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刘东：科技革命、产业革命与创新空间

创新空间创新经济与城乡空间

“创新经济与城乡空间”学术研讨会于2019年10月25日在同济大学建筑与城市规划学院成功举办，本公众号近期将持续分享与会嘉宾的精彩报告，欢迎转发分享！

报告嘉宾

刘东

中国科技发展战略研究院研究员

报告主题

科技革命、产业变革与创新空间

（本文根据刘东研究员在同济大学“创新经济与城乡空间”学术研讨会上的发言整理，未经报告人审定）

报告内容

非常感谢我们同济大学规划学院提供这样的机会，我对规划不太了解，今天来做这个报告主要是两个原因，一个原因是今年我们和栾教授、张院长有一个合作，深圳市政府委托我们做一个全球科技产业创新中心背景下的城市规划响应研究，这样既要有创新的角度，又要有规划的角度；另一个原因是前不久中国科协和工程院、科学院一起办了个关于科技革命对社会影响的国际论坛，其中一个分论坛就叫科技革命与产业变革，请了包括诺奖获得者在内的很多专家来讲，就是希望听一下到底有没有新的科技革命和产业变革？是正在到来，还是说已经来临了。上次到上海来，栾教授说请你来讲一下，我就想是不是可以把科技革命和产业变革结合起来谈一下。

刚才王老师和屠老师都谈到了创新的空间问题，创新其实是个持续的过程，如果从历史的长河来看，它会有一些大波动的时候，波峰往往就是科技革命和产业变革的时候，这个时候创新会突然迸发出来，对空间需求、对人、对整个生活都会产生非常强烈的影响，与那种渐进的、在这两次革命之间的比较平缓的发展阶段完全不同。所以我们提到新一轮的科技革命和产业变革正在加速时，我们势必就要谈到创新对我们的空间和城乡规划的影响。所以我主要从这个角度来谈点看法。

科技革命与工业革命

首先，我想回顾一下科技革命和工业革命的过程。现在学界有比较明确说法，认为到现在为止已经发生了两次科学革命、三次技术革命和工业革命。

（1）两次科学革命

科学革命从哥白尼开始，大概是6、7世纪这样一个时期，主要发生在天文学、物理学和生物学。从哥白尼的天体运行论开始，然后经过伽利略，一直到牛顿，这个过程基本是整个第一次科学革命的主线。这里面也伴随着科学中心从意大利到英国的转移过程。当然这期间还有很多其他科学天才，比如说像达尔文、法拉第、莱布尼茨，达尔文在生物进化方面，法拉第在电磁理论方面，都为后来的科学和技术革命做了很好的基础，而莱布尼茨和牛顿共同发明了微积分，为整个科学的发展提供了工具。我们把这段时间称为近代科学，这个革命不仅是在科学上的突破，而且还是观念上的突破，它把人类第一次真正从神学的观念中拉出来，然后赋予了一种科学的观念、一种机械的观念。这种观念在很多的科研人员、科学家，包括技术工人里开始产生结果，为后来的工业革命打下了很好的理论思想基础，这就是第一次科学革命。

第二次科学革命应该是从20世纪初，从物理学革命开始的，这里面两大主要的核心就是量子力学和相对论，是由像爱因斯坦、普朗克、波尔这样的一些天才物理学家推动的。当然同时在这个过程中还有很多其他相关的理论突破，比如DNA的双螺旋结构、宇宙大爆炸理论，包括后来的计算机科学，都是在这一类，我们把它统称为近代的科学革命，这个革命一直到今天，未来是不是有，我们在下面再谈。

（2）三次技术革命和三次工业革命

两次科学革命之后，引发的是三次技术革命和三次工业革命。

第一次技术革命，应该说就是在牛顿力学推动下，主要是以蒸汽机技术的发明为标志，这次技术革命带来了机械化大工厂为主的第一次工业革命。

第二次技术革命是以电力技术为标志的突破，带动了第二次工业革命，是以电气化内燃机、电动机推动的工业革命。

第三次技术革命就是上世纪，也就是十九世纪的四五十年代开始的，电子信息技术为标志的突破，带动的就是后来的电子化、自动化，标志性的产品就是计算机的出现。

（3）基本规律

通过简单的回顾，就能看出革命的特点。首先它有标志性事件，无论是科学革命还是技术革命还是工业革命；另外在这个过程中会出现一些颠覆性技术和颠覆性产业，就是每一次工业革命之后，都会出现一些颠覆性的、标志性的技术之后，会出现一些新的主导产业和主流的产业；第三个就是说革命的影响一定是非常深远的，它一定会深入到从生产、生活到整个社会的方方面面，它有一个非常强的作用，无论从深度、广度上都有非常强的影响，另外它还有基础设施的整体性变化。

产业革命的空间需求

我们接下来回顾下工业革命下的产业变革，特别是空间需求的变化。

（1）第一次工业革命

我们先看一下第一次工业革命，最大的特点就是出现了一些核心产业，比如说纺织业，主要是棉纺织。然后比如说冶金，从圆截铁到炼钢，还有机械制造。最典型的就是蒸汽机，还有机床，就是工作母机的出现。再就是采掘，采掘的核心产品就是煤炭。第一次工业革命一个很重要的问题就是它的能源结构发生了变化，煤炭成为主要来源。

这个过程中，创新基础设施也发生了很大变化，工业革命开始推动的首先就是交通基础设施的变化。所有工业革命的先行国家，都是从运河建设开始的，都有过“运河热”，然后是通过水路运输来推动交通枢纽建设。但是到了第一次工业革命基本上接近尾声的时候，1830年左右就出现了铁路，火车又变成了新的交通工具。当然后来富尔顿发明了轮船，所以远洋运输也慢慢变成了一个很好的交通方式。同时在信息技术方面，出现了电报，后来又出现了海底电缆，就是说交通、通讯这样一些重要基础设施发生了变革。

这个时期的创新主体是什么？第一次工业革命应该说是个体发明家最光荣的时代，天才发明家不断涌现，包括蒸汽机、机床等的发明不断出现，然后才出现现代化的大工厂，从原来的那种小作坊式变成了工厂。

这样的条件下，创新空间，就是它整个的发展空间，也发生了很大变化。比如说我们出现了最早的工业城市叫曼彻斯特，像美国的新英格兰地区，是以棉为主的；像英国的伯明翰、美国的匹兹堡，是围绕着钢铁行业出现的；像利物浦，它是港口的城市。

在这个过程中，科学的空间也发生了变化。最早，科学家还没有成为一个独立的职业，更多的是出于自由探索的阶段。在这个阶段开始往建制化的方向发展，英国出现了皇家协会，法国出现了巴黎皇家学会。

教育最早在古典大学里，主要以宗教教育为主。这时也出现了一些新型大学，比如说英国的红砖大学，以及在维多利亚时代出现的那些大学，它们为了迎合工业化的需要出现，同时也推动了古典大学的转变。学徒的制度也在调整。

（2）第二次工业革命

第二次工业革命的核心产业是电力，比如说像电气工业，它的贡献是爱迪生、西门子；化学工业，像拜耳、巴斯夫，此外还有钢铁工业、汽车工业、石油化工，包括耐用消费品等，你可以跟第一次工业革命相比，完全是一种颠覆性的、全新的产业状态。

基础设施也发生了根本性变化。所有的在第二次工业革命里面赶超的国家，像美国、德国，都在基础设施方面，尤其在铁路的建设方面走在前面，德国应该是第二次工业革命的成功赶超者，它的工业化跟英国不一样，英国是从纺织，然后机械，然后再往重工业发展的。德国一开始就在铁路的建设上有突破性发展，美国也是在铁路建设方面有了大发展，后来的俄罗斯也是大力发展了铁路。还出现了飞机和航空业，法国第一次世界大战前就已经比较成熟了。另外还出现了贝尔的电话，出现了无线电。

创新的主体也发生了很大的变化。从第一次工业革命时期个人发明家的光荣辉煌时代向建制性方向发展，比如说最早的爱迪生的独立门罗实验室，它完全是一个建制性的，他把很多的天才发明家集合在一起，用一种建制性的方式不断推动大量的创新发明，这是独立实验室。另外还有工业实验室，就是企业的机构，也开始建立起来，特别是1900年之前，德国的工业实验室基本上是发展得最好的，德国的很多企业像巴斯夫、拜耳这些企业等，都建立了它内部的企业实验室，我们把它称为工业实验室，它成为创新的很重要的一个主体，这跟第一次工业革命完全不一样。另外就是大学，在第一次工业革命过程中，大学的功能基本上还是一个科学思想的传播，还是针对人才的培养，而到了第二次工业革命时期，它在对产业的推动上和对工业革命的推动上的作用变得更大，最典型的就是德国，像李比希，李比希是有机化学之父，他在基森大学建立了他的实验室，他的实验室当时对整个德国的化学工业起到一个巨大的推动作用。当时全世界的所有比较有名的化学家都和基森大学有很大的关系，它成为整个化学工业的一个核心。在这个过程中，世界的科学中心也从英国转移到了德国。

创新空间又发生了很大的变化，出现了很多工业化的城市，比如像底特律，车辆的工业化城市，另外还有一些更加综合性的城市，城市功能将更加丰富，比如说像纽约这样的城市，它除了工业，还包括金融、教育、科技，它成为汇聚的点。产业集群的发展也越来越明显，在第一次工业革命中，这种产业集群已经比较突出，比如说在新英格兰地区的棉的制造，曼彻斯特附近的棉业都是有集群的特点的。另外就是科学技术完全进入了一个建制化的过程，而且出现了大科学，比如说在第二次世界大战中出现的曼哈顿计划。大科学就需要大的科学设施、大的科学装置，当然就需要大的空间来承接这些科学的基础设施。教育也出现了研究性大学，然后是更加规范的职业技术教育，从学徒制到规范的职业教育，由此对创新空间的要求出现了明显变化。

（3）第三次工业革命

第三次工业革命应该是从二战开始的，核心产业的变化主要包括电子及后来上世纪70年代后出现的信息和网络，当然包括航空航天、生物技术、核技术等等核心产业。

基础设施也发生了变化，铁路出现了高速铁路、高速列车，喷气飞机也在这时发展起来，还有通信领域出现了互联网，特别是上世纪90年代后互联网应用进入了新时期。

创新主体也出现变化。其一，除了我们之前说的工业实验室，从德国到美国、日本的一个很大发展是企业研发机构，成为创新最主要的力量；其二，就是大学实验室也有了很大发展，从李比希开始，从德国开始，这种研究性大学已经成为世界趋势，尤其在美国，二战后很多大学都进入世界前列；其三就是国家实验室出现，意味着国家主导的科研，这个实际上从第一次世界大战之前就已经出现，但从发展上也经过些变化，尽管现在包括美国也在讨论这些国家实验室怎么办，但无论如何都是重要的创新力量。

上世纪六十年代开始出现的硅谷式创新，这里面的重要特点就是创业型大学，包括风险投资的出现，以及这种创新型的中小企业的大量涌现，创新主体更加多元，我想是第三次工业革命时期的一个更大的特点。

创新空间也发生了变化，硅谷、剑桥科学园，还有就是刚才王老师他们谈到的创新网络、产业集群等。科学技术也出现了大科学，并且日益融合，教育除了研究型大学之外，也出现了一系列的创业型大学。创业型大学，实际上是把教育和产业结合起来，产教的这种结合有了更加深入的一个发展。

通过回顾，我想主要来看一下过去的两次科学革命和三次技术革命，后来引发出的三次工业革命，在这个过程中对产业带来颠覆性变革，对创新空间的需求也发生了很大变化。

新科技革命和产业变革

现在再谈谈新一轮科技革命和工业革命。第一个问题，新科学革命有没有？有人说是发生在前夜，我觉得有这个可能。但是短期内我个人认为科学革命不太容易出现。

科学革命有两个特点，首先需要科学发展，一定要有天才的科学家，像爱因斯坦、牛顿这样的，至少目前为止还很难涌现出这样天才科学家。这些科学家一定比现在的人要超前30年、50年，他的大脑不是现在的大脑，可能是未来50年以后的大脑。但是已经有这种端倪，科学革命一般发生在什么情况？就是现有这些科学问题都解决差不多了，感觉没有大的科学问题了的时候。就像第二次科学革命在12世纪初的时候，当时形容我们的科学界，类似物理学的天空已经是晴空了，只剩下了几朵阴云，所以普朗克的老导师就告诉他，你不要再选物理学了，因为物理学基本上没有什么可研究的了。现在我们也可以看到，从近些年来的诺贝尔奖来看，科学的、物理学的，基本上在理论层面上已经很难有突破。比如说今年的物理学奖，其实还是观测科学，主要是发现了太阳系外的行星。化学奖则是奖励了锂电池，锂电池还是在技术科学这个层面，就是说现在理论科学已经没有什么突破了。这个有点像19世纪、20世纪初的整个科学界的问题。就是大家发现不了大的问题，只能在一些渐进的科学问题上去做一些工作。这种情况往往有可能是一种科学革命的前夜。

那么说技术革命正在加快来临呢，还是已经出现端倪？这个大家也在讨论，但是我感觉到技术变革的一些迫切需求正在出现。最近这些年来，很多科学的进步主要在物质和意识的关系上，比如说像量子缠绕。对于我们学辩证唯物主义出身的来说物质和意识分得很清楚，否则你就变成唯心主义了，但是量子力学，往更微观尺度和更宏观尺度来看，这种物质和意识间的相互影响力会越来越强，界限就会越来越弱。如果用我们比较正统的话来说，就是唯心的东西越来越多了，这种都引起了科学家的考虑。

另外就是人和工具的界限。我们发明工具是因为人的局限性，所以无论是第一次技术革命还是第二次技术革命，都在延长人的功能，增加人的力量、能量，但是随着智能化的发展，可能人和工具就结合了，比如说Google已经可以用一个生物芯片放到人的大脑里面去就和人体结合了，你的学习能力就会有一个非常大的提高。未来人是不是还是现在的人？我们在科幻电影里面看到的那些情况有可能就会出现，人和工具的结合，这是未来的一个很大问题。

我们对空间尺度的认识也有了很大变化。我们原来有很多观测，但是所有的工作基本上还是在太阳系、银河系这些层面，但是现在我们更多的在往远太空发展。所以从克林顿到川普上来后，都要求NASA尽量往太空发展，人对时空的认识又有了更大的发展。实际上我觉得整个科学技术的发展都是为了要拓展人的这种空间距离，一个是往更大尺度上的空间发展，一个是更微观尺度。

还有一个方向就是对人的认识，达尔文从人的进化，生物的进化过程来认识。第二次工业技术革命时期发现的DNA，实际上也是在认识人。但是对人本身的认识还是很微弱。很多很常见的东西，比如说我们通过肌肉就会产生力量，到现在生物学也没法做出很好的解释。人对自身的认识和对我们周边的认识相比来说还差得很多。这样一些东西在这一次新的技术革命中可能会有突破。我最近和一些生物界、生理界的科学家交流，他们都在说他们有很多发明，包括有些有可能让人类的生命增加20年、30年这样突破性的技术，他们说已经开始出现了一些药物。虽然我不是这个领域的专家，但已经能感觉到确实有一些新的东西出现。

技术革命方面，也可能确实在往一个新的方向发展，这些年确实有了很大变化。那么第四次工业革命会不会出现？有可能随着技术革命，我们前面提到的人工智能、生物技术、人工智能和生物技术的结合等，生物技术产业就可能在未来出现突破。还有就是对人的认识方面的变化，例如我们说的三高的认识，癌症的认识等，至少近些年很多的癌症已经开始出现了治愈的可能性，可能很快会有一个很大的发展。另外还有航天等。

基础设施方面，从互联网发展到现在的移动互联网，还有大数据等，以及创新主体方面，譬如出现的大众创新、万众创业等，出现了更多的创新平台等。创新已经无处不在。这些都会对创新空间产生很大影响。

几点思考

刚才只是从工业革命的过程来做的思考，最后还有几点其他的思考。

第一个，我想科技革命它必然会引发产业变革，而产业的变革会导致对空间需求的变化。比如说从最早的工业城市到后来的这些综合性城市，包括各种各样的创新空间，那么反过来创新空间的设计是不是也会对产业变革产生些影响？产业变革和创新空间的相互影响机理，可能是未来，特别在科技革命和产业变革出现、高潮的时期，可能是一个很重要的命题，对我们的空间规划也就提出了很多挑战。

刚才王老师提到，空间规划是对产业变革的简单响应，还是可以起到促进作用。我想这个问题比较复杂，需要深入讨论。但是现在我们研究空间规划和城市化时，一定要考虑这种科技革命和产业变革的影响，而不仅仅是一般的创新。这种革命性的影响，可能在未来不长的时间内就会发生，可能对我们的空间规划产生深刻影响。刚才屠老师提到了，我们很难预测到未来是什么样，未来的产业、技术是什么样，我们只知道未来可能会出现颠覆性的技术，会出现颠覆性的产业，但不知道究竟是怎么样的，所以说就要保持空间规划的弹性。

另外我想还有一个就是要考虑不同的特点，比如说我们上海是建设什么样的？北京是什么样？深圳是什么样？一定是有各自特色的，不是一个模式的，这也是我们要研究深圳的一个很重要的原因。

结语

最后是我的结论，正好用这张图来说明。图上是人类历史上第一个城际铁路，就是从曼彻斯特到利物浦的铁路，是1830年正式开通。这个铁路的开通，应该说对人类社会进步，都产生了深刻影响。当时黎曼铁路公司有个行政州部财务主管叫亨利布斯，他说这个国家是继续享受宁静的农牧生活，还是投身到商业和制造业的喧嚣和亢奋，这是他们必须要作出决定的。他认为这个世界已经今非昔比，从西到东，从南到北，机械的原理和19世纪哲学遍地开花，所以这个时代的天才创造就像滚滚的河水，汹涌澎湃，势不可挡。我想这是他对第一次工业革命时期的感受。那么未来随着新一轮的技术革命或者产业工业革命来临的时期，我相信肯定是各种大众创新、万众创业这种东西会更进一步地不断迸发出来，可以说也是势不可挡。那么在这个情况下，对我们未来的创新空间，对我们未来的城乡规划，必须要充分思考。

今天我不是来回答问题的，而是来求教和交流的，今天就到这里，谢谢大家！（完）