無人駕駛技術對城市空間的影響初探
——基于中國（上海）自由貿易試驗區臨港新片區探索性方案

徐曉峰 馬 丁

技術更新是城市發展的原生動力之一。從馬車時代到汽車時代，從電報時代到網絡時代，每一次重大新技術的出現都會帶來城市空間的變革。那么從有人駕駛到無人駕駛時代，城市又會發生何種變化呢？本文在厘清無人駕駛技術自身特點的基礎上，探討該技術將在何種程度上影響城市空間的結構和生產邏輯，并以中國（上海）自由貿易試驗區臨港新片區（以下簡稱“臨港新片區”）為例，試圖提出一個由無人駕駛主導的城市實踐模型。

1 無人駕駛技術與城市實踐

關于無人駕駛的技術研究，早在20世紀20年代就開始了最初的嘗試。到了1989年，卡內基梅隆大學第一個提出使用神經網絡算法進行無人駕駛的研究，奠定了現代無人駕駛算法的基礎。2010年代，隨著移動互聯網的普及，5G通信技術的完善，萬物互聯概念更加深入人心，國內外的科研院所、網絡科技公司、汽車廠商紛紛開展研究，無人駕駛技術進入實質性的開發生產驗證階段。

1.1 無人駕駛技術發展情況綜述

無人駕駛技術由無人駕駛汽車和道路設施兩部分構成。無人駕駛汽車是智能汽車的一種，也稱為輪式移動機器人，依靠車內以計算機系統為主的智能駕駛儀來實現無人駕駛的目的。道路設施包括車道中心指引雷達、路面傳感、氣象監測、交通信號引導指示等；同時道路基礎設施要素資源與交通環境感知全面數字化，為車路互聯道路的基礎設施端提供重要保障[1]。

（1）駕駛系統

美國高速公路安全管理局（NHTSA）和國際自動工程協會（SAE）將自動駕駛分為多個等級（見表1），分別是L0—L5級，對應人工駕駛、輔助駕駛、部分自動駕駛、條件自動駕駛、高度自動駕駛和完全自動駕駛。

表1 自動駕駛等級分級表Tab.1 Autonomous driving levels

目前的自動駕駛系統正處于從高級輔助駕駛系統到無人駕駛系統的過渡階段。防碰撞緊急制動的輔助駕駛系統和車道識別提醒偏離車道技術是當下較為成熟的駕駛系統功能，已在多家車廠多款車型上配備。而特斯拉已經實現了部分自動駕駛功能系統的量產化，在前車跟隨場景中可以實現車輛對方向盤和加減速的多項操作提供駕駛，司機負責其余的駕駛動作。高度自動駕駛和完全自動駕駛系統目前仍在進行不同程度的研究測試中，還沒有實現量產。

（2）車輛設備要求

目前量產車上配備多角度攝像頭定位、雷達輔助定位、GPS定位、移動網卡等有關設備，能很好地應對微觀、中觀、宏觀定位以及交叉定位輔助，保證車輛實時位置信息的準確性。同時，車輛各個重要的操作部件和運行部件配備不同傳感器實時監控車輛性能，將車輛狀態反饋到后臺數據中心實時檢測車輛狀態，作為車車互聯、車路互聯的車輛端的重要保障。

（3）道路設施相應要求

車道中心指引雷達、路面傳感、氣象監測、交通信號引導指示作為無人駕駛的重要道路設施，目前雖然沒有做到量產，但是已經在封閉路段進行測試。這些將為實現道路基礎設施要素資源與交通環境感知全面數字化，作為車路互聯道路基礎設施端提供重要保障。

（4）應用場景

已經實現量產的車輛應用場景如AR圖像識別車輛路標、行人、車道、障礙物，車輛行駛過程中在儀表盤或者中控上進行可視化，輔助駕駛員進行判別。駕駛過程中的緊急制動應用則可以有效減少追尾事故的發生概率。特定場景中的貨運、客運已實現無人駕駛的運營，例如在一些產業園區、科研院所內進行的條件自動駕駛。

1.2 無人駕駛主要技術特點分析

與傳統交通模式相比，無人駕駛系統有以下優勢。

（1）單車運力優勢。無人駕駛技術和移動互聯網充分結合，使得單車搭載的乘客量得以顯著提升。掌管城市的高層級人工智能將會調配每個人的時空出行需求，根據高盛發布的《2025汽車行業預測報告》，現汽車閑置時間高達95%。隨著無人駕駛技術的成熟，將會更加有效配合人、車資源。而未來交通工具閑置率將降至5%。無人駕駛時代，共享交通工具的運力將是現在客運車的10—30倍[2]。

（2）道路體系優勢。交通工具的行駛速度和路線選擇將由掌管全城的人工智能統籌協調，理論上將不存在傳統道路體系的擁堵問題，不需要快慢車道，移動速度在全局統籌的視角下追求單車最優，行駛速度可以根據路況由系統實時調控。方格路網將成為主流，統籌協調使得整個區域的交通效用最大化。道路體系將會變得扁平化，交通分散，靈活性大；道路服務能力將得到顯著提升。同時，5G支持的高速信息流、物質流傳輸運算將支持客運、貨運交通工具在時空上實現二元智能分離。

（3）空間節約優勢。傳統機動車道1根車道寬度一般為3.0—3.5 m，而1輛機動車的寬度只有2 m左右。剩余的1 m左右的空間實際上是考慮人的不確定因素而預留的容錯空間。如果全部使用無人駕駛的話，車輛將會精準行駛，車輛之間也可以保持更近的距離，而不用預留這么多的容錯空間。因此車道寬度會縮減，城市的道路面積將大大壓縮，為其他功能留出更多的用地空間。同時由于采用大量共享交通，城市所需的停車空間也將大幅減少。

1.3 無人駕駛技術現有實踐案例

國內在無人駕駛技術方面進行的實踐主要有：臨港新片區物流園區在12 km的封閉路段測試無人駕駛，未來將在園區路網級別進行落地，以期通過數據管理平臺來調度自動駕駛車輛，應用于臨港新片區這類封閉場景的生產作業[3]。百度阿波羅在雄安新區進行車路互聯，已經能夠應用于快速路、靜態交通、城市道路等場景。同時對解決雄安新區未來可能發生的交通擁堵，對單車及時預測信號燈相位、危險路段識別等駕駛安全提升等方面，正在進行落地實驗[4]。

國外案例有日本豐田“編織城市”。它設想打造一個靈活的街道網絡，致力于設計更安全且對行人更友好的交通流線（見圖1）。街道實現了更快的自動駕駛與物流運輸的優化，休閑長廊供微型交通工具使用，線性公園讓居民可以在自然環境中自由漫步。這3種街道類型被編織成3 km×3 km的城市街區，每個街區只有通過散步道或線性公園才能進入。編織網格的城市結構可以擴展和收縮，以適應不同的城市規模與功能[5]。

圖1 日本豐田“編織城市”效果圖Fig.1 The concept of Toyota's "Weaving City"

在谷歌為多倫多政府打造的“明日之城”中（見圖2），私人車輛被禁止駛入這座城市，全部由完全自動駕駛的大運量公交、滿足精準化需求的小運量無人駕駛出租車和共享單車代替。貨運體系則采用機器運輸所有貨物，且只能在全新開辟的地下公路中運行，類似于智能貨運機器人模式，在很大程度上提高了城市的貨運配送效率，并且通過客貨分離的手段有效地緩解了地面的交通壓力①Sidewalk Toronto官方網站[EB/OL].https://www.sidewalktoronto.ca/。。

圖2 多倫多“明日之城”概念平面圖Fig.2 Conceptual plan of Toronto's "City of Tomorrow"

2 對城市空間的影響分析

從國內外的先行城市實踐看來，無人駕駛技術的探索主要集中于無人駕駛技術的落地和城市道路體系的適應性設計。由于展開實踐的區域并不大，還難以看到對城市整體空間的顯著影響。不妨進一步設想，如果未來無人駕駛成為主導交通方式，整個城市都運行無人駕駛車輛，則其對城市的影響將不再局限于交通方面。筆者認為從無人駕駛自身的技術優勢、系統特征來分析，可能會對城市產生以下3個方面的深刻影響。

2.1 促進城市結構從層級化到扁平化

現代城市規劃起源于田園城市、馬丘比丘等經典理論[6]，核心思想是城市等級和功能分區。一方面，隨著城市各系統技術和理念的不斷發展和城市空間不斷累積生長更新，城市居住、工作、游憩和交通這幾類空間已經相互融合與復合，城市各中心之間以及中心和邊緣的差異在逐漸縮小[7]。另一方面，城市管理和治理手法的進步使得城市空間內生層級結構逐漸簡化。這些都促進了現代城市從內在邏輯到空間表征日趨扁平化。

在這些城市系統中，作為城市基礎支撐系統的道路系統結構邏輯卻一直沒有改變。交通網絡仍然通過中心到節點的點軸模式進行組織，道路起到中心之間串聯和疏解的作用。無人駕駛的出現將會改變這種道路交通邏輯。無人駕駛網絡不再需要層級化的物理樞紐來匯聚、組織和擴散交通，只需要強大的“智能云大腦”來合理調動交通運行。道路之間的等級差異縮小，道路主次支之間的差異基本消失，交通網絡趨向扁平化，道路體系由放射狀形態向網格化轉變。若沒有交通樞紐和中心，與之相生的城市中心也會逐漸消解，城市空間亦會加速扁平化（見圖3）。

圖3 層級化的城市結構到扁平化的城市結構Fig.3 Hierarchical urban structure to flat urban structure

2.2 促進城市功能從系統化到模塊化轉變

由于城市未來的空間結構趨于扁平化，城市功能由中心向邊緣層層傳遞的系統性消失，那么未來城市將以何種邏輯來構成城市？筆者認為模塊化將是未來城市的主要構成方式。因為在扁平化和復合化的城市空間里，城市的系統化功能會分解為更均質的微小單元。這些微小單元在空間上將被格式化為一個個的標準模塊。模塊將成為城市構成的基礎，城市功能被分解在每個模塊內組織，模塊本身將由扁平化的無人駕駛道路系統連接。由此構成一個去中心化的扁平城市。

模塊通過承擔主要溝通作用的車行專用路來劃分，每個模塊內部又可以劃分若干小單元，這些小單元以混行道路或者人行道路來劃分。每個模塊內部由混合用地構成，功能是以兼容性為標準的自下而上的組合，而非傳統城市那樣由中心向邊緣的自上而下的分解傳遞（見圖4）。

圖4 從系統化的功能構成到模塊化的功能構成Fig.4 Systematic functional structure to modular functional structure

2.3 促進城市空間從靜態化到動態化轉變

傳統城市受限于運行效率，車道限速嚴重，平均車速只有20 km/h左右[8]。因此傳統城市空間探討的是相對靜止的界面組織和空間關系，側重單個建筑和小范圍空間組合的效果。而無人駕駛會使城市的實際車速提高，尤其是在車行專用道上，速度可以與傳統的高速公路媲美。由于沒有擁堵，可以一直維持這樣的速度運轉。

同時，無人駕駛解放了雙手和雙眼，車內乘客將會更加關注窗外的風景。在連續行駛的車上，人所看到的城市是以景觀序列呈現的整個城市的建筑空間組合。在這種情況下，未來對于高速車行道兩側的城市空間必須從動態化的角度去思考如何組織，將是一種關于序列的重新再設計。標志性建筑間距將拉大，城市空間像戲劇一樣，有開始、發展、高潮、尾聲的區分（見圖5）。

圖5 從靜態設計到動態設計Fig.5 From static design to dynamic design

2.4 無人駕駛系統的過渡

從傳統交通支撐的城市到無人駕駛系統支撐的城市空間，其間必然存在一個過渡的過程。筆者認為這種過渡時期并非如同當年馬車與汽車混行的方式進行，而是通過分系統的方式分階段實現，最終進入全面無人駕駛的階段。因為無人駕駛與傳統駕駛在系統運行上存在根本的不同，一種由系統控制的、理性高效的運行，不受情緒干擾；一種由獨立個體駕駛，具有較大的不確定性和不可預見性。兩者若混行，實際上無人駕駛的效率會降低到與傳統駕駛相當。

過渡時期分系統的運行可以通過分時、分段、分區的方式實現。無人駕駛系統可以在地下或高架獨立運行，將地面道路讓給傳統駕駛和行人。亦可在新建的城市分區小范圍實現全面無人駕駛。無人駕駛與傳統駕駛的接駁可以通過P＋R的形式實現。當無人駕駛系統和技術趨于穩定以后，可以全面實行無人駕駛，地面道路作為人行和低速道路使用。

3 無人駕駛主導的城市模型實踐

基于上述無人駕駛系統對城市未來結構、空間格局、街道景觀等方面的影響分析，本文選擇了臨港新片區作為無人駕駛技術下城市模型實踐的探索基地，試圖進一步說明無人駕駛技術對未來城市建設所帶來的變化。

中國（上海）自由貿易試驗區臨港新片區位于上海市域東南、全市濱江沿海的發展軸線上，遠期面積873 km2，非常適合作為無人駕駛的試點區域（見圖6）：對高效的貨運交通有著天然的需求；與其他城市片區相接但又保持相對獨立的交通系統，便于系統化的操作；區域面積較大，實際上是個多中心的網絡城市，具備扁平化的初步特征。因此，本文嘗試將無人駕駛作為臨港新片區的主導交通系統，構建一個扁平化的路網構成模式，綜合考量現狀路網、城市結構、功能布局等要素，最終形成無人駕駛技術主導下的城市用地和空間方案。

圖6 臨港新片區區位圖Fig.6 Location map of Lin-gang Special Area

3.1 基本路網模塊設計

扁平化的路網體系有兩個主要特點：一是采用方格網作為主要的道路形式；二是道路等級體系亦扁平化，主次干道區別消失，車道數最終將趨于一致，縮窄、減少的車道空間將還給步行、騎行以及綠地和開放空間（見圖7）。

圖7 道路等級扁平化示意圖Fig.7 Schematic diagram of the elimination of road classification

因此，研究模塊的方格路網由間距1—2 km的車行專用路網圍合而成。在基本模塊的基礎上，對于生活區和產業區采用不同的設計策略。生活區在模塊街坊內部增設人車混行路網，路網間距150—300 m，適宜步行。產業區采用地下管道無人運輸系統，減少地面貨運壓力；貨運運輸道路系統形成大尺度方格網，保證“7天×24小時”無人駕駛貨運能高效運轉，同時與生活區的通勤性路網銜接。

3.2 道路系統設計

考慮到與現存道路及外部道路的銜接，路網體系實際設計時采用了過渡策略。近期結合現狀公路，將路網體系分為綜合性大道、通勤性道路和接駁性道路3級道路體系；遠期隨著無人駕駛技術的全面升級，有軌電車、共享汽車、私家車等多種無人駕駛車輛共享路權，過渡到2級道路體系，將傳統的主次支道路體系簡化為車行專用路和人車混行道路2個系統（見圖8）。

圖8 臨港新片區無人駕駛道路系統設想圖Fig.8 The road system of Lin-gang Special Area

車行專用路路網由原高速路和區域交通道路為主構成，設計車速100 km/h，為雙向4車道，主要服務貨運車、通勤聯絡的無人駕駛車輛，圍合形成邊長為1—2 km的方形基本模塊。人車混行道路網主要由原部分主干路、支路和新增支路構成，設計車速40 km/h，主要為雙向2車道，其余空間為人行和休憩空間。服務接駁無人駕駛車輛，構成長寬為150—300 m的人行尺度街坊。

另外，在無人駕駛公共交通方面，將打造大中運量公交優先社區，通過軌交市域線串聯機場、港口、鐵路樞紐，按照1 000 m服務半徑，覆蓋30%的城市片區，縮短片區間通勤，加強片區之間的聯系，組團內部通過有軌電車橫向連接各個街坊（見圖9）。圍繞有軌電車站點組織15 min通勤圈，按照500 m服務半徑覆蓋全部生活片區和80%的核心商務區。

圖9 臨港新片區無人駕駛公共交通體系設想圖Fig.9 Unmanned public transportation system of Lingang Special Area

3.3 用地布局

對應到空間布局上，由于扁平化路網體系的架構，規劃將采用混合用地模式來構成基礎的用地街坊。通過交通網格確定一個模塊街坊的邊長為1—2 km，街坊內通過人車混行路或步行路劃分了若干個邊長150—250 m的小單元。小單元內部為混合用地，依據主導功能，分成行政單元、商業單元、居住單元等，涵蓋了正常運行所需的用地和設施（見圖10）。

圖10 模塊化功能用地示意圖Fig.10 Basic modular block design pattern

根據每個組團的功能側重，在基礎模塊街坊的基礎上進一步調整內部功能單元的用地構成比例，形成4種主要的功能模塊街坊（見圖11）：產業模塊以產業制造和倉儲物流為主導功能，加入外延性功能，創造開放共享的產城融合區域；公共服務模塊根據不同功能細分和側重，容納商務辦公和生活服務等功能；生活模塊在住宅用地的基礎上滿足生活多方面的需求，包括多層次、多樣化、可負擔的住房需求；田園模塊作為生態單元，保留原生河湖水域，作為劃分自然單元的依據，以基本農田等農林水域用地為主，含有少量建設用地。最后根據總體結構和功能體系，將4種模塊落實到總圖上，形成整體方案（見圖12）。

圖11 4種模塊示意圖和田園模塊示意圖Fig.11 Four model block patterns

圖12 臨港新片區各類模塊布局設想圖Fig.12 Land use structure map

3.4 空間設計

根據前文的分析，無人駕駛將會帶來動態化的城市空間設計。動態化的首要影響是車速的提升，人行空間和車行空間的設計車速差距變大，需要提供不同的設計策略。通過進一步深化模塊街坊的空間構成，結合模塊街坊內部單元的功能構成和需求，每個街坊由外到內私密性逐漸增強，形成4個不同的圈層（見圖13）。

圖13 模塊街坊空間構成模式圖Fig.13 The model diagram of the modular neighborhood space composition

模塊街坊外圍即第一圈層是車行專用路兩側界面。根據動態化的原則，外圍街道空間由于無人駕駛后車速提升，車內乘客在視覺上感受到空間被壓縮，因此設計時標志性建筑的間距要大于傳統城市。為使空間序列更加明顯，標志性建筑的高度也會高于傳統城市。

街坊內部是人車混行道路，速度相對較低，適用傳統空間的設計策略。其中第二圈層是一些服務類公共建筑，比如學校、社區中心、文體設元及配套設施。核心的位置是一整塊公共綠地，是整個街坊的綠肺（單元內部也有小型開放綠地）。核心綠地之下是本街坊的集中停車場和調度中心，與城市其他的分布式調度中心處在同一個網絡上，實時監控和調配車輛運營。

3.5 核心區設計

根據模塊街坊和空間要素分析，進一步研究設計核心區的空間方案（見圖14）。核心區總面積約10 km，規劃人口約8萬人，總體建筑量約300萬m2，最高地標建筑高度為300 m。核心區使用研發模塊、公共服務模塊、生活模塊和田園模塊4種模塊。在模塊組合的基礎上對城市設計元素進一步梳理，形成一條核心天際線和一個中心公園。核心天際線上布局3個地標建筑，加強整體天際線的節奏感。以中心公園作為統領，每個模塊街坊內布局街坊公園，形成一主多副、廊道溝通的開放空間體系。高度設計方面，靠近核心天際線一側為第一圈層，平均高度在100 m左右；靠近其他車行路為第二圈層，平均建筑高度約50 m；內部街坊為第三圈層，平均建筑高度約30 m；中心為開放空間。這樣形成的空間既能滿足微觀空間設計需要，又能保證宏觀城市景觀的整體協調（見圖15）。

圖14 核心區方案空間構成設想Fig.14 The spatial composition of the core area plan

圖15 核心區空間效果示意圖Fig.15 The spatial effect of the core area

臨港新片區無疑將會是中國最先進的自由貿易試驗區之一，本文以無人駕駛這一前沿技術作為方案的切入點和核心概念，探討了無人駕駛技術在臨港新片區落地的可能。通過對無人駕駛模塊的深化研究，確定臨港新片區的道路系統和用地構成模式，然后探討核心區的城市設計，最終應用到整個片區，形成整體的空間設想方案（見圖16）。

4 結語

無人駕駛技術是當下較為熱門的交通技術，各種技術實踐已經開展。本文在簡述無人駕駛技術特點的基礎上，暢想駕駛無人技術在城市規劃領域可能的空間應用方式。筆者認為無人駕駛將會加速城市道路系統和城市結構扁平化，城市空間表征和人們的體驗也會相應改變。未來的城市將會以更快的速度、更高的效率運行。筆者以臨港新片區為例，討論無人駕駛技術對城市空間和城市設計的影響。通過設計適用無人駕駛的全新道路網體系，劃分并設計適合臨港新片區的街坊模塊，將臨港新片區所需功能落地；最后通過城市設計對整體空間格局和要素進行進一步的優化調整，形成最終的空間s設想方案。

當然城市作為復雜的巨系統，不會因為某種單一技術而改變，無人駕駛對城市空間產生的影響仍有很大的不確定性。一方面，無人駕駛技術本身尚不成熟，仍處在不斷的演進之中，城市是否會全面轉向無人駕駛仍是個未知數。2015年美國密執安大學交通研究中心的報告顯示無人駕駛的事故發生率是有人駕駛的1倍多；之后，谷歌給加利福尼亞政府的報告顯示數據幾乎相同[9]。另一方面，交通只是城市的一個子系統，城市的發展還受到政治制度、社會經濟、人文習俗等多方面的影響，城市空間的改變更多的是一個漸變的過程，無人駕駛是否能夠被社會全面接受有待進一步驗證。然而作為規劃師應該以超前的視角看待這些技術，因為它們很可能在未來10年甚至更短的時間內變為必須面對的現實。這些新技術的出現無疑會對城市規劃帶來新的挑戰。