1.1 5G时代智慧城市的特点和技术创新

从复杂适应理论角度来看，人类早已拥有的第一代系统论（以控制论、信息 论、一般系统论为主）和第二代系统论（以耗散结构、突变论、协同论为主）而 言。这两代系统论都没有清楚的表达作为系统的主体的自主性、能动性、适应性、 深度学习的能力，而是对主体进行了简化。这样一来，这两代系统论就难以对大 量现实世界的有机、社会和经济等复杂系统进行解释，因而，在上个世纪九十年 代，科学家们进一步提出了第三代系统论——复杂适应理论，即 CAS（Complex Adaptive System）。

复杂适应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，继而自适应地应对外界的变化。系统就是因为这种潜在的力量与能动性不断变化和演进发展的，这是现实社会不 断演变的事实依据，只不过以前被我们简化忽视了。与此同时，我们即将迎来一 个新通讯时代的到来——5G 时代。

图 1. 5G 网络商用时间表                             图 2. 智慧主体的四大能力

从图 1 中我们可以看到，中国会是最早将 5G 时代投入应用的国家之一。有 必要强调的是，5G 将会给我们创造一个人类历史上前所未有的、彼此时刻保持 紧密联系的社会。这样的一个新社会对于智慧城市技术创新将会带来什么样的影 响呢？我们只能做初步的探索，因为正如因创立耗散结构理论而获得诺奖的普里戈金所指出的那样：“当前世界上唯一能确定的就是不确定性”，我们只能在充满 不确定性的汪洋大海中发现几个隐隐约约的“确定性小岛”。

1.2 智慧城市的主体简化

虽然智慧城市的主体是复杂的具有自适应的，同时也是千变万化的，但是所有的主体的活动也会有某些共同的特征。这些特性就可以简化为四个方面：第一，感知环节；第二，运算的环节；第三，对运算结果执行的环节；第四，对执行结果反馈的环节，这四个方面构成了一个闭环，并且无限循环。

而现代城市正是由成千上万个这样具有四个环节运行能力的主体所构成。这就是我们认识到的智慧城市的主体，认识到CAS 的精华——智慧主体的四大能力。

5G 将带领我们走向一个前所未有的主体间“不间断”联系和无所不在连通，对环境无所不在进行感知、运算、执行和反馈的时代，基于CAS理论,5G时代的智慧城市设计将衍生出六个新原则。

图 3. 理想城市“铁三角”目标模型

首先，智慧城市赋予了现代城市一个“新集聚”状态，而伴随着城市多样性 的不断增强，就像刚刚曹部长所说的，“多样性”是一切创新的源头，然后催生 一个能够准确预知近期内将发生的变化“内部模型”，并且它会带来一个“流” 的空间，主体基于固有的经验、现有的知识“模块”，这些模块能够进行无限的 组合产生复杂的新系统，更能够使城市每一个方面都具有不同的特征，这些特征 将有可能产生更大的互补共振效应。这是 CAS 的六大基点，也是系统中无数主体在任何复杂环境的作用之下，六个相互作用的基本规律。我们用这个基本规律 来看现在的城市发展。

“2000 多年来，在人类追求城市文明的过程中，永远给记住了古希腊哲学 家亚里士多德说过的那句话：“人们为什么到城市里来，因为城市的生活更美好”。 由此可见，任何时代，城市首要的目标应该是活力宜居，第二目标是绿色智慧、 可持续发展。第三目标，是构建安全的、韧性的、无坚不摧的城市。任何一个城 市只要符合这三大目标，它就是一个理想的“铁三角”城市。城市的发展理论千 变万化，城市的乌托邦也无穷无尽，但是这三大城市目标始终千古不变。那么， 5G 时代到来，我们便有新的手段来实现这三大目标。

新规则之一：新集聚

首先，我们用 CAS 理论来看“新集聚”。因为城市的主体是多层次、能够千 变万化的，但是每一个主体都有自我的能动愿望、都能够感知、都有智能、都能 够运算执行反馈。现代城市之所以具有防灾减灾的韧性实际上是由于这些具有 “自适应能力”的多主体集聚的结果。这与第一代系统论和第二代系统论所说的 旧集聚有相似性——集聚有时也会带来新混乱，因而对韧性具有两重性。

更重要的是，新集聚能够给城市带来新科技创新。根据联合国教科文组织定 义：把人类的知识分为两种，一种是“显性的知识”可以在网上可以做成代码传 输，而另一个知识则叫做“隐性知识”，隐性知识占人类知识的 90%以上，只有 隐性知识的碰撞、争论、相互交换才能够使创新在不可预知中涌动或者爆发，所以隐性知识事实上是创新的源泉。

正如城市主体的新集聚模式对系统结构的影响虽然是隐性的，但同时也是具有主导性的。这也就解释了人类为什么会在城市里面聚在一起，为什么在互联网 时代大城市会更加集聚，更加繁荣。

在互联网时代，人们更需要坐在一起讨论，更加需要捕捉演讲者交流者所有 的肢体语言跟潜在的信息，因为这其中包含着 90%的隐形知识。而5G技术将让人工智能无处不在，让所有的东西无处不连、无处不智，同时又让空间“压缩”在 一起。万物互联、万物集聚、万物智能的时代是我们可以期待的，这是由于5G应用的第一个场景——即海量的及时通信带给人们的惊喜。

图 4. 5G 应用场景—海量机器类通信 mMTC

5G既能保持低功耗、小数据化的状态，同时还能支撑巨大的连接数——5G时代一个平方公里的空间内可以接入100万个传感器，这是4G时代的成千上百 倍。这样的一个无处不在的连接，把所有的微不足道的事物，比如一支钢笔、一件衣服、一个帽子等等，都可以通过互联网联结，都可以变得对环境有感知，能够自主运算、执行、反馈的智慧主体。可以想象，未来我们人类身上可能会带着无数个新智慧主体。

图 5. 计算智能-感知智能-认知智能-环境/情感智能

我们的人工智能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，而且人工智能令越来越与人类的生活密切结合在一起，一切变为可携带式。我们现在的手机——华为，已拥有20多个传感器，将来手机将有成百个传感器，未来这种传感器在城市的5G的空间里将变得无所不连。

新规则之二：多样化

“多样化”是一切创新的源头，没有多样化就没有科技、文化等领域的创新，没有新的知识“组合”。所以CAS系统总是动态的，总是实时的，而且充满着协调性，在细节上充满着适应性，对环境、信息、干扰无所不在的坚韧不拔的应对，从而形成不断增长的适应性。

这种适应性正是所有城市活力的源泉，5G技术为城市创造了新的连接空间，新的连接方式和新的多样化产生方式，城市比以往任何时代都更具多样化，同时也使“多样化”在多个层次（区域、城市群、都市圈等）更加的聚集。

城市“多样化”是怎么产生的呢？因为作为一个系统，任何能够自主产生新主体的，这个新主体所占生态位和原来的旧主体是一样的，但是它在细节上进化了，并产生了突变，这种进化和突变实际上就是一种创新。这种突变使“多样化”有了差别，而随着“多样化”特点在城市里更加普遍，并且越来越常见，任何一个生态系统它将越具备多样性和具备突变的广泛性的特点，而正是由于这些特性构成了城市的“韧性”，使城市更能对外来的干扰有抵抗力和转型力。

因此，在这种情况下，通过对无数多样性通道的扩展，城市将会衍生出更加多样性的创新和主体多样化爆炸式的涌现。5G有一个典型应用就是“增强移动宽带”，并有希望将“万物”变成传输载体，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。使人们远距离的互动，就好象近在咫尺之间，好像伸手可以触摸，这就是把多种层次的知识聚集在一起后的应用效果。

图 6. 5G 应用场景——增强移动宽带 eMBB

新规则之三：流 

众所周知，现代化的城市就是一个高度机动化的城市，是无限通达的城市，是四通八达的城市。继而使城市产生能量流、物质流、信息流、知识流，更重要的是5G将带来价值流动和资产流动，这些一旦流动起来将会产生高倍数的“乘 数效应”和“循环强化效应”，任何系统之间这些效应的“N 次”叠加将产生难以预测的发展模式与演变方向。

现代城市是一个高度的“流”空间，而5G 就使各类“流”的特性得到了数倍的强化，使价值也开始流动。5G时代跟4G 时代2G、3G巨大区别，就是5G时代是一个D2D的时代，任何的一个手机跟移动端可以相互之间可组成的一个微网络，微网络信息传输不但方便而且成本非常低。即使整个网络瘫痪了，但是微 网络仍然存在，仍然有活力。

5G 应用场景——微网络的应用

区块链号称物联网的 2.0，物联网的 1.0 是信息的物联网，传输的是编码信息，而物联网的 2.0 则将是价值的互联网。价值的互联网是借助于我们的区块链 使价值能够“无成本、无摩擦”超越空间流动，继而使价值能够高效、安全的传递是 2.0 互联网的特征，这个特征在 5G 时代将被高度强化。

图 8.信息互联网与价值互联网

区块链的另外一个技术价值核心就是穿透式的追溯：比如说任何物品的时间链能清晰地展示在人们面前——哪里来、哪里去、中间经历了哪些阶段？留下什么痕迹？人的时间链、资产的时间链，这些时间链的传递已经高度地超越了时空特性，在所有时空中就能留下痕迹，这是一个已经非常简单的事实，而这就是5G加上区块链给人们带来的可能的未来。

图 9. 区块链的追溯作用

新规则之四：积木

积木是什么？积木实际上是人对知识的传承、是“成熟的经验”，而所有的创新实际上是对既有的“积木”以不同的方式进行的重新组合。而人类最强大的力量就是能够将这些积木进行无限的组合—积木的组合可以是从小到大，这是生 物学的组合，也可以从大到小组合，这是化学的组合。不同的组合、无穷的组合，通过无穷的途径将产生无穷种新的信息。当系统的某一个层次发现了一个新积木，这个积木的突变或许将开启一系列可能性。因为它会自动与现有的其他“积木”组合进而形成新的物种，从而产生大量的创新。所以5G在这个过程中既是“触发 器”也是“催化器”，它本身既是参与组合的新积木，也是加速组合的元素。

因此未来是不可知的，唯一可知的就是这样一个“不可知”的时代正在到来。 我们都知道人类有很多新的积木可用，例如：大数据、人工智能、区块链、云计 算……无穷无尽的新积木，我们都可以通过 5G 技术把它们重新组合、重新排序，通过不同组合方式产生系统性的突变，使其焕发新组合的威力。

新规则之五：内部模型 

“内部模型”是怎么来的呢？当主体遇到新的情况时，会将相关的、用过的“积木”组合起来，用于应对新的情况……使用积木生成“内部模型”是 CAS 的 一个普遍特征。在我们的认知上，人类有一些“内部模型”是隐性的，比方说人会 感觉到饥饿，细菌会沿着某种化学梯度向前移动，这些在亿万年的进化中形成的 本能则是隐性的，并具有极硬的韧性（鲁棒性）。

但是更加重要的是要形成显性的“内部模型”，这种显性模型能够进行自主 前瞻性的运算，进而预知到几分钟、几小时、几天之后会发生什么，使我们能够 提前制定应对方案，而这个过程即是通过“积木”的加速组合，将人类的认知能 力进行进一步提升和发展的关键，这也是我们能应对“快变量”的基础条件。

5G时代将使各种主体的预测能力成千万倍的增加，大大强化了人们对于环境的认知，使无穷无尽的内部模型得到强力的扩展。这种扩展即是基于 5G 的低 时延高可靠性的特点。

图 10. 5G 应用场景——低时延高可靠 uRLLC

基于这些特点，5G的该应用场景可以使一个稀有的、高明的外科大夫通过遥感操作为世界上任意一个角落的患者动手术。他也可以通过操作B超的检测系统，以他的经验来检测世界上任何的一个角落病人情况。众所周知，低时延高可靠性的特点使得跨越时空的执行系统变成可能，这使得人类不仅有“顺风耳”、“千里眼”，而且有“无限延长”的手与脚。

新规则之六：标识

“标识”是为了在系统中聚焦和边界的形成而普遍存在的一种机制。一个人有了标识，可以使对方观测他的时候，易于发现他背后隐藏着的特性。人类创造 了无数的标识，我们的教育标识——学士、硕士、博士，我们的科技标识——助教、教授、院士等。正是因为这些“标识”的存在才使得对象背后隐藏特征显性 化，标识是 CAS 的共性层次组织中隐藏着的机制。但“标识”在运行过程中间，总是企图向那些有需求的其他主体提供连接，进而丰富内部模型。 

除上述内容之外，CAS 这六大新规则是紧密连接在一起的，总是协同动作的，是能够产生共振的。再举一个简单的例子，基于人工智能的“人脸识别”技术 已能达到 99.9%的识别能力。当某一个人进入海口，管理者就可以读出，他具有什么样的潜在标识，如果是危险分子，公安部门可以持续跟踪他，使城市管理系 统具有防范危险分子的功能。

图 11. “标识”在人脸识别中的应用

众所周知无人驾驶是一个大家梦寐以求的时代，但是无人驾驶光靠车顶上那 个多线雷达是不行的，雷达仅属于“第一感知”。而 5G 技术的应用则能产生“环 境感知”，把环境的数据整合在一起，使驾驶员的前瞻能力大幅度提高了，并且 可观察和辨别到几十平方米、几平方公里内可能对这辆车运行的安全影响因素。

图 12. 5G 应用场景——车路协同技术 V2X

5G 带给现代城市的是“无处不连”和“无处不智”，这不仅能使标识智能化而 实现自动配对，而且借助 5G 技术人们身边将涌现出无穷无尽的创新，这样一个 创新时代已经在到来……

图 13. 万物互联+万物智能

1.4 总结

首先，5G 的“超级联接”使价值传输、大数据、AI 等新技术低成本简易武装 到每个主体，使每个主体自适应性快速提高（因为系统的变化本质来源是主体的 适应性）。

第二，主体的新集聚、多样性、流空间、积木、内部模型和标识等等新规则 在相互循环强化下，势必将涌现出一种全新的智慧城市。

第三，5G将是各行各业融合创新的催化剂，而5G时代城市则成为巨大的创新孵化平台，以“5G 智慧城市”作为平台，个人创业的爆炸式时代将真正的到 来——这是托夫勒在《第三次浪潮》中明示的观点。

回过头看，我们旧的智慧城市的设计规则是从上而下的，讲究顶层设计，但 是新的规则将是自主进化的，从下而上的设计；旧的规则是一次性工程——沦为交钥匙工程，但是新的规则是自组织演化能够多次迭代的；老的规则是“中心控 制式”的智慧为主，而新的规则则是在追求“中心控制”的同时更讲究“分布式” 智慧，以“众智”为主；旧的规则以单项渐进创新为主，而新的规则是相互强化 循环创新，5G 变成了催化剂，这是一个新时代的到来，大家准备好了吗？

文章源自《中国绿色建筑2019》，作者：仇保兴