系统整体的层级结构：西蒙的阐述与实例

有多少个试图了解城市复杂性的评论家，就有多少种理解城市的方式。这并不奇怪，因为虽然我们对某些特征有共同认识，但每个个体对生活在城市中意味着什么都有着不同的理解。有鉴于此，为了加深理解，我们的明确思路是更多地采用不依赖问题领域的一般性理论来建立框架。有人可能认为不依赖具体领域的理论容易抓不住系统的本质，但我认为，一般性方法在保持所研究系统的结构和表现的中立度上具有初始优势。50年前出现的一般性系统理论源于生物学和工程学，并被社会学、管理学和城市规划等社会和专业科学所采纳。这种方法在那些尚未建立强大理论架构的知识和实践领域中很受青睐。城市规划学科在20世纪的前期基础是建筑决定论（architectural determinism）和社会管理理论（social administration）的奇怪组合，当对城市和城市规划的理解开始转向更加系统性的社会科学方法时，系统方法被广泛采用（Chadwick，1971）。从此，系统方法就一直影响着我们对城市功能的认知。

系统一般被定义为由相互作用的元素或客体构成的有机整体。网络是这种方式架构的系统中一个密不可分的概念，系统的组织形式是实体在不同层面的集聚，通常形成不同的结构、组团或子系统，具有层级体系的特征。在自然界和人类社会中，很多系统都是按照层级体系来组织的。在某些情况下，严格意义上的层级体系被认为是应该去追求和努力达到的最优秩序。这种秩序通常是系统结构区别于系统行为的特征，系统行为是重点研究通过定义系统的元素间相互作用的常规行为来维持系统结构。正如将城市定义为工作地和居住地等区位点的集合。将这些区位联系起来的相互作用是上下班路径上的交通流，通过日复一日的重复维持着常规系统结构。在模式中的变化趋向于在短期内保持结构的稳定，这些模型会通过消除和创造工作岗位和住宅的布局来逐渐进化和调整。这类行为的特性是通过反馈重新达到平衡状态，并抑制那些试图改变系统长期稳定状态的不稳定行为，它们通常被称为“负反馈”（negative feedback）。

层级结构在当代研究方法中依然发挥着重要作用，例如在复杂性理论中。西蒙（1962）通过他的例子，很好地阐述了层级结构为何是系统必不可少的一部分，将系统稳定地整合在一起，并且弹性应对外在的影响力。他的案例值得我们再次关注。西蒙想象有两个瑞士的钟表匠——霍拉和丹普斯，他们在制造同一款式的复杂手表，每只手表都包括1 000个部件。他们俩唯一的不同之处在于组装这些部件的方式。丹普斯采用将每个部件一个个安装起来形成成品的方法；而霍拉会先制作每只包括10个部件的装配件，然后再将每10个装配件组装成一只包括100个部件的组合件，最后，他再将10个组合件组装成手表。开始，这两种方式都运行得很顺利。但是当这两位钟表匠开始因其产品愈加出名时，越来越多的订单蜂拥而至。由于订单都是通过电话而来，每当电话响起，丹普斯就得放下手头的装配半成品并散落开来。同样情况下，霍拉仅需要重新开始一个装配件的工作。最终，丹普斯发现情况越来越严重，甚至难以完成装配哪怕一只手表，而霍拉则可以有效地应对增长的订单数量。长此以往，结果显而易见：霍拉的生意大获成功，而丹普斯被迫出局。当然，这个故事的寓意是，自下而上的层级组织是系统进化的基础，层级结构是自然界和人类社会健康和弹性发展的方式。连续层级结构中的密度组团或子系统构成的网络是复杂系统的特征之一，而复杂系统这一概念将不断出现在本书的每一章中。

正如霍拉对手表制作方法的设计，早期理论所描绘的系统是一个基于底层相互作用的子系统，或是一个“严格”的层级体系或树状结构的网络，我们在这里称之为“树突”结构。图1.1a是一个子系统中的相互作用，图1.1b为层级体系。实际上，在层级体系刚刚被用来理解城市和城市间的关系时，就被认为这种严格细分必然是一种简单化的理解，子系统间必然有一定的相互重叠。亚历山大（Alexander，1965）在他那篇著名的论文《城市不是一棵树》中赞同了雅各布斯（1961）的观点，认为多样性和多元化是城市的基础，但正在被诸如区划规划等具有生硬层级结构的城市规划所摧毁。他使用“准网格”（semi-lattice）的概念来说明，尽管用层级体系来研究系统如何自组织在一定程度上有其可行性，但现实世界的复杂程度远远超过了任何严格层级体系所能表达的内容。图1.lc用系统结构的简单图示描述了这个构想。(www.xing528.com)

但在这些构想中并没有考虑到系统在怎样的条件下可能发生变化。正如西蒙（1962）指出的，层级体系和树状结构是一种演变而成的平衡状态。因此当系统理论首次运用到城市研究中时，城市系统被广泛地认为应该以长期的平衡状态为目标。实际上，我们现在已经知道，基于某个时间断面来判断城市是否处于平衡状态是完全错误的。城市可能看似处于一种平衡状态，这是因为物理建成环境的变化速度和人类行为的改变速度之间有巨大差距。但我们认为城市正是处于不断变化的非均衡态中。焦点应当是过程，其中发生的增长或衰退意味着正反馈（positive feedback）或是累积因果（cumulative causation），继而将系统持续推向新的均衡态，这其实表示系统始终处于连续变化的非平衡状态中。实际上，城市是一个高度有序的实体，与物理科学所研究的随机系统模型相去甚远，“远离平衡”是城市的特性，并通过城市的增长或变化对这种远离均衡态不断进行调整（Batty，2005）。城市的系统论的问题在于，它试图将其视为可以良好运行的系统，可以很好地应对外界的冲击，并趋向于修复系统至原先的均衡态或至少与原先比较接近的状态。然而，我们在过去50年中看到的是，系统无法自如应对外界变化条件不断自我调节，其实这种想法从未正确过。城市是创新的温床，城市创造奇迹，城市也上演灾难。

图1.1　系统结构和层级体系

早期的系统理论对于系统开放性的问题关注较少。一些观点认为可以将城市看作一个在时间上封闭的平衡系统，并在此基础上提升其运行效率。与之相随的另一种观点则认为，虽然系统与其所处的环境不可避免是相关的，但系统仍然可以被定义为封闭的，或者系统与其环境之间的相互作用可以忽略不计。在很多人类相关系统特别是城市系统的研究中，这一假设与“平衡系统”观点一样广受质疑。如今，随着去中心化和全球化的扩散，我们越来越难以找到接近封闭的系统，与外部相互作用可以通过一定方式内部化的假设也越来越难以成立。现代科学的最致命问题之一就是无法发现封闭系统，因为这会导致一个自启蒙运动以来就一直被广泛接受的观点被质疑，即科学的目的是提供可以“解决问题”的技术。从早期直至20世纪中期，这一观点在社会科学中具有强势地位，但随着科学的发展，对于我们提供封闭性的能力以及因此对于范围和程度的一致性产生了疑虑，本质上是对系统的定义产生了疑问。这种不确定性，以及由无数独特和有目的的元素及其相互关系构成的开放系统带来的其他不确定性，推动了系统理论本身的重大变革。从这些思考中诞生了复杂性科学，将系统概念的关注点从高度组织化的“自上而下”转向了更加有机的“自下而上”的组织。复杂性科学也为本书对城市系统待研究提供了更为恰当也更为有力的分析框架。