三 城市系统有着生命体的特征
最近几年，来自圣菲研究所的杰弗里·韦斯（Geoffrey West）和路易斯·贝当古（Luis Bettencourt）发现城市规模与生物体的成长一样显现幂律分布特征，即当城市规模翻番时，分摊至每个居民的电缆长度、加油站数量和其他一些基础设施约减少15%，而收入、专利、储蓄和其他财富指标上升约15%。这提示我们再次重视雅各布斯和亚历山大所提出的观点：城市是一种无序增长的产物，抑或是一个具有自身生长和调节机制的有机体。
我们认为城市系统作为“人工生命”，与生命体在特征上有着相似之处。生命都具有复杂、自组织性和整体性等基本特征，这是其与非生命的根本区别。而城市的组织结构和演化过程也同样具有这些特征。城市的发展演进是建立在复杂、自组织和系统开放基础上的空间运动，其结果是促使城市功能、结构、空间和形态不断地发展和分化，但又保持着演进过程的整体性。城市的形成和演化与生命系统有着相似的规律，在不断与外界进行物质、能量交换中实现其个体和群体的进化。
（一）城市与外界的能量交换有生物体新陈代谢特征
城市是一个开放的系统，需要与外界不断地进行能量交换方能维持自身的正常运转。城市的这种能量交换过程，恰似生命体与其所在环境之间进行的营养物质摄取和废物排放的新陈代谢过程，通过对人力、技术、资源、能源和文化等外界多种要素的消化、吸收、转化和分解，持续进行着城市空间形态、经济形态和社会形态等各个方面的重构和再造。城市的这种新陈代谢特征主要表现为城市内部不断产生变化，一部分旧的、不适合发展的内容和方式被淘汰和革除，新的内容和方式不断地被组织到城市中去，社会的高度组织化不断地推动着城市的演进。事实上，城市的发展离不开人与空间环境连续不断的相互作用，不同时代的人对空间环境的解释与期望完全不同，人们不断地把自己的理解与创造注入环境中，在不断的双向互动中进行着城市的创新。
（二）城市的发展壮大具有生命体的生长和发育特征
城市的发展过程表现为扩张、集聚和升级等各种现象。这些现象一方面表现为量的增长，即通过资源、土地、能源、资本和劳动力等要素资源的投入，实现GDP、税收和城市规模等方面一定比例的扩张。这种投入和产出的关系表现为一种固定比例甚至下降比例的线性关系，由于要素资源的有限性，这些现象往往难以实现持续的增长，是一种相对初级的粗放型增长模式。另一方面，城市的发展还表现为质的提升，即通过城市内在结构的调整、环境优化、产业升级和科技创新等途径，在不增加甚至降低要素投入的情况下，推动GDP等经济指标实现持续增长，甚至呈几何级数的非线性增长。这种集约型的发展方式塑造着城市自身独有的气质、城市文化和凝聚力，有利于提高城市竞争力、实现城市持续发展并推动城市逐渐形成完整的功能和自组织结构。
任何城市的发展都是量变和质变共同作用的结果，这两种变化可能是同时发生的，也可能是在矛盾积累到一定程度时由量变引起质变而发生的。这就是系统的涌现。正是这种量变和质变的共同作用，并最终以涌现的方式推动城市功能的提升，使得城市的发展过程呈现非线性、自组织和螺旋形向上发展的特征。
城市的这种发展特征与生物的生长发育异曲同工。生命体生长主要表现为外形和体积的变化，发育则表现为思维和认识等对外界感知的提升。前者是一个量变的外形扩张过程，后者则是质变的能力提升过程。量变使生物体变得高大、强壮、有力量，正如城市规模、经济总量的增长；质变则让生命体变得聪明、敏捷、有思想，正如城市凝聚力的形成、竞争力的提升。显然，生长和发育共同完成了生命体从幼稚到成熟的涌现过程。在成长过程中能够选择、取舍并最终完善自己，是城市得以实现持续发展的关键所在。
（三）城市对环境的感应能力具有生命体应激性特征
城市是具有自组织能力的复杂系统，也是一个开放系统，不断与外界发生能量和信息交换。作为城市主体的人、机构和关系群体，在实践和认识过程中都具有感知和反应能力，各种信息反馈和内外部环境变化会导致各种不同反应。这些行为交织互动，使城市整体表现出对变化的感知和自发组织应对的能力。
这与生命体的应激性特征十分相似，生命体受到外界刺激后都会发生含有目的性的反应，表现为植物的趋光性、生物的免疫反应以及自我调节的稳定态等多个方面，反应结果则是生命体“趋吉避凶”。城市的这种应激性能够对各种信息和刺激因素进行选择，保留那些有利于自身发展的信息和资源，并整合到自身系统中来，而排斥那些无用的或不利于自身发展的干扰和阻碍，表现出更加明显的目的性。
（四）城市结构的自我进化类似于生命体的遗传现象
城市结构具有相对稳定性，并且能不断地自我更新、淘汰和修复，表现为城市的成长和完善。在城市的结构能够满足城市发展需求的时候，城市表现为宏观稳定状态下的渐变发展。城市的这种相对稳定性特征类似于生命体的遗传现象，生命依靠繁殖而延续，在此过程中，亲代的遗传信息和他们所决定的结构形状被高度精确地传递给下一代。而不可避免的是，遗传信息也会在传递过程中发生少量的错误，产生变异，使后代与前代产生一定的差别。这种变异导致的差别正是生物种群在面临环境变化时得以延续的根源所在，能够适应复杂环境的变异生物体将会受到大自然的眷顾并最终存活下来。
城市也会在新的物质、能量和信息的刺激下产生新的功能和结构需求，尤其是原有的城市结构系统无法承载新的增长需求、城市系统的整体效率下降导致城市运行出现紧张和困难时。这时，旧的结构逐步瓦解，新的结构从原有结构中逐渐游离出来，发展为一种潜在的形式，并在继承原有结构优势特点的基础上不断吸收新的要素，逐渐取代旧的结构而占据主导地位。宏观上则表现为城市功能发展到一定程度时会产生新的有关联的产业及相应空间载体，并与新的需求和功能建立起新的适应关系。城市新旧结构和关系的交替过程中存在着其地域经济、社会和文化的延续性，同时会根据其内外需求的不断变化产生相应的功能、空间和运转模式，体现为一种继承的关联。
城市结构有着充分的弹性，可以在结构基本保持不变的情况下，通过自发地调整组织内容和发挥功能的潜能，取得与功能需求和环境相互适应的关系，这种适应性通常表现为一种渐变。当城市功能的压力增加到一定程度时，为适应新的环境和发展需求，城市结构的转化就必然会发生。此时，结构通过自身的变化对新功能进行适应，新功能本身也做出相应配合，逐渐建立起一种新的动态平衡。与这一过程对应的是城市结构发生变异和更新，同时也意味着创造和超越。
这种城市的结构和功能之间的互动关系，让我们不禁想起生命体的适应性特征，即生命体在某些特定环境中生存能力的属性。这种适应性可以是结构上的、功能上的或行为上的，也可以是三者的综合。适应使城市对环境的关系保持动态的平衡与互动，进而保持了城市的整体性。
专栏1-1：
神奇的涌现计算：黏菌绘制城市交通路网
2010年1月，著名杂志《科学》（Science）刊登了一篇题名为“Rules for Biologically Inspired Adaptive Network Design”的文章，作者是来自日本北海道大学的Tero和Takagi等人。他们利用现实世界的一团黏菌（俗称鼻涕虫，一种黏菌门的组织，生长在腐烂的植物或潮湿的地面上，英文名字为Slime Mold）设计了一个连通东京及其附近城市的铁路网。
黏菌是一群裸露、无细胞壁、多核的原生质团，它们可以通过连续的形变而缓慢移动。当这团裸露的细胞在空间上遇到多个分散的食物源的时候，就会构建起一些疏运营养的通道。Tero和Takagi等人正是利用了黏菌的这种天性，在实验室中为黏菌设计了一套人工食物源环境，让这群简单的原生质团形成疏运营养的网络。
他们将一张东京以及附近城市的地图作为黏菌生长的环境。在初始时刻，让黏菌集中在地图上的东京点，然后在其他几个附近的城市放上黏菌喜欢吃的食物，然后就让这群黏菌在实验地图上缓慢变形、游走，经过一天多的时间，它们最终演化出了一条条营养疏运通道。
黏菌演化出的食物疏运网络图
注：中心的黄点为东京所在地，其他的黄点为附近的一些城市，其上放置了食物。黏菌开始从东京扩散到其他的城市，并开始构建食物疏运网络。
起初，这群简单的细胞群体在地图上扩散，几个小时后，当它们遇到食物之后就开始精炼这些模式而形成若干疏运食物的通道。再经过几个小时，一些较大的运输通道开始慢慢形成，而更多的小型通道逐渐消失，最终，只有几个主干通道保留了下来。试验人员将黏菌构建的食物疏运网络与现实的东京附近的地铁网络进行对比，发现这两种网络非常相似。
对比的结果向我们展示，两个网络无论是在结构还是在形状上都非常相似。也就是说，这群看起来笨拙无比，没有任何智力可言的黏菌的确完成了可观的计算任务：修筑轨道网络。更有趣的是，为了修建这样一套有效率的网络疏运系统，被称为灵长类动物之首、号称具有超凡智力的人类设计师也要花费数年时间。
黏菌计算出的疏运网络与东京和附近城市的铁路网络对比图
专栏1-1中这个有趣的试验让我们意识到人类对于初级的个体生命尚且不能完全了解，城市作为由大量复杂个体组成的更为复杂的“生命体”，其复杂性及其背后的机制仍然是一个未解的谜题。尽管信奉还原论和机械论的人们会认为城市建立在物质性、均衡性、稳定性和决定性的动力基础上，由各种结构和系统相加构成，可以拆分和还原，是一个极具确定性的事物；然而，随着科学技术的发展，城市人的工作和生活变得越来越错综复杂，城市发展的非线性特征日益明显，还原论和机械论认知下的城市实践带来越来越多超出预想的后果。
建筑学界的亚历山大（Christopher Alexander）在其论文《城市不是一棵树》中有着类似的思考。他认为“人造城市”依照树状结构进行组织是对城市社会空间结构的一种简单化处理，而“自然城市”则是以一种更为复杂、精细的半格状结构发展的，因此城市不是，不能，也绝不可以是一棵树。他们的观察和思考印证了这样的事实：承认城市的复杂性，就像我们承认自然界中生物体的复杂性一样，总有一些规划者无法完全掌控的因素在起作用。
当我们从城市是一个生命体的简单类比出发，读到生命体和生态系统的复杂性，开启对复杂系统理论的了解，发现复杂系统的许多表述和观点对从整体上认识城市有着难以抵挡的魅力时，如同发现生物学中的“适者生存”一样令人愉悦。我们难以把自己的意志强加于系统之上，但我们可以聆听系统的声音，听它告诉了我们什么，并发现如何顺应系统的特性，使我们的价值观更好地与之匹配。迈克尔·康拉德曾写道：“归根结底，适应性就是利用信息来应付环境的不确定性。”城市系统的适应性是 “以万变求不变”，适应变化以可持续发展。这是我们对城市的最高梦想。