發布時間：2020-03-10所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要 大數據、人工智能、移動網絡、云計算等新技術的發展，正在引發一場全球新一輪的技術革命。智能技術的發展不僅成為國家經濟、社會發展的創新動力，而且也對城市的運作和發展產生了深刻的影響。智慧城市在這樣的大背景下，正以比我們想象得更快的速度在
摘 要 大數據、人工智能、移動網絡、云計算等新技術的發展，正在引發一場全球新一輪的技術革命。智能技術的發展不僅成為國家經濟、社會發展的創新動力，而且也對城市的運作和發展產生了深刻的影響。智慧城市在這樣的大背景下，正以比我們想象得更快的速度在城市的各個領域展開，如智慧交通、智慧能源、智能通訊、智慧政務、智慧醫療等等幾乎涉及了城市運作的各個層面和各個方面，這些智慧技術的應用已經對城市生活產生了巨大影響，那么它將對未來城市空間格局產生什么影響，對城市設計帶來怎么樣的機遇和挑戰，或者反過來說，我們可以利用智慧技術在城市設計領域做些什么，值得我們進一步思考。本文將通過對國內外智慧城市研究領域前沿研究的分析，揭示智慧城市技術對城市各個方面產生的影響和潛在機遇，并提出未來城市設計利用智慧技術將面臨的新的課題和值得關注的研究方向。
關鍵詞 智慧城市;城市設計;空間格局;資源配置
0 引 言
當人們談論起“智慧城市”，無不聯想到移動網絡、大數據、云計算、人工智能等新興科技對城市生活方方面面的影響，我們都親身感受到移動支付、共享單車、智能政務等等帶來的便利，在過去的二十年中，智慧城市的概念改變了城市生活的各個方面，涉及到交通、安全、衛生、醫療、能源和教育等部門。各國政府、各大城市已開始采納智慧城市的理念，以提高市民的生活品質。智慧城市的各類應用正在改變城市經濟、社會的各個部門，例如城市中的監視和監測可以實時跟蹤交通和犯罪情況、可以及早發現關鍵基礎設施的受損情況，以便城市職能部門能夠對緊急情況作出及時反應等等。
在城市規劃和城市設計領域，智慧城市的傳感器、大數據、網絡、社交媒體信息等技術手段已經在城市的流動性和出行行為研究、城市土地利用模型、跨城市領域綜合數據庫建立、參與性城市治理和規劃結構、空間績效評估、運輸和經濟互動、城市能源結構優化、水資源管理、廢棄物管理、城市智能決策等等方面產生了積極的作用[1]。智慧城市的這些智能技術還在不斷地改變著我們的生活以及我們生活的環境。我們需要思考的是如何認識智慧城市，如何認識新興技術對城市生活和城市空間帶來的影響，如何將新興技術帶來的潛在機遇在城市設計的過程中，通過空間和資源的高效率配置，實現未來宜居生態的可持續城市環境。
1 智慧城市的概念及框架
一般認為“智慧城市”概念是2008年由IBM提出“智慧地球”，進而結合2010上海世博會“城市讓生活更美好”的主題而提出，自“智慧城市”概念誕生以來，智慧城市已深入人心，相關的各個方面的研究和實踐也在蓬勃開展。學界普遍認為智慧城市(Smart City)的特征是廣泛而智能地使用數字技術，使信息得到有效利用，并通過參與性治理，在人力和社會資本以及現代信息通信技術基礎設施方面的投資推動可持續經濟發展和高質量的生活，并對自然資源進行智慧的管理[2]。使用智能計算技術使城市的關鍵基礎設施和服務(包括城市管理、教育、醫療、公共安全、房地產、交通和公用事業等)更智能、更互聯、更高效。
智慧城市的技術核心是智能計算(Smart Computing)，智能計算具有串聯各個行業的可能，例如城市管理、教育、醫療、交通和公用事業等，而城市是所有行業交叉的載體，因而，智能計算將是智慧城市的技術源頭，將影響到城市運作的各個方面，包括市政、建筑、交通、能源、環境和服務等，涵蓋面非常廣泛，至今對智慧城市還沒有一個非常精確的定義，也沒有明確的評價體系和評價標準，在不同的語境中有不同的含義。但大量的研究表明，對于智慧城市的認識是在不斷演進的，最初智慧城市被用來描繪一個數字城市，隨著智慧城市概念的深入人心和在更寬泛的城市范疇內不斷演變，人們意識到智慧城市實質上是通過智慧地應用信息和通訊技術以及人工智能等新興技術手段來提供更好的生活品質以及更加高效地利用各類資源，實現可持續城市發展的目標。在文獻中出現的關于智慧城市的相關定義可以見表1。
盡管對于智慧城市的定義各有側 重 ，但 在 實 際 操 作 中 普 遍 認 同 維 也納 工 大 魯 道 夫·吉 芬 格 教 授 2 0 0 7 年 提出的“ 智 慧 城 市 六 個 維 度 ”，分 別 是 ：智 慧 經 濟(S m a r t E c o n o m y)、智 慧 治理(Smart Governance)、智慧環境(Smart E n v i r o n m e n t)、智慧 人 力資源(S m a r t People)、智慧機動性(Smart Mobility)、智慧生活(Smart Living)[11]。其中：智慧經濟主要包括創新精神、創業精神、經濟形象與商標、產業效率、勞動市場的靈活性、國際網絡嵌入程度、科技轉化能力;智慧治理主要包括決策參與、公共和社會服務、治理的透明性、政治策略與視角;智慧環境包括減少對自然環境的污染、環境保護、可持續資源管理;智慧人力資源包括受教育程度、終身學習的親和力、社會和族裔的多元性、靈活性、創造力、開放性、公共生活參與性;智慧機動性包括本地輔助功能、(國家間)無障礙交流環境、通信技術基礎設施的可用性、可持續、創新和安全、交 通運輸系統;智慧生活(生活品質)包括文化設施、健康狀況、個人安全、居住品質、教育設施、旅游吸引力、社會和諧。
這六個維度全面地涵蓋了城市發展的各個領域，尤其是除了城市的物質性要素以外，還將社會和人的要素納入其中，并將高品質生活和環境可持續作為重要的目標。也就是說，要讓城市更智慧，關鍵在于如何利用信息通信技術創造美好的城市生活和環境的可持續，實現的途徑包括提升經濟、改善環境、強化完善城市治理，跟城市空間相關的是提升交通(機動性)的效率，核心問題是社會和人力資源的智能化。智慧城市的六個維度為智慧城市建設確定了基本框架。
相關期刊推薦：《西部人居環境學刊》(雙月刊)創刊于1980年，由重慶大學主辦的建筑學術刊物。主要報道國內外室內設計學術研究成果，交流總結室內設計經驗，促進設計、生產中實際問題的解決。有投稿需求的作者，可以直接與期刊天空在線編輯聯系。
2 智慧城市的模塊及發展動態
從大量的關于智慧城市的研究文獻來看，總體而言分為五大類型：智慧城市理論、智慧城市技術(物聯網、大數據、云計算、智能通訊技術等)、智慧基礎設施(智慧交通、智慧物流、智慧能源管理、智慧電網、智慧水資源管理、智慧廢棄物管理、智慧生態系統等)、智慧城市管理(智慧城市治理、智慧城市運營、城市安全智能系統、智慧政府、智慧社區)、智慧服務(智慧政 務、智慧醫療、智慧健 康、智慧養老等)當然在其他相關行業的智能化也可以算是智慧城市的組成部分，如智能制造、智能建造、智能建筑、智能家居等。從智慧城市建設和發展模式來看，其基本要素主要包括智能技術、智能產業、智能服務、智能管理和智能生活等，智慧城市的組成模塊(smart city components)包括城市發展的各個方面(圖1)。
在 智能 技 術領域，最 為重 要的可能就是物聯網技術(IoT-Internet of Things)了，物聯網技術可謂是智慧城市的核心，也有學者甚至認為智慧城市就是物聯網的具體應用。物聯網概念最早由凱文·埃斯頓(Kevin Ashton)[12]提出，而物聯網之父羅伯·范·克蘭伯格(Rob Van Kranenburg) 則定義物聯網為“在我們的日常用品和小工具中嵌入某種簡單的通信技術，使它們能夠在本地網絡中相互連接，并最終連接到更廣泛的網絡-互聯網”[13]。物聯網的概念是將異構的各類物件聯系在一起，通過運行智能計算，以實現互聯互動和系統運作的高效率。新的物聯網(IoT)應用正在推動全球范圍內的智慧城市計劃。它提供了遠程監控、管理和控制設備的能力，以及從大量實時數據流中創建新的洞察力和可操作信息的能力。在物聯網的技術支持下，智慧城市通過儀器化、互聯和智能化三個方面的建設，在物聯網發展的高級階段通過集成所有這些智能功能而不斷完善[14]。物聯網的通用架構提供了無處不在的媒體，透明、無縫地整合了大量不同且異構的終端系統和傳感器，以提供使用非常復雜任務的服務。因此，它已經成為數字時代最廣泛應用的技術之一，推動了從智能電網到互聯健康等行業的重大變革[15](圖2-3)。
在智慧基礎設施領域，最受關注的是智慧能源和智慧交通，其他如智慧水資源管理、智慧廢棄物管理、智慧生態系統等也隨著智慧城市對于可持續的不斷追求而逐漸受到關注。智慧能源研究領域，有學者已開始關注土地利用與能源一體化模式，并嘗試模擬未來智慧城市下，土地利用與能源供應的耦合關系[16]。一些研究則通過建模和仿真來評估智能能源解決方案的技術和政策影響，并探索實現智慧城市能源供應的最佳方式，提出在智慧城市背景下 優化能源模式的方法[17]。使用多分辨率分析(MRA)對城市能源需求的動態高分辨率數據集進行分析，通過深入了解城市能源需求，提出如何利用這樣的分析來指導智慧城市的能源需求管理[18]。對城市多樣化能源使用需求進行建模分析，并優化能效實現智慧城市的能效綜合設計[19]。另外一些研究則關注建筑在智慧城市能源體系中的節能作用，如將信息通信技術的分類與家居所有需要能源的活動的分類結合起來，以全生命周期的家庭用能量分析并結合在信息通信技術上的投資，實現城市中減少能源使用的機會[20]。也有學者關注在城市更新中歷史建筑的能耗優化問題，通過物聯網實現對能耗的智能化控制。[21]以及建立智慧城市對家庭能源消費影響的概念模型，用以實現以智能手段達到能源供應的優化布局[22]。
智慧交通系統的發展除了應對快速城市化和日益增長的交通擁堵的挑戰外，近年來也引起了人們的極大關注，黛比納等人根據智慧交通實際案例的分析，提出了評估智慧交通的詳細評估標準及計算模型，有助于進行城市間的比較分析，促進相互學習、提高完善[23]。在智慧交通領域的研究涉及廣泛的主題，有關于智慧城市中的自動化交通[24]、在智慧城市中使用大數據分析定義交通系統行為[25]、智慧城市中的交通流量監測系統研究，以及使用新的監控和跟蹤系統研究智慧城市的實際交通和移動場景[26];在自動駕駛汽車的場景下探索范式轉換對城市交通的影響，為自主車輛在智慧城市中的應用提供基本框架[27];探索智慧城市作為可持續交通和交通脫碳的工具[28]、智慧城市在道路交通管理中的優化方法[29];有些研究則將交通作為數據采集的來源，認為汽車是智慧城市的主要 ICT資源[30]、也有將路燈燈桿作為交通監控及城市安全監控的數據采集點[31];關于新型能源汽車在智慧城市中的應用也備受關注，如通過德國電動共享汽車car2go項目的評估，探索智慧城市浮動電動共享汽車系統的可能性[32]、針對電動汽車的用電需求、位置和并網周期，提出一種估計電動汽車可能狀態的框架和方法，提出了支持智能電網的運營決策[33]、探索分布式能源與住宅用能和電動汽車用能需求之間的協同效應，實現一定城區內能源供需的優化匹配，達到提高能效和節能的目標[34]等等，智慧交通的各項研究為未來城市交通展開了一幅充滿想象和潛力的圖景。
人們越來越認識到智慧城市需要面對環境的挑戰，借助先進的信息通信技術和物聯網技術，對城市環境相關的問題進行了廣泛的探索。在城市氣候方面，有研究者從地理基礎、連接方式、功能和活動探索城市間氣候變化行動網絡，為智慧城市的生態系統提供決策基礎[35];有關于智慧城市如何服務于生態系統的框架性分析[36]，有智慧城市生態系統數據驅動創新與價值創造分析模型的建立[37]，以及關于智慧城市如何基于生態系統來考慮減少災害風險方法[38]等等。另外還有針對智慧城市綜合水資源管理[39-40]以及智慧城市低碳綜合廢棄物管理決策支持系統等相關研究[41]。當然如何用智能技術使城市環境、城市生態系統更加可持續仍然是一個具有巨大挑戰的研究領域，需要多學科交叉融合，并針對具體的重要問題進行深入的探索。
總體而言，有關智慧城市的組成模塊的各個方面都有較多的研究，但相對比較分散、不分巨細，主要還是以總體理念、系統框架和技術手段為主，很少有涉及智慧城市技術與城市空間形態之間關系的討論。也許這將是城市設計學科在智慧城市框架下面臨的挑戰和潛在的研究方向。
3 智慧城市與可持續城市發展趨勢
智慧城市的發展，最終目的是為了建設更加高品質城市生活和更加可持續的城市環境，在眾多的關于智慧城市研究的議題中，可持續城市的主題越來越受到廣泛關注。自1990年代初以來，可持續性和可持續發展的概念一直被應用于城市規劃和城市設計[42]，從而出現了城市可持續性和可持續城市發展的概念。城市可持續性是指城市發展的進程能夠在與環境保護一體化、經濟發展與再生、城市內部社會公平與正義之間實現平衡的一種理想狀態。因此，可持續的城市發展尋求以最低的資源需求(能源、物質等)創造健康、宜居和繁榮的人類環境，以及對環境的最小影響。盡管實現城市可持續發展的這些長期目標之間存在一定程度的沖突，對當代城市規劃和城市決策而言是一項巨大挑戰，但面對全球城市化的飛速增長、資源短缺的壓力、環境變化的挑戰，可持續城市發展自然地成為城市發展的長期目標，而智慧城市則在可持續發展領域體現出十分顯著的作用，“智慧可持續城市”的概念成為當前和未來城市發展的理想目標。
智慧可持續城市(Smart Sustainable Cities)的主 題已經引起當代城市學者、規劃者和決策者的極大關注，它作為一種話 語和社會實踐的插入、運作和演變，越來越多地受到新興信息通信技術產業聯盟、合作研究機構、政策網絡和“大學-產業-政府關系的三重螺旋”(Etzkowitz & Leydesdorff，2000)[43]在技術-城市創新方面的影響�？紤]到現有的可持續城市模式對可持續發展的貢獻方面尚未解決的問題，加上智慧城市現有方法與城市可持續性相關的不足，智慧可持續城市這一研究領域成為城市規劃、城市設計和城市發展中的一項潛在熱點研究領域。
到目前為止，有關智慧可持續城市的研究內容主要來自于與智慧城市和可持續城市相關的理論、分析和總體觀點。一些研究傾向于將現有的可持續城市模型和智慧城市方法的各個方面結合起來，以克服可持續性目標的相互沖突問題，要將 生態 城 市、知 識 城 市和 數 字城 市的系統進行整合，作為邁向可持續發展的解決方 案，最 終形成一種 智慧 城市規 劃方 法 (Murray, 2011) [44]。這種整合的方法有可能應對城市可持續性的挑戰，今后在這方面的研究工作將為實現智慧可持續城市的目標提供規范性的方案，并制定相關的評估框架(Batagan，2011年)[45]。國際電訊聯盟(International Telecommunications Union)也為制定這一框架提供了基礎標準(圖4)(ITU, 2014)[46]。
國際電信聯盟智慧可持續城市重點小組(ITU-T FG-SSC) 對這一概念提出了新的定義，“智慧可持續城市是利用信息通信技術(ICT)及其他手段提高生活質量、提高城市運營和服務效率以及競爭力的創新型城市;同時確保在經濟、社會、文化和環境方面滿足當代人和子孫后代的需要。”同時，吉芬格(Giffinger)教授的智慧城市六維度仍然被繼承為智慧可持續城市(SSC)的六個維度(圖5)，而信息通信技術則作為連接智慧可持續城市六個維度的跨部門推動因素[47]。
SCISSCIAHCI
