0 引言
20 世纪后期开始，微观生物学领域的发展给了宏观生命现象全新的解释。
这也直接引起了哲学认知领域的变革，并逐渐引起科学各个领域认知思想的变化。在城市研究方面，人们开始认识到城市和生命在很多方面都具有相似性，如它们都具有复杂、自组织、主体性等基本特性。各方面的比较奠定了两个概念相连接的基础。借助生物学对于生命现象的解释和研究方法为城市研究提供了一个新的视角，也为新的城市发展理论奠定一个新的认识基础（朱勍，2008）。
同时，城市代谢理论、城市生命周期理论、城市病及城市诊断、生态城市理论的出现、发展及其在城市规划和设计、城市建设和管理等领域中的应用，更是催生了城市生命体理论的产生和发展。可以说，城市生命体是现代城市日益复杂化和生命科学研究不断突破情形下必然会出现的新概念或新视角，也为城市及城市土地、城市生态环境等的研究提供了新的认知基础和丰富的技术方法。
国外对于城市生命体的直接研究相对较少，主要集中在将城市与生命体之间的概念建立联系，然后将生命科学中的技术和思想引入到城市科学中来，并解决城市管理方面比较实际的问题（Samaniego H, 等，2008;Gershenson C,2011;Dobbelsteen A V D, 等，2012;Schnorelf L F,1966;Richard W,2007）。
国内相关研究亦不多，但最近发展比较活跃，在城市生命体概念界定、城市生命体运行机制等方面有一定的探索。概括来说可以分为基于生命实体的定义和基于特征的定义。基于实体的定义是指通过对比分析城市和生命体的物质组成，将城市生命体定义为某些特定的物质实体，或者说是将城市的物质实体进行重分类、重命名，并与生命的物质实体建立对应关系（田实，2001;鞠鹏艳，2008）。基于特征的定义是从生命的基本特征出发，把生命看作是一种特殊的现象。并通过分析城市的生命特征来建立城市与生命体的联系（黄国和，2006;朱勍，2007,2008;王庆春，2009;刘玲，2010）。此外，一些研究从不同角度探讨生命机制、城市生命体等概念在土地利用演化、生态系统评价、城市特征提取等领域的应用，具有一定理论和应用价值（罗平 , 等，2005;邱建华 , 等，2009;苏美蓉 , 等，2008,2009,2010;李静 ,等，2011;孙天钾 , 等，2012）。总体来看，现有研究大多数是将城市与生命体进行机械的对比，有的结合城市表现出来的某一生命特征开展研究，有的将城市的组成部分跟高级生物体的器官简单对应。
部分研究则非常抽象地从社会人文和精神内涵方面探讨城市生命体概念，其目的只在于借用城市生命体的概念来对城市管理某一具体方面进行研究，缺少对城市生命体的本质特征的探索。目前尚未出现系统性的、全面性的城市生命体理论和应用研究。
本文尝试通过引入生命科学、人工智能、复杂性科学等学科经典思想和理论，基于城市生态学、城市有机体、城市新陈代谢和共生理论等相关研究，构建城市生命体理论体系，建立包含认知理念、科学理论和技术方法论在内的城市生命体理论。
1 城市生命体定义
生命的概念，是一个贯穿人类文明史至今尚无定论的动态概念，具有显著的时代特征。20 世纪 80 年代末兴起的人工生命学科更是把生命的概念作为研究的基本问题之一，从一开始就具有强烈的哲学性质（任晓明，2003）。人工生命的兴起对人们的生命观带来了巨大的冲击，主要体现在以下几个方面：对生命的本质属性的界定。人工生命研究者通过生命的本质属性而不是生命的物质基础来界定生命，区别生命与非生命的关键是生命的本质特征，主要是新陈代谢、应激性、自适应、生长发育、遗传进化等；对生命内涵外延的扩展。人工生命研究突破了对生命的传统观念，生命的物质基础不再局限于生物体大分子、核酸或细胞，各种物质和非物质的载体都可以成为生命的基础，如电子病毒、电子生命、数字生命等；③对生命科学方法论的扩展。复杂科学方法论、系统科学方法论都引入至生命理论的研究，这使得生命定义既有坚实的自然科学基础又有较大的抽象概括性，为进一步探索生命的本质开辟了广阔的前景。
1.1 城市与生命体的比较
要建立城市与生命体之间的联系，必须对两者做比较分析。显然，城市与一般的生命体在实体层面是有巨大区别的，简单的对比也是不够的。从系统论的角度和功能特征的角度将城市与生命体进行比较，则更能说明问题。
（1）系统特征比较
生命体和城市都是复杂系统，在系统性质上他们具有很高的相似性。首先，城市和生命体都是由实体元素构成的。
虽然城市也包含经济子系统、文化子系统等非物质性子系统，但这些都是在物质载体基础上派生而出的。因此，城市和生命体都属实体系统；其次，城市和生命体都在动态的与外界环境进行交互，不断交换物质和能量，因此都属于动态开放系统。最后，无论是生命体还是城市，其组成要素众多，结构复杂，代谢输入输出也都呈现出非线性特征，因此都是复杂巨系统。
（2）生命特征比较
城市和生命体主要的区别体现在物质载体的不同上面，但在生命特征方面，具有高度的相似性。生命的主要特征包括新陈代谢、自适应、应激性、生长发育和遗传变异五个方面，这也是使用特征定义法定义生命时，其与非生命的主要区别。城市在其发展过程中也显著表现出了这五个方面的特征（表 1）。
1.2 城市是一个生命体
通过上文分析，采用基于特征的定义方式，本文将城市生命体定义为：城市生命体是在人类社会发展过程中一定区域内形成的、以非农业人口为主体的，人口、经济、政治、文化高度聚集的，具有新陈代谢、自适应、应激性、生长发育和遗传变异等典型生命特征的复杂巨系统。该定义概括了城市生命体的科学本质，其内涵包括五个方面：①城市生命体是一个由不同子系统组成的复杂巨系统。各子系统既彼此独立又相互联系，是一个内在的统一体。城市生命体依靠各子系统的协同作用而实现其健康与活力。②城市生命体包含了非物质（政治、经济、文化等）和物质（环境、建筑、土地等）两方面，缺一不可。③城市生命体具有生命体的基本特征，包括城市生命体的结构特征和生命特征。④城市生命体的核心是人，城市因为人类而形成、发展与演变。⑤城市生命体是一个历史范畴，具有时间尺度和空间尺度的动态特征。
2 城市生命体结构特征
城市生命体是一个复杂的巨系统，其组成成分数量巨大、种类繁多，这给直观认识带来了很大的困难。但是，无论是在其内部组织还是外在形体表现上都有一定的特征可循。
2.1 城市生命体的组织结构
（1）城市生命体的组织层次
几乎所有生命体在内部要素组织方面表现出了很清晰的层次结构特征，以高级生物体为例，从微观到宏观，由细胞、组织、器官、子系统到有机整体，呈现出层次化结构。每一个层次都有其独特的物质形态结构及其功能，各个层次之间又存在着相互联系的紧密关系。正是在这种有序的层次结构下生命体不断的生长和发育，完成各种功能。与高级生物体类似，城市生命体无论是其物质系统还是其非物质系统（文化、行政组织等）也都具有非常明显的层次结构。城市生命体结构从微观到宏观可以划分为四个主要的层次：城市生命体细胞单元、城市生命体组织单元、城市生命体子系统、城市生命体（表 2）。跟生物体一样，城市生命体的结构层次也是是层层相依，紧密相联的。
（2）城市生命体的细胞单元
细胞单元是组成城市生命体的最基本单位。在研究城市生命体过程中，研究人员可以综合考虑研究目标、研究区大小以及研究数据质量等因素来定义和划分不同的细胞单元，主要包括两种：按照对象或属性的划分、按照空间划分。
按照研究对象或属性的划分方式一般将研究的对象最小单位直接作为细胞，比如在研究城市居住系统时将社区作为细胞。按照空间划分则是在二维或三维空间上，将城市生命体划分为不同类型不同尺度几何对象。如以宗地为基本单元，其所承载的城市组成要素（包括构筑物、附着物）作为细胞的内容，并以此区分细胞的类型。例如根据不同的土地利用类型可以将其定义为工业用地细胞、农业用地细胞等。
（3）城市生命体的组织单元
城市生命体的组织单元是不同细胞根据一定的目的，为完成某些功能按照一定的规则、比例，以直接或间接方式组成的功能单位。组织单元是介于城市生命体组成要素与子系统之间的中间层次。城市生命体的组织单元主要包括居住社区、工业园区、商业服务区、娱乐休闲区、生态功能区等类型。
（4）城市生命体的子系统
城市生命体子系统众多，各子系统既彼此独立又相互联系，是一个内在的统一体。城市生命体系统大致可以划分为物质性子系统和非物质性子系统。物质性子系统大多直接由某几种物质性细胞单元或组织单元构成。如城市城市生态环境系统、生活系统、交通系统、物流系统、城市三废处理系统、能源市政管网系统、邮政通讯系统、城市公共安全与应急系统。非物质子系统是相对于物质性子系统而言的，具有一定的非实体性。如城市经济产业系统、城市文化系统、城市行政司法管理系统等。城市生命体各子系统无论是在组成上还是功能上都既相互独立又紧密相连，共同组成城市生命体整体，维持城市生命体的生存和发展。
2.2 城市生命体的空间形体结构
生命体，尤其是高级生物体都有一定的形体特征。以人类为例，身高、体重是对其宏观形体结构特征的描述，五官则是对其细部形体结构的刻画。城市生命体除了跟高级生物体一样具有清晰的层次结构，同时也具有清晰的形体结构--空间结构。
空间结构是城市生命体要素、组织单元和各子系统在时空范围内的分布状态，是城市经济、社会和文化的空间投影，是城市经济社会存在和发展的空间形式。另一方面，城市生命体是复杂的社会物质巨系统，组成城市生命体的各种要素在空间上都表现出一定的数量，形成自己的密度。可以说，城市生命体的空间形体结构是平面面积、布局和立体利用强度的综合反映，三者相辅相成缺一不可，共同构成是城市生命体三维外在表现。城市生命体的空间形体结构受到自然条件、城市规划、生产力等多方面因素的制约，具有一定的客观性 ;但也随着各种影响因素变化而变化，具有一定的动态性，并不是静止不变的。
3 城市生命体生命特征
城市生命体作为一个复杂巨系统，表现出显著的生命特征。同时，对于不同特征来说，都有相关的子系统及组成子系统的要素和组织单元支持生命特征的实现，构成支撑体系。
3.1 新陈代谢
城市生命体的新陈代谢体现在与外界进行能量、信息及物质的交换。新的、健康的、具有发展潜力的能量、信息及物质通过新陈代谢网络不断输入，旧的、落后的向外界转移及淘汰，城市在持续不断地自我更新中得以成长。城市生命体的新陈代谢系统可以概括为三个方面，即物质代谢系统、能量代谢系统和信息代谢系统。物质代谢系统主要包括交通运输系统、物流系统、生态系统、三废处理系统。城市生命体通过对物质资源的同化（加工利用）和异化（三废处理）作用，实现物质代谢，是城市生命体存在、生长和发育的物质基础。能量代谢系统主要是指市政管网系统（包括电力网络、燃气网络、热能网络、给排水网络等），为城市提供赖以生存和发展的能量，是城市生长发育的动力因素。信息代谢系统主要是指邮电通讯系统（包括英特网、通信网络、有线电视网、邮政网络等），是城市生命体生长发育的催化剂。新陈代谢是城市生命体赖以生存和发展的首要特征，也是维系其他生命特征的基础。
3.2 自适应
城市生命体的自适应性体现在对外部环境和自身特征的适应。城市通过分析自然环境、社会环境、政治环境、经济环境，以及自身特点的变化，不断地调整自身的属性，提高其生存发展能力和与其它城市生命体竞争的能力。城市生命体的自适应功能包括两方面。一方面，以政府为媒介，以城市管理和政策执行机制为载体，通过各种规划、公共政策来实现。城市生命体根据自身情况及自然、社会、政治和经济环境的变化，通过一系列的规划、计划、法律法规和政策"自发地"调整组织内容和功能结构，以获得与自身条件、发展需求、发展环境相适应的状态。另一方面，公众也对城市的自适应性产生着重要的影响。市民对于城市生活环境变化体会是最深刻最敏感的。基于涌现论的视角，市民作为微观个体，在长期的生活过程中，通过不停地做出有利于自己生活和工作的选择（如购房区位的选择，交通方式的选择）以及对政府政策、规划等建议等途径影响着城市的调整、适应和发展。
城市生命体的自适应是一个渐变过程，不断地适应、调整使城市生命体与其生存环境保持了动态的平衡和互动，维持了城市的健康。城市生命体一旦不能对自然、社会及经济环境及自身特点做出适应，必然会走向衰落甚至消亡。
3.3 应激性
城市生命体作为一个复杂的开放巨系统，时刻处于动态稳定与平衡的过程，也时刻面临各种内外部环境的突然变化。城市生命体的应激性是指城市对内外部环境的突然变化进行感知，并做出及时反应。内部环境突然变化经常体现在发生了危害城市公共安全的现象，因此城市公共安全响应系统（主要包括安防系统、消防系统、疾病防治系统等）是城市生命体应激系统的一个重要方面。外部环境突然变化则主要体现为经济、社会、政治环境的突然变化或突发事件。
因此，各种应对社会、经济、政治突变的响应机制和系统（主要包括社会维稳机制、经济危机响应机制、突发政治事件响应机制等）是城市生命体应激系统的另一重要组成部分。城市生命体应激系统还能对各种内外部环境突发变化进行筛选，保留其中有利于自身生存和发展的信息和资源，并将其纳入到城市生命体中来，排斥不利于或干扰阻碍自身生存发展的信息和资源，表现出显著的目的性。城市生命体应激性实现的过程中，人，乃至由人组成的政府及其他各种机构是关键要素。
人和各种机构具备敏锐的感知和反应能力，他们对各种内外部环境的突然变化是非常敏感的。正是因为有了人和各种机构的快速感知能力，城市生命体才能对生存环境的突然变化做出快速的反应。
3.4 生长发育
世界城市发展历程已经证明，城市具有显著的生长发育特征。城市生命体的生长发育是一个无序到有序的过程，伴随着量变和质变，在此过程中逐渐形成完整的组织和功能结构。这个过程表现出非线性、自组织和螺旋向上发展的特征，并受其自身条件和自组织规律的制约。
城市生命体的复杂性一方面体现在其组成要素和系统的复杂性，另一方面在于其功能的多样性。城市生命体的生长发育既包括组织（物质载体）的生长，也包括功能的发育。城市生命体的组织生长主要体现为空间上的不断扩展（面积扩大，建筑密度增强）和空间结构（城市布局和形态，也包括城市社会、经济和人口的空间结构等）的不断优化，以及各个系统（如交通道路系统等）的发育和不断完善；城市生命体功能的发育主要是城市社会功能（居住、卫生、政治等）、经济功能（工业、商业等）和文化功能（教育、文化、娱乐等）的不断完善和丰富，显性表达为城市基础设施、科教文卫设施、商业中心、工业区等的建设与发展。
3.5 遗传和变异
生命遗传和变异的核心异质因素是基因。基因的复制和相对稳定性保证了生命的遗传，基因的突变决定着生命的变异。基因的相对稳定和突变保证了生命体之间的差异和生命体的多样性。城市生命体在生长发育的过程中表现出显著的遗传和变异特征。城市生命体的遗传变异也受生命体核心异质因素的影响。决定城市生命体特征的核心异质因素是城市禀赋（指城市区位和特殊的城市资源，例如矿产资源、湖泊资源、森林资源、动物资源等）和城市文化。这二者是相互影响的，城市在产生之初受地域影响而形成了基本的格局和特色的文化意识形态。城市文化具有稳定性，一旦形成很难短期内产生大的变化。如果说城市禀赋从根源上决定了城市的特征和异质性，决定了城市生命体的资源供给、对外交通联系、产业导向以及人们的生活习惯等，城市文化则是城市生命体传承和延续的根基，而新文化的不断注入则为城市提供了变异和进化的要素。在城市漫长的发展过程中，城市文化又可以促进城市禀赋的发掘和利用，促进城市生命体的生长和发育，增强城市的生命力。
城市生命体在生长过程中，通过遗传作用保持了传承性，使城市生命体有了基本的稳定性。变异则表现为功能和组织结构的显著变化，并对城市整体或更大范围产生深远的影响。城市的变异包括变革和进化。变革主要体现在主导功能改变、文化的改变、功能中心转移、旧城衰落等方面；城市进化则主要包括产业升级、经济结构优化、文化提升、空间格局优化、旧城改造、城市更新等方面。
此外，城市生命体对生存、健康和发展的渴求是导致城市变异的主要因素之一。例如人口的增加、生活质量标准的提高等诸多因素会不断刺激产生新的结构和功能需求。尤其是当城市的承载力无法满足发展需求时，生命体的效率便会下降，生命力减弱。这时，必须对旧的结构和功能进行改变，在原有结构和功能的基础上发展出满足需求的新的结构和功能。正是这种对新的结构和功能的渴求，促进了城市生命体的变异和进化。
4 城市生命体运行的动力机制及支撑体系
4.1 城市生命体运行动力机制
城市生命体运行的原生动力是人类的需求。城市生命体的核心是人，无论是城市的形成还是演变，都受人类意志的影响，其存在的根本目的也是为人类提供生产、生活的场所。因此，人类的物质、非物质需求构成城市生命体运行的原生动力，驱动城市生命体的新城代谢、生长发育、自适应、应激性、遗传变异等生命活动的运行。同时，生存环境和各种客观规律（包括自然规律、社会规律、经济规律等）亦影响城市生命体的发展，与人类的意志共同作用于城市生命体的各种物质、非物质子系统的发展过程中。城市生命体的各种物质、非物质子系统的发展需求成为城市生命体运行的次生动力。
在原生动力和次生动力的驱动下，城市生命体通过持续的新陈代谢来实现正常运转，保持生命体的内外部平衡。通过新陈代谢，实现各种物质、非物质子系统的生长和发育。同时，在运行过程中，不断应对内外部环境的变化，通过自身的自适应机制和应激机制，进行自组织调节，以达到新的代谢平衡。在这个不断的自适应和应激调节过程中，城市的功能和结构不断进行演化，体现出遗传和变异的特征，整体呈现出螺旋向上的生命发展规律。
4.2 城市生命体运行支撑体系
城市生命体每一个生命特征的实现都依赖于一定的子系统来实现。城市生命体的各种物质、非物质子系统，构成了城市生命体的生命特征支撑体系（表 3）。
5 结语
本文尝试将生命科学等理论和思想引入城市研究中，融合还原论、涌现论等多种认知思维，通过对城市生命体概念、结构特征、生命特征等的系统探索，构建了城市生命体理论的基本框架，为进一步研究城市生命体奠定了基础。同时，城市生命体理论是经验认识和思辨认识、规范判断的综合，结合了城市学、人工生命等学科的认知基础，是对城市认识论和方法论的有益丰富和深化。此外，城市生命体理论体系建立起了生命科学等领域思想、理念及技术方法与城市科学之间的桥梁，为全面揭示城市发展和城市环境、城市土地利用变化的本质和规律等提供一个新的视角，丰富了城市研究的理论、方法。
城市生命体理论在城市规划和管理、城市经济社会发展、城市资源利用与环境保护等各方面都具有显著的应用价值。比如，在城市空间格局优化方面，可以基于城市生命体的组织结构特征和生长发育理论，深入分析细胞单元、组织单元与子系统的组成方式及其协同作用机制，构建合适的空间格局优化模型；在城市可持续发展方面，可以基于城市生命体的五大生命特征构建城市健康运行的评价指标体系，用于城市"体检"和城市健康预警；在城市更新与旧城改造方面，可以基于城市生命体的遗传变异理论，深入分析城市的"优质基因"和"自然禀赋",探索城市进化的方向，寻求传承保护与进化开发相平衡的城市更新策略；在城市资源配置方面，可以基于城市生命体的新陈代谢理论，探索构建城市容量测评模型，为量化评估城市资源承载力提供方法。在研究实践过程中，应结合具体情况，以现有城市研究为基础，从城市生命体的结构特征、生命特征及其支撑体系入手，建立现有研究需求与城市生命体理论体系之间的连接，从城市生命体的角度建立新的研究应用体系。
