數(shù)字技術(shù)下的智慧街區(qū)設計邏輯

葉子蕓 張月

關鍵詞：數(shù)字技術(shù) 智慧街區(qū) 街區(qū)設計 設計邏輯 設計工具

引言

簡·雅各布斯在《美國大城市的死與生》一書中描述道，“當我們想到一個城市時，首先出現(xiàn)在腦海里的就是街道。街道有生氣，城市就有生氣；街道沉悶，城市也就沉悶”。[1]街道是城市中利用率最高、受眾范圍最廣的公共空間之一[1]，而街區(qū)則是由一條條街道為骨架形成的區(qū)塊。現(xiàn)階段數(shù)字技術(shù)席卷全球，伴隨著交通工具的逐步更新，城市街道的交通功能不斷被強化，使得像美國、中國這樣的大國在城市建設中不斷拓寬街道的長度與寬度。但如互聯(lián)網(wǎng)的便利，讓人們足不出戶就能解決很多日常瑣事，對出街的需求也發(fā)生了變化。此時的街道承擔的除了非傳統(tǒng)意義上的交通功能還多了社交功能，并且每種不同類型的街道要承擔起各自不同的“人文色彩”功能。此時有大量的設計師開始重新審視街道和街區(qū)的“新價值”和新作用。

一、研究現(xiàn)狀及研究范圍

司曉、周政華等人在2018年指出：“從城市發(fā)展的歷史來看，每一輪技術(shù)迭代都會引發(fā)新一輪城市革命，引領新一輪城市生活生產(chǎn)方式變革”[2]。以中國的雄安新區(qū)和浙江省未來社區(qū)等試點工作來看，這些實踐項目都很重視通過智慧城市建設改善居民生活。人行道實驗室（Sidewalk Labs）、潘云鶴等人進一步提出：智慧城市建設具有三元融合的特征，技術(shù)、社會、空間三個要素不僅相互影響，更會進一步融合，共同推進智慧城市的發(fā)展進步。[3]（一）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國內(nèi)文獻調(diào)研以知網(wǎng)為基礎，筆者搜索了2021年至2002年研究數(shù)字技術(shù)應用的文獻共8430篇。在VOSViewer中調(diào)節(jié)關鍵詞參數(shù)后得到圖1，從圖中能夠直接看出數(shù)字經(jīng)濟、非物質(zhì)文化遺產(chǎn)、建筑設計、應用、工業(yè)電氣自動化、新媒體藝術(shù)這幾個詞語與“數(shù)字技術(shù)”關聯(lián)性較強。數(shù)字技術(shù)應用于街區(qū)設計或城市設計的文章不多見，目前的國內(nèi)的相關研究論文多以某項技術(shù)為出發(fā)點，探討技術(shù)應用和實踐。因此，這一部分的研究有待研究者們共同探索。

國外研究文獻調(diào)研以Scopus數(shù)據(jù)平臺為基礎，在該平臺上將檢索關鍵詞設置為：城市設計、街區(qū)設計、數(shù)字技術(shù)并存，得到了圖2，文獻共計1847篇。從圖2中可以看出在國外與數(shù)字技術(shù)同時出現(xiàn)的關鍵詞有城市規(guī)劃、數(shù)據(jù)儲存、智慧城市、人文研究、人機互動等領域。數(shù)字技術(shù)在這些領域的應用較為廣泛。其中關于智慧城市共現(xiàn)詞網(wǎng)絡中能夠看到幾個對城市規(guī)劃、智慧城市影響較大的數(shù)字技術(shù)，分別是遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、虛擬現(xiàn)實（VR）、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)（digitalstorage）等，見圖3。同時還能在VOSViewer中看到研究成果中心性及熱力值，見圖4。在國外的設計環(huán)境中近幾年以生態(tài)設計、智慧城市、交通系統(tǒng)設計、人機交互設計為出發(fā)點的研究有很多；對于獨立的某項技術(shù)（例如VR、RS）應用于街區(qū)設計的文章也屬于近幾年的核心研究及應用實踐熱點。

（二）研究范圍：本文以街區(qū)設計為核心，數(shù)字設計技術(shù)為出發(fā)點，選取國內(nèi)外權(quán)威期刊和已運用了數(shù)字技術(shù)的案例，分類敘述了數(shù)字技術(shù)對與街區(qū)設計帶來的影響并提出了從設計流程整理出的新街區(qū)設計邏輯。其中數(shù)字技術(shù)是與能直接影響到街區(qū)設計模式的數(shù)字技術(shù)，分別會從：設計技術(shù)、數(shù)據(jù)技術(shù)、新媒體技術(shù)等方面進行歸納總結(jié)?，F(xiàn)階段我國研究學者對于現(xiàn)代城市設計的方法和理論也有了一定的基礎積累，但是基于數(shù)字技術(shù)逐漸普及的背景下，尚未有全面街區(qū)設計理論體系。

二、智慧街區(qū)建設及數(shù)字技術(shù)應用的現(xiàn)存問題

（一）智慧街區(qū)建設的問題

街區(qū)設計的特點是：尺度相對于城市設計來說較小，每一個街區(qū)的功能指向性明確，是容納人們社會行為的重要單元容器。智慧街區(qū)又是智慧城市的組成單元，因此研究好智慧街區(qū)設計有利于我國開展智慧城市建設。

具體來目前說智慧街區(qū)建設的幾個問題：1.過于依賴數(shù)字技術(shù)或是技術(shù)公司，導致街區(qū)建設的核心成為圍繞技術(shù)手段展開的設計。例如：提供數(shù)字技術(shù)的公司能夠提供什么類型的技術(shù)，然后再展開設計。這就直接導致街區(qū)設計的本末倒置。2.對于現(xiàn)階段已經(jīng)經(jīng)歷過快速發(fā)展建設的中國城市來說，有很多社會問題會直接體現(xiàn)在街區(qū)功能層面上，數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)并不能解決這一類社會性問題。例如：老齡化人口增多，很多街區(qū)設計缺少普適性設計。3.對于街區(qū)設計的研究趨于片段化。新的技術(shù)環(huán)境數(shù)據(jù)量大、大范圍高精度，但研究維度較為單一。即對城市現(xiàn)象的某一個具體方面的局部分析多于對城市系統(tǒng)的綜合分析。[4]4.街區(qū)設計實踐與數(shù)字技術(shù)的研究理論互動性較弱。傳統(tǒng)的街區(qū)設計從屬于城市設計，設計者的思維方式還是依賴于傳統(tǒng)的思維和設計模型，對數(shù)字技術(shù)的認知較為匱乏。

（二）數(shù)字技術(shù)在智慧街區(qū)建設中的應用問題

第一，在街區(qū)設計項目實踐上還存在許多問題。目前的數(shù)字技術(shù)多用于現(xiàn)狀分析，對遠景的判斷較少。第二，數(shù)據(jù)結(jié)論有偏向性。例如現(xiàn)在的大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)大部分來源于互聯(lián)網(wǎng)，這就直接導致了用戶偏差——缺乏青少年和老年的數(shù)據(jù)支持。并且很多網(wǎng)絡平臺帶有商業(yè)性質(zhì)，這會直接導致在最初的數(shù)據(jù)讀取就有偏差。第三，數(shù)字技術(shù)的算法趨于簡單化。例如很多自動生成的設計方案軟件來說，在算法的黑箱操作中沒有明確的學術(shù)理論支持，是機器學習直接生成的結(jié)果。就目前階段機器學習還處于最初期的階段，結(jié)論的合理性還有待驗證。第四，當設計師利用數(shù)字技術(shù)手段創(chuàng)造聯(lián)系更為緊密的街道空間時，這種有數(shù)字技術(shù)生成的空間往往是“機械化”的。

三、街區(qū)設計范疇下的數(shù)字技術(shù)特征和數(shù)字技術(shù)演進模式

街區(qū)設計工作基本上分為三個步驟：前期數(shù)據(jù)收集、概念及方案設計、設計實施、數(shù)據(jù)反饋收集。其中數(shù)據(jù)反饋和收集在信息不發(fā)達的時候很難做到，如今有了大量的數(shù)字工具，能夠更好地反饋設計方案建成后評價。

（一）街區(qū)設計范疇下的數(shù)字技術(shù)特征

從前期數(shù)據(jù)收集來看，數(shù)字工具有以下一些特征：1.數(shù)字技術(shù)的發(fā)展帶來了更多元的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的疊加使設計師對街道空間產(chǎn)生了不同角度、不同維度的解讀。例如：POI（Point of Interest）引入地圖軟件后，人們能快速了解街區(qū)的業(yè)態(tài)和周邊環(huán)境。將這些數(shù)據(jù)匯總能夠得到基本的城市意象偏好地圖。在此基礎上結(jié)合時間維度的數(shù)據(jù)能夠根據(jù)街區(qū)的環(huán)境、功能、業(yè)態(tài)的分布得到新項目的基本建設原則。2.數(shù)據(jù)可視化和AI工具的發(fā)展，拓展了設計師對于街區(qū)設計的認知體系。例如人工智能語音識別，我們可以利用AI分析大量的街頭采訪視頻問卷樣本，抓取關鍵詞，提取到使用者最想解決的問題或者對未來建設的愿景，再通過可讀性較強的可視化軟件，能夠輔助設計是真正做到“以人為本”。3.多重數(shù)據(jù)、多維度的疊加得到不一樣的結(jié)論。例如，在大眾點評的POI數(shù)據(jù)上疊加時間信息，根據(jù)使用時間的活躍時長能夠得到我們需要重點設計的區(qū)域和功能。

從概念及方案設計過程來看：1.大幅度提高設計師在工作過程中的效率。例如Rhino+GRASSHopper、SU+EnScape等設計工具都比以往更加容易操作，配合相關插件能夠看到即時效果，方便設計過程中及時調(diào)整方案。2.無人機的發(fā)展，給航拍數(shù)據(jù)收集帶來了大范圍、高精度的調(diào)研結(jié)果。3.數(shù)字技術(shù)經(jīng)過初期的發(fā)展，逐步由繁瑣的操作轉(zhuǎn)化為簡單易上手的操作產(chǎn)品。例如：GIS相對復雜的操作，現(xiàn)在可以通過DAS系統(tǒng)（Document AS a System ）在文檔中就可以完成復雜的地理計算，快速得到客觀數(shù)據(jù)結(jié)論，輔助設計師用更短的時間做最客觀的判斷。4.數(shù)字技術(shù)可以將已知事實和未知的變動進行良好的結(jié)合。例如數(shù)字孿生技術(shù)，能夠1：1展現(xiàn)街區(qū)空間，在發(fā)生自然災害時能夠快速呈現(xiàn)演練結(jié)果，同時可以提前預判設計方案的可行性。5.數(shù)據(jù)可視化軟件的增多和豐富，為設計工作的匯報和展示提供了更豐富的效果和更易讀懂的數(shù)據(jù)結(jié)論。

設計實施階段來看，數(shù)字工具有以下一些特征：1.街道尺度中的人機交互提供了可能性。使用者對空間使用的范疇上，讓街道空間有了更多的可能性，某種程度上影響著城市的生活內(nèi)容。例如，TeamLab在展覽過程中使用的愛普生3LCD核心顯示技術(shù)和AI等技術(shù)，實現(xiàn)了人在空間中的互動。2.數(shù)字工具有助于使用后評價（POE）的發(fā)展。在未來的設計中得到更多的設計經(jīng)驗。3.數(shù)字孿生城市技術(shù)的顯示精度不斷增加，便于城市管理和街區(qū)監(jiān)管?，F(xiàn)階段已有L1-L5的精度選擇，可借此形成一個更大的數(shù)據(jù)收集平臺，為后續(xù)的街區(qū)研究提供數(shù)據(jù)支持。

除了以上作為優(yōu)點的幾項特征外，現(xiàn)有的數(shù)字技術(shù)手段也有著不可避免的缺點特征：

第一，從理論層面看，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)多用于描述城市的客觀存在，較少對數(shù)據(jù)結(jié)果的提煉，使得這些由數(shù)字技術(shù)手段帶來的研究成果受限與對現(xiàn)有時空的描摹，而不是在理論層面提高對城市建設的認知。而且碎片化的信息很難形成針對城市內(nèi)部系統(tǒng)的整體與局部之間抽象化的因果關系。

第二，從實踐層面來看，現(xiàn)有的某單個數(shù)字化技術(shù)都是解決某單個問題。多方向的數(shù)據(jù)疊加往往無法顧及城市發(fā)展中的博弈關系，難以形成綜合性、整體性的空間方案和視角。

第三，從多源化角度來看，現(xiàn)有的數(shù)字技術(shù)還需要配合AI的引入，這恰巧是目前階段街區(qū)設計師的短板，很難打破學科之間的壁壘。而訓練和拓展人工智能還需要很長一段時間來探索。

（三）數(shù)字技術(shù)演進模式

劉泉，錢征寒，黃丁芳等在《技術(shù)驅(qū)動下智慧城市空間產(chǎn)品的模塊化組織邏輯》一文中指出了以下幾個重要環(huán)節(jié)：1.新技術(shù)作為新元素進入活躍技術(shù)體中；2.新元素替代現(xiàn)有技術(shù)元素或其他零部件；3.是新元素創(chuàng)造新需求或新機會；4.舊元素逐漸退出，給新技術(shù)留下更大的發(fā)展空間；5.新技術(shù)逐步成為活躍技術(shù)體的主體；6.是整個社會經(jīng)濟隨之出現(xiàn)調(diào)整，以適應新技術(shù)。見圖5。

因此，新技術(shù)滲透到社會經(jīng)濟中會改變新空間形態(tài)，進而影響到人們的生活方式。對于數(shù)字技術(shù)如何發(fā)展、對空間形態(tài)能夠產(chǎn)生的影響，我們能夠通過該時期誕生的設計作品得到一個大致的意向和趨勢描述。

四、數(shù)字技術(shù)促進智慧街區(qū)演變的幾個重要影響

數(shù)字化設計技術(shù)對于街區(qū)有著重要的影響。首先，在技術(shù)演進及迭代的過程中，數(shù)字化技術(shù)需要實體化，以具體的物質(zhì)化形態(tài)對相應的社會空間載體進行影響。例如：現(xiàn)在我們能夠利用無人機航拍獲取街道流量數(shù)據(jù)，即數(shù)字技術(shù)嫁接于社會空間。其次，在這演變的過程中，街區(qū)空間形態(tài)也在演進，二者能夠相互影響。例如交互技術(shù)的發(fā)展，讓公共空間有了多種可能性，在街區(qū)內(nèi)發(fā)生的社會性活動逐漸開放，成為有利于人們在其中交流的場所。例如，在北京玉淵潭公園展出的“萬物共生”光影藝術(shù)展（見圖6），即利用新媒體技術(shù)在園區(qū)內(nèi)搭建沉浸式場景。這樣的媒體技術(shù)在日后可以運用于各類型街道，創(chuàng)造白天與黑夜完全不一樣的街道公共活動空間。最后，數(shù)字化技術(shù)演進的過程是新技術(shù)對整個空間結(jié)構(gòu)形成新的影響，獲得社會、經(jīng)濟、街區(qū)等其他領域的反饋，并實現(xiàn)相互融合。

（一）數(shù)字技術(shù)對街區(qū)空間形態(tài)的影響

通過王建國《城市設計》一書筆者總結(jié)出構(gòu)成街區(qū)空間形態(tài)的幾個要素有路網(wǎng)、開放空間、植被、建筑形態(tài)、景觀節(jié)點。

從道路的角度來看：數(shù)字技術(shù)的進步提高了實時路況監(jiān)控和導航的準確率。同時還有地理信息系統(tǒng)（GIS）、流量實時監(jiān)測、城市熱力圖等這樣的智能計算系統(tǒng)，已經(jīng)廣泛地應用在不同的領域，是用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數(shù)據(jù)。從開放空間來看：數(shù)字化技術(shù)有強大的分析和預測能力，通過算法我們可以大致判斷街區(qū)空間中那些地方可以設置開放活動空間，提供令人感到舒適安全的戶外空間。從植被角度來看：數(shù)字化技術(shù)強大的監(jiān)測和分析功能，能夠根據(jù)當?shù)馗黝愋妥匀粭l件更客觀地分析出更容易存活的物種，設計師僅需從視覺上的美觀程度、心理安全角度和功能適用角度對植被物種擇優(yōu)。從建筑形態(tài)來看：新的數(shù)字技術(shù)有著更強大的運算能力，設計師能夠充分發(fā)揮自身的想象力，創(chuàng)造更加美觀符合現(xiàn)代審美或是更具前瞻性的建筑形態(tài)或各種多變的建筑表皮。從空間構(gòu)造來看：數(shù)字技術(shù)為智能設施提高了交互能力，能夠給街道家具或街道上的公共設施提供除了基本功能之外的娛樂功能，視覺審美功能等。

當上述能夠影響到街區(qū)空間形態(tài)的幾個元素都發(fā)生了變化時，街區(qū)整體風貌將會發(fā)生質(zhì)的變化。路網(wǎng)空間變得更加合理，人車空間都更貼近使用需求；開放空間變得更加豐富有趣、制備選擇更加具有在地性，后期維護不僅節(jié)約成本且更加美觀；建筑形態(tài)多變，人們的審美也更多元化；景觀節(jié)點的設置更加符合街區(qū)需求，節(jié)點空間功能更加符合實際需求。

（二）數(shù)字技術(shù)對街區(qū)組織結(jié)構(gòu)的影響

街區(qū)內(nèi)部小型公共空間和道路是街區(qū)結(jié)構(gòu)的重要架構(gòu)。按照規(guī)劃，紅線為38 m的道路 2025年規(guī)劃行車路面寬 15—18 m，2035 年則為 7—10 m，道路空間進一步還給個人，空間環(huán)境更加人性化。[3]這得益于未來即將會普及的無人駕駛技術(shù)。這些技術(shù)在研發(fā)和剛開始投入使用的前端看似與空間沒有直接的關系，但是在未來的發(fā)展中一定會對空間產(chǎn)生不可忽視的作用和影響。

首先，構(gòu)成街區(qū)的道路空間會重新布局。我們可以預見的是經(jīng)過多種數(shù)字化技術(shù)的不斷演進，不僅僅是車行道和人行道空間在寬度上會有明顯的變化，同時公共空間中慢行道將會增大使用比率。其次，沿街建筑配合步行空間，將會產(chǎn)生更加豐富的公共街道活動區(qū)，因此人們在街道中的停留時間也會更長，見圖7。最后，街道的停留空間逐漸變多且每個公共空間區(qū)域面積增大，引導人們在此停留，功能也會更加完善。

街區(qū)組織由傳統(tǒng)的以街道為主的交通模式展開設計的思路逐步轉(zhuǎn)變成“以人為本”的人性化街區(qū)設計模式。也不再只是交通設施和路網(wǎng)為導向的組成模式，轉(zhuǎn)而變成以慢行空間為導向的社交功能需求為導向的街區(qū)組織模式。

五、數(shù)字技術(shù)與新空間要素結(jié)合形成新的街區(qū)組織邏輯

由于數(shù)字技術(shù)的介入，街區(qū)空間形態(tài)和結(jié)構(gòu)會變得更加合理，街區(qū)設計不僅僅是針對街區(qū)物理空間上的設計，還有軟體設計，例如城市管理平臺對街區(qū)空間中的公共物資的管理。梳理清街區(qū)設計中各個元素的影響范圍有助于理清街區(qū)設計組織邏輯，在今后的街區(qū)設計中逐步形成完善的體系。

（一）設計技術(shù)于控規(guī)指標相結(jié)合：街區(qū)設計的首要目標就是滿足當前項目地塊的控規(guī)指標。目前已有多種技術(shù)手段能夠代替城市設計師出具相關設計方案，例如：SUPERSPACE團隊建立了首個空間規(guī)劃智能解決方案SSSP，中國深圳的一家科技公司利用AI技術(shù)研發(fā)的XKool，見圖8，小庫支持從建筑設計到城市規(guī)劃尺度的任意運用。這些計算機生成式產(chǎn)品通過圖片學習、深度學習、機器學習等智能算法得出的設計方案，只能滿足于基本的用地指標，但是無法滿足目前人們對空間高品質(zhì)、多功能的要求。

（二）設計技術(shù)與人性需求相結(jié)合：以往的設計邏輯也是以人性需求為主，但是著重強調(diào)個人在環(huán)境中的感受，從而忽視了對技術(shù)進步的延展性思考，忽視了從環(huán)境保護的角度出發(fā)和更加健康的行為方式出發(fā)，導致了街道空間“留白”不夠，以共享單車的出現(xiàn)為例，即沒有留有足夠的道路空間，街區(qū)設計在可持續(xù)發(fā)展的潛力不夠以及規(guī)范人類文明行為的限制條件不夠。另外，以TeamLab為代表的新媒體藝術(shù)空間的探索來看，不久傳感器、手持式移動設備、智能穿戴設備與城市公共設施的互動會逐步增多，同時更多的智能設備也會普及到每個人的日常生活中。在這個處處都是智能化設備的時代背景下，從人性出發(fā)的需求，需要設計師有前瞻性的想象和探索。在日后的研究中，不論是技術(shù)人員還是設計師都需要重視智慧技術(shù)與空間要素融合帶來的價值。目的在于提高生活品質(zhì)，優(yōu)化空間環(huán)境，進一步完善可持續(xù)發(fā)展的目標。

（三）設計技術(shù)與空間風貌相結(jié)合：街區(qū)的空間形態(tài)直接影響街區(qū)風貌。影響空間形態(tài)的元素分別有：路網(wǎng)、開放空間、植被、建筑形態(tài)、景觀節(jié)點。不論是哪一個元素我們都能找到相對應的數(shù)字化設計手段去輔助設計師進行客觀判斷和設計。

目前有一個能有效且直觀感受到設計成果的街區(qū)風貌的技術(shù)手段：MIT的MediaLab開發(fā)的CityScope。該項目能夠讓設計通過3D眼鏡，數(shù)字屏幕實現(xiàn)沉浸式設計環(huán)境，在設計時能利用VR技術(shù)更加真切的感受設計成果。如果有呈現(xiàn)效果不盡人意，也可以用過任意協(xié)同優(yōu)化及時調(diào)整指令。這種沉浸式方案場景設計技術(shù)在中國的東南大學建筑學院得到進一步拓展。該校楊俊宴教授和朱驍博士將VR交互沙盤、城市立方等技術(shù)工具運用在科研及實踐中，見圖9。

小結(jié)與展望

（一）小結(jié)：總體來說數(shù)字技術(shù)背景下的街區(qū)設計步驟有：設計分析、決策、檢驗、實施、管理。有了數(shù)字技術(shù)的介入后，智慧街區(qū)的設計組織邏輯相較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)環(huán)境的設計邏輯會發(fā)生相應的變化，新的街區(qū)設計邏輯見圖10。

（二）展望：在城市“精細化”發(fā)展的大背景下，營造具有格調(diào)氛圍、情感體驗甚至文化已經(jīng)的城市公共空間是城市設計“人本轉(zhuǎn)向”的主要任務之一。[6]對于本文目前提出的街區(qū)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)還需要進一步深化和豐富。后續(xù)的工作中筆者將每一個數(shù)字技術(shù)對街區(qū)設計的影響進行系統(tǒng)歸納和總結(jié)，并可以進一步總結(jié)出具體的數(shù)字積水會對街區(qū)空間的那些因素產(chǎn)生什么影響。在此文的基礎上形成更加完善的理論體系。