我國(guó)城市的綠色設(shè)計(jì)

□ 全國(guó)政協(xié)外事委員會(huì)主任、中國(guó)工程院院士 潘云鶴

我國(guó)城市的綠色設(shè)計(jì)

□ 全國(guó)政協(xié)外事委員會(huì)主任、中國(guó)工程院院士 潘云鶴

城市是人類創(chuàng)造的最大物理社會(huì)系統(tǒng)，其功能豐富，元素繁多，關(guān)系密切，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響巨大。然而，城市在發(fā)展過(guò)程中，規(guī)劃往往比較軟弱，跟不上需求的變化。隨著城市人口的快速增長(zhǎng)和人們對(duì)生活追求的更多、更快、更方便，公交、鐵路、飛機(jī)、汽車、地鐵日益增多，出現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)、物流運(yùn)輸、廢物排放以及各種功能的服務(wù)設(shè)施，如超市、銀行、排污、通訊、數(shù)據(jù)中心、保健、養(yǎng)老等。各種系統(tǒng)日益龐大，越來(lái)越復(fù)雜，城市出現(xiàn)了交通擁堵、環(huán)境污染、居民失業(yè)、建筑乏味等多種“城市病”。究其原因，“城市病”是在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化后，人們對(duì)物理和社會(huì)系統(tǒng)的復(fù)雜性認(rèn)識(shí)不足和管理不當(dāng)引起的，這給當(dāng)前城市的發(fā)展帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。

一、城市交通的綠色設(shè)計(jì)

圖1　北京上班高峰交通路況一瞥

1990年，我國(guó)城市僅有私家車80萬(wàn)輛，但到2012年已超過(guò)9000萬(wàn)輛，22年增加了約110倍。私家車數(shù)量的急劇增加，導(dǎo)致了嚴(yán)重的城市交通擁堵。《中國(guó)新型城市化報(bào)告2012》指出，北京等人均開(kāi)車上班時(shí)間是52分鐘，（擁堵?tīng)顩r如圖1所示）開(kāi)車速度平均約為15公里/小時(shí)。當(dāng)前，類似問(wèn)題正在快速擴(kuò)散至其他城市。

交通擁堵消耗掉巨大的成本，包括道路與車輛占用時(shí)間長(zhǎng)、燃料浪費(fèi)、空氣污染、交通安全、噪聲污染等。僅算經(jīng)濟(jì)賬，北京的擁堵成本就約占全市GDP的4.2%。目前，我國(guó)主要通過(guò)單雙號(hào)限行、停車收費(fèi)、道路加寬、紅綠燈智能化等措施和手段緩解交通擁堵問(wèn)題。顯然，這只是淺層或暫時(shí)手段，并不能夠從根本上解決問(wèn)題。城市的綠色設(shè)計(jì)需要更開(kāi)闊的思路。

一是創(chuàng)新物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，改善城市路網(wǎng)。我國(guó)城市路網(wǎng)的主要缺點(diǎn)是路網(wǎng)過(guò)稀而道路過(guò)寬，表1列出了世界不同城市街區(qū)路網(wǎng)的設(shè)計(jì)比較，其中北京新區(qū)是指二環(huán)三環(huán)以外區(qū)域，其交叉口數(shù)量平均14個(gè)/平方公里，上海約17個(gè)/平方公里；意大利都靈和法國(guó)巴黎類似，約150個(gè)/平方公里。我國(guó)城市道路的普遍情況是交叉口少，街道寬，如北京長(zhǎng)安街是有10～12車道之寬廣，但交叉路口非常之稀。

表1　不同城市的路網(wǎng)設(shè)計(jì)比較

從表2分析，寬大街區(qū)十字路口之間的距離500米，緊密街區(qū)則是130米，緊密街區(qū)容易避讓擁堵，因?yàn)橐坏矶萝囕v馬上就可以轉(zhuǎn)到別的道路上；每個(gè)街區(qū)車道總長(zhǎng)度也存在很大差別：緊密街區(qū)的機(jī)動(dòng)車道總長(zhǎng)度達(dá)47萬(wàn)米/平方公里，而寬街道稀路網(wǎng)街區(qū)的機(jī)動(dòng)車道總長(zhǎng)度只有3.2萬(wàn)米/平方公里，這也是緊密街區(qū)城市不易發(fā)生擁堵的原因；北京新街區(qū)單位面積居住的人口數(shù)量是7500人/平方公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于緊密街區(qū)的20000人/平方公里，說(shuō)明緊密街區(qū)有更大的人口接納度，與此相關(guān)的是緊密型城市的道路人均成本遠(yuǎn)低于寬街區(qū)道路?？傮w來(lái)講，我國(guó)不少城市雖然有規(guī)劃，卻缺乏合理的設(shè)計(jì)。

表2　每平方公里寬大街區(qū)和緊密街區(qū)的比較分析

二是創(chuàng)新產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)，發(fā)展電動(dòng)小車。當(dāng)前多數(shù)國(guó)家通常采用智能交通和車聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交通管理，除此之外，我國(guó)還可以有其他的新思路。近年來(lái)，電動(dòng)自行車在中國(guó)發(fā)展迅速（如圖2所示）。

圖2　中國(guó)某城市路口電動(dòng)自行車一瞥

相較于汽車，電動(dòng)自行車在城市交通中被青睞是因?yàn)槠渚哂性S多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。由表3可見(jiàn)，電動(dòng)自行車占路面積僅是汽車的1/8。試想北京如果減掉一半以上的汽車，路上基本就暢通了。其次，電動(dòng)自行車在價(jià)格和減輕城市污染方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)；另外，在速度方面，電動(dòng)自行車在城市中上下班時(shí)間行駛速度實(shí)際不遜色于汽車。當(dāng)前，電動(dòng)自行車唯一技術(shù)缺點(diǎn)是安全度和舒適度不如汽車，但可對(duì)其加以升級(jí)設(shè)計(jì)，通過(guò)加固、加罩，使其成為更安全、更舒適的電動(dòng)小車。筆者預(yù)計(jì)，可能崛起的中國(guó)式電動(dòng)小車或許是兩人的、輕小的、中速的、舒適和安全的，這將成為未來(lái)我國(guó)城市的主要交通工具之一。

電動(dòng)小車將是一個(gè)巨大的綠色設(shè)計(jì)領(lǐng)域，生產(chǎn)廠家需要依據(jù)消費(fèi)者的不同需求進(jìn)行個(gè)性化生產(chǎn)。圖3顯示了不同式樣和性能的電動(dòng)小車，從左至右依次為能站立的環(huán)保電動(dòng)摩托車——Lit Motors C1、鋰電小迷你和寶馬C1。

表3　汽車和電動(dòng)自行車不同方面的比較

三是創(chuàng)新信息物理系統(tǒng)（CPS）設(shè)計(jì)，開(kāi)展智能物流管理。我國(guó)物流總量大，物流總費(fèi)用平均每年以高于12%的速度增長(zhǎng)（圖4所示），同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的污染。研究表明：貨運(yùn)交通產(chǎn)生的顆粒污染物占全部交通的76%，產(chǎn)生的一氧化碳占全部交通的36%。另外，我國(guó)物流成本非常高，分別占全年GDP和物價(jià)的18%和20%，而歐美則是10% 和12.5%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)道路行駛的卡車有40%是空駛的，從卸貨到再次裝載平均等待時(shí)間是72小時(shí)，致使卡車日均行駛里程只有300公里，而美國(guó)則有1000公里?？梢?jiàn)，我國(guó)運(yùn)輸效率較低。針對(duì)以上問(wèn)題，中國(guó)傳化集團(tuán)通過(guò)“物流信息網(wǎng)+裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)中心”對(duì)公路物流進(jìn)行了智能化設(shè)計(jì)，分別從線上、線下兩個(gè)方面著手，線上做物流信息平臺(tái)，線下做物流裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)中心。通過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展，這家公司將200多萬(wàn)輛貨車（占全國(guó)營(yíng)運(yùn)貨車總量16.6%）納入物流信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)范圍內(nèi)的貨運(yùn)匹配、運(yùn)力調(diào)度、實(shí)時(shí)監(jiān)控；同時(shí)，在全國(guó)68個(gè)城市建成貨車轉(zhuǎn)運(yùn)中心，集中提供貨與車、車與車交接，以及各種服務(wù)設(shè)施。通過(guò)上述方式，不僅提升了物流效率，使配貨時(shí)間從72小時(shí)降低到9小時(shí)，而且運(yùn)輸成本平均降低了40%。

圖3　不同式樣和性能的電動(dòng)小車

二、城市環(huán)境的綠色設(shè)計(jì)

圖4　2007-2013年中國(guó)社會(huì)物流總費(fèi)用情況

目前，城市環(huán)境的主要挑戰(zhàn)包括垃圾污染、水污染和空氣污染等。對(duì)于垃圾問(wèn)題，我國(guó)城市通常采取分類的方式進(jìn)行處理，如分解、燃燒和循環(huán)使用。對(duì)于水污染，各地采用綜合防治的方式，如浙江省的“五水共治”工程，即治污水、防洪水、排澇水、保供水、抓節(jié)水。對(duì)于空氣污染，地方政府在重大活動(dòng)時(shí)，會(huì)通常采用局部區(qū)域企業(yè)停產(chǎn)、民眾放假和汽車限行的方式，以求減輕空氣的污染。如北京的“APEC藍(lán)”、“閱兵藍(lán)”等，其意義在于證實(shí)PM2.5是可以很快減輕的，但問(wèn)題的關(guān)鍵是代價(jià)太大。APEC會(huì)議和9·3閱兵之后，北京PM2.5污染形式雖有好轉(zhuǎn)，但污染依然嚴(yán)重。

要根治空氣污染，首要的問(wèn)題是要確診PM2.5的來(lái)源，然而，專家對(duì)此各持一詞。如2013年相關(guān)報(bào)告對(duì)京津冀PM2.5污染的成因分析指出：揚(yáng)塵占17%，燃煤電廠、供暖鍋爐占30%，鋼鐵、水泥、石化等工業(yè)占25%，機(jī)動(dòng)車占18%，生活占10%；2014年由國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心和世界銀行聯(lián)合發(fā)布的《中國(guó)推進(jìn)高效、包容、可持續(xù)的城鎮(zhèn)化》聯(lián)合報(bào)告給出了汽車尾氣占22%的不同的分析結(jié)果，如表4所示。然而同一報(bào)告另一處又指出：“新車數(shù)量很大，貢獻(xiàn)了空氣中30%的PM2.5”。可見(jiàn)分析數(shù)據(jù)與結(jié)論十分混亂，其原因在于數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)太少，例如北京只有四十個(gè)左右，而杭州僅有十幾個(gè)。專家往往只對(duì)少數(shù)點(diǎn)的采樣進(jìn)行分析報(bào)告，而PM2.5的分布是對(duì)時(shí)間空間敏感變化的數(shù)據(jù)，因此有必要對(duì)城市PM2.5進(jìn)行高分辨率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

為此，比較以下三個(gè)對(duì)策：

一是增加采樣點(diǎn)至數(shù)千個(gè)，缺點(diǎn)是代價(jià)過(guò)大。

二是聘請(qǐng)眾多的志愿者持傳感器收集數(shù)據(jù)，巴黎曾采用此法。

三是設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，在移動(dòng)設(shè)施中加PM2.5傳感器：既可用于個(gè)人健康，又可用于城市分析，數(shù)據(jù)密度將大大提高，這是最佳方案。其技術(shù)挑戰(zhàn)在于縮小傳感器體積。目前已研制成功的北斗車載多元信息采集器——可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PM2.5、PM10、大氣壓、溫度、濕度、CO、SO2、NO、O3、紫外線強(qiáng)度等信息，希望它們的廣泛使用能刻劃出PM2.5的分布規(guī)律，從而精確整治之。可見(jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)能將綠色設(shè)計(jì)帶向新的深度。

三、讓綠色設(shè)計(jì)融入智能城市（Intelligent City， iCity）的建設(shè)

表4　《中國(guó)推進(jìn)高效、包容、可持續(xù)的城鎮(zhèn)化》解析PM2.5來(lái)源

城市綠色設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)遠(yuǎn)超過(guò)以上所述，如突發(fā)災(zāi)難、恐怖事件、城市安全、能源與資源保障等等。因此，城市綠色設(shè)計(jì)還要有整體思考。我們必須清晰地看到城市已從過(guò)去的二元結(jié)構(gòu)（PH）走向三元結(jié)構(gòu)（CPH）（圖5所示），這個(gè)轉(zhuǎn)變主要跟大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等的出現(xiàn)有很大關(guān)系。今天要使城市這一龐大復(fù)雜的系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，服務(wù)好居民，應(yīng)當(dāng)給城市加上一個(gè)神經(jīng)層，這就是智能城市iCity的任務(wù)。

圖5　城市從二元結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿Y(jié)構(gòu)

iCity應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)有五層（如圖6所示）。從頂至底分別為：綜合分析、預(yù)測(cè)、決策、規(guī)劃系統(tǒng)；城市大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)；應(yīng)用系統(tǒng)，如智能醫(yī)療、智能環(huán)境、智能交通；城市網(wǎng)絡(luò)：互聯(lián)網(wǎng)、通訊網(wǎng)、電視網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)；城市、人、社會(huì)、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從推進(jìn)途徑看，從中間層的各種智能應(yīng)用系統(tǒng)著手，向上、向下分別深入拓展，實(shí)現(xiàn)“三元空間”的互通互融。

全國(guó)已有400余個(gè)城市已經(jīng)或準(zhǔn)備開(kāi)展智能城市的建設(shè)。這是城市綠色設(shè)計(jì)的好機(jī)遇，城市綠色設(shè)計(jì)必須與此相融。相信10年之后，我國(guó)的城市一定會(huì)發(fā)展得更高效、更綠色、更宜人，也更美麗！

圖6　iCity應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)有五層

文中數(shù)據(jù)來(lái)源：

1. 國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心和世界銀行聯(lián)合發(fā)布的《中國(guó)推進(jìn)高效、包容、可持續(xù)的城鎮(zhèn)化》，中國(guó)發(fā)展出版社，2014年。

2. 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)節(jié)局和南開(kāi)大學(xué)現(xiàn)代物流研究中心主編的《2011中國(guó)現(xiàn)代物流發(fā)展報(bào)告》，中國(guó)物資出版社，2011年。

3. 中國(guó)物流與采購(gòu)聯(lián)合會(huì)編寫的《2013中國(guó)物流年鑒》，中國(guó)財(cái)富出版社，2013年。