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论坛专题|吴志强:人工智能可推演未来城市规划
2020-02-10


      2019年12月10日,第三届中国城市运营论坛在上海金山隆重举行,本届论坛主题为“人文IP+城市运营:探索大都市圈时代的东方人文城市之路”,来自政、产、学、研界近300名嘉宾出席论坛,探索大都市圈时代的东方人文城市发展之路。中国城市运营论坛荣誉主席、中国工程院院士、同济大学副校长吴志强出席论坛并发表题为“未来城市与智能规划趋势”的主旨演讲。


(以下内容根据吴志强先生在“2019中国城市运营论坛”的演讲整理。)


      日前,第四届全球重大挑战峰会在英国伦敦举行,该峰会每2年举办一次,中、英、美工程院各派3名代表参会,2017年举办地在美国华盛顿。今年峰会主题正好是当前世界上最时髦的词语——不可预测,如何在不可预测的明天科学预测我们的明天?


世界发展规律可以预测


      世界的发展有规律吗?很有规律。从1800年开始,全世界使用的能源全部来自煤炭,但现在,煤炭的使用率只占28%,大量其他形式的能源开始出现。瑞典皇家工程科学院是世界上最早的工程院,作为该院院士,我参加了2019年举办的一百周年庆祝大典。活动回顾时说,人类这种动物,原来一直是25岁的动物,从1800年至1900年工技术革命现代化发展,使人类寿命从1800年的25岁,到1900年的45岁;然后又用了一百年,到2000年人类寿命达到75岁;那么,到2100年,人类寿命可以预测吗?可以预测。

      可以预测,到2060年人类要消耗的能源是现在的五倍,人类对能源的需求量非常大,主要增长部分是可持续能源、清洁能源,未来我们使用的将主要是自然能源、天然气、可再生能源、以及一部分核能。伴随人类能源消耗量增长五倍,煤炭会从现在28%的占比降到最小比例,今后人类基本不会再用煤、石油作为能源原料。

      从1800年发展到今天,共有七波技术浪潮带动传统工业变革。第一波是出现机器,第二波是出现钢铁,第三波是出现电气,第四波是计算机,第五波是生态技术,第六波是可持续、绿色,第七波是刚刚开始的人工智能AI技术。现在我们正处于第7波技术革命中。

      根据数据库研究可以发现,1960年自然灾害以后,世界各个国家城镇化率都在不断上升,但人均产值的发展趋势完全不同。全世界90%的国家和地区、80%的人口人均产值不超过1.8万美金;中国人均产值现在超过了1万美金。当城镇化率达到66%的时候会开始分裂,20%的国家变成创造性国家,变成“用脑子思维”的国家,人均产值达到6~7万美金,这仅占人类总数的20%,其余的80%一定是到2万美金,这需要多长时间?留给一个国家的时间是15年。中国城镇化率现在是60%,中国只有六年时间准备达到66%,达到66%之后再过15年时间可以转型结束。中国2025年开始可以转型,到全部转型完成需要15年,转型期就在眼前。不要以为世界不可预测,只要有大数据样本,规律清清楚楚。

      全世界所有国家城镇化的年增长率,各个国家和地区的人口进城多少、出城多少很有规律,每一年的曲线都会波动。1970年,全世界的城镇化率突然波动一次,1981年、1990年、1992年、2000年,每间隔11年所有人跑进城市或者逃出城市一次,曲线摆动一次,人类就是这种动物,11年要跑进去或者逃出去一次。现在是2019年,下一次人口流动是什么时候?为什么是每隔11年人口流动一次?经研究发现,这个周期和粮食有关系,每11年人类粮食产量波动一次,城市化受粮食产量控制,而粮食产量受太阳黑子活动控制。在1970年、1981年、1990年、1991年、2000年发生太阳黑子活动,粮食产量随之波动,从而影响人口流动,俗话说“小灾进城,大灾逃出城”。我们现在预测下一次波动是2023年还是2025年?一定会发生波动,多少人会逃出城,多少人会入城。可以预测,2023~2025年会有一个大波动。大家可以看到,太阳活动在控制着人类行为,控制着投资方向和资金流动。

      在这个基础上,中国从1956年起一直在做中长期科学和科技发展规划。我有幸在2002~2003年跟随邹德慈院士开展城市技术领域的技术调研和预测,预测 2020年世界城市技术到底重点在哪里?根据当时的预测,2020年一定是动态监测的城市;一定不是像前苏联一样的一片居住区、一片工业区,而是交融复合,像中国传统的小街小巷相互粘合在一起;2020年会是绿色城市、生态城市,会出现城市信息平台。现在来看,当时的预测是正确的。2018年,哈佛大学校长来到中国,看到2003年同济大学建筑与城市规划学院所有教师进攻的四大方向是城市生态、绿色建筑、遗产保护、数字设计,他说:“即使在今天,哈佛大学研究这些方向也是最前卫的,没想到同济大学在2002年已经开始进攻这四大方向。”通过3年时间,我们在全世界发表的论文数量翻了三倍,过了3年又翻三倍,现在排在全世界第18位,就是因为长期非常清晰的技术预测。


中国城市未来发展的六大趋势


     在这样的世界格局下,2035年中国城市的技术是什么?世界城市的技术由谁制定?统治世界城市的技术会是什么?有六个方面。

     1、生态文明一定会变成未来发展的统治思想,到2035年,“绿色”、“生态”、“文明”是未来发展的基本共识。

     2、城镇化建设一定会从“量的增长”转变成“质的追求”,满足人们对美好生活的向往。

     3、未来产业结构重大变革。我的团队每周收集人工智能在全世界城市发展的应用数据,近期报告显示,对于基础层,美国比我国做得好很多,但是对于应用层,中国开始大规模发展。

     4、人类在2060年将加速向大都市圈快速集聚。世界只有十大城市群:中国有两群半,中国的粤港澳大湾区、世界第一大城市群——长三角城市群,北京京津冀城市群从目前发展情况看可以算作半个城市群;美国有两群半,美国东海岸城市群、西海岸城市群、北美五大湖区城市群也可以算作半个城市群;印度有两大群,一个在恒河流域,另一个在西部海岸;日本大阪-东京城市群;欧洲大伦敦和南欧“金香蕉”城市群。经济、文化、创新、财富会快速向这十大城市群集聚,不在群里的城市一定会出现衰落。中国有六百多个城市,衰落的城市将有170多个,这些城市人口数量在下降。可以说,是否处于城市群内会影响世界城市未来五十年的发展。

     5、人口老龄化带来社会变革。过去的中国,老人没有财富。但是在欧洲,老人是有财富的,青年人必须从头开始拼搏。

     6、6G技术一定会在2035年为城市领域带来新的变革,“大智移云”技术、区块链技术,会对整个城市建设和城市运行管理模式产生重大影响。


未来的城市与建筑

      在这样的背景下,城市与建筑会出现哪些超级技术?有六个判断。

     1、整个国家被数字库覆盖,诞生大规模、全覆盖的国域数据库。在我2012年研发的世博会整体控制系统中,覆盖一千万人的数据量,可以即时看到所有数据,一键可以调出所有数据。经过几年坚持不懈的努力,我们目前的技术可以达到把100平方公里以上的世界城市全部统计完毕,发现有937个城市。后来,我们缩小了世界城市的统计标准,将城市面积从50平方公里逐渐缩小到1平方公里,到2018年1月18日,已将世界上所有大于一平方公里的城市统计完毕。2019年,数据统计发现世界上又增长了42个城市,到现在全世界共计13852个城市。

     我们制作了“世界人口汇聚圈层图”,这是人类第一张全世界所有城市图,每一个城市都可以点击进去,层层点击后,与城市灯光图不同,这张图显示的是数据。从图中可以看到印度的两条城市带,恒河流域这条城市带是印度人最多、最集聚的;可以看到中国、日本、欧洲、美国的城市群,人类将快速向这十大城市群集聚。

    2、2035年,城市发展理论规律、模型与方法会大规模涌现。2023年一定会出现大量的城市规律,大家都可以或多或少地用数据说话,城市规划、建筑均按照城市规律完成。例如:在做北京副中心水岸边规划设计中,我和团队用一周时间收集分析了世界上所有大都会的河流岸线数据,包括商业办公、休闲、娱乐、生活、设施、价格、停留时间、集聚人数、租金等。分析发现,凹岸的价值是凸岸的三倍,外滩凸岸几乎没有人走过,但是在凹岸,人流多、商业发达。

    3、城市精准诊断、更新和智慧运营管理。2016年,我们研发了北京副中心城市信息模拟平台,所有建筑构建、甚至每一根管道管线建筑内部都有清楚的数据,只要在平台上点击任一地块,可即时获取包括人口、15分钟距离内的教育和服务设施等信息。通过这样的举措,使每一栋建筑、每一个设施、每一块土地都为人服务,而不是虚设。上海世博会举办期间,103万人同时入园参观,每平方米聚集9万人,没有任何突发事项,如果没有精准诊断和智慧运营管理,就会出现类似2014年上海外滩人员聚集拥挤踩踏的事件。到今天,我们已经可以实现对大规模数据进行预测,我们在这方面的探索成果还有青岛世园会的未来城市中枢,数据全部可以即时获取。

    4、建筑设计进入精密部件修正修复阶段。比如,今后对破旧的建筑进行修建改造时,每一块都是3D打印的,像镶牙工程技术,建筑里每一个部件都可以抽出来,移植进去,可以实现精密移植、精密测算。

    5、绿色建筑和健康社区。节能、无碳建筑大量出现,会出现无碳社区,最重要的是出现了健康社区。在这样规划设计的社区生活,人们的寿命可以增加一年半。

    6、智能创作与人工智能的推演。相信未来15年规划设计会经历重大变化。

    第一,工作对象的智化。我们过去设计完成后作品要交付给别人,像自己的姑娘出嫁一样交给别人,工作结束。以后完全不一样,建筑交付那一天就像是孩子开始诞生的那一天,可以感知人群、感知活动、感知人的情感,然后不断学习迭代,拥有学习能力,智慧迭代能力使得建筑从过去的句号变成生命的开始。这种建筑天天会从中学习,判断什么样的灯光才舒服,这是非常不一样的,我们设计的对象变得智化和情感化。

    第二,工作支撑的智化。人工智能技术参与设计,有大量的辅助工具在支撑我们做建筑设计,人工智能3.0提供自我创新创作的技术可能。介绍十套完全是世界上全自主产品,可以实现人工智能推演。

    (1)人口推演。可以推演老、中、青、少不同年龄段的人群不同时间段在城市哪里出现。

    (2)城市用地推演。推演不同的用地有不同的人工智能,同样一块土地,不同人工智能推演结果是不一样的。我们为雄安做的推演,什么时候投什么,在哪里,什么规模,什么时候建,不再是过去一张蓝图。可按15分钟步行范围配置日常生活中的六大要素,职、住、学、商、医、休,使其符合不同类型居民的宜居要求。

    (3)城市密度推演。低层、中层、高层,配置建筑高度和密度。

    (4)产业空间推演。

    (5)城市资源推演。不同的人工智能推演,比较哪一种模式更好,对地球更保护,消耗能源资源最少,对环境更好。

    (6)城市交通推演。老中青少在不同的时间点出行,最后按一键让它归结到空间上,道路资源投入正好的时候是最好的。

    (7)城市形象推演。不同风格建筑如何相互融合,如何在不同的高度、不同的视野里进行人工智能。

    (8)城镇群落推演。不同的城市、多个项目之间如何配合。

    (9)建设时序推演。城市的建筑,不再是终极蓝图,而是过程。城市是天天生活的地方,每个阶段都是好的,要比一个时间段好重要的多。

    (10)方案比较推演。推演比较不同方案效果,为方案选择提供决策依据。

      第三,工作环境的智化。相信未来15年里,工作对象智化、工作主体智化、工作环境智化这三大智化是革命性的。谁在这三方面领先,就能在建筑、规划、园林、环境设计领域领衔世界最前沿。

      美国信息技术发展、中国城镇化是决定21世纪人类最重要的两件事,这两件事才发生19年,世界变化已如此之大。技术领域,美国信息技术变成AI技术,中国变成AI领域的领头羊。中国城镇化发展,中国城市实现智能化,在这个过程中有拥有大量人类第一代的人工智能组合的城市。我们在全国各地做大量新一代的研究,将“人”放在首位,人的需求是什么,人的渴望是什么,把城市生产、生活、生态共享,把城市规划、设计、建设过程进行不同的智化。我们正在做人类第一批人工智能小城,预计将在2020年初推出,架构了城市大脑系统、小脑系统、神经系统、自组织系统,这是我的团队这两年攻关的主要内容。如人工智能广场的构建,过去的广场建成后,你知道这个广场但广场不知道你,现在的广场可以感知,老人来了播放老人喜欢的音乐和画面,儿童来了播放儿童音乐和画面,情侣到来播放具有浪漫音乐和画面。再如智能公园也正在大规模向前推进,此外还有人工智能创业街、人工智能孵化器增值服务、人工智能餐饮街,等等。

      我们的城市正在走向伟大时代,过去的城市是建筑师、规划师的终端产品,以后的城市会是生命的开始,城市会变得越来越智慧、越来越聪明。