智慧城市与智能空间前沿研究（5）人本视角：车路协同和无人驾驶重构城市空间形态-规划问道

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此文为智慧城市与智能空间前言研究系列第五篇，中规院学术信息中心（创新中心）与中规院（北京）规划设计公司新技术中心及科技公司将持续推出系列前瞻研究，敬请关注。

前言

进入新世纪的第三个十年，以信息基础设施为代表的新基建成为增长新动能被寄予厚望，大规模商用的5G将在推动云计算、人工智能、大数据、物联网等技术进一步发展，无人驾驶所需的技术生态将进一步完善。同时，在政府和企业的共同推动下，基于近五年来在技术、数据、产业上下游的持续积累，无人驾驶和车路协同在更大范围的应用将成为可能。本文从城市规划与空间设计的角度出发，在宏观和微观两个方面探讨车路协同和无人驾驶的应用对交通体系和城市空间形态可能造成的影响。

概述

在宏观层面上，车路协同和无人驾驶技术的应用将有助于减少私家车的使用，并促进TOD即公共交通导向的城市发展模式的推行。无人驾驶和车路协同的应用为处理城市空间中车与人的关系带来新的可能，在城市规划和空间设计中提前考虑新技术应用对空间的影响和摸索性的方法，将可能为行人提供更高的优先级，并重塑城市交通体系，优化公共空间品质。然而，有专家学者担心如果不加以规范，无人驾驶不仅不能解决城市交通拥堵问题，还可能会导致非必要出行里程的增加和能源的浪费，甚至加剧郊区化蔓延和城市无序扩张。微观方面，无人驾驶汽车具有行车更智能的优点，能有序行驶，并使两车之间距离缩短。因此，未来行车车道在数量和宽度上的需求会大大减少，街道形态也将随之转变，现有的空间能被更有效地分配给其他用途。最后，本文介绍了雄安新区和海淀公园两个国内实践案例。车路协同和无人驾驶技术的发展不仅帮助海淀公园更好地打造全球首个AI科技主题公园，更为雄安建设无人驾驶城市奠定了良好基础。

相关概念

（1）车路协同

车路协同系统（CVIS，Cooperative Vehicle Infrastructure System）是基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，并通过车车、车路信息交互和共享，实现车辆和基础设施之间智能协同与配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵目标的系统。

车路协同的技术内涵有三点，一是强调人-车-路系统协同，二是强调区域大规模联网联控，三是强调利用多模式交通网络与信息交互。车路协同技术是信息技术与汽车和交通两大行业相融合的结果。

（2）自动驾驶汽车

自动驾驶汽车（AVs, Automated Vehicles）是搭载自动驾驶系统的汽车，依靠自身人工智能算法、传感技术（包括视觉、激光、雷达等）和全球定位系统等协同，在满足安全规范的前提下无需人类驾驶员干预即可出行。国际自动机工程师学会（SAE International）将自动驾驶汽车为五级：第1级，驾驶辅助系统；第2级，部分自动化系统；第3级，有条件自动化；第4级，高度自动化系统；第5级，完全自动化系统。

图1 SAE自动驾驶分级(SAE International, 2018)

车路协同和无人驾驶对城市空间的影响

2.1

宏观——城市空间发展思考

2.1.1 城市形态更加集聚

5G技术使得无人驾驶和车路协同的大范围应用成为可能，但目前无人驾驶和车路协同仍在小范围实验阶段，即使后期投放市场，高昂的成本和造价也使得这项技术难以在短时间内在全民范围推广使用。因此，在很长的一段时间内，应用无人驾驶和车路协同技术的很可能主要还是高新技术企业生产的小型私家车和获得政府财政支持的公共交通系统。前者主要面向个人买家，在城市中以点状形态分布。

图2 谷歌旗下自动驾驶汽车品牌Waymo正在进行路测

（图片来源：http://news.bitauto.com/hao/wenzhang/912947）

而对于政府而言，车路协同技术可以作为信息交流技术基础设施（ICT infrastructure）进行建设，而这无疑是打造智慧城市的一次重要契机。通过车路协同技术的应用，现有基础设施可以升级为城市智慧交通的一部分，并通过智能平台进行管理。

图3 杭州城市数据大脑平台

（图片来源：新浪新闻 http://zj.sina.com.cn/news/2018-01-24/detail-ifyquptv9112575.shtml）

同时，车路协同和无人驾驶技术的应用还有助于减少私家车的使用和TOD，即公共交通导向的城市发展模式的推行。TOD模式意在建设布局紧凑，土地开发强度较高，住宅、办公、购物、公共设施都集中分布在以交通站点为中心的步行范围内的城市形态。现如今，越来越多的城市都计划限制私家车的使用，大力发展TOD模式。英国伦敦交通部门投资了2.3亿英镑，计划在2041年实现步行城市的愿景——八成左右的行程都是通过步行，自行车以及搭乘公共交通工具完成的。

在初期，无人驾驶巴士、地铁和轻轨将作为传统公交系统的补充，在非高峰时段比如凌晨运营。随着无人驾驶技术的不断发展，运营成本将大幅降低，无人驾驶交通工具将逐步取代传统交通工具。等相关技术成熟后，新的机遇也将诞生——高度灵活的按需服务。位于阿拉伯联合酋长国首都阿布扎比郊区的沙漠城市马斯达尔已经率先启用了基于无人驾驶的个人快速交通工具（PRT）。马斯达尔的PRT是一种类似小汽车的四座交通工具，乘客通过手机预定服务，几分钟内就可以乘坐。不过目前PRT只能在固定轨道上行驶，乘客下车后还需要步行到达目的地。未来，基于无人驾驶的按需服务将进一步完善，与现有公共交通相互结合、相互补充。

图4 阿联酋马斯达尔城的个人快速交通工具（PRT）

（图片来源搜狐新闻http://www.sohu.com/a/121632771_118021 ）

考虑到很多的大城市都计划限制私家车的无序增长，以减少拥堵和城市空气污染问题，TOD将很有可能成为城市发展的主流趋势之一。政府牵头推行的无人驾驶和车路协同技术将有助于TOD模式的发展，促进形成高度发达的城市交通体系和组织紧凑的城市格局。

2.1.2 城市空间的分散和外扩

另一方面，有专家学者担心如果不加以规范，无人驾驶不仅不能解决城市交通拥堵问题，甚至可能会导致出行里程的增加和能源的浪费，并加剧郊区化蔓延和城市无序扩张。虽然自动驾驶汽车可以增强公共交通系统的普及和互联程度，为老年人和行动不便的人群提供了便利，但是自动驾驶汽车普及后出行成本大大降低，可能反而衍生出许多不必要需求。2015年国际运输论坛（ITF）的研究报告《城市出行系统的升级 —— 共享自动驾驶车辆是如何改造城市交通的》指出，自动驾驶汽车的便利性可以使基于个人行为的自动驾驶行驶里程增加35％以上，如果不考虑轨道交通，单人乘坐自动驾驶出租车的行驶里程将增加90％。

许多学者还推测无人驾驶技术普及后，交通可达性的提高将促进居民和企业向郊区迁移，郊区化趋势将会加剧。交通条件的改善使得更多的居民在郊区定居，为了满足郊区居民的出行需求，更多的道路将被修建，构成更发达的高速公路网。道路等基础设施的完善又吸引了更多的居民和企业，城市空间继续分散蔓延。一个典型的例子就是美国洛杉矶，洛杉矶低公共交通使用率，高私人汽车使用率，居民之间居住分散。因为其发达的高速公路系统，洛杉矶又被称为“高速公路之都”，整个城市以低密度分散式扩张。

图5 信息技术对城市空间的影响

（赵渺希等，2014，《信息社会的城市空间策略——智慧城市热潮的冷思考》）

话虽如此，无人驾驶和车路协同都只是一种技术手段，它们对城市空间的影响很大程度上取决于现有城市形态和规划者对城市的构想。美国的大多数城市都与洛杉矶类似，以小汽车为导向，即使应用了无人驾驶和车路协同技术也很在短期内变成以公共交通为导向的步行城市。阿布扎比郊区的沙漠城市马斯达尔则是另一种极端。私家车和所有碳基交通将都不允许进入城市，市内交通只能通过步行、自行车或者是个人快速交通系统和轻轨等公共交通。这种情况下TOD模式的推行是必然的事情。目前5G时代才刚刚拉开帷幕，未来的城市会变成以小汽车为导向的“高速公路之都”还是以人为导向的步行城市都需要等待时间的证明。

2.2

微观——城市型态与功能适应

微观层面，本文将从街道形态的转变，用地性质的转变和场地的重新设计三个方面进行探讨车路协同和无人驾驶对城市空间的影响。

2.2.1街道型态转变

《畅想弗罗里达州的未来：无人驾驶汽车时代的交通和土地利用》（Envisioning Florida’s Future: Transportation and Land Use in an Automated Vehicle World）探究了无人驾驶和车路协同给现有建成环境和土地利用(主要是道路)所带来的设计、规划和功能上的影响。该报告以让城市更好地适应无人驾驶汽车为目的，以可持续性发展和以人为本的设计原则，提出了重塑城市形态的建议。这篇报告总结了六个将受无人驾驶汽车影响的因素：行车车道、上下客车道、路标和信号灯、自行车道和人行道、停车场、重新开发的机会。

报告提出无人驾驶汽车具有外形更小和行车更智能的优点，它们能有序行驶，并使两车之间距离缩短。因此，未来行车车道在数量和宽度上的需求会大大减少，公路之间的隔离带也会呈减少和缩小的趋势。现有的空间能被更有效地分配给其他用途。

图6 无人驾驶将更高效地占据街道空间

（罗亚丹，2019《从交通基础设施到绿色基础设施——无人驾驶城市中的柔性未来道路》）

下图演示了现有城市街道向未来街道转变的过渡状态。由于无人驾驶汽车的高效性能，未来行车道或将进一步减少，省下来的空间可以用作卸客车道、人行道或自行车道。

图7 现代城市典型街道断面（Tim Chapin et al., 2016）

图8 无人驾驶过渡时期的街道断面（Tim Chapin et al., 2016）

图9 完全无人驾驶时代的街道断面

（Tim Chapin et al., 2016《畅想弗罗里达州的未来：无人驾驶汽车时代的交通和土地利用》）

同时，《自动城市主义蓝图》（blue print for autonomous urbanism）提出，可以根据不同的道路属性进行灵活的道路设计。未来，城市主干道可缩窄至双向六车道，中间四车道为轻轨、公交和微型公共运输车专用的高速轨道，保证高运输量的公共交通的畅行，靠人行道的两边车道则分配给运货车和小型车辆并适当限制车速。

图10 未来城市主干道场景（自动城市主义蓝图，2017）

社区街道将保证居民活动和街道活力置于首位，自行车道和汽车道可设置为平层道路，以保证骑行和步行者穿行流线的连续性。同时，车辆将被严格限速以保证步行者和骑行者的安全。

图11 未来社区街道场景（自动城市主义蓝图，2017）

2.2.2 用地性质的转变

基于无人驾驶的共享经济为城市带来了新的可能。大部分私家车在午间和夜间等非高峰时段都处于闲置状态，使用率极低。共享车辆的使用能减少车辆长时间停放的冗余状态。共享自动驾驶汽车在目的地放下乘客后，将离开去接载新乘客或找到集中停车和充电位置。共享自动驾驶汽车能够有效地减少对私家车的需求，人们对汽车的所有权也将慢慢转化为使用权。

随着汽车数量的减少，停车场所的需求也将极大地减少，为城市腾出更多空间。高效利用的街道空间为公共空间的增加提供了契机，转化的用地可以用于建造公共活动场所、绿色空间、排水空间等等。

图12 街道转变（自动城市主义蓝图，2017）

即使汽车数量没有大幅下降，一些专家预测，自动驾驶车辆也能够以更高的密度行驶。因此，道路能够更窄，车道更少。在现有的城市建成区，这意味着更宽的人行道和其他功能的增加，如线性公园，可持续的城市排水系统和专用的无人机输送通道。

2.2.3 场地重新设计

现代道路设计为机动车驾驶者留出了巨大的容错空间，无人驾驶技术可减少容错空间的使用。同时，以该技术为代表的一系列交通技术创新也将重塑城市的形态与空间。

罗亚丹在《从交通基础设施到绿色基础设施 ——无人驾驶城市中的柔性未来道路》一文中提出，当算法控制之下的无人驾驶汽车可以实现精准驾驶时，80%的现有车道空间可以转换为以植被为主的透水空间，由原有交通路网改造而成的巨型绿色基础设施网络也将覆盖城市的每个角落，为修复城市生态系统的连续性提供可能。此外，在高峰时段，云计算系统将为机动车优先分配路权；而在非高峰时段，因机动车路权缩小而释放出的道路空间将灵活分配，为户外餐饮和露天音乐会等活动提供场所。

图13 行车道路绿色化

（罗亚丹，2019《从交通基础设施到绿色基础设施——无人驾驶城市中的柔性未来道路》）

图14 行车道路绿色化

（罗亚丹，2019《从交通基础设施到绿色基础设施——无人驾驶城市中的柔性未来道路》）

国内实践案例

3.1

雄安新区

《河北雄安新区规划纲要》对新区的产业发展重点做出明确要求，“搭建国家新一代人工智能开放创新平台，重点实现无人系统智能技术的突破，建设开放式智能网联车示范区，支撑无人系统应用和产业发展。”

雄安新区首次5G-V2X自动远程驾驶启动及行驶测试与2018年上半年已经完成，远程控制20公里以外的车辆完成启动加速、减速、转向等操作可以通过5G网络进行实现，三大运营商2018年便提前在雄安新区布局5G，为无人驾驶汽车上路打下了良好的基础。

今年，由百度和金龙客车、英特尔合作生产的L4级自动驾驶巴士“阿波龙”在雄安新区内进行了道路测试，并向市民开放预约。L4级，代表对车辆的操作控制、环境感知和行为责任主体都是自动驾驶系统而非驾驶员。据腾讯网报道，该车采用了百度研发的Apollo无人驾驶平台，基于高精地图和智能感知技术，能根据实时感知的环境信息和地图数据规划路径，对车辆、行人的行为和意图进行预测，从而做出行车决策。

图15 雄安新区正在行驶的无人驾驶巴士

（图片来源：https://news.hexun.com/2019-04-25/196965138.html）

除了无人驾驶巴士，雄安园区内还有百度的“新石器”自动无人售货车，京东、美团、苏宁、菜鸟等品牌的无人快递车和移动的5G无人驾驶汽车。在这座以科技为起点的城市，无人驾驶的应用比比皆是。

图16 雄安新区“新石器”自动无人售货车（图源：笔者拍摄）

河北省委常委、副省长，雄安新区党工委书记、管委会主任陈刚表示，“雄安新区未来将实现以智能公共交通为主，无人驾驶私家车个性化出行为辅的出行方式，以此构成未来雄安新区的路网结构和空间分配模式”。目前互联网公司已经抢滩登陆，纷纷参与自动驾驶车辆的研发，这些代表最前沿技术的无人驾驶车辆为雄安新区打造无人驾驶城市奠定了良好基础。

然而要建设智慧交通，除了有“聪明的车”，还需要有“智能的路”（车路协同），和“强大的网”相配合。今年五月，中国移动、中国交建、国家电网在雄安新区签署合作框架协议，计划在雄安新区建设智慧交通车路协同示范项目。有了多方的努力和配合，可以期待不久的将来雄安将成为“中国第一个没有红绿灯，没有拥堵，拥有先进的智能交通管理系统，不再需要大量人力上路管理的城市”。

3.2

海淀公园

除了雄安新区，百度无人驾驶巴士阿波龙也在海淀公园向公众开放体验。由于园区内限速，实际行驶速度能达到40公里/小时的无人驾驶巴士在园区内仅以10公里/小时运行。行驶过程中，车载屏幕会显示出实时路测图，系统检测到的障碍物会在屏幕上以不同颜色显示，比如行人显示为红色。

图17 海淀公园正在行驶的无人驾驶巴士（图片来源：http://dy.163.com/v2/article/detail/E1RQLCMP05278GV4.html）

除了无人驾驶巴士，海淀公园还引入了无人驾驶清扫车“蜗小白”，它是国内首个将无人驾驶应用到低速车领域并实现了商业化落地的产品。

图18 “蜗小白”在为海淀公园的道路清洁（图片来源：百度）

2018年2月，百度和海淀区政府签订了《建设海淀区“城市大脑”合作备忘录》，将海淀公园作为试点，打造成全球首个AI科技主题公园。园区内除了有无人驾驶巴士、无人驾驶清扫车，还引入了无需佩戴任何智能设备，刷脸就能获得运动数据的智能步道和可以对话交流的智能语音亭等智能设施。

小结

在当下城市规划和空间设计中，虽然低影响开发及窄路密网等规划理念已经被广泛熟知和应用，但大多数城市建设依然是以汽车为中心主导的空间，尤其是出行空间及其与其他空间的交叉连接区域。无人驾驶和车路协同的应用为处理城市空间中车与人的关系带来新的可能，在城市规划和空间设计中提前考虑新技术应用对空间的影响和摸索性的方法，将可能为行人提供更高的优先级，并重塑城市交通体系，优化公共空间品质。由于汽车由反应时间更快的计算机驱动，交通工具的行驶状况更加可控，以及结合很多人车分流的设计方法，行人将可以更自由地穿行马路，享受更流畅的步行流线。另外，步行城市为居民提供更具吸引力的环境，可以带来幸福指数提高和犯罪率降低等积极影响。

最后，近年来各项技术发展的影响逐渐从个人向群体演变，进而改变空间与城市，本文提出，规划师应关注技术与应用发展的前沿，积极探索其对于城市空间的深刻影响，引导城市规划主动应对变革中的城市空间。