元宇宙賦能城市建設發展新邏輯（一）：空間治理

自古以來，中國一直是一個農業大國，大量勞動力和人口都集中在鄉村，城鎮化水平低。辛亥革命后，中國受西方工業革命影響，工業化和城鎮化率逐步升高。在1912-1928年的16年間，城鎮人口總數上升了1000萬，城鎮化率從7.6%提升到8.9%，開始出現人口百萬級的大城市。[1]

新中國成立后，把國家建設成為一個工業化大國、強國作為長期發展目標，並通過一系列“五年計劃”的制定和執行，使中國工業化水平得到極大進步，而城市作為工業化發展的載體，也隨之蓬勃發展。據國家統計局數據顯示，截至2020年中國城鎮總人口已達9億人，城鎮化率達63.9%。

新中國成立后，城市發展邏輯也先後經歷了以行政組織改革為核心的“建市設區”階段，用工業帶動發展的工業化城市發展階段、以商業驅動發展的商業化城市發展階段、以人為本的宜居城市發展階段和以科技為基礎的智慧城市發展階段。目前，中國乃至全球都以“智慧地球”、“智慧城市”作為城市發展建設的長期目標，根據IDC的2020年7月發布的《全球智慧城市支出指南》披露，2020年，中國智慧城市市場支出規模達到259億美元，同比增長12.7%，僅次於美國的第二大智慧城市支出國家。

2008年IBM首先提出“智慧地球”概念，通過新一代“3I”技術（物聯化、互聯化、智能化），通過嵌入到全球醫院、電網、鐵路等公共設施的感應器，為人類提供更加精準、動態、智能的生活和工作方式，從而提升全人類的“智慧水平”。由於該概念過於籠統和龐大，繼而在2010年IBM又推出“智慧城市”概念，隨之在全球範圍內引發智慧城市建設熱潮。但是什麼是智慧城市的建設邏輯呢？

上世紀90年代，一款名為《模擬城市》的遊戲橫空出世，深度影響了後續模擬建造類、經營類、策略類等遊戲的發展。在這款遊戲中，玩家可以扮演市長角色，在PC電腦上用上帝視角建設大樓、住宅、橋樑、道路等基礎設施，可以經營醫院、政府、車站等公共服務機構。玩家可以按照自己的想法，建設和經營一個高仿真的城市，這種“我的城市我作主”、“所見即所得”的虛擬城市建設邏輯，令玩家們樂此不疲。由於遊戲模擬得太過真實，很多政府部門都聯繫該遊戲的製作公司Maxis開發專業的政府模擬類的軟件，從美國中情局到國防部，從加拿大木材協會到澳大利亞稅務委員會。

《模擬城市》

《模擬城市2000》

《模擬城市》遊戲是一款沒有輸贏的遊戲，它成功的秘訣是玩家可完全按照自由意志，建設成千上萬個數字化城市實例，不滿意推倒重來，直到滿意為止。這種以人為本、構件化建設思路和上帝視角的空間利用，為後續城市建設提供了創新發展思路。

本文將分別用《元宇宙賦能城市建設發展新邏輯（一）——空間治理》、《元宇宙賦能城市建設發展新邏輯（二）——綠色智慧管理》兩篇文章，詳細介紹元宇宙在智慧城市規劃與管理方面應用前景。

一、 智慧城市以人為本的建設發展新邏輯

1、以人為本的城市發展邏輯

在城鎮化改造早期，人居環境一直以來是工業化和商業化發展的輔助設施，是服務於工業和商業發展需求的次要條件，工業革命在加速城鎮化發展的同時也帶來大量的環境污染問題。從1780年開始英國主要的工業城市就飽受空氣污染影響，1873年12月7日至13日，一場大霧籠罩倫敦，造成了近千人死亡。到19世紀末，倫敦每年的“霧霾天”長達90天左右，即便上世紀20年代，英國政府逐漸減少煤在工業燃燒中的佔比，空氣污染也並無其實質的改變。1952年12月5日，倫敦全城依然遭遇持續5日濃霧瀰漫。據不完全統計，這段時期每天有1000噸煙塵顆粒、2000噸二氧化碳、140噸鹽酸和14噸氟化物被排放到了空氣中，厚厚的霧霾在倫敦上空懸浮了5天，倫敦市空氣中的煙霧量增加了10倍。在那五天里，有四千人死於呼吸道疾病，在之後的幾個月，又有八千人因大霧死亡，死者大多數是年紀大或者舊病纏身的人，另外還有很多人患上了支氣管炎、氣喘和其他影響肺部的疾病。

而商業化發展在提高了城鎮經濟活力的同時也帶來交通擁堵問題。紐約作為全球金融中心、美國第一大城市，也是世界上交通擁堵最為嚴重的城市之一。據統計，在2016年開車穿越紐約市中心的平均速度是7.5公里每小時，這比步行也快不了多少。交通擁堵是商業化城市發展必然經歷的問題，中國也不例外，據統計，2020年北京上班族平均單程通勤時間為47分鐘，上海是42分鐘。特別是在CBD、軟件園、金融街等商業聚集地，實際單程通勤時間遠超1小時，可以說商業活躍度帶來了出行成本的直線攀升。

以工業化和商業化為中心的城市發展邏輯，發展工業和經濟是第一要務，往往會忽略人居體驗，把人的吃、住、行定位為輔助設施，通過劃分功能為住宅區、工業區、商業區等平面規劃方式，將城市功能嚴格分隔為不同區域。早期城市建設中的土地大尺度的功能區劃分（一般以城中心、東、南、西、北劃分）在節省建設成本，節約土地資源，提高工商業效率方面起到積極作用。但隨着城市土地資源緊張，城市人口增長與承載能力不協調、政府公共管理與公眾需求之間的矛盾日趨顯著，住宅區遠離工商業中心，從而降低城市效率和活力。

以人為本的城市建設邏輯，則是城市工商業發展較為成熟后的一種高質量發展方向。以人為本的建設是將土地大尺度、粗放式功能劃分，轉變為小尺度、立體性、融合性的發展思路，讓工商業和住宅配套，在同一區域協同發展。充分考慮人居在生態環境、效率、安全、便捷等要素上的平衡，充分考慮工業、商業和農業的協調發展。以人為本的建設思路需要更加精細化、靈活的城市規劃、調整和運營。

2、新型信息技術應用的城市智慧發展邏輯

在傳統的城市建設發展中，人口、社會、經濟、環境、土地等是主要資源要素，以這些要素構成的城市基礎設施和公共服務部門是城市的主要組成單位。而技術長期以來只是企業驅動而非城市驅動。自從以計算機與信息技術為代表的第三次工業革命以來，信息技術作為人口、社會、經濟、環境、土地等資源要素的連接要素，顯著提高城市資源的利用效率，而為各國城市發展所重視。互聯網、物聯網、5G、人工智能、大數據、區塊鏈、元宇宙等新型信息技術相繼湧現為實現“智慧城市”建設提供了全新發展邏輯。世界各國政府也相繼提出基於數字技術的“智慧城市”發展戰略，如：2006-2010年，歐洲完成了第三階段的信息社會發展戰略；2014年，新加坡公布了“智慧國家2025”計劃。2015年，美國白宮提出“智慧城市計劃”。2012年，中國首批90個國家級智慧城市試點計劃正式開展，智慧城市也陸續寫入後來“十三五”、“十四五”的建設規劃中。全球城市智能發展的新邏輯開始孕育成型。

城市的智慧發展是把新一代信息技術運用在城市基礎設施和公共服務建設中，是城市信息化的高級形態，實現了信息化、工業化、商業化與城鎮化的深度融合，有助於緩解“大城市病”，提高城鎮化質量，實現精細化和動態管理，並提升城市管理效率和改善市民生活質量。不同於水、電、氣、公路交通等傳統城市基礎設施和公共服務，智慧城市更聚焦5G、互聯網、雲計算、區塊鏈、物聯網、人工智能、大數據中心等新型信息技術與交通、能源、 建築與住房、水資源、城市農業、城市商業和城市製造業等資源要素的融合建設，具有創新性、整體性、綜合性、系統性、基礎性、動態性特徵的城市新型基礎設施與服務領域。

新型信息技術對城市資源要素之間的信息流動加速、提高城市空間利用率，服務產業升級、提升人居體驗、保護生態環境、降低企業經營成本等方面起到推動作用。新型信息技術是利用數字空間多維、無邊界，數據傳輸高效、計算成本低的特性，為城市基礎設施和公共服務機構的信息採集、傳遞、協同、決策、服務賦予以人為本的智慧思考模式。新型信息技術是構成城市公民數字化身份與數字化活動的基礎框架。

3、空間利用的城市發展邏輯

一直以來，人類都有一顆擺脫地面束縛，嚮往天空的願望，但受限於工程技術落後，長久以來人類只能通過登高望遠來抒發自己對更廣闊空間的嚮往。世界公認的第一座摩天大樓是位於芝加哥的家庭保險大樓，它建於1885年，設計者是美國建築師威廉詹尼，這座大樓一共有10層，高42米，是當時最高的樓。目前，世界最高大樓的記錄是由迪拜塔（哈里發塔）保持，它佔地面積34.4公頃，共有162層，828米高。建築內擁有1000套高檔住宅公寓，多家酒店、寫字樓、商場、清真寺、游泳池、高檔會所等設施，能同時容納1.2萬人，可足不出塔解決一切生活必須。迪拜塔就是一座小型城鎮，其實際人均佔地面積僅為28.7平方米，比世界上人口最為稠密的區域之一：紐約曼哈頓區的人均佔地面積37.5平方米還要低8.8平方米。當然，迪拜塔的修建並非是滿足節約地面空間的需求，而是出自對世界第一高樓稱號重回阿拉伯世界的渴望。

迪拜塔

中國重慶市的洪崖洞，則是更為典型地在沿江依山，高低錯落的狹窄空間下，將川渝特色的“吊腳樓”建築風格，結合分層築台、吊腳、錯疊、臨崖等山地建築手法，有機整合餐飲、娛樂、休閑、保健和特色文化購物等5大業態，形成了別具一格的“立體式空中步行街”商業空間。自從1824年，英國人約瑟夫·阿斯譜丁（Joseph Aspdin）發明了水泥，人類修建高層建築就不再是難題，但人類對城市空間的利用並不是簡單地將建築修高。

重慶洪崖洞民俗風景區

城市空間利用的發展邏輯是以人為本的角度出發，優化人居空間要素配置，對生活、娛樂、工作、安全等各類必要多維動態要素建立城市信息模型（City information model CIM），通過CIM與智慧基礎設施的整合，在優化基礎設施布局網絡的基礎上，協同信息基礎設施和城市交通、給水、能源以及工業、商業、醫療、文化娛樂、人防等設施之間的交互，明確各類要素的空間組織方式，形成合理的城市空間結構與功能分區，提升城市土地利用效率和空間品質。

城市空間利用需要充分利用多維的社會經濟建模、地理信息建模、建築信息建模、物聯網、互聯網、人工智能、大數據、區塊鏈、元宇宙等新型信息技術與傳統城市基礎設施結合。在地理空間、建築和設施的物理空間、社會邏輯空間之間，廣泛建立信息感知、傳遞、協同、共識、決策和執行反饋的自動化、智慧化空間利用機制。

二、元宇宙+城市空間治理

城市空間治理是國土空間治理的一部分，另外還有農業空間、生態空間和其他空間。按照傳統工業化和商業化城市發展邏輯，城市空間常被認為是提供工業品和服務產品為主體功能的空間，城市空間是現代社會人類居住和活動的主體，人口多，居住集中，開發強度較高，產業結構以工業和服務業為主，居民點形態主要是規模較大的城市、城市群、城市圈、都市區等。

而在“以人為本”的城市空間治理中主要考慮以人作為主體，在工作的效率、生活的宜居和社交關係的融洽等方面的因素。可分為：物理空間、社會空間和數字空間三大要素。

物理空間包含城市時空位置、城市要素和城市生態環境。其中，時空位置是城市地理時間空間信息，包含城市各實體和實體間的時間、坐標信息和高程信息等；城市要素是構成城市各類物理實體的總稱，包含城市道路交通設施、能源設施、信息設施等；城市生態環境是構成城市自然環境的要素，包含土壤、植被、大氣、水資源、物候、天氣等。物理空間體現的是人與物質的關係。

社會空間包括城市中的組織、活動、關係以及邏輯，用於描述城市社會中個體與個體、個體與群體、群體與群體等關係和活動的總和。其中，城市發展和社會治理中多元參與主體構成組織要素；多元參與主體圍繞城市生活、生產和生態所開展的各類政治、經濟、文化等活動構成活動要素；多元參與主體間相互作用併產生多維層次關係構成關係要素；社會空間本質上是一種人與人的邏輯關係。

數字空間是與物理空間和社會空間映射連接形成的虛擬空間。通過對城市物理空間和社會空間所包含城市要素實體的全域歷史及實時數據的採集、匯聚、建模、分析以及反饋，數字空間完成對城市要素及活動的全周期可溯、動態迭代以及實時反饋，實現城市多維仿真、智能預測、虛實交互、精準控制。數字空間是智慧城市建設的基礎設施。

2021年8月，中國自然資源部發布《實景三維中國建設技術大綱(2021版)》，提出由空間數據體、物聯感知數據、支撐環境組成的“實景三維中國”，從而實現數字化的國土空間高效治理。在自然資源管理、國土空間用途管制以及國土空間規劃實踐中，很多城市和地方通過搭建時空大數據平台、國土空間基礎信息平台、數字孿生平台、城市信息模型(CIM)等技術體系，支撐自然資源和國土空間運行分析、動態評估、規劃決策、監測實施等業務需求，實現空間的數字化、精細化治理[4]。

城市信息模型（City information model 簡稱CIM），是以建築信息模型（BIM）、地理信息系統（GIS）、物聯網（IoT）等技術為基礎，整合城市地上地下、室內室外、歷史現狀未來多維多尺度信息模型數據和城市感知數據，構建起三維數字空間的城市信息有機綜合體。可以看到CIM構建的三維城市數字空間模型與元宇宙提出的構建的多維數字空間頗為相似，但不同之處在於CIM依然是系統級，而元宇宙是網絡級，CIM是在單一系統中實現部分城市建築、地理位置、設備等的多維建模與動態感知，而元宇宙則是在更廣泛的互聯網空間內分佈式地實現全局城市物理、社會、數字空間的虛實共生；CIM是以建築為中心的建模思路，而元宇宙則是以人為本的建模，強調沉浸式的消費體驗。

元宇宙的城市空間治理更強調鏈接、應用和人居體驗能力，元宇宙以開放、包容的城市信息信息模型，鏈接各類CIM系統，為城市管理者、居民提供全方位、多維度、立體綜合的城市應用和人居體驗。

1、元宇宙助力城市物理空間綜合治理

城市空間綜合治理需要在城市物理時空框架內充分協調交通、水、能源、建築等城市要素，湖泊、公園等生態環境環境要素的建設和運營，引導城市資源要素的高效流動，促進城市物理空間的智能化和居民生產生活的高效協同，優化人居、工作環境體驗。通過對物理空間的布局與用地形態、基礎設施與服務質量、道路交通系統支撐、生態環境承載能力等城市要素，智能監測、實時感知，並分析城市內部人地系統時空影響機理及動力變化，實現動態調整和響應，從而提高公共服務品質、城市空間布局優化、城市經濟高效運行、精細化的城市管理、宜居生活環境、城市安全保障等方面的智慧城市建設。

在元宇宙中，各類城市要素和生態環境要素都處於城市的全局共享和鏈接狀態，人居與能源、工業與環保、商業與交通、生態與建築等要素之間呈現互為影響、互為協助的關聯狀態，通過建立跨系統、跨部門、跨要素的立體綜合城市信息模型，使地理空間、建築空間、設備空間和公共服務形成有機結合體。同時，將人居要素放入其中，使人居需求與空間環境產生耦合效應，通過元宇宙海量的模型實例處理能力，將每個居民的人居潛在需求與空間環境相融合，從而尋找最佳城市要素匹配方案。

2、元宇宙實現城市群空間鏈接和協同

目前在大多數場景下，受制於城市空間要素主體的差異性，建設仍然是獨立自主和各自為政的。雖然從城市靜態要素看，例如：建築、橋樑、道路、公園等，確實屬於城市主體獨有。但從城市要素的動態運作來看，城市要素產生的結果卻能嚴重影響物理空間鄰近區域的企業城市主體，即：城市群效應。一條河道的疏通，會提高沿河上下游航運適航性，但一座大橋的修建又會降低其通航能力；一座公園的修建可以提高城市生態環境，但也有可能影響周邊城市的水資源利用；一座工業園區的修建不光只帶動當地產業發展，還能牽動周邊城市群多產業集群的聯動效應。所以動態城市要素是相互鏈接、耦合和協同的。

目前，中國已建成包括長三角城市群、粵港澳大灣區、成渝城市群、長江中游城市群、京津冀城市群、中原城市群和關中平原城市群等七大城市群，中國國內生產總值約70%來自七大城市群，經濟規模顯著。而在中國“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要也明確提出：“以促進城市群發展為抓手，全面形成‘兩橫三縱’城鎮化戰略格局。優化提升京津冀、長三角、珠三角、成渝、長江中游等城市群。”

在元宇宙中，城市群空間的鏈接和協同是強調區域內城市間物理空間、社會空間等要素的相互關聯，依託元宇宙網絡建立的廣泛全局的數字化空間，打破地理和行政上的隔離，建設具有創新能力與競爭力的可持續發展的城市群，實現區域鏈接和協同，推動區域一體化發展。城市之間的優劣勢、需求、資源要素配置是依靠在城市之間建立的元宇宙城市節點自由組合和智能化配置實現，城市群內的空間建設需要通過元宇宙城市群數字空間的映射、感知和反饋實現在城市群參與主體之間達成廣泛共識。元宇宙在數字虛擬世界中詳細刻畫城市空間建設中的得與失、價值與人居體驗，是將現實物理世界的價值傳遞，遷移到數字網絡中，使建設中的分析、判斷與決策更加高效和智能。

3、元宇宙助力建設數字化家庭空間

家庭是社會組成的最小單位，是人在社會存在的邏輯單位。俗話說：“家和萬事興”，家庭也關係著社會和諧穩定。在中國，自古以來就有“修身、齊家、治國、平天下”的家國天下思想，可見家庭對於社會、國家的重要性。家庭空間的建設，關係社會民生，關係城市空間以人為本的發展目標，家庭空間由自然人屬性、居住空間、家庭結構、生活習慣等物理或邏輯屬性構成。雖然家庭空間與城市空間的協同發展關係智慧城市建設的終極目標，但，家庭空間又是私人空間，具有隱私權，任何機構或政府不能擅自透視或監視家庭空間數據。

元宇宙的城市空間治理不是一種簡單意義的中心化數據採集、分析和決策過程，在元宇宙網絡中家庭空間被數字化為一個本地節點，並參與整體城市空間的治理。家庭空間本地節點通過隱私計算將敏感數據留在本地，將居住空間、家庭結構、生活習慣等脫敏的規模訓練數據共享，用於與城市空間公共數據的協同分析，為城市空間優化治理提供動態策略，也引導與優化個體與家庭尺度的行為活動，增強居民時空活動滿意度；在居民的充分授權下、參與式感知計算技術保障下，通過家庭空間的各類傳感設備可獲取居民的消費需求和潛在生活訴求等實例數據，並通過元宇宙網絡直接實現去中心化的商品或服務提供；可藉助虛擬現實技術在元宇宙中搭建的虛擬環境，可擴大居民家庭空間的行為活動感知和空間體驗等內容的服務。

4、元宇宙助力構建數字化社會空間

社會空間也是城市公共空間，主要包括社區、學校、工業園區、商圈、公園等城市重要功能區，具有辦公、產業、交通、休閑等城市核心功能。城市社會空間合理的功能結構、布局和組合，暢通的信息、人口、資本、能源等要素的流動，以及人與人、人與空間的和諧交互都是構成智慧城市社會空間的基本要求。例如，在城市社區建設中，需要重點關注社區功能、社區活動、社區服務、交通與建成環境、治理模式以及社區系統建設等要素，分析社區內部居民各類活動與物質環境匹配程度與時空耦合關係，以及對智慧社區生活圈構建的促進作用，為以居民為中心的智慧社區生活圈的設施配置與空間優化建設提供支持；在智慧園區的建設中則需要以治理和服務需求為導向，從園區規劃、建設、管理和服務全過程對園區智慧化建設進行考慮，並對園區內民生、環保、公共安全、園區服務、工商業活動等的需求做出智能響應。

城市社會空間就是一個邏輯信息大熔爐，呈現海量的城市物理空間的多維功能和交互的邏輯信息。在傳統信息化治理模式中，因為缺乏海量的視覺、邏輯、智能算力和存儲，要從海量社會空間信息中識別、歸類、還原、重構等繁雜的城市社會活動信息並不現實。而在元宇宙中可通過動態調用個人、城市、國家的計算平台，通過公平的利益分配機制，綜合利用社會計算資源。通過元宇宙網絡中的CPU、GPU等專用算力節點，可提供隨時在線的網絡計算能力，可將城市物理空間的功能結構映射為數字空間的結構虛擬模型，將信息、人口、資本、能源等要素的流動和交互映射為關係虛擬模型，再通過元宇宙的社會空間數字孿生模擬計算，從而尋找最佳城市空間功能組合和社會資源組合的建設策略。

小結：

人類城市化的發展進程，是一個人口集中化的過程，也是對有限城市空間充分利用和開發的過程。隨着新型建築材料與技術的普及和應用，人類將自身的居住空間，逐步從二維擴展到三維，將活動空間從點到發展到線、面，最終建立立體、綜合的生存環境。在二維生存環境中人類是靠身體力行、腳步丈量等實踐方式去探索未知世界。而在三維空間中，由於空間體量的龐大，人類不再僅靠“足履實地”的認知和建設生存空間。元宇宙賦能城市建設發展新邏輯則是利用數字空間多維、無邊界，數據傳輸高效、計算成本低的特性，為城市基礎設施和公共服務機構的信息採集、傳遞、協同、決策、服務賦予以人為本的智慧思考模式。新型信息技術是構成城市公民數字化身份與數字化活動的基礎框架。（未完待續）

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