【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。

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

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。

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 living（Nature）、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