汪光燾 李芬 劉翔

1 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 北京 100835

2 深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司 深圳 518049

3 中國城市科學(xué)研究會(huì) 北京 100835

4 同濟(jì)大學(xué) 城市交通研究院 上海 200092

黨的二十大報(bào)告強(qiáng)調(diào)，堅(jiān)持人民城市人民建、人民城市為人民，提高城市規(guī)劃、建設(shè)、治理水平，加快轉(zhuǎn)變超大特大城市發(fā)展方式，實(shí)施城市更新行動(dòng)，加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，打造宜居、韌性、智慧城市。做好城市工作，必須認(rèn)識(shí)、尊重、順應(yīng)城市發(fā)展規(guī)律。進(jìn)一步加強(qiáng)城市各項(xiàng)工作，必須深入分析城市工作新形勢(shì)、改革發(fā)展新要求、人民群眾新期許，把握城市面臨的戰(zhàn)略機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)。特別是面對(duì)全要素?cái)?shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)代之變，要深刻認(rèn)識(shí)數(shù)字技術(shù)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)對(duì)城市發(fā)展各方面和環(huán)節(jié)的重大影響，賦予城市科學(xué)研究新的思想與內(nèi)涵。

1 城市科學(xué)研究現(xiàn)狀綜述

城市現(xiàn)代化是與時(shí)俱進(jìn)和自我革新的結(jié)果，也是國家現(xiàn)代化的重要標(biāo)志（圖1）。黨的二十大報(bào)告中提到的中國式現(xiàn)代化的5 個(gè)特征，即人口規(guī)模巨大的現(xiàn)代化、全體人民共同富裕的現(xiàn)代化、物質(zhì)文明和精神文明相協(xié)調(diào)的現(xiàn)代化、人與自然和諧共生的現(xiàn)代化、走和平發(fā)展道路的現(xiàn)代化，決定了中國城市發(fā)展的根本遵循，也體現(xiàn)出城市現(xiàn)代化發(fā)展的高度綜合性和復(fù)雜性。

圖1 1960—2020年世界主要國家城鎮(zhèn)化率變化Figure 1 Changes in urbanization rates of major countries from 1960 to 2020

由于城市涵蓋的科學(xué)問題極其廣泛，涉及內(nèi)容和群體眾多，且伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和信息技術(shù)的快速變革，城市的復(fù)雜性與日俱增。因此，需要運(yùn)用“系統(tǒng)思維”來認(rèn)識(shí)城市，借助復(fù)雜性科學(xué)的方法論組織多學(xué)科共同參與研究，從系統(tǒng)規(guī)律上予以探索，推進(jìn)城市科學(xué)體系的構(gòu)建和發(fā)展。

1.1 城市科學(xué)的國內(nèi)基本觀點(diǎn)回顧

“解決復(fù)雜的城市問題，首先得明確一個(gè)指導(dǎo)思想——理論”[1]。1985 年，錢學(xué)森在《關(guān)于建立城市學(xué)的設(shè)想》中首次提出建立“城市學(xué)”的設(shè)想。他指出“城市學(xué)是研究城市本身的，它不是什么鄉(xiāng)村社會(huì)學(xué)、城市社會(huì)學(xué)等，而是城市的科學(xué)，是城市的科學(xué)理論”。原有將復(fù)雜對(duì)象不斷分解為局部問題的“還原論”求解方法，雖然在自然科學(xué)領(lǐng)域中取得了巨大成功，但難以適用于解決自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)相互交織的城市問題。有了城市學(xué)，城市的發(fā)展規(guī)劃才能有所依據(jù)。城市學(xué)是工程技術(shù)和基礎(chǔ)科學(xué)兩者兼具的應(yīng)用理論科學(xué)[1]，屬于理論科學(xué)與工程技術(shù)的中間層次；對(duì)于這樣一門科學(xué)的研究，需要：① 以馬克思主義哲學(xué)為指導(dǎo)；② 用系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)和方法[2]。

城市科學(xué)研究需要堅(jiān)持運(yùn)用定性與定量分析相結(jié)合的綜合集成方法（圖2）。① 依據(jù)定性認(rèn)識(shí)提出經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)（判斷或猜想）；② 將這些經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)用經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)、資料及模型對(duì)其確實(shí)性進(jìn)行檢測(cè)；③ 經(jīng)過定量模型與仿真分析后，加深對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際理解，通過提煉和總結(jié)形成結(jié)論和建議，并落實(shí)到公共政策的決策中。在此過程中，城市科學(xué)研究必須面向城市工作實(shí)際，根據(jù)發(fā)展規(guī)律，抓住關(guān)鍵領(lǐng)域，服務(wù)國家現(xiàn)代化、城市化戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)。

圖2 定性與定量分析相結(jié)合的綜合集成方法示意圖Figure 2 Schematic diagram of meta-synthetic engineering combining qualitative and quantitative analysis methods

錢學(xué)森[3]特別指出過“人”與“人工智能技術(shù)”的基本關(guān)系——研究開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，“當(dāng)然要靠計(jì)算機(jī)，靠知識(shí)系統(tǒng)，靠人工智能等技術(shù)手段，但又不能完全依靠這些機(jī)器，最終還要靠人，靠人的智慧”。如借助計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的城市模型是對(duì)城市作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行理論抽象的產(chǎn)物，其目的是簡(jiǎn)化系統(tǒng)細(xì)節(jié)，保留關(guān)鍵的系統(tǒng)要素和結(jié)構(gòu)特性，利用數(shù)學(xué)工具模擬城市系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。然而，城市模型不應(yīng)脫離具體的政策目標(biāo)與決策環(huán)境，不可盲目追求基于單一模型類型和特定假設(shè)得出的系統(tǒng)“最優(yōu)解”，仍需要發(fā)揮人的智慧判斷，應(yīng)當(dāng)秉持反對(duì)機(jī)械唯物主義，堅(jiān)持和發(fā)展辯證唯物主義的思想態(tài)度[5]，在專家組定性分析的基礎(chǔ)上建立若干機(jī)器模型，幫助決策者在政策實(shí)施之前，對(duì)政策的多種預(yù)期情景進(jìn)行比較分析，從而規(guī)避政策的潛在分析，在決策層面實(shí)現(xiàn)政策優(yōu)化。

1.2 城市科學(xué)的國際研究進(jìn)展

國外最早關(guān)于城市科學(xué)的討論可以追溯到20世紀(jì)初，英國城市規(guī)劃理論家帕特里克·格迪斯（Patrick Geddes）[6]在其1914 年出版的《進(jìn)化中的城市》中提出，城市學(xué)既是歷史學(xué)、科學(xué)，也是哲學(xué)和藝術(shù)，同時(shí)還是政治學(xué)；城市學(xué)的重點(diǎn)是“通向新技術(shù)城市之路”所需要的城市研究，是既往學(xué)科知識(shí)的融合，也是對(duì)城市和居民生活的徹底調(diào)查，還是對(duì)城市問題的深入分析和對(duì)城市個(gè)性和精神的探索。這一觀點(diǎn)突出了城市科學(xué)的技術(shù)性、綜合性和多學(xué)科交叉性（表1）。

表1 國際社會(huì)知名學(xué)者關(guān)于城市科學(xué)的定義Table 1 International scholars on definition of urban science

總體而言，西方自工業(yè)化以來有關(guān)城市科學(xué)研究可以分為規(guī)范理論（normative theory）、協(xié)同系統(tǒng)（synergism） 和政治過程（political process） 3 種范式[7]。① 早期的戰(zhàn)后城市理論和實(shí)踐研究主要關(guān)注應(yīng)該創(chuàng)造什么樣的城市環(huán)境，以及如何實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的城市規(guī)劃方案2 個(gè)方面。② 自20 世紀(jì)50 年代末期，以物質(zhì)和設(shè)計(jì)為核心的規(guī)范理論受到顯著沖擊，并借助計(jì)量革命的發(fā)展，城市研究逐漸轉(zhuǎn)向協(xié)同系統(tǒng)的視角。協(xié)同系統(tǒng)視角下的城市被認(rèn)為是一個(gè)復(fù)雜的整體，是不同土地使用活動(dòng)通過交通或其他交流中介連接的系統(tǒng)；城市內(nèi)的不同部分是相互連接和相互依存的；研究城市是為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析（analysis）和控制（control）。③ 政治過程視角是對(duì)“技術(shù)主義”的反思，從協(xié)同系統(tǒng)視角認(rèn)識(shí)城市，城市本質(zhì)上更接近于一種治理；城市研究不應(yīng)該是一種簡(jiǎn)單的評(píng)估技術(shù)，而是與公眾價(jià)值判斷緊密聯(lián)系，涉及如何評(píng)估不同人群的成本和收益，以及如何在不同人群中分配成本和收益的問題，城市研究本質(zhì)應(yīng)該是基于公眾參與的公共服務(wù)提升。

伴隨著如大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速變革，聚焦于新興技術(shù)與城市交互視角的新城市科學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，其讓傳統(tǒng)的城市科學(xué)煥發(fā)出新的生機(jī)，呈現(xiàn)出鮮明的數(shù)字化時(shí)代特征。新城市科學(xué)學(xué)派代表邁克爾·巴蒂（Michael Batty）[8]指出，城市是一個(gè)以自下而上發(fā)展為主的復(fù)雜系統(tǒng)，其規(guī)模和形態(tài)遵循由空間競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致的擴(kuò)展規(guī)律；認(rèn)識(shí)城市不僅需要理解城市空間本身，還需要理解流動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)如何塑造城市空間；當(dāng)前涌現(xiàn)出的數(shù)字信息技術(shù)已與城市高度融合，人們使用數(shù)字信息技術(shù)來管理、控制與設(shè)計(jì)城市，這為理解城市構(gòu)建與運(yùn)行、提升城市智慧化水平、構(gòu)建一種新的城市科學(xué)提供了一種新的視角與方法。巴蒂將數(shù)學(xué)理論模型與城市實(shí)踐結(jié)合起來，以地理學(xué)討論為出發(fā)點(diǎn)，在復(fù)雜系統(tǒng)理論和網(wǎng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)上，提出新城市科學(xué)的建模、可視化表達(dá)和模擬的基本技術(shù)邏輯。在此背景下，近年來學(xué)術(shù)界設(shè)立了一系列圍繞新數(shù)據(jù)、新技術(shù)和新方法來推動(dòng)新城市科學(xué)研究的國際期刊（表2）。

表2 1998年至今城市科學(xué)相關(guān)的新學(xué)術(shù)期刊Table 2 New academic journals related to “urban science” since 1998

2 我國城市科學(xué)發(fā)展的應(yīng)用基礎(chǔ)

2.1 數(shù)字中國建設(shè)的產(chǎn)業(yè)支撐

（1）數(shù)字經(jīng)濟(jì)是數(shù)字中國建設(shè)整體布局的重要一環(huán)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)、生活及治理深刻變革。數(shù)字經(jīng)濟(jì)是繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)后的新經(jīng)濟(jì)形態(tài)；數(shù)字經(jīng)濟(jì)依靠數(shù)據(jù)資源，搭載信息網(wǎng)絡(luò)，融合信息通信技術(shù)，推動(dòng)全要素?cái)?shù)字化轉(zhuǎn)型，促進(jìn)公平與效率更加統(tǒng)一。受新冠肺炎疫情影響，2020—2022年經(jīng)濟(jì)下行明顯，如2022年房地產(chǎn)業(yè)國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）比上年同比下降5.1%。然而，從2023年的政府工作報(bào)告可以看出，數(shù)字經(jīng)濟(jì)核心產(chǎn)業(yè)增速快于所在產(chǎn)業(yè)平均增速，助力了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)恢復(fù)。數(shù)字經(jīng)濟(jì)引領(lǐng)我國整體經(jīng)濟(jì)恢復(fù)向好（圖3），2022年前3季度，計(jì)算機(jī)、通信和其他電子設(shè)備制造業(yè)增加值同比增長9.5%，高于規(guī)模以上工業(yè)增加值增速5.6 個(gè)百分點(diǎn)，高于GDP 增速6.5個(gè)百分點(diǎn)；信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)累計(jì)增長8.8%，高于GDP 增速5.8 個(gè)百分點(diǎn)。數(shù)字經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)有力支撐經(jīng)濟(jì)恢復(fù)，對(duì)GDP 增速起到重要拉動(dòng)作用。盡管受疫情等因素影響，2022 年前3 季度經(jīng)濟(jì)增速仍比上半年有所提高，加快0.5個(gè)百分點(diǎn)。

圖3 數(shù)字經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)對(duì)我國經(jīng)濟(jì)增長形成有力支撐Figure 3 Digital economy production provides strong support for economic growth of China

（2）數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化協(xié)同推進(jìn)。2021年政府工作報(bào)告強(qiáng)調(diào)“加快數(shù)字化發(fā)展，打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢(shì)，協(xié)同推進(jìn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型”。數(shù)字中國的布局為城市科學(xué)發(fā)展提供了產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化將是城市科學(xué)發(fā)展的重要支撐。數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以及信息化產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)著生產(chǎn)、生活及治理模式產(chǎn)生深刻變革，人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的跨越式發(fā)展，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的智慧城市演變打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第三產(chǎn)業(yè)所代表的數(shù)字產(chǎn)業(yè)化作為先導(dǎo)體量持續(xù)擴(kuò)大但增速放緩趨于成熟（圖4），傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型后來居上，未來仍有廣闊空間。

圖4 2016—2020年數(shù)字經(jīng)濟(jì)在三次產(chǎn)業(yè)中的滲透率Figure 4 Penetration rate of digital economy in three industries from 2016 to 2020

（3）數(shù)字產(chǎn)業(yè)化作為我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高速增長。數(shù)字產(chǎn)業(yè)化即信息產(chǎn)業(yè)是數(shù)字經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)部分，具體業(yè)態(tài)包括電子信息制造業(yè)、信息通信業(yè)、軟件服務(wù)業(yè)等。2021年我國規(guī)模以上計(jì)算機(jī)、通信和其他電子設(shè)備制造業(yè)，規(guī)模以上軟件業(yè)、規(guī)模以上互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)服務(wù)業(yè)營收分別由2017 年的10.6 萬億、5.5 萬億及0.71 萬億元達(dá)到2021 年的14.1 萬億、9.5 萬億及1.55 萬億元，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)拉動(dòng)作用明顯；2019年中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)中以信息通信技術(shù)為基礎(chǔ)的部分占比高達(dá)37.8%[10]。大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)從2017年的4 700億元增長至2021 年的1.3 萬億元；軟件業(yè)中云服務(wù)、大數(shù)據(jù)服務(wù)共實(shí)現(xiàn)收入7 768億元，同比增長21.2%；電子商務(wù)平臺(tái)技術(shù)服務(wù)收入10 076 億元，同比增長33.0%（圖5）。數(shù)據(jù)要素的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化和市場(chǎng)化規(guī)模持續(xù)提升，數(shù)字經(jīng)濟(jì)成為繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)之后的主要經(jīng)濟(jì)形態(tài)和關(guān)鍵增長點(diǎn)。

圖5 2017—2021年我國數(shù)字產(chǎn)業(yè)營收增長情況Figure 5 Revenue growth of China’s digital industry from 2017 to 2021

（4）產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型不斷提升著發(fā)展的質(zhì)量效益。

通過傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化升級(jí)、轉(zhuǎn)型和再造[12]，帶來經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出增加和效率提升。農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，如農(nóng)機(jī)信息化改造走入種植、養(yǎng)殖等各領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部通過試點(diǎn)示范支持近30萬套農(nóng)機(jī)信息化改造。制造業(yè)領(lǐng)域信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展，全國企業(yè)經(jīng)營生產(chǎn)過程關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化的企業(yè)比例超過半數(shù)，2022年達(dá)到52.1%。工業(yè)領(lǐng)域“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”已在采礦、電力、鋼鐵等22個(gè)國民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)用推廣，支撐實(shí)體經(jīng)濟(jì)降本提質(zhì)增效。我國網(wǎng)絡(luò)零售額2021 年達(dá)13.09 萬億元，占社會(huì)消費(fèi)品零售總額的比重近1/4，同比增長14.1%?？缇畴娚踢M(jìn)出口總額同比增長15%。數(shù)字技術(shù)與各行業(yè)加速融合，截至2021年12月，在線辦公、在線醫(yī)療、網(wǎng)上外賣用戶規(guī)模分別達(dá)4.69 億、2.98 億、5.44 億人次，同比分別增長35.7%、38.7%、29.9%。在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型、發(fā)展智能制造，通過技術(shù)進(jìn)步降本增效，優(yōu)化工藝流程和資源布置，大幅度提高了各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品和服務(wù)的效率，減少包括溫室氣體排放在內(nèi)的環(huán)境影響，適應(yīng)萬物互聯(lián)時(shí)代對(duì)于可持續(xù)發(fā)展的新要求。

（5）數(shù)字經(jīng)濟(jì)與信息化產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，是加快城市科學(xué)建設(shè)的基礎(chǔ)。我國新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的內(nèi)在需求迫使城市科學(xué)的發(fā)展搭載新一代信息技術(shù)作為驅(qū)動(dòng)力；而近年來我國數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新能力快速提升，人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)躋身全球第一梯隊(duì)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的智慧城市演變、規(guī)劃變革與應(yīng)對(duì)策略的布局打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2021 年，我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模45.5 萬億元人民幣，占GDP 比重達(dá)39.8%（圖6），總量穩(wěn)居世界第2 位，然而與位居第1 的美國還有很大差距，我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)?？偭績H為美國的46.4%。同時(shí)，據(jù)中國信息通信研究院《全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)白皮書（2022年）》測(cè)算，47個(gè)國家數(shù)字經(jīng)濟(jì)平均水平占GDP 比重為45.0%，其中德國、英國、美國數(shù)字經(jīng)濟(jì)占GDP比重甚至超過65%①據(jù)中國信息通信研究院《全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)白皮書（2022年）》測(cè)算，2021年47個(gè)國家數(shù)字經(jīng)濟(jì)增加值規(guī)模為38.1萬億美元，同比名義增長15.6%，占GDP比重為45.0%。47個(gè)國家包括美國、中國、德國、日本、英國、法國、韓國、印度、加拿大、意大利、墨西哥、巴西、澳大利亞、俄羅斯等。。綜上，隨著城市的不斷發(fā)展，我國對(duì)于智能化與信息化的要求越來越高，但是發(fā)展的基礎(chǔ)與能力仍有差距。

圖6 2017—2021年我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模及占GDP比重Figure 6 Scale and proportion of digital economy in GDP from 2017 to 2021

智慧運(yùn)維、數(shù)字孿生是新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展方向，智慧城市、新型智慧城市是建設(shè)數(shù)字中國的有效途徑。在“十四五”時(shí)期，數(shù)字經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城鄉(xiāng)建設(shè)的綠色發(fā)展更加需要變革城市建設(shè)及運(yùn)營模式、推動(dòng)城市數(shù)據(jù)整合共享、加強(qiáng)城市運(yùn)行智慧化管理。通過數(shù)字化賦能城市網(wǎng)格化管理是數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展助力城市建設(shè)的重要進(jìn)程，是建成智慧城市、新型智慧城市的過渡?！丁笆奈濉眹倚畔⒒?guī)劃》提出，完善城市信息模型平臺(tái)和運(yùn)行管理服務(wù)平臺(tái)，探索建設(shè)數(shù)字孿生城市；推行城市“一張圖”數(shù)字化管理和“一網(wǎng)統(tǒng)管”模式。近年來疫情管控、政務(wù)管理服務(wù)等平臺(tái)的良好發(fā)展讓基層服務(wù)管理與百姓需求高效對(duì)接，公共管理集成化、數(shù)字化，社會(huì)服務(wù)、治理、管理體系形成立體、綜合的數(shù)字化網(wǎng)格。當(dāng)下智慧城市的建設(shè)中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息缺失、信息共享不暢、平臺(tái)重復(fù)建設(shè)，各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無法貫通聯(lián)動(dòng)，以透徹感知、互聯(lián)互通、智能應(yīng)用為主要特征的新型智慧城市成為城市信息化高級(jí)形態(tài)，城市科學(xué)的建設(shè)預(yù)期將有新的重要手段。

2.2 新型智慧城市建設(shè)的目標(biāo)支撐

（1）借鑒城市網(wǎng)格化管理經(jīng)驗(yàn)，推進(jìn)智慧城市、新型智慧城市建設(shè)。2004年，北京東城區(qū)首創(chuàng)數(shù)字化城市管理新模式，開發(fā)建立“網(wǎng)格化城市管理系統(tǒng)”；經(jīng)過隨后的試點(diǎn)進(jìn)行全面推廣，城市網(wǎng)格化管理為智慧城市建設(shè)奠定了廣泛的基石。2012年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳出臺(tái)《關(guān)于開展國家智慧城市試點(diǎn)工作的通知》。2016年，《關(guān)于組織開展新型智慧城市評(píng)價(jià)工作務(wù)實(shí)推動(dòng)新型智慧城市健康快速發(fā)展的通知》提出新型智慧城市的概念，對(duì)智慧城市建設(shè)作出新的布局。城市化戰(zhàn)略帶來城市要素堆積，在變革中求發(fā)展[13]、適時(shí)變革城市治理模式是新型城市化的發(fā)展需要。

（2）整合地理信息系統(tǒng)（GIS）和建筑信息模型（BIM）工作基礎(chǔ)，支撐城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)。過去及當(dāng)下城市建設(shè)的管理中，利用GIS 提供基礎(chǔ)框架，對(duì)全局整體進(jìn)行數(shù)據(jù)管理；整合管理地表分布特征等建筑外部環(huán)境信息；利用BIM來提供單棟建筑的精確信息模型；精細(xì)表達(dá)局部單體建筑，整合管理建筑物全生命周期的信息[14]。未來新型智慧城市的建設(shè)需要深度融合GIS和BIM作為底層框架，形成CIM基礎(chǔ)平臺(tái)，進(jìn)而建立城市空間模型和城市信息的有機(jī)綜合體（圖7）。需要進(jìn)一步細(xì)化數(shù)據(jù)顆粒度，將傳統(tǒng)靜態(tài)的、基于GIS的數(shù)字城市升級(jí)為CIM的動(dòng)態(tài)、感知、交互的數(shù)字孿生城市，以支撐城市規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)維等全過程數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)協(xié)同，助力城市治理管理更加精細(xì)化敏捷化。

圖7 面向城市綜合治理的CIMFigure 7 CIM for urban integrated governance

（3）結(jié)合“十四五”新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)城市科學(xué)研究CIM基礎(chǔ)平臺(tái)廣泛應(yīng)用。目前，我國城市科學(xué)仍處在現(xiàn)狀認(rèn)識(shí)與描繪的初級(jí)階段，新城市科學(xué)發(fā)展需要更高效應(yīng)用信息技術(shù)來對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行整體規(guī)律把握和數(shù)字化描述。在此基礎(chǔ)上，CIM基礎(chǔ)平臺(tái)的建設(shè)能夠?yàn)槌鞘刑峁?shù)據(jù)信息分析、建模應(yīng)用與推演平臺(tái)，助力城市科學(xué)發(fā)展研究由“技術(shù)”路徑轉(zhuǎn)為“技術(shù)-社會(huì)”框架[15]。2021年10月，國務(wù)院常務(wù)會(huì)議審議通過“十四五”新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃，提出“推動(dòng)CIM 和數(shù)字孿生技術(shù)在城市運(yùn)行管理服務(wù)中應(yīng)用”。由此可見，新型智慧城市建設(shè)已離不開CIM 信息平臺(tái)的基礎(chǔ)支撐。

3 城市科學(xué)研究的典型實(shí)踐探索

3.1 上海市城市網(wǎng)格化綜合管理體系

城市科學(xué)研究推動(dòng)著城市信息化到智慧城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型，支撐著城市實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的精細(xì)化管理模式的實(shí)現(xiàn)，并與其形成城市科學(xué)理論、方法和數(shù)據(jù)資源體系的互饋完善機(jī)制。上海市城市網(wǎng)格化綜合管理體系是城市科學(xué)研究支撐著CIM基礎(chǔ)平臺(tái)應(yīng)用建設(shè)，并與其形成城市科學(xué)理論、方法和數(shù)據(jù)資源體系的互饋完善機(jī)制，推動(dòng)智慧城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

自2005年起，上海市開始啟動(dòng)城市網(wǎng)格化管理工作，逐步建成了以城市網(wǎng)格化管理信息系統(tǒng)為核心，與其他相關(guān)行業(yè)管理信息系統(tǒng)互聯(lián)互通的城市綜合管理信息平臺(tái)。該綜合管理信息平臺(tái)具備對(duì)城市公共空間范圍內(nèi)城市管理問題從發(fā)現(xiàn)到處置實(shí)施監(jiān)督的能力；其利用云計(jì)算技術(shù)，依托上海市電子政務(wù)云，建立了數(shù)據(jù)共享交換與管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)治理與監(jiān)控系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)分析賦能系統(tǒng)，將政務(wù)工作流程細(xì)化為立案、處理、結(jié)案等，可開展城市體檢、市住建委“一網(wǎng)通辦”數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了城市常態(tài)長效管理的模式創(chuàng)新②上海市人民政府辦公廳. 上海市全面推進(jìn)城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型“十四五”規(guī)劃. (2021-10-27). https://www.shanghai.gov.cn/nm12344/20211027/6517c7fd7b804553a37c1165f0ff6ee4.html.。此外，推進(jìn)中的上海市城市CIM基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用是在城市基礎(chǔ)地理信息的基礎(chǔ)上，建立建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施等三維數(shù)字模型，表達(dá)和管理城市三維空間的基礎(chǔ)平臺(tái)，將通過構(gòu)建數(shù)字化虛擬城市實(shí)現(xiàn)對(duì)物理城市的映射、監(jiān)管、分析和模擬，為城市精細(xì)化治理和智慧城市建設(shè)提供全空間、全要素和全生命周期的“三維空間底板”。

3.2 現(xiàn)代化都市圈識(shí)別界定方法

城市科學(xué)從完善城市化戰(zhàn)略，更好地推進(jìn)以人為核心的城鎮(zhèn)化出發(fā)；城市科學(xué)研究理論不僅研究理論問題，也在探索與數(shù)字化相結(jié)合的研究場(chǎng)景。2019年，汪光燾等[16]系統(tǒng)性探討了我國現(xiàn)代化都市圈的內(nèi)涵，并構(gòu)建了現(xiàn)代化都市圈識(shí)別界定方法?，F(xiàn)代化都市圈識(shí)別界定方法研究是基于城市科學(xué)系統(tǒng)理論，借助數(shù)字化技術(shù)分析能力，提升城市規(guī)劃科學(xué)水平的典型實(shí)踐。

現(xiàn)代化都市圈識(shí)別界定方法課題組運(yùn)用大數(shù)據(jù)實(shí)證分析結(jié)果，明確我國現(xiàn)代化都市圈宜采用“一小時(shí)交通圈”范圍作為都市圈的范圍界定標(biāo)準(zhǔn)。國際上都市圈常以通勤率閾值（15%）作為界定標(biāo)準(zhǔn)，但運(yùn)用大數(shù)據(jù)實(shí)證研究近40 座大城市、特大城市和超大城市，分析得出，大多數(shù)城市的通勤空間尺度小于行政區(qū)劃范圍，都市圈范圍界定方法需要基于我國基本國情進(jìn)行調(diào)整。因此，借助大數(shù)據(jù)在人口流動(dòng)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)系等都市圈界定要素的量化分析能力，提出利用行政區(qū)間通勤聯(lián)系、網(wǎng)絡(luò)連接度指數(shù)等指標(biāo)來劃分都市圈一級(jí)腹地（核心圈層）標(biāo)準(zhǔn)；利用區(qū)縣人口密度、外來投資占吸引總投資比重、區(qū)縣以中心城市為目的地的商務(wù)出行人流量占區(qū)縣商務(wù)出行總量比例等指標(biāo)來劃分都市圈二級(jí)腹地（關(guān)聯(lián)圈層）標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的城市交通服務(wù)水平提升

城市科學(xué)提倡學(xué)科交叉融合，加快知識(shí)生產(chǎn)方法變革。若從社會(huì)學(xué)的視角看待城市交通問題，可基于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)城市居民出行行為和出行感受進(jìn)行量化實(shí)證分析，據(jù)此提出城市公共資源合理配置的科學(xué)依據(jù)和解決路徑。這種學(xué)科交叉的創(chuàng)新研究展現(xiàn)出更優(yōu)的剖析能力和實(shí)踐價(jià)值。面向青年幸福感的公共服務(wù)可達(dá)性及交通服務(wù)提升研究是同濟(jì)大學(xué)城市交通研究院基于城市科學(xué)理論，以社會(huì)公平為導(dǎo)向，運(yùn)用時(shí)空與文本數(shù)據(jù)分析技術(shù)，挖掘公共服務(wù)可達(dá)性對(duì)青年幸福感產(chǎn)生的影響因素，提出城市和交通規(guī)劃改進(jìn)建議的學(xué)術(shù)研究成果。

面向青年幸福感的公共服務(wù)可達(dá)性及交通服務(wù)提升研究以社會(huì)公平導(dǎo)向，課題組基于多源數(shù)據(jù)，提出了基于青年出行偏好的公共服務(wù)時(shí)空可達(dá)性測(cè)量模型。利用社交媒體數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，創(chuàng)新性地提出了基于情緒特征的幸福感分析方法。通過單因素方差分析和廣義加性模型，課題組研究了公共服務(wù)可達(dá)性與青年情緒特征之間的關(guān)系，證實(shí)了公共服務(wù)可達(dá)性與青年幸福感密切相關(guān)。據(jù)此，課題組提出對(duì)交通設(shè)施建設(shè)及公共服務(wù)提供方式的針對(duì)性建議，構(gòu)建了一套城市研究與規(guī)劃應(yīng)用之間的互饋方法體系。

4 提升城市科學(xué)研究水平的時(shí)代要求

4.1 把人民城市理念指導(dǎo)城市科學(xué)研究并貫穿始終

（1）推進(jìn)融合城市規(guī)劃、建設(shè)與管理，實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量城市治理現(xiàn)代化和智慧城市建設(shè)。利用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及發(fā)展規(guī)律突破視野限制，需擴(kuò)展城市科學(xué)發(fā)展研究的深度與廣度，探索數(shù)字化賦能全產(chǎn)業(yè)鏈的范圍情景，立足于人本尺度深入厘清技術(shù)應(yīng)用方向。發(fā)展數(shù)據(jù)增強(qiáng)設(shè)計(jì)，基于掌握的“過去”的數(shù)據(jù)及已驗(yàn)證的“當(dāng)下”的規(guī)律應(yīng)用于面向“未來”的設(shè)計(jì)創(chuàng)造[17]，建設(shè)人本尺度的城市空間。如可以在城市建成區(qū)規(guī)劃預(yù)留可改造的建設(shè)空間，通過后期管理調(diào)整城市功能組織來達(dá)到城市更新的效果。

（2）跨越技術(shù)開發(fā)與行政管理之間的鴻溝，建立數(shù)據(jù)融合與業(yè)務(wù)協(xié)同的基礎(chǔ)性信息平臺(tái)。世界發(fā)展日趨以信息產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)加速突破融入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展各領(lǐng)域全過程應(yīng)用，成為全球重組資源、重塑經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵力量[18]。在此前提下，充分開發(fā)釋放數(shù)據(jù)價(jià)值成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)及城市科學(xué)發(fā)展的重中之重。應(yīng)以數(shù)據(jù)收集—處理—分析、模型建立、算法、算力等數(shù)字化技術(shù)的增強(qiáng)為基礎(chǔ)，夯實(shí)城市科學(xué)發(fā)展的技術(shù)支柱；重點(diǎn)關(guān)注各方面數(shù)據(jù)的匯集與綜合應(yīng)用等難點(diǎn)，建立跨越數(shù)字技術(shù)開發(fā)與行政管理人員之間數(shù)據(jù)溝通鴻溝的橋梁，通過推動(dòng)公共數(shù)據(jù)共享等更加開放政企合作。

（3）正視數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化治理、信息安全自主可控、研究開發(fā)可持續(xù)、政企合作更開放的四大挑戰(zhàn)。提高虛擬設(shè)計(jì)與建造、數(shù)字化集成管理與交付、數(shù)字化平臺(tái)支撐能力，實(shí)現(xiàn)資源配置從效率到效益的飛躍，更高質(zhì)量利用數(shù)字化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)城市發(fā)展中管理、技術(shù)及數(shù)據(jù)的賦能[12]。建立全局聯(lián)動(dòng)的數(shù)據(jù)融合[19]、業(yè)務(wù)協(xié)同的CIM基礎(chǔ)平臺(tái)，既有軟件上也有硬件上的難點(diǎn)要攻關(guān)；需要學(xué)習(xí)、借鑒先進(jìn)技術(shù)，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，促進(jìn)相關(guān)技術(shù)研發(fā)——可通過軟件開發(fā)先行帶動(dòng)硬件制造。

4.2 理論與實(shí)踐相結(jié)合的因地制宜建設(shè)現(xiàn)代化城市

（1）CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)在城市規(guī)劃建設(shè)管理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用?？紤]城市系統(tǒng)的復(fù)雜性多樣性，智能化輔助解決城市問題[20]。多部門協(xié)作推動(dòng)關(guān)鍵核心軟件比選和研發(fā)，因地制宜支持地方創(chuàng)新發(fā)展；以現(xiàn)行新型智慧城市指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，堅(jiān)持先急后緩原則，由地方城市政府組織科技人員、行政管理人員共同協(xié)作攻關(guān)。

（2）研究制訂中國城市現(xiàn)代化指標(biāo)體系。在面向地級(jí)及以上城市的《新型智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)》體系和考評(píng)方式基礎(chǔ)上，構(gòu)建不同城市規(guī)模、不同地區(qū)的城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；堅(jiān)持部門聯(lián)席會(huì)議制度，穩(wěn)健推進(jìn)。堅(jiān)持黨的領(lǐng)導(dǎo)、尊重城市規(guī)律，以問題導(dǎo)向制定中國特色的城市現(xiàn)代化發(fā)展指標(biāo)，為我國城市建設(shè)提供道路遵循[21]。

4.3 城市交通學(xué)對(duì)完善城市科學(xué)發(fā)展的支撐作用

（1）城市交通因城市而生，城市交通學(xué)繼承了城市科學(xué)的系統(tǒng)思想與科學(xué)范式。城市與城市交通共生發(fā)展是基本特點(diǎn)，城市交通學(xué)的研究目標(biāo)是服務(wù)于人的需求，組織城市可持續(xù)的高效、安全、低耗（低能耗、低污染）運(yùn)行。城市交通學(xué)強(qiáng)調(diào)采用多學(xué)科的思維和系統(tǒng)論方法來研究城市與交通的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展問題；所研究的領(lǐng)域既包含采用新視角和新理念重新審視城市交通規(guī)劃、公交運(yùn)行管理、交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等傳統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)容，也包含了從傳統(tǒng)社會(huì)管理走向社會(huì)治理過程中城市交通所面臨的新形勢(shì)和新任務(wù)。

（2）城市交通學(xué)的研究對(duì)象是城市交通復(fù)合網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與運(yùn)行，從動(dòng)態(tài)的角度認(rèn)識(shí)城市發(fā)展與運(yùn)行的規(guī)律。城市交通研究在現(xiàn)已形成的城市框架下人的出行需求，研究人、車、路、環(huán)境之間的關(guān)系，以及交通工具提供的服務(wù)（包括客運(yùn)和貨運(yùn)）。面對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)生產(chǎn)生活方式的多元化、技術(shù)手段的創(chuàng)新發(fā)展、交通工具的現(xiàn)代化，尤其是當(dāng)今社會(huì)對(duì)環(huán)境綠色發(fā)展的高要求，城市交通已不僅僅是基礎(chǔ)設(shè)施和交通工具的提供。因此，城市交通學(xué)的研究要從更廣義的服務(wù)于人的需求角度研究城市交通問題，更重要的是體現(xiàn)城市整體的綜合服務(wù)功能與運(yùn)行效益。

（3）城市交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的數(shù)據(jù)資源和模型方法，可作為完善城市科學(xué)理論及實(shí)證研究的重要基礎(chǔ)。城市交通研究領(lǐng)域擁有大量城市相關(guān)數(shù)據(jù)積累，包括記錄人、車、物移動(dòng)與活動(dòng)的綜合交通調(diào)查，包含人口、出行及用地相關(guān)數(shù)據(jù)的交通四步驟模型，以及以手機(jī)信令、地理位置數(shù)據(jù)、共享單車軌跡數(shù)據(jù)等為代表的城市大數(shù)據(jù)，從而為城市科學(xué)量化實(shí)證研究提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。此外，城市交通研究中的模型方法體系相對(duì)完備，包括在城市交通研究領(lǐng)域得到應(yīng)用的機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)等前沿分析方法。這些數(shù)據(jù)與模型方法為驗(yàn)證和發(fā)展城市科學(xué)理論提供了必要條件及豐富資源，對(duì)提升城市科學(xué)研究水平具有重要基礎(chǔ)價(jià)值。