【統計科學】都市生活的一元化理論

■ 一個城市會興起也會衰落,但可確定的是,都市化之後越來越多人賴生存於都市中。統計物理學者聲稱,我們可以找到更好的方式衡量都市成長對環境及社會的衝擊------世界各地的城市,具有某種共通的結構特質。

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台北---搭乘捷運的上班族。

都市化是相對晚近的新生全球議題。一九五○年,都市人口僅占全球人口百分之三十。今天,全球有超過一半人口生活於都會。已發展國家高達百分之八十人口集中於都市,預料二○五○年左右,這種現象將普現於全球,屆時約有二十億人口移居都市,又以中國、印度、東南亞、非洲為最。

都市系統複雜無比,公共建設、經濟、社會元件緊密結合,一旦拆解,即難以理解。然而許多與都市成長及全球永續發展相關的議題,經常是以獨立事件來處理。這種作法,導致政策事倍功半,甚至招致始料未及的災難後果。舉例說,政府政策中,與限制人口移動、防止超大都市中貧民區的擴散、扭轉都市衰敗相關的措施,儘管政府撒大錢投資,最後仍多淪於效果不彰或後遺症無窮。

計畫性都市萎縮

一九七○年代,紐約市曾施行名為「計畫性都市萎縮」的策略。根據策略,一些基本服務將從都心,尤其是布朗克斯地區移出,引導人民外移,達到重新發展目的。然而這項策略結果卻招來犯罪率上升與社經情勢惡化後果。一九五○至一九七○年代,北美洲(以及早期歐洲)一些都市也曾實施都更政策,企圖降低都市密度。他們剷除破舊社區,興建公共建設,最後的結果卻是都市雜亂無章地擴張。今天從北京到巴西里約熱內盧,這些發展快速的都市又上進行著類似的辯論,而且最終可能犯下相同的錯誤。

大都市是全球創造、權力、財富的中心,它解決問題,同時也製造問題。因此當務之急,是對都市的動態、成長和組織,具備完整、量化、可預期以及科學基礎的理解。人類正面臨多重威脅,為迎接這些挑戰,人類必須以都市以及都市化為核心,發展出一套「永續發展的統一理論」。換句話說,人類必須發展出一個可預測,且適用於全球的都市架構,而這項遠大計畫有賴國際社會與跨科學、經濟和技術領域的專才群策群力。猛然一看,這項任務似乎艱鉅到令人生畏,都市何其複雜又何其多元,儘管如此,它仍是一項可能完成的任務。

環球特質

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孟買一處貧民窟安置住宅區(Lallubhai Compound),以吊鎖輸水。

全球的都市,其實有著相當多放諸全球皆準、且能加以量化的特質。根據針對美國、歐洲、中國、巴西等全球國家地區數百個都心,數十年發展所完成的最新分析,全球都市確實有其共通性,更令人意外的是,都市的大小規模是決定一個都市特質發展最大因素,歷史、地理、都市設計只扮演次要角色。

都市的三大特質,會根據人口的多寡出現系統性的變化。第一,密集居住與公共建設的密集使用,都市居民每人所需空間縮小。第二,社經活動的速度加快,帶來高產能的結果。第三,經濟與社會活動多元,造成彼此依存度高,進而誕生新式的經濟專門化與文化表現。

最近發現,這些共同的趨勢,可以簡單的數學規則加以說明。例如,一個都市人口增加一倍,其公共建築僅需增加約百分之八十五,無論是道路、電纜、水管的總長度或是加油站的數量,均是此一數字。這項系統性百分之十五的節約必會發生,是因大體而言,在高人口密度地區,創建與經營同一公共建設,不僅效率較高,也較為節省,且通常能夠產生較高品質的服務與解決方案,換作小城小市,即無法獲得相同結果。有趣的是,在碳足跡上,大都市也能做到類似的減省。就人均碳排放而言,已發展的大都市,多半比國內的其他都市更加綠能環保。在中國與印度正極端快速發展的都市,是否也符合這項特質,因資料嚴重缺乏,目前無從知曉。

一些生物或是群聚,例如蟻丘與蜂窩,也有類似的規模經濟,而且蟻丘與蜂窩的經濟節約可能高達百分之二十。這項數學的一致性,是從維繫生命,包括從心血管到細胞內部的多種網絡計算而來。這意謂都市的規模經濟也存在類似的網絡動態。

不過,都市不只是巨大的有機體或是蟻丘。都市還依賴個人、商品和知識長程的複雜交流,以維繫活力。對一些高創造力的個人而言,都市對他們有著恆久的吸引力,都市同時是經濟成長、財富創造、激發新點子的刺激力。而生物界中,找不到都市的相似物。

一個都市愈大,市民擁有、生產、消耗的商品和資源及點子也更多。平均而言,隨著都市擴大,人均社經數量如薪資、國內生產毛額、專利、教育與研究組織數量均會比預期的線性成長高出約百分之十五。不過,都市發展也有它的黑暗面,負面效應包括犯罪率升高、交通壅塞、特定疾病爆發等,而且這些負面元素的發生率也以百分之十五的定律增加。換言之,好、壞、醜陋全在一個都市內共生共存,且在預期之中。

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對統計物理學者來說,名古屋只是「比較小的東京」。(圖/名古屋一景)

研究顯示,儘管都市各有風貌,其實它們只是大小比例不同而已,例如紐約和東京,只是加州舊金山、日本名古屋放大比例的都市而已。這些驚人的一致性,為所有都市潛在的共同機制、動態、結構,開啟了一個視窗。

統計資料中,與規模定律之間的差距,代表一個城市,究竟是低於或高於它應有的表現。差距大者(差異高達百分之三十)出現於數字較小的地方,例如專利與謀殺的數量,而差距較小者(差異小於百分之十),多與經濟有關。同時,例如中國與巴西發展中國家的都心,其國內生產毛額數量,較已發展地區如北美與日本的舊都市多變化。目前不清楚它是發展中國家的根本特質或是資料收集時,人為因素造成的偏差。

在生物界中,規模經濟的網絡原則會造成兩大深層影響。一是它會限制生命速度(大的哺乳動物活的較久,進化較慢,心跳速度較慢,程度完全一致),二是它會限制成長(動物成年時體型大致相仿)。相反地,都市是靠社會互動驅動而活躍,且都市的回饋機制往往帶來相反的行為。都市生活的步調,隨著人口擴張而系統性地提高,疾病擴散加快,企業興衰增多,大都市的居民鎮甚至連走路都比較快,而所有這些,大致不脫百分之十五定律。此外,社交網絡動向會造成都市無限制成長,且這項成長只遵循一項規則,亦即只有持續適應,並不追求均衡。

現代都市與經濟的一大假設,是都市將無限制地成長。為能以有限的資源維繫成長,都市須不斷自我創新,那些在歷史長河中存在的鐵、煤、數位科技,現在都必須以更快速度產生。「電腦時代」與「資訊、數位時代」中間約隔二十年,反觀石器、銅器、鐵器時代則相隔數千年之久。不過,重大科技變遷的速度加快,並無法達到都市永續發展的目的,甚至可能導致整個都市化的社經結構崩解。為避免這項惡果,人類即須知道,他們需要持續創新與創造財富,但同時不能允許都市無止盡成長,導致社會與環境遭受無止盡的負面衝擊。

行之有據?

決策者的工作,是根據他們都市的大小,以規模定律為基礎,提高都市的運作。雖然對都市的一種科學理解,不見得能為決策者解決問題,最近的研究結果,至少可協助決策者帶領都市朝正面發展。

我們的研究顯示,都市的活力十分驚人,一個都市一旦成功,它的創新與繁榮可能延續數十年不墜。矽谷所在的聖荷西,是這種成功都市的範例,就都市規模而言,它高於預期的表現至少已長達五十年,早在現代高科技產業降臨前,該市已蓬勃發展。不幸的是,反之亦然,都市一旦衰敗,也很難快速起死回生。低效率的政策與不務實的目標,可能導致一個都市低於表現高達數十年,過去是工業城的紐約州水牛城,即是一個活生生的例子。

現今的快速發展與都市化,给予決策者蒐集詳細資料的一個絕佳機會。這些資料將在經濟發展與避之唯恐不及的惡果之間,指引一條明路。在已發展與發展中都市採行的政策計畫,應以實驗性質看待,如果審慎的規劃與評估,即能夠幫助發展出一套完整且可預期的理論,以及一個以城市運作為基礎的都市設計新科學。這類的例子已愈來愈多見,西班牙的巴塞隆納,巴西的庫瑞里堤巴是兩個範例,紐約與倫敦的一些新計畫也是。最理想的情況是,將共同目標(例如碳減排)、政策、社會滿意度指標三者合而為一後,決策者即能據以找到方法,來評估與修正一個都市的成敗,進而帶動理論的發展,尋求更好的對策。

都市同時是人類文明的大熔爐,走向災難的驅動器,人類問題的解決之源。因此以以可預測、量化的科學方法,來了解都市的動態、成長、演化已刻不容緩。根據都市新量化概念制定的政策,和以往政策的最大不同,是後者選擇製造「貧民窟的世界」,前者則計畫打造永續發展、有創造力、繁榮,充分體現人類精神的都市化世界。

 

延伸閱讀:原文出處---A unified theory of urban livingNature)、都市的陰影處---孟買貧民窟
本文為美國洛斯阿拉莫斯實驗室科學家,聖塔菲研究院客席教授貝登古特(Luis Bettencourt)和聖塔菲研究院知名科學家魏斯特(Geoffrey West)在二○一○年十月二十日《自然》雜誌的專文

原載於【知識通訊評論月刊九十七期】2010.11.01????????? 網誌好讀版 by MissZoe

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