城市科学：探索城市的形态和属性差异

在阐述我们这门科学时，我清醒地意识到，我不可能知道读者已有的城市背景知识，也不知道他们将如何用这些知识来理解已有的思想和方法。这是一个巨大的问题，因为我们将要做的是从一个特别专注和正式的视角来探讨我们应当怎样建立对城市的理解，而不只是复述每个市民都具有的城市常识。从某种意义上说，即使是最一般的读者都可能发现关于城市的一些兴趣点，但要想提出让所有读者都信奉的一般化视角却很难。建立一门新的正式的科学需要大量方法论方面的考虑，并应当包容多种维度，这对这样一本刚始于致辞的书而言是一个挑战。我决定从将城市重新定义为一系列行动、互动和交易开始，由此提出一系列方法和工具，并建立我们这门学科的基础。在第二篇，我们将使用这些工具来探索城市的不同方面，如增长、大小、规模、形状，以及这些属性差异的产生过程等（Batty，2008）。在第三篇，我们使用类似的工具来显示如何通过设计规划师、政策分析师、政治家等可能影响有关未来共识的人，来管理变化中的城市。

因此，本篇将从六个看待城市的不同视角来应用第一篇中所介绍的工具和方法。首先，在第4章中，我们将通过规模和增长来探索城市体系，关注整个体系中的城市规模分布规律，并指出真正的谜题，城市体系中的规模分布保持稳定，但组成体系的城市却大小变化很不稳定。这里我大量引用了第一篇介绍的比例律，这就在第5章引出我们的第二主题，即：城市体系及其各部分如何按照它们之间或之内的层级比例变化。我们因此开始研究个体城市，研究支撑城市增长的关系网络，揭示出不仅区位存在系统化的比例缩放，将人口与城市中心区和其他城市联系在一起的关系组或网络组也同样在以相似的方式比例缩放。

这也将我们带到第6章所讲述的第三个主题，我们找到一个更好的比例方法来研究网络。这里我们强调一下本书最为重要的思想：网络提供了一个抽象的概念帮助我们概括城市如何运行，预测远比观察更加重要。为实现这一点，我们可以将网络理解为两个集合之间的关系（像二部图所表达的），从而推导出两个集合对象之间的关系网络。进一步分析城市中一个集合中的对象如何与另一个集合中的对象彼此连接，我们就能够预测他们的形式和结构。如果我们代入街道网络和街道相互交叉，这个概念就变得实体化了，继而引入关于我们如何看待网络的原始问题和对偶问题。我们将介绍一种空间句法，可以用来表达街道和他们彼此之间的关系。这种手段帮助我们阐明街道及其交叉口的重要性，在对特定节点或区位所发生现象的测度基础上，丰富了我们对连通性和可达性的理解。在空间句法基础上，我们将在第7章讨论第四个主题——可达性问题。除对街道等物理网络和关系进行更加抽象的定义，与这类网络相一致，我们也展示了距离、形状和形态。我们因此引入城市形态的讨论，也为耦合网络这一网络科学的前沿问题的研究打开了一扇小门。

在第8章和第9章讨论的第五个和第六个视角，我们略微改变了策略，讨论不同的城市仿真方法。第8章侧重于增长和发展的“自下而上”分层过程，介绍了分形思想，并连接回到层级网络、比例法、自相似性等概念。我们展示了这些想法可以通过元胞自动机模型实现运转，将城市作为物理结构“从下到上”来培养，我们描绘了这些思想如何提供操纵杆以帮助我们控制城市动态发展过程，我们介绍的大量材料涉及这一点。第9章展现了另一组基于空间互动的模型，我们的关注点在于对空间分区之间流的层面来对城市体系进行仿真。这里我们再次强调平衡的概念，同时聚焦于开发工具以引导对城市未来的讨论，高度结构化的可视化方式将会有巨大帮助。在展现这些思想时，虽然我们用了相当翔实的方式来可视化我们的模型和进程，焦点逐步转向土地使用-交通模型，以及本篇最后一章所讨论的各类“如果……那么？”问题。(www.xing528.com)

有很多种不同的方式对这些方法进行分类。在第一篇，我们重点关注的是呈现，虽然抽象但在很大程度上是基于网络的。在第二篇，我们的重点是对生成物质形态的一般过程进行建模，不管是基于区位还是基于网络。在第三篇，我们将看到，我们会回到审视直接改变城市形态的设计和政策过程。在所有这些角度中，我们关心的概念是区位和枢纽、网络链接，以及作为网络节点的决定城市所发生现象的行动者和代理人。将这些相对贡献或相对重要性进行排序的一种方法是计算他们彼此之间的联结性或可达性。事实上，这种方法的很多逻辑在各种不同的连通性和可达性概念中也有所体现，因而第一篇所介绍的网络和流分析工具同样有助于我们将这些思想加以应用和实践。

一件非常吸引人但我没有做的工作是向读者呈现更全面的城市科学领域到目前为止所取得的成就。序言部分我略有提及，但因为存在很多不同的观点，这项几乎是不可能完成的任务。然而，我们可以介绍一下此前的研究者为这样一门科学做过的努力。事实上，这一领域的体系结构在很大程度建立于不同的行业角度，城市如何将经济学、地理学、工程学、环境学和社会学等不同学科应用到住房、工业、交通等不同行业并实现自身运转。在经济学中，城市和区域如何运行一直是宏观区域分析和微观城市理论的关注重点，价格机制被认为主宰了土地使用和交通连接如何改变自身并形成我们观察到的城市。社会物理学已在一定程度上丰富了这一传统，并引入了操作性和实践性工具，虽然社会理论往往从地理学视角提出关于城市结构和隔离形成的理论，但仍然在一定程度上与城市经济学理论的推演结论相一致。区域科学和城市经济学学科关注的是定义各种方法，辅以交通建模和各种来自人口统计学的方法。但很少有研究突出城市中的能量交换乃至信息交换过程，也很少从坚实的生态学基础上思考城市如何运行。到目前为止，现有的（在复杂性理论之前）理论和模型，在很大程度上是描述性的且大多很肤浅。这对我们了解如何建立一门新的科学提出了巨大的挑战，如果我们想要设计全面拥抱复杂性的未来城市，这又明显是必不可少的。

在后面的章节中，我将试图提供这样的见解，但对于那些寻求一门整合的科学，各种应用都已经打好包亟待使用，无须考虑具体的城市问题的人来说，他们恐怕要失望了。不存在这样的包，可能永远也不会存在。如同物理学，看起来整个领域都渴望一个整合理论，或者说终极理论，但正如物理学，这是海市蜃楼。更加可能的情况是，一门新的城市科学将由采纳并修正大量方法和工具而来的一系列方法组成，在一定程度上是一种集成，而这只能建立在一致的哲学基础之上，我们可以称之为复杂性哲学。接下来六章的一些部分联系相当紧密，但他们只能帮助我们建立更好的理解，我们追求设计更可持续的城市的道路注定弯绕曲折，它们能够帮助我们设下一些路标。