从“城市是一种问题”到将城市视为复杂系统的城市科学

武夷山

Luis M. A. Bettercourt是美国圣菲研究所复杂性科学教授。我2014年12月21日有一篇博文“这个学者值得关注”（http://blog.sciencenet.cn/blog-1557-852690.html），就是介绍他的。但是，我2015年初轮岗到现单位后，适应新环境，忙于新工作，没有继续关注他。

最近发现他2013年在圣菲研究所的一篇工作论文，题目是The Kind of Problem a City Is（城市是一种问题），迄今似乎未发现国内有对此文的介绍，我觉得很有必要简单介绍一下此文的精华。

本文标题来自美国记者、作家简·雅各布斯（她的思想观点深刻影响了城市研究、社会学和经济学）1961年发表的杰作《美国大城市的死与生》一书所提出的挑战。在该书最后一章中，她极富远见地将城市定义为organized complexity（组织复杂性）的问题。但在半个多世纪前那么早的时候，人们还无法确定，城市到底是什么样的复杂系统。

只要将城市看成嵌入时间与空间之中的集成社会网络，其无止境的土地利用和基础设施开发必然具有一般的（普遍的）性质，就能为我们提供一种新的统一的城市化模型。

城市的这些特性随城市规模而逐渐改变，而并不指向任一特定的城市规模。比如，随着城市人口的每次倍增，平均说来，城市所需要的人均基础设施容量将减少10-20%。

我们的中心思路是，城市首先是一个大型社会网络。

由这个视角出发，城市某些特性与人口之间的尺度关系（标度性关系）就可以从四项假定得出：

第一，城市是混合的社会网络，每个城市人从原理上讲都能与本市任何其他人建立联系。这就决定了人、物、信息的输运成本。一个城市人口较密集，可能是因为在其他条件不变的情况下城市更大了，也可能是因为相对输送成本较高。

第二，基础设施网络是分散化的，也就是说，它们是随着城市发展逐渐建立起来的，新增基础设施数量与典型的城市空间密度成正比。这就意味着，并不存在一个所有交通路线都得通达的市中心，也意味着，基础设施网络是随着人口增加和技术变革逐渐演化的。

第三，个人为保持社交联系付出的努力程度与城市规模无关。原因正在于上述两条。这就意味着，随着城市发展，城市在空间上更密集了，即使每个人的出行距离大致保持不变，人们能接触到的个人和机构也比过去更多。换句话说，城市越成长，它就越发走向我们。这就拒斥了基于社会学和社会心理学而反对大城市建设的看法。从原理上说，城市规模是没有极限的。

第四，城市的社会经济产出，从经济生产到创新到刑事案件，都正比于每单位时间所能实现的社会交往量。这些产出又取决于公共网络中的平均人流密度。

喜欢数学的读者，可以读一读另一篇论文，它将上面的叙述都转化为公式了：

Luis M. A. Bettercourt， The origin of scaling in cities，

Science， 21 Jun 2013:Vol. 340, Issue 6139, pp. 1438-1441
DOI: 10.1126/science.1235823

此文可从以下网址下载：http://www.uvm.edu/~cmplxsys/legacy/newsevents/pdfs/2013/bettencourt-cities-science-2013.pdf