英文版原文见(free access)：https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/1420326X20976058
引用：Wang J, Cao S-J, Yu CW. Development trend and challenges of sustainable urban design in the digital age. Indoor and Built Environment. 2021;30(1):3-6. doi:10.1177/1420326X20976058
目前，全世界超过55%的人口居住在城市，预计2050年将提高到68%，其中近90%的新增城市人口将发生在亚洲，非洲，特别是印度和中国。得益于快速城市化进程，中国的城市人口比重已经从1978年的17.92%提高2017年的58.5%，2020年预计将超过60%。城市化进程带来了城市的社会经济快速发展，但于此同时，快速城市化进程也导致城市发展面临资源过度消耗，污染日益突出、“城市病”和极端气候事件频繁发生、人居环境品质下降甚至持续恶化等问题，给城市设计带来新的挑战。城市设计致力于研究城市空间形态的构建机理和场所营造，是一门不断完善和发展中的学科。分析城市设计基础理论与转型脉络，探讨城市设计新理念、新技术与新方法，并科学认知城市设计发展面临的挑战与机遇，将为城市快速进程建设和可持续发展中的突出问题提供基于城市设计的有效解决路径。
城市设计的转型脉络—数字化城市设计
千百年以来，在城市设计的发展历程中，其关注城市空间形态建构和组织的基本概念并没有发生根本性的改变，但是城市设计依托的理论和技术方法一直与时俱进。城市设计作为一种对城市形态演进的人为干预实践，在不同的历史阶段存在一些共识性的指导思想和专业价值体系，即范型。在经历传统城市设计、现代主义城市设计、绿色城市设计三代历史范型以后，伴随“数字地球、智慧城市、互联网、人工智能” 的日益发展，城市设计的技术理念和方法获得了一些全新的内容，并由此形成“基于人机互动的数字化城市设计”第四代范型。这种以形态整体性理论重构为目标、人机互动为途径、技术方法工具变革为核心特征的数字化城市设计新范型，正在为城市规划的编制实施和管理、彰显城市历史文化和山水格局特色、进一步理解并建构公平公正的社会准则、营造城市宜居环境发挥关键性的支撑作用。
在具体的设计层面，通过共享性的城市规划数据集取、分析和管理平台，城市设计将不会再由于三维形态评判因人而异的主观性而无法应对大尺度城市空间形态。数字化城市设计可以相对独立于规划而自成逻辑系统，并获得问题解决的独特路径。大数据加深并改变了人们对城市形态和空间组织规律性的认识，一定程度上重构了人们心目中对城市形态的认知图式，其数据库已经成为城市设计全新的成果形式，而且可以直接植入当下以信息电子化为特征的规划管理。数据库成果同时可以通过整体关联联动的方式，实现持续完善的动态更新。
城市设计与发展面临的挑战
在数字化大潮流下，城市的概念发生着变化，城市的发展需求也在不断更新，因此城市设计的方法也在迭代进化。但在城市建设和发展取得瞩目成就的同时，也出现了令人关切和忧虑的问题，如数字化风险加剧、城市形式雷同、城市治理紊乱、城市突发灾害防范、多尺度仿真设计难度大等。在这种背景下，通过指出城市设计发展所面临的多种挑战与机遇，努力推动数字化城市设计向智慧化、安全化、绿色化和精细化迈进。
（1）数字信息与安全
数字化革命推动了人类的第四次工业革命，但城市设计也需要迫切关注因信息技术等兴起而带来的各种问题。“数字透镜”虽然让我们更深地了解了城市形态的建构机理并使得“城市画像”更具科学意义，但也存在个人信息泄露和失控、如同当代哲学家德勒兹所称之为由代码数字语言带来的“管控社会”中“分格”（dividuals）细分的现象，这是需要警觉的。数字城市的各种应用都需通过空间信息平台实现，并受空间信息平台的建设情况制约。作为城市发展的新兴模式，智慧城市也必然涉及到信息技术的创新应用，而信息技术是以物联网、云计算、移动互联和大数据等新兴热点技术作为核心和代表。因此，对于城市设计可能引发的信息泄露、管理风险、权力失控、生活压力等负面影响，应及早予以研究和实时监控。
（2）城市发展与历史保护的矛盾长期存在
城市一直面临着新生与衰亡、发展与保护的双重挑战。历史城市、历史街区和地段的城市设计总的发展趋势是在力求保护旧城原有历史结构和地段整体性的前提下，通过“织补”方式保护改造历史建筑并嵌插新建筑，进而形成新陈代谢的有序渐进。今天，数字化城市设计为城市历史保护提供了全新的技术工具和途径。如，通过历史地图数字叠层技术，已经可以实现不同尺度遗产历史信息的精准传递；历史街区及建筑遗产整体保护和性能提升双重获益增效的技术难题也获得了新的解决途径，有望真正实现城市发展与保护的双赢。针对历史街区和建筑，大多数城市已经摒弃“大拆大建”的格式化操作方式，而是采用保护与适应性再利用（Adaptive reuse）相结合的发展思路。但应该看到，不同的城市主体，不同城市各自所处的社会和经济发展阶段不同、历史文化积淀深度和资源价值不同，经济唯一导向、忽视历史文化保护的城市粗放发展案例仍然普遍存在，亟待城市设计予以基于正和博弈的“正向干预”。
（3）城市治理能力与健康
随着城市发展进入新常态，也需要对前期城市快速发展过程中留下的问题加以应对，故“生态修复”和“城市修补”工作就此展开。作为城市设计有效手段，修复与修补工作要以精细化、可持续化方式展开。通过结合数字化成果明确城市形态健康生长以及城市治理把控底线，有效转变城市发展方式，治理“城市病”，提升城市治理能力。
（4）城市突发灾害事件
城市卫生设施、建筑上下水系统及应对突发性灾害（如新冠疫情）的必要空间场所建设必须放到重要议事日程上，这是现代城市设计理念中最重要的内核。当尚无准备的灾害来临时，已有规范可能是欠全面、欠完善的。需特别注意健康安全敏感度高、人员高密集并可能长时间滞留的公共建筑及环境安全，如自由贸易市场类建筑、楼宇办公建筑、高密度居住社区等。结合大数据平台形成数字化城市环境、健康偏好度信息，为城市设计规范修改完善和更新提供参考，从而有效应对具有高度不确定性的城市突发灾害事件。
（5）多尺度下城市-建筑物理环境的优化设计
城市和建筑多尺度物理环境（包括风、热、湿环境，空气与噪声污染等）的优化设计对于保障人员的安全、健康和舒适具有决定性的作用。在现有的建筑物理学科研究中，主要是基于计算流体力学方法（CFD，Computational Fluid Dynamics）发展了一系列适用于建筑设计的数值仿真工具群（例如ANSYS、ECOTECT、ENVIMET等），可以合理、准确地预测室内外环境较小尺度下的空气速度、温度和污染物等。但是将上述仿真工具群直接应用于城市规划或者城市设计尺度的物理环境优化设计，存在如下问题：计算速度慢且耗时长，难以直接用于工程设计；不同尺度物理环境的仿真边界接口没有清晰构建；大尺度真实复杂物理环境仿真的验证较难。考虑到上述不足，基于快速流体预测理论（如FFD、降维降阶线性等），将GIS、WRF、人工智能等技术融合，是实现城市设计/规划尺度物理环境高效、精准仿真和设计的有效途径。此外，目前的城市和建筑物理环境设计多采用纯物理环境优化的思路，未将城市规划/城市设计/建筑设计的限制因素考虑进来，往往使得最优物理环境设计无法在实际工程中被采用。因此，将城市和建筑尺度的设计因素考虑进来，建立交互式物理环境设计方法，可以促进城市和建筑尺度物理环境优化设计的应用推广和快速发展。
结语
城市设计一直关注空间形态和整体秩序的建构，包括产生的动因、过程、机理、结果和城市密度、高度、尺度和环境场所的人性化营造关系等等。尽管城市设计核心概念未变，但城市设计依托的理论及技术方法却一直与时俱进，新一代城市设计也将以数字技术方法的工具变革为重要特征。数字化城市设计，通过与规划关联的数据采集、分析和管理平台，可以有效加强成果的量化。在此基础上进行城市设计，必然具备了更好的学理依据和专业性。数字技术加深并改变了对城市空间形态建构机理和空间组织规律性的认识，大数据与数据库成果也在历史上第一次成为城市设计方面全新的成果形式，而且直接融入到以信息电子化为特征的规划管理中，构建“从数字采集、数字处理到数字设计，再从数字设计到数字管理”的城市设计体系。未来城市设计还需要关注数字信息、人工智能等技术兴起而带来的各项机遇与挑战，注重多尺度城市环境可持续发展，完善和更新城市设计与管理规范。
注：具体请以英文原文为准。
