国务院参事、住房和城乡建设部原副部长、中国城市科学研究会理事长仇保兴博士作了题为《5G时代的智慧城市设计初探——基于复杂适应理论视角》的主旨演讲。他提出了智慧城市的新方法——复杂适应系统（CAS, Complex Adaptive Systems ）作为第三代系统论，系统每个主体都会对外界干扰做出自适应反应，而且各种异质的自适应主体相互之间也会发生复杂作用，造就系统的演化路径和涌现出难以预知的丰富结构。他总结道，现在新的智慧城市是自主进化的，从下而上的演变式的迭代设计；是自主演化的，会不断的增强自己的智慧；是一种相互激发式的组合式的，相互强化式的爆发式创新。

                             

  国务院参事、住房和城乡建设部原副部长、中国城市科学研究会理事长仇保兴博士

  本文根据速记稿整理，未经本人审核，仅供参考

  各位来宾、女士们、先生们，我们今天一起来讨论5G时代的智慧城市。新的智慧城市该用什么办法去设计，设计的新思路是什么呢？

人类在科学方法论方面经历了三个阶段。第一个阶段是上个世纪50年代的第一代的系统论（即控制论，一般系统论和信息论为主）。现在的手机、导弹、通讯都是基于第一代的系统论产生，它现在还在发生作用。但是第一代系统论存在一个非常明显的缺陷，它的系统的每一个结构，每一个细节都是确定的，它讨论的问题都是确定性的。然而世界是不确定的，到了上个世纪60年代的时候，第二代系统（以耗散结构、图辩论、协同论为主）就应运而生了。但是第二代系统论也存在一个缺陷，即它把主体看成是静止被动的，没有生命的对象。

而现实世界，特别5G时代，或者智能手机所武装的真实社会上的个体是能动的，它是会算计的。多数智慧城市的终端跟以前的终端完全不一样了，这就需要第三代系统，第三个系统是上个世纪九十年代提出来的复杂适应系统理论，即CAS（Complex Adaptive Systems ）。复杂适应系统理论认为系统中每个主体都能对外界的信息做出适度的反应，并且能够根据这些信息和经验进行深度的学习转型，续而自适应地应对外界的变化。系统内元素都具有能动性，这样的系统才符合我们智慧城市真正的设计基础。

智慧城市的主体简化 

智慧城市的主体是复杂的具有自适应的，但同时所有的主体活动也具备某种共同特征。如果将一个系统的基本元素看成是智慧的，它肯定是感知的，感知以后会运算，运算以后会进行执行，执行之后再反馈，反馈之后再感知，它是一个无限式的循环闭环。在这个过程中间，无论是一个基本的细胞，还是构成系统，只要是智慧，就包含或可以演化成这四个步骤，现代城市正是由成千上万个这样具备四个环节运行能力的主体所构成。

 

                                              

        根据这四个步骤，我们来打造一个智慧城市。首先它必须是一个城市，同时必须符合三大目标，第一它必须有安全的韧性，第二它必须是有活力的、宜居的，第三它是生态可持续的。符合这三大目标，它就是一个理想的“铁三角”城市。这个铁三角如果我们再叠加一个智慧，我们就把第一代系统论切入到智慧城市当中去了。

                                              

智慧城市设计七个新规则

随着5G时代的到来，根据第三代系统论，我们有新的手段来实现三大目标。即多样性、非线性、内部模型、流、积木、标识。前四个方面是特征，后三个方面是它运行的机制。

新设计规则之一：新集聚

首先，我们可以把整个系统简化成它是在5G时代的新的“集聚”。任何城市都有非常明确的集聚体，由市民、建筑、企业、社区等一个一个套叠起来。但是每个主体都是有能动性的，这和前两代的系统论是有区别的，这样更有适应性。作为一个科技社区或者新科技城市，除了显性知识，隐形的沉默知识的获取更重要，因为隐形知识占人类知识的90%以上，所有新技术都是沉默知识的碰撞，乔布斯在设计新的苹果总部的时候，就要求建筑师把人的无意识的界面交谈提高30%，这就成功了。互联网时代，一个工业的开发区或一个科技新城最追求的是创造条件，人们更需要坐在一起讨论，需要捕捉演讲者交流者所有的肢体语言和潜在信息，让更多人产生更多沉默知识的碰撞。

5G为什么会产生这样的作用？因为5G是无处不连，无处不智的。一个主体无处不连，无处不智的时候，它就使沉默知识和显性知识碰撞的概率提高了。

             

5G应用场景——海量机器类通信mMTC

万物互联、万物集聚、万物智能的时代，是我们可以期待的。因为5G给我们带来了海量的及时通讯，如车联网，智慧农业，智慧家居等等，它为创新做了准备。我们的人工智能无处不智，从一开始的计算智能走向感知智能，再到认知智能，进一步走向环境和情感智能，人工智能与人类的生活越来越密切地结合在一起，且逐步升级，5G使得人工智能大大往前跨越了一大步。

           

计算智能-感知智能-认知智能-环境/情感智能

新设计规则之二：多样化

第二个设计规则就是大大注重它的丰富性。

一个系统为什么会呈现多样性呢？因为这个系统里面，只要有一个子系统被取代被淘汰，新的子系统就会马上补位。新的子系统与前面的系统相比是改良过的，具有适应能力。随着多样性特点在城市里越来越普遍，通过对无数多样性通道的扩展，特别在5G时代，它跟海量计算是直接有关系的，这种新的适应能力将迅速增长，飞速发展。

看看我们3G到4G，网速增加几倍，人们从来没有预料几百万APP出现，我们正在进入一个无人区，进入一个不确定的时代，这个不确定是什么，就是多样性极大的涌现和丰富。5G将造成需求、新技术、新路径、组合、供给模式、网联、产业链等方面的多样性爆炸性涌现。5G有一个典型应用就是“增强移动宽带”，这将大大降低“宽带”成本。我们的VR虚拟现实或者增强虚拟现实可加速人与人之间的互动。原来需要长时间迟延的变成瞬间就完成了，使人们远距离的互动，就如近在咫尺，伸手可以触摸，这就是把多种层次的知识聚集在一起后的应用效果。

                  

5G应用场景——增强移动宽带eMBB

新设计规则之三：非线性

第三个规则，我们要从线性转入非线性。非线性实际上就是一个生命体，真实系统存在的特性，无非是前二代系统论简化了而已。我们通过对滇池的一个污染治理过程便可以看出生命的矩阵，它的蓝藻是非线性爆发的，因此治理也是非线性维持  。

                                        

滇池污染治理过程的非线性维持

每个系统都具有非线性维持，整个社会只要有生命，只要有自适应，就都存在这个矩阵，而这个重要规则是在此前一直被忽略的。5G时代的到来，使这个矩阵更加的明显，更加的不容忽视。

 

                          

新设计规则之四：流

5G时代到来之后，使各类“流”的特性得到了数倍的强化，使价值也开始流动。每个人的自适应性提高了，使系统更加矩阵化，非线性化。整个系统更加注重非物质流的演变。

                          

5G应用场景－－微网络的应用

系统是由流构成的，现代城市是一个高度的“流”空间。各种各样流之间，从1G到4G都是中心组装，而从4G到5G飞跃发展将实现任何一个端口之间能够自己组网。所以能够自组网和中心组网实际就是一个图谱，这种图谱会使得许多原来必须要通过中心来处理的流的演变轨迹，变得更丰富多彩。使很多原来不能流动的也变成无障碍的流动了。

                                 

区块链号称物联网的2.0，它是分布式计算的系统，这种分布式计算系统使人类第一次摆脱了中心控制性质的任何体系。区块链使价值能够“无成本、无摩擦”超越空间流动，也就是说资产财富能够跨越所有的障碍进行流动。区块链的另外一个技术价值核心就是穿透式的追溯，任何信息都可以追溯，这样把物的时间链、人的时间链、货币的时间链和资产的时间链全部跟流巧妙的组合在一起，这实际上是一种新的划时代的发明，我们此前没有认识到这些东西而已。

                                

区块链的穿透式追溯

一个新的革命即将到来。我们过去的计算很慢，这种时延大大影响区块链的应用。但是5G时代不同，第一它是海量的，它的速度大大提高了；第二，它是自组网的，这样的性能是革命性的创新，将发挥出巨大的威力。这就是5G加上区块链给人们带来的可能的未来。

新设计规则之五：积木

积木是人对知识的传承、是成熟的经验，事物本身是大大小小的积木完成的。任何一个知识结构，比如从物理学角度来看，它向宏观和微观两个方向发展，现代的物理学越来越深入到微观的体系，但是到了量子阶段，所有的规矩完全变了。我们引入了新的一些积木，无穷无尽新的积木在我们眼前展开，跟老的完全不一样，所谓积木就是不同的认识世界的一种方法，所有的创新，都是对既有“积木”以不同方式进行的重新组合。我们再从生物学角度来看，生物学生态学是向另外一个角度发展的，现在群体的智慧越来越重要，群体的智慧是单个的物体所完全不具备的，我们在群体上发现的单个物体是全新的，而且是无中心的一些智慧体系。智慧城市就是这样，它是由个体的智慧涌现产生的新的多层次的智慧体系，这种智慧体系是由无穷的新的和旧的积木巧妙的组合在一起。所以说现代物理学如果代表从宏观到微观，生物学则代表另外一种从微观到宏观的一个“积木”模式。

                                  

任何一种积木都会带来革命性的变化，老积木重新组合会产生革命性的变化，如果老的积木组合跟新的积木再进行组合就是爆炸性的。我们面临什么新的积木？大家可以看到，大数据是一个人类从来没有过的积木，第一次使人类认识到，原来我们还有相关性；人工智能是另一个革命性的积木，虽然它60年代就产生了，但是到了5G的时候，才真正可以发挥出无处不智这样奇妙的境界；区块链、AI、VR这些都是革命性的新的积木，这些积木到了5G时代被唤醒，自动和老的积木重新组合，真正革命性的时代已经到来了。

新设计规则之六：内部模型

人类作为系统中间最基本的最能动性的主体，遇到新情况时，会将老积木进行组合，将新的积木进行应用，用于应对新的情况。为什么每个积木会产生一种认识世界的新动力呢？因为它存在着内部的模型。在我们的认知上，人类的一些内部模型是隐性的。比如一种细菌可以沿着我们营养品不同的方向移动，因为这个机制的存在，因此千百万年以来，它是一种本能的存在，这种本能非常顽固，难以改变。再比如人类的DNA是非常顽固的，非常坚强具有韧性的隐性的内部模型。尽管爆炸了一个原子弹，依然会因为它的顽固，让人类在演化过程中，不会变成其他动物。

但是世界上更加重要的是要形成显性的内部模型。因为这种线性模型能够进行自主前瞻性的运算，在无处不传感，无处不感知，无处不智能的情况下，我们潜在的能力大大提高了，这种潜在的能力是可以通过“积木”快速组合的，演变非常快。基于这些特点，5G的应用上一个很重要特点就是低时延高可靠性。内部模型在过去的高时延环境下是无法产生效果的，因为相互之间叠加，时间上会产生错位，模型与模型之间不会产生共鸣共振，但是到了低时延的时候，非线性的共振就产生了，这种非线性的共振使得我们原来没有想象到的东西都突然涌现了，就突然可以实现了。

                                      

5G应用场景——低时延高可靠uRLLC

新设计规则之七：标识

最后一个运行机制也是比较重要的，就是标识。标识是为了在系统中聚集和边界的形成而普遍存在的一种机制。标识是真实世界存在的，市场经济充满着各种各样的标识，品牌就是人类创造的标识，博士、硕士、院士也是标识，一个人有了标识，可以使对方观察他的时候，更易于发现他背后的特性，这些标识的出现符合自然的规律，符合社会演化的规律。我们在座的那么多人，为什么有的人得感冒，有的人就有很强的抵抗力，因为所有人免疫系统是不一样的，免疫系统里边最活跃的T细胞体积很小，可以在任何人体体液中间穿越。当病毒入侵时，T细胞首先会对入侵者打上标记，标记然后白细胞就出来了，包括杀伤性的细胞一看到就杀掉了。为什么会得癌症呢，癌症是自己人体DNA复制出了差错，T细胞识别不了，这样一来，人类攻克癌症最主要的手段是打标记，打标记就是我们的靶向治疗，它使人类有望最终克服癌症，因为它使T细胞具有识别癌症的能力，如此一来，癌症就像感冒一样可以得到治疗。人类进一步认识到原来有60多种肺癌，将来可能几百种，每一种都应该培育T细胞抗癌才能制服。同样的肺癌可以发现30%的抗癌疗法，我们在这方面取得了突飞猛进的进展。所以标识天然就隐含在我们所有的系统中间。所有智慧城市，实际上就是把标识排列组合，把标识系统发挥作用，这样所有的主体都能够认识到在混乱中间，什么样的主体是其必须进行配队的，是其必须进行组合的，一切就会变的很流畅。

人脸识别就是打上隐性的标记。我们为雄安做设计，它99%人口是外来的，如果混进恐怖分子，一进来我们就打标识，整个系统就会围绕着这个被打上标记的信息体进行持续跟踪和观察，而其他人可以放掉，能有效地使城市管理系统具有防范危险份子的功能，社会的安全管理就会变得简易。

                                        

“标识”的应用——人脸识别技术

再比如说无人驾驶。无人驾驶有两种，一种是车辆本身具有三至五个多线性雷达，但雷达仅属于“第一感知”，且一个雷达相当一辆车，非常昂贵，这种模式在中国行不通。另外一种是车联网，通过5G的低延时使得行进的车辆在几百平方米范围内，能够形成识别照，这个识别照通过多点低延时传感，能够产生“环境感知”，使驾驶员能够及时了解车周边的情况，前瞻能力大幅提高。这种车联网使无人驾驶的成本成百倍的下降，将来可以成千倍的下降，同时，通过车联网的周边感知识别，还能在一定范围内观察和辨别到对车辆运行的安全影响因素，把所有周边危险的都在瞬间打上标识，并作分类处理，行驶将变得简单。不需要通过高敏感性的，非常昂贵的车载雷达来处理周边的信息。

                                  

5G应用场景——车路协同技术V2X

进入万物互联，无处不智的5G时代，就可以将各种各样的东西、对象、事件都打上标签，从而促使系统的设计、认知变得非常敏锐，这时候我们新一代的智慧城市就涌现了。5G虽然只是一个“超级联接”，但是这个超级联接使得新的模块、新的内部模型、大数据、AI、VR，这些新技术能够低成本简易武装到每个主体，进行高度的组合，快速提升主体的自适应能力，产生无穷无尽的变化。主体新的集聚、多样性、流、积木、内部模型和标识等新规则相互循环强化，将会涌现出新的智慧城市的设计模型，所以5G的智慧城市是跟3G、4G完全不一样的。5G是各行各业融合创新的催化剂，5G时代城市则变成一个巨大的孵化器，以5G智慧城市作为平台，也将使个人的创业呈现爆炸性的涌现。

                                          

万物互联，无处不智

回顾过去，旧的智慧城市的设计是从上而下为主，现在新的规则将是自主进化的，系统会进行从下而上的演变式的迭代设计；旧的规则是一次性设计的交钥匙工程，新时代的智慧城市则是自主演化的，像一个生命体一样，会不断的增强自己的智慧；旧的智慧城市设计是“中心控制式”的智慧，而新的智慧城市更讲究“分布式”的智慧；旧的智慧城市是单项智慧组合起来的渐进创新为主，新的智慧城市是一种相互激发式的组合，相互强化式的爆发式创新。5G是一种催化剂，这种催化剂可能产生的是带领智慧城市的设计进入一个无人区。五年后我们再来回忆今天所讲的，可以想象一定会涌现出来很多人类没有见到过的新的模式和新的设计办法。

来源：智慧城市联合实验室