。Kevin Lynch（1960）开创性地研究了人们是如何认知城市形态的，相对于路径、边界、区域、节点及地标五要素的结论，其认知地图的科学方法论更具有划时代的意义。虽然Lynch研究的样本很少，然而他试图从个人认知的角度，揭示城市物质形态的构成方式，将人与物质环境联系起来了，并且采用科学的方法证明了其真实性。之后，Lynch（1984）则将重点放在研究城市形态的规范标准之上，从分析性理论转向了规范性理论，扩展到了社会经济等其他学科。

然而，该时期内，业余城市学者Jane Jacobs(1961)激烈地抨击了传统的物质性城市规划和设计，认为城市是自下而上地生长的，传统自上而下的设计方法破坏了城市的多样性。她甚至尖刻地指出传统的物质性城市规划不是科学，而是某种学科形成之前的“迷信”，如西方医学建立之前相信放血能治病的“伪科学”，这是由于当时的物质性城市规划没有去观察并研究城市到底是如何运作的，没有去证明或者证伪那些城市规划的规范。同时，她也将城市类比为复杂的生物体，然而她认为需要采用研究生物体的科学方法来研究城市，并简单地分析了机械的物理学方法、统计学方法及复杂系统的研究方法。虽然她并未详细地提出任何研究城市的科学方法，然而她揭示了城市设计为什么还未成为一门科学的基本道理，即缺少基本的科学观察、记录、证明或者证伪等。此外，她认为城市是有序的复杂体，至今仍有理论和实践的意义。

与之同时期，与城市设计密切相关的建筑设计也进入了后现代主义时期，建筑设计也不再研究形式和功能的关系，而是转向研究形式和意义的关系，强调个人体验，试图用心理学、符号学、文学、语言学等来完善建筑设计的理论(Hillier, 1996)。这些也影响着城市设计，让它扩展到其他领域，特别是场所精神的定义就涉及了哲学、历史、社会、心理及语言学等方面(Rossi, 1984)。这之后，场所也更多地融入了社区参与的内涵，城市设计也更强调其动态的设计过程，强调文化、商业、全球化及地方化等其他非物质性因素对于设计产品的贡献；城市设计构筑在视觉艺术、认知、社会、功能、形态、时间等框架之中(Carmona et al., 2003)。如同城市规划和建筑设计一样，城市设计逐步向综合发展，这也是其必然，因为城市包含了太多的因素，它们在设计的动态过程之中相互影响，构成了复杂而有序的城市。可是，更多学科的加入，并不意味这就可以解决城市是如何运作及建构的问题，因为该问题的回答来自对真实城市的观察与记录，同时城市的物质环境构成也有其自身的规律。

在当时主流的城市设计之外，还有些学者在持续地观察并记录城市中的活动与形态之间的关系，这类似于记录天文现象，这其实是一种最基本的科学方法。William Whyte及他的同事们（1988）采用摄像机记录纽约公共空间的使用，长达十年之久，在这种枯燥的记录中他发现了很多违背传统设计准则的现象，也可以称为规律。例如，某些比例尺度良好的广场居然没有人使用，而某些狭窄细长的空地居然聚集了很多人；某些阳光明媚的广场角落没有人使用，而某些阴暗的角落反而受人欢迎；某些办公大楼下刻意设计的开放空间没有人使用，而某些未经设计的嘈杂空间居然能吸引人流等。他根据那些现象，得出了一个结论：公共空间之间的相互联系才是决定人流的基本因素。Bill Hillier及他的同事们（1984）也是数年如一日地观察并记录建筑物和城市空间的使用情况，并且采用数学模型分析空间之间的关系，也否定了很多想当然的设计规范，并从中发现了空间之间的复杂关系在很大程度上影响人们的活动和交通。基于实证的研究，他们得出结论：空间才是物质形态组合和人活动的媒介，可以通过空间之间的复杂关系来预测人们的社会经济活动。这些研究和实践逐步进入了当今主流城市设计的视野之中。

20世纪末，可持续发展的观念开始形成共识，至少从节能的角度而言，城市物质环境及形态又开始成为城市规划和设计的关注点。在某种意义上，如何建造可持续发展的城市物质环境，以及哪种城市物质形态更节能成为了热点，这也反映到美国的新城市主义和英国的城市乡村主义上。然而，如果不科学地观察、记录并研究城市是如何运作的，那么就不能发现城市自身的规律，就只能沿用以往的假设性规范去设计城市。在某种意义上，这也许就是为什么不管是新城市主义中，还是城市乡村主义中的城市形态居然和Perry的邻里单位那么类似(Carmona et al., 2003)。当然，可持续发展还包括提高经济效率、降低社会成本、增加社会福利、减少环境污染等，这些也被意识到与城市物质环境和形态有所关系（Batty, 2009）。另一方面，复杂科学也得到了长足的发展，其理论关注自下而上的网络关系、不同尺度之间的转换、微小变化的增大效应及非平衡态的开放系统等，逐步地被复杂的自然或者人工现象所验证，包括大脑、蚂蚁、城市及电子网络等（Johnson, 2001）。这构成了研究城市设计新的科学方法和范式，从新的角度来研究城市物质环境是如何构造的、如何成为人居环境的及如何保持其可持续发展。

诚然，自然科学的理论范式是在变化的（Kuhn,1962），然而任何理论都需要经过实际数据的检验。正如中小学实验课所教，实验结果应该可以重复，否则实验结果是虚假的。如果城市设计中已有的各种规范可以认为是“理论”，那么我们可以去观察并记录下城市现象，看看那些“理论”是否成立；我们也可以从记录的城市现象中找出规律，发展新的理论或者规范，去指导设计，尽量避免重复错误的“理论”。系统地观察和记录，建立尽量客观的数据库也许是走向科学化城市设计的第一步。而目前发达的电脑科技让我们有能力去系统地记录城市数据，并且一定程度上模型城市的运作，更精确地逼近真实，当然也许不可能完全等价于真实，然而我们至少可以尽量避免更多的失误，尽量减少真实城市生活作为实验品的环境、经济以及社会代价。尽管科学的方法也只是再现真实的一种方法，也被认为不能完全解决诸如形而上、人文以及宗教等问题，这些问题也不时地交织在城市物质环境的建构之中。然而，科学方法是目前唯一最有效的方法，同时科学研究与实践也是尽可能地接近真实的艰难努力。正所谓：路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。