基于廣義生態群落的智慧城市發展模式

關鍵詞：智慧城市；發展模式；廣義生態群落；云政府

導讀：大自然生態系統在千萬年演化過程中所形成的以生物群落為基礎的自組織微循環結構和以生態鏈為基礎的自適應優化可持續發展機制，為現代城市的建設與發展提供了重要的啟迪。智慧城市是城市信息化發展的高級階段，從技術特征來看，它與智能城市的主要區別就是：要將機器的理性智能與情感智能有機結合起來，為人們提供更加人性化的智慧服務。

現代城市是一個以人為主體的自然、經濟、社會、文化、科技交互融合的空間聚集復合生態系統，人與環境、產業、社會之間存在著廣義生態關系和協同共生進化機制。大自然生態系統在千萬年演化過程所形成的以生物群落為基礎的自組織微循環結構和以生態鏈為基礎的自適應優化可持續發展機制，為現代城市的建設與發展提供了重要的啟迪。

在工業文明時代，城市更多地作為經濟要素的聚集地和發揮產業集聚效應的載體，在過于追求城市經濟效益的同時忽視了其社會效益與環境效益，對城市復合生態系統的微循環結構與自適應可持續發展機制造成了一定的破壞，由此帶來了交通問題、環境問題、資源問題、社會問題等一系列城市病。

智慧城市是城市信息化發展的高級階段，從技術特征來看它與智能城市的主要區別，就是要將機器的理性智能與情感智能有機結合起來，為人們提供更加人性化的智慧服務。在智慧城市的建設過程中，更需要以智慧的方式來深入思考城市的包容性發展，充分發揮新一代信息技術的優勢，在城市現狀的基礎上以新的發展模式重構城市的可持續發展生態學機制，更好地實現“城市，讓生活更美好”的終極發展目標。

一、現代城市發展模式

關于現代城市的發展模式已有眾多的研究成果，對上述問題的研究首先源于對城市系統的認識。從世界城市的發展歷史來看，工業化是推動現代城市發展的重要引擎。早在1890年，Alfred Marshall就從規模經濟角度對專業化分工和生產要素的空間聚集效應作了闡述（Alfred Marshall，1890）。[1]因此，城市被看作是促進農業勞動分離和發揮生產要素與經濟活動空間聚集優勢的經濟系統（Wilbur R. Thompson， 1965），[2]眾多的學者從城市經濟學角度對城市的規模理論和發展模式作了大量的研究工作（Wemer Z.Hirsch，1973；Kenneth J. Button，1976）。[3][4]1968年，芝加哥學派的主要代表人物美國社會學家Robert E. Park等人從城市對社會影響的各方面作了深入調研和系統性研究（Robert E. Park，et al， 1968），[5]促使人們進一步從社會與經濟交互影響的角度去關注城市的發展問題。隨著工業化發展和城市規模不斷擴大所帶來的一系列資源、環境及社會問題日益顯現，人們才真正從自然-經濟-社會復雜大系統的角度去深入思考城市的發展模式問題（仇保興，2011）。[6]

在城市發展模式的理論方面，主要的研究成果來自兩個方面（李迅，2008；陳卓詠，2008）[7][8]：一是來自對城市發展的成功范例和最佳實踐經驗的總結，二是來自對城市系統的基本特征與發展規律的理論分析。其中，涉及到城市的規模形態、空間結構、功能結構、籌資模式、發展途徑等各個方面。從已有的研究成果看，城市的發展不僅與其特定的政治、經濟、社會、科技、文化和自然環境及資源特性有著密切的關系，還受到發展過程中各種難以預測的復雜因素及其動態作用機制的影響，是一個開放式復雜適應系統的自組織演化過程（吳曉軍，2005；仇保興，2011）。[9][6]Luís M. A. Bettencourt、Michael Batty于2013年6月21日在著名刊物《Science》上發表了關于城市擴張與城市規模研究的最新論文（Luís M. A. Bettencourt，2013；Michael Batty，2013），[10][11]通過對數千個不同發展水平和不同規模城市的分析，從廣泛的社會經濟因素角度闡述了城市在規模大小、人口密度、社會聯通性和流動性網絡之間的平衡關系及城市系統內在的異速生長關系（陳彥光，2002）。[12]城市系統的這種開放式復雜適應系統特征，使得我們在考慮城市的發展模式問題時，難以簡單借鑒已有的經驗模式或宏觀規劃理論來系統性解決城市實際發展過程中的諸多新問題。眾多的實踐已經表明，這些新問題是事先無法進行準確預測，而在目前現狀下又難以獲得根本性解決的新問題。因此，對于現代城市發展模式的思考，在進行宏觀規劃研究的同時，更應注重構建一套完善的能夠針對環境變化具有動態調節功能的微循環自適應機制。

近年來，越來越多的學者開始運用自組織理論、動態協同理論、可持續發展理論和生態學理論等來研究城市發展模式中的上述自適應機制（吳曉軍，2005；陳彥光，2004；袁曉勐，2006；李楊帆等，2005）。[9][13]-[15]上述研究發現，城市系統的演化在結構與形態上與大自然生物組織的有機體結構和河流的自然分布特征有著很大的相似性，城市系統自組織演化的優化目標似乎就是重建大自然的對稱律（陳彥光，2004）。[13]然而，Luís M. A. Bettencourt、Michael Batty等人的研究指出，這種相似性應該更多地體現在其內在的功能機制上，而非外在的形態上（Luís M. A. Bettencourt， 2013； Michael Batty，2013）。[10][11]在城市發展模式的自適應機制中，必須考慮環境與需求的變化對資源的動態匹配能力及其供給成本的要求，必須構建一種有效的功能機制，來完成上述自適應優化調節。

大自然五彩繽紛的鮮花、青翠欲滴的樹林、翱翔藍天的飛禽、馳騁林野的走獸、戲水大海的魚群等充滿著勃勃生機的萬物，以其頑強的生命力和特有的生存方式演義著與自然的無比和諧，留給了我們無限的思索與啟迪。自然界的生態大系統是由無數個以生物群落為基礎的微循環小系統所組成的，群落內部各種群之間及其與外部環境之間復雜的有機聯系使得整個群落在漫長的演化過程中，總能面對生境的不斷變化而堅定不移地朝向物質與能力交換最優的“頂級群落”方向邁進，也使得整個生態大系統呈現了最完美的復雜適應系統特征。基于上述觀察與研究而形成的廣義生態群落理論和方法（戴偉輝，2013），[16]為我們探索城市發展模式中的自適應機制提供了新的思維模式與理論指導。

二、廣義生態群落理論

在生態學上，把特定時間、占據一定空間的同種生物（Species）的集合稱為種群（Population），而把聚集在一定地域或生境中所有生物種群的集合稱為群落（Community）。對于自然界的生物群落而言，要具備可持續發展的能力，最基本的要求就是必須擁有以營養鏈和食物鏈為基礎的完整循環體系，并能夠順利地實現各個環節間的物質與能量交換，維持上述循環體系的動態平衡。我們把這種由營養鏈和食物鏈所組成的鏈式結構稱為“生態鏈”（Ecological Chain）。群落結構必須具備覆蓋完整生態鏈的種群體系，并使得不同種群之間的生態位重疊最小且在空間上形成聚集，以減少生態鏈運行的交換成本并維持生態鏈運行的動態平衡。

在長期的發展過程中，生物群落的組成結構將呈現出沿著一定方向順序變化的規律，這種現象稱為群落演替（Succession）。在群落演替的最后階段，將出現一個能量與物質交換趨于最優、相對穩定的“頂級群落”（Climax）。從整個自然界的生態大系統來看，生物群落是一個具有復雜適應機制的微循環小系統，其可持續循環優化發展機制、共生進化機制及對環境的自主適應性機制等生態學機制使得整個群落在演化過程中總能朝向“頂級群落”方向發展，達到最優的動態穩定性和均衡性。

自19世紀末以來，越來越多的學者們在研究各類社會經濟系統時發現它們與自然界的生物群落系統有著非常類似的現象。1898年，美國著名的經濟學家、社會批評家V.Thorstein提出了演化經濟學的思想。1950年，A. A. Alchin通過大量的實例研究認為企業演化非常接近生物的演化。1977年，M. T. Hannan和J. H. Freeman最早提出了完整的組織生態學概念及其研究框架。1982年， R. R. Nelson和S. G. Winter構建了技術進化論的雛形。隨著社會、經濟系統的結構越來越龐大及其功能的多樣化，在動態多變的環境因素和日益發達的信息網絡作用下，上述系統呈現了前所未有的復雜性特征與快速變化特征。傳統的理論與方法難以對上述系統的內在機理及本質特征給出很好的描述，自然界生物群落的復雜適應性生態學機制為深入研究和分析上述問題提供了新的思路，近年來引起了許多學者的新關注。

為了更好地研究社會經濟系統的生態學機制，我們給出社會經濟領域“生態群落”（Ecological Community）的概念：指在特定時間里聚集在一定空間中具有密切業務關聯的不同種類的社會、經濟組織所組成的集合，他們具有類似于自然界生物群落的組織運行模式。雖然社會經濟生態群落與自然界生物群落之間存在著很多類似的行為與特征，但是兩者之間在組成個體和組織層次的復雜性上還存在著很大的差異，在種群之間的關系、群落運行的驅動機制及主觀能動性上也存在著本質的區別。導致上述本質區別的原因主要在于三個方面：一是社會經濟群落中最基本的生命單元體是人，具有比一般生物復雜得多的高等心理、社會屬性和主觀能動性；二是社會經濟群落中的組織與自然界生物群落中的個體生物不同，具有可拆分和可重組的特性，在相同生長期的發展規模上也存在著巨大差異；三是社會經濟群落是以其產品或服務所提供的價值交換為基礎來實現其發展的，與生物有機體的物質與能量交換在形態與實現方式上都有所不同。

關于上述問題，英國社會學家H. Spencer在分析了社會經濟組織與生物有機體之間的異同之后，提出了社會超機體（Superorganic Bodies）的概念，并主張通過一種抽象法則或概念系統來建立兩者之間的聯系（Turner J. H.，1986）。[18]根據史賓塞（H. Spencer）的主張，我們在普適性層面上將兩者共同具有的抽象關聯特征提取出來，提出了“廣義生態群落”（Generalized Ecological Community）的概念，并從群落結構、運行機制、演替模式、支撐環境四個方面構建了廣義生態群落的理論體系（戴偉輝，2013）。[17]對廣義生態群落的研究成果表明：（1）自然界生態系統和人類社會經濟系統的復雜適應性機制是通過以廣義生態群落為基礎的微循環系統來實現的；（2）在任何可持續發展的廣義生態群落中，必須擁有完整的廣義生態鏈循環體系，能夠順利地實現各個環節的物質和價值交換并使得生態鏈的運行成本最低；（3）上述廣義生態鏈是群落發展、演替并達到“頂級群落”的內在機制，在一定的生境中“頂級群落”必須在允許各類外來物種入侵的開放式環境下才能形成；（4）面對生境變化時，物質的流動性和資源的動態配置能力是廣義生態群落適應性調節的關鍵，也決定了群落的發展規模。

廣義生態群落理論已經應用于科技創新、產業分析、社區建設和旅游文化項目開發等眾多領域，為系統性研究和解決社會經濟領域的復雜問題提供了重要的思路與方法（鄔亮，2007；胡樂，2009；崔新，2010；鄒艷玲，2012）。[19]-[22]根據上述理論的觀點，我們在思考城市發展模式時，必須注意構建好以廣義生態群落為基礎的分布式微循環系統，并使得其生態鏈的總運行成本降至最低，同時應特別注重城市的開放性、連通性、物質的流動性和資源的動態配置能力，提高其面對環境變化的適應性調節能力。

三、城市廣義生態群落

現代城市是一個開放式的復合大生態系統，涉及自然、經濟、社會、文化、科技等各個領域，綜合集成了各種自然生態因子、技術物理因子和社會文化因子。很多學者對城市生態系統的基本要素、組成結構和概念模型作了研究（Harwell C. C. et al，1999；李楊帆等，2005）。[23][24]從廣義生態群落理論來看，上述生態關系不僅包括自然環境生態，還包括經濟、社會、文化、科技等各領域及其相互之間的復合生態關系，從微觀到宏觀具有復雜的分形結構和自組織特征（陳彥光，2004；袁曉勐，2006）。[13][14]因此，要深入理解城市系統的復雜生態關系就必須從對城市廣義生態群落的分析入手。

在一定的時間與空間中，城市中的各類居民、組織及其與環境之間形成了緊密的物質與價值交換循環關系，這些關系就構成了廣義生態鏈。為了降低生態鏈的運行成本，上述主體在空間聚集而形成各種綜合體（Complex），這就是城市自然發展階段最初的廣義生態群落。為了進一步提高專業化交換效率，在現代城市中又將上述綜合體劃分為各類功能區，如生活區、商業區、工業區、行政區等等。功能區的規劃應更加有利于降低廣義生態鏈的運行總成本，否則將會對廣義生態群落的微循環結構造成一定的破壞，給城市的發展帶來種種問題。例如，城市功能區的規劃過大、布局分割和基本功能單一必然會增加連通性與流動性成本，導致交通擁擠、環境污染加重和生活成本上漲。又如，在目前的軟件園區規劃中，將大量的軟件企業集中在一起希望發揮人才、知識的空間聚集優勢，卻忽視了軟件企業種群不適合“群居”而適宜于與其它產業“伴生”的基本特性，結果導致大量的軟件企業難以向專業化細分的“生態位”方向發展而形成過度競爭。

在以往的城市發展模式中，我們在過于追求城市經濟效益的同時忽視了其社會效益與環境效益，在過于強調規模聚集和宏大規劃的同時破壞了城市的生態鏈微循環結構，給城市的發展帶來了巨大的困境。仇保興從傳統的城市發展思維觀和大量的現實案例出發，對上述問題作了精辟分析，提出了在城市發展轉型中重建城市微循環的迫切需求（仇保興，2011）。[25]

城市在發展過程中，必然面臨著各種內外部環境的變化，這些變化將導致城市需求甚至城市發展目標的改變。正如自然界生境的變化，將引發生物群落的系統性調整。在上述過程中，物質的流動性和資源的動態配置能力是適應性調整的關鍵，也決定了群落的發展規模。Luís M. A. Bettencourt、Michael Batty等人和國內眾多學者的研究也表明，在城市發展的動態變化過程中，上述流動性和資源的動態配置能力效率及其成本對于城市要素聚集的調整和提高城市的動態適應能力具有關鍵性的影響。信息網絡技術的發展及其應用的日益普及，使得城市的運行基礎和管理手段發生了根本性變化：一方面，信息的流動性極大地提高了資源的動態配置能力，降低了不必要的物流成本；另一方面，通過信息網絡可以便捷地在虛擬空間實現大量經濟要素和社會要素的聚集，為城市的空間聚集提供了全新的模式。從總體上來看，信息網絡技術的發展和應用為降低城市廣義生態鏈的總運行成本和提高城市的自適應調節能力提供了巨大的潛力。因此，面對城市在工業文明時代發展過程中所帶來的種種問題，如何在生態文明時代通過新一代信息技術重構城市的生態鏈微循環結構和提高城市的自適應調節能級，是智慧城市發展模式中必須首先深入思考與亟待解決的問題。

四、智慧城市發展模式

關于智慧城市的基本概念，雖然各國學者從不同的角度給出了各自的理解與定義，政府相關部門也指出智慧城市應提升到“以人為本”、“智能發達”、“創新活躍”、“生態宜居”、“和諧包容”、“有效運行”相協調統一的“智慧”高度。但是，在智慧城市的智慧特征及其基本的技術內涵上尚未形成嚴格的科學界定。本文認為智慧城市是城市信息化發展在經歷了信息城市、數字城市、智能城市之后的又一個高級發展階段，從技術特征來看它與智能城市的主要區別就是要將機器的理性智能與情感智能有機結合起來，為人們提供更加人性化的智慧服務（戴偉輝，2012）。[26]

智慧城市的發展模式是指由一定的城市主體，在一定的資源條件下，基于特定的驅動因素所形成的智慧城市發展理念、發展目標、發展路徑、制度規范、評價體系等方面整體性的認識和規律性的把握（吳標兵等，2013）。[27]通過對我國正在規劃和興建中的100余個智慧城市的發展現狀分析，目前還存在著目標定位、發展思路、頂層設計、驅動機制、技術標準、資源整合和體制機制配套等多方面問題。針對上述問題，本文認為應該首先對城市廣義生態群落的基本結構和可持續發展生態鏈作深入分析，從有利于上述群落的發展和為之創造更好的生境出發，系統性地思考智慧城市的發展模式。具體表現為以下五個方面：

一是智慧城市的發展理念。在生態文明時代，智慧城市的發展應該充分發揮新一代信息技術的優勢，更好地為城市廣義生態群落創造良好的生境，促進“以人為本”的城市包容性發展，實現亞里士多德兩千多年前就倡導的“城市，讓生活更美好”的終極發展目標，為人們不斷創造美好的城市新生活。

二是智慧城市的頂層設計。智慧城市的頂層設計應在新一代信息技術的基礎上，為城市提供全新的生態學運行機制和柔性技術體系架構，通過對以廣義生態群落為基礎的微觀分析來重構宏觀設計，充分發揮新一代信息技術的潛能創新社會經濟要素的聚集模式、降低廣義生態鏈的總運行成本、提高城市的連通性和資源的動態配置能力，為城市構建良好的動態自適應發展機制。

三是智慧城市的發展路徑。在智慧城市的發展中，首先應該為城市構建發達的基礎信息網絡，使得信息的采集、傳輸、存儲、利用通暢便捷，首先考慮從廣義生態群落的剛性需求和城市所面臨的迫切問題出發，通過效益驅動機制和政府先行來逐步拓展各應用領域，通過信息網絡和先進的技術手段來不斷創新業務模式，最終實現從機器的理性智能到人性化的情感智能服務。

四是智慧城市的技術體系。智慧城市的技術體系架構既要考慮到有利于資源的統一整合和開發利用，還要注意到城市廣義生態群落的分布式微循環運行需求，在新一代信息技術的基礎上構建好統一的物聯網、泛在移動通訊網和云平臺三大基礎平臺，以開放式的柔性體系架構為廣義生態群落的運行模式創新和新技術的快速應用提供有力的支撐。

五是智慧城市的體制機制。智慧城市的發展要求對城市現有的管理體制機制進行深刻變革，通過基于信息網絡的流程再造和組織重構，建立以網絡化流程、動態協同機制和敏捷服務鏈為基礎的新型電子政府運行模式，并通過跨行政區域的政務資源整合和行政組織體系的虛擬化重構，形成以“云”政府為基本形態的智慧城市政府管理體系。

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■責任編輯：張 煒