雙碳環(huán)境下智慧城市發(fā)展之路

何樂(lè)婷

廣州市番禺城市建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 廣州 511400

1 智慧城市與雙碳目標(biāo)的發(fā)展機(jī)遇

Smarter Planet 、Smart City 、Innovative Smarter City全球?qū)τ谥腔鄢鞘羞@一概念演練了將近30年，隨著全球數(shù)字技術(shù)進(jìn)入群體突破和融合創(chuàng)新時(shí)期，大數(shù)據(jù)、5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等新一代信息技術(shù)聯(lián)同人工智能和機(jī)器人技術(shù)相互融合步伐的進(jìn)一步加快，眾多國(guó)家已在探索中打造出各式各樣的高科技智能城市。回望我國(guó)，自“以人為本，改革創(chuàng)新”的智慧城市建設(shè)部署以來(lái)，距今已跨越了第十三個(gè)年頭，隨著“十四五”對(duì)新型智慧城市的發(fā)展要求，各大城市在新基建的極速發(fā)展推動(dòng)下，分別給出了和而不同的答卷，充分肯定的是大數(shù)據(jù)讓市場(chǎng)、技術(shù)、生產(chǎn)、生態(tài)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化，而城市生活也在智慧城市的發(fā)展理念中潛移默化地演變著。

與此同時(shí)，隨著全球急速發(fā)展，化石能源產(chǎn)生的溫室氣體導(dǎo)致全球氣候加速變化，國(guó)際上提出雙碳行動(dòng)，而我國(guó)的升溫弧度高于全球的平均水平，由氣候變化造成的直接經(jīng)濟(jì)損失更是全球平均水平的7倍之多。于是國(guó)家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上宣布，中國(guó)力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。在雙碳目標(biāo)的進(jìn)程中，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、新興產(chǎn)業(yè)都存在未知的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。我國(guó)應(yīng)該如何在雙碳環(huán)境下全面進(jìn)入新型智慧城市的新時(shí)代呢？我國(guó)應(yīng)該如何乘新基建之東風(fēng)，在這片新藍(lán)海中實(shí)現(xiàn)符合國(guó)情的低碳智慧城市的發(fā)展部署呢？

2 城市規(guī)劃的低碳智能化部署

城市規(guī)劃是以發(fā)展的眼光，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、社會(huì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合性規(guī)劃，城市的復(fù)雜系統(tǒng)特性決定了城市規(guī)劃是隨城市發(fā)展與運(yùn)行過(guò)程中，長(zhǎng)期調(diào)整、不斷修訂、持續(xù)改進(jìn)和完善的復(fù)雜且連續(xù)的決策過(guò)程。但由于基礎(chǔ)資料更新緩慢、決策文件未成系統(tǒng)、政府發(fā)展思路的迭代轉(zhuǎn)移及社會(huì)民生各種需求等問(wèn)題會(huì)直接影響城市規(guī)劃的精準(zhǔn)性及經(jīng)濟(jì)性。所以在智慧城市的發(fā)展中必不可少的就是數(shù)字化的規(guī)劃建設(shè)管理平臺(tái)的建立。利用人工智能數(shù)據(jù)可以分析地理空間模數(shù)，合理推算多功能組合模式，精細(xì)化打造功能比例，分析出最優(yōu)且符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)劃開(kāi)發(fā)方案。同時(shí)根據(jù)《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》要求，我國(guó)將嚴(yán)控各行各業(yè)的碳排量，而建筑建設(shè)全過(guò)程的碳排放則是城市碳排放的主要來(lái)源。不少城市在擴(kuò)張發(fā)展中，采用粗放自由的規(guī)劃建設(shè)模式，出現(xiàn)了外圍土地低利用率擴(kuò)張的問(wèn)題。一些城市更出現(xiàn)了大拆大建和重復(fù)建設(shè)的情況，伴隨著建設(shè)管理缺乏監(jiān)管，建筑施工低效無(wú)序，直接推高了城市的碳排放量。

于是CIM城市智能規(guī)劃平臺(tái)更有效地實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)碳減排，它可以在城市模型中進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的收集、儲(chǔ)存和處理，對(duì)城市水文地理、建筑項(xiàng)目、市政工程等城市數(shù)據(jù)的空間集成，通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的模擬、迭代，得到更優(yōu)質(zhì)的解決方案，提升城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)化水平。以青島中德未來(lái)城為例，前期規(guī)劃設(shè)計(jì)師將會(huì)利用系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目布局進(jìn)行多方案推敲比選，導(dǎo)入現(xiàn)狀地形、道路、水系、基礎(chǔ)設(shè)施及已經(jīng)批復(fù)的建設(shè)項(xiàng)目等約束條件，構(gòu)建多元計(jì)算機(jī)博弈模型推演城市發(fā)展動(dòng)力。同時(shí)在政府、規(guī)劃師、開(kāi)發(fā)商、市民四方主體的意見(jiàn)博弈作用下，系統(tǒng)將自動(dòng)完成城市用地的模型推演。用地選址自動(dòng)回避不適宜建設(shè)的區(qū)域，并在各方訴求的驅(qū)動(dòng)下逐步推演出城市就業(yè)、居住、醫(yī)療、教育、休閑、商業(yè)等6大功能區(qū)的布局方案。最后專(zhuān)業(yè)規(guī)劃師在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善城市規(guī)劃詳細(xì)設(shè)計(jì)，從而得到滿足各方訴求的最優(yōu)布局。

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的演進(jìn)和新增建設(shè)用地指標(biāo)的剛性約束，部分城市逐步從增量邁入存量時(shí)代，智能化系統(tǒng)更有利于存量規(guī)劃中的城市更新改造。以存量土地改造為例，為有效分配已建城區(qū)空間資源，綜合建筑質(zhì)量、開(kāi)發(fā)強(qiáng)度、改造意愿等因素，分析更新改造條件并明晰開(kāi)發(fā)建設(shè)邊界，智能化平臺(tái)可以將調(diào)研數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合分析，將復(fù)雜的存量用地問(wèn)題得以清晰地疏導(dǎo)總結(jié)，有效地改善遠(yuǎn)距離通勤及配套資源不均勻等問(wèn)題。將來(lái)在政府的大力支持及設(shè)計(jì)單位的項(xiàng)目合作過(guò)程中，平臺(tái)數(shù)據(jù)將會(huì)得到更好的學(xué)習(xí)演練，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以有效發(fā)展，為政府的帶來(lái)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)推演，為設(shè)計(jì)師展現(xiàn)更多可能的方案思路，為城市減排提供高效有力的技術(shù)支持。

3 道路交通的低碳智能化部署

隨著城市化進(jìn)程的深入，我國(guó)的主要城市面臨職住分離及生活資源分布失衡導(dǎo)致的遠(yuǎn)距離通勤等問(wèn)題。由于早期的城市規(guī)劃較為粗放，“單中心”的發(fā)展模式使得就業(yè)資源與基礎(chǔ)生活服務(wù)設(shè)施集中于核心區(qū)，處于邊緣區(qū)的城市居民為了就業(yè)與日常消費(fèi)需要忍受遠(yuǎn)距離通勤。同時(shí)，通勤時(shí)間成本及公共服務(wù)的集中推高核心區(qū)房?jī)r(jià)，將部分城市居民的居住區(qū)推向城市邊緣，進(jìn)一步加劇城市空間功能失衡。根據(jù)中國(guó)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院的數(shù)據(jù)，我國(guó)以北京、深圳、上海、廣州為代表的超大城市，目前的平均通勤空間半徑達(dá)38千米。所以在智慧城市設(shè)計(jì)上，我國(guó)主力構(gòu)建"5、10、30分鐘出行圈”。以車(chē)實(shí)現(xiàn)5分鐘取停為目標(biāo)，推廣AGV智能停車(chē)技術(shù)，創(chuàng)新車(chē)位共享的停車(chē)管理機(jī)制。完善新能源汽車(chē)充電設(shè)施供給，預(yù)留車(chē)路協(xié)同建設(shè)條件，為自動(dòng)駕駛和智能交通運(yùn)行留白空間。以人實(shí)現(xiàn)10分鐘到達(dá)對(duì)外交通站點(diǎn)為目標(biāo)，數(shù)據(jù)化優(yōu)化街區(qū)道路分級(jí)，打造慢行交通路徑，倡導(dǎo)居民低碳出行，利用信息服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)一鍵導(dǎo)航、網(wǎng)約車(chē)行服務(wù)等，提供多樣化出行方式。以物實(shí)現(xiàn)30分鐘配送入戶為目標(biāo)，運(yùn)用智慧數(shù)據(jù)平臺(tái)，集成社區(qū)快遞、零售及餐飲配送，完善“社區(qū)—家庭”點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的智慧物流服務(wù)集成系統(tǒng)。讓智能化在生活細(xì)節(jié)上改變生活習(xí)慣，帶來(lái)更便利更舒適的交通使用感受[2]。

交通運(yùn)輸是我國(guó)主要的碳排放來(lái)源之一。主要原因包含公路航空運(yùn)輸、遠(yuǎn)距離通勤及其導(dǎo)致的潮汐式交通擁堵。其中交通運(yùn)輸碳排放量將成為未來(lái)減排的重點(diǎn)。資料顯示，2018年中國(guó)交通運(yùn)輸碳排放中公路、航空、航運(yùn)、鐵路碳排放占比分別為83.4%、9.8%、5.4%、1.3%，其中公路碳排放占比高于世界平均水平的74.5%。如何有效地利用智能化交通管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)減排增效？以墨爾本使用的Mobility Mosaic軟件為例，地鐵部門(mén)會(huì)收集海量的數(shù)據(jù)和反饋，在此基礎(chǔ)上分析當(dāng)?shù)氐耐ㄇ诎l(fā)生區(qū)、自駕通勤原因并描繪出城市多中心的通勤關(guān)聯(lián)性，明確了地鐵線路延長(zhǎng)的各個(gè)方案對(duì)當(dāng)?shù)匦袨楫a(chǎn)生的影響與潛在風(fēng)險(xiǎn)，并為規(guī)劃方案提供行為數(shù)據(jù)以支撐決策。通過(guò)合理規(guī)劃低碳排放的地鐵線路，減少自駕通勤的比例，從而減少碳排放。總結(jié)可得，我國(guó)的人工智能在交通規(guī)劃中的應(yīng)用主要是根據(jù)政務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)據(jù)，分析居民出行行為和偏好，精確把握其出行時(shí)空特性，優(yōu)化公交線路、動(dòng)態(tài)調(diào)整潮汐車(chē)道，提高地鐵出入站速度、改善地鐵站空間利用率、提高公共交通智能化程度。并通過(guò)提高低碳排放的城市軌道交通效率及乘坐體驗(yàn)，人工智能能夠提升公共軌道交通在市民出行中的占比，助力城市減排提效。此外，更結(jié)合智能路燈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)路況感知、違法取證、路網(wǎng)流量預(yù)測(cè)、交通信號(hào)燈控制等實(shí)操性強(qiáng)的智能交通技術(shù)應(yīng)用。

4 建筑設(shè)計(jì)的低碳智能化部署

建筑設(shè)計(jì)智能化較其他領(lǐng)域更早投入研究和使用，以建筑個(gè)體或建筑群組為平臺(tái)，集合各類(lèi)智能化信息的綜合應(yīng)用，對(duì)外部影響因素及內(nèi)部使用需求作出感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策，務(wù)求創(chuàng)造出人、建筑、環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體。建筑智能化設(shè)計(jì)的范疇還可以簡(jiǎn)單分為社區(qū)數(shù)據(jù)化、樓宇信息化、家居智能化三大板塊。

4.1 社區(qū)數(shù)據(jù)化

以加拿大Quayside未來(lái)社區(qū)為例，這個(gè)位于多倫多市中心東南側(cè)，占地面積超過(guò)325公頃，旨在打造以人為本的新型智能化社區(qū)。核心內(nèi)容是從個(gè)體建筑、公共空間、基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)創(chuàng)造更加靈活開(kāi)放的城市空間，將建筑與科技數(shù)據(jù)相互滲透，讓數(shù)據(jù)感知的方式貫徹整個(gè)社區(qū)系統(tǒng)，收集周邊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，便于及時(shí)改善社區(qū)，為城市創(chuàng)新提供依據(jù)。建筑圍繞中央廣場(chǎng)而建，群體之間的底層打造風(fēng)雨無(wú)阻的人行路網(wǎng)，集合各種零售、社區(qū)和文化業(yè)態(tài)相連相通的拱廊空間，之上再設(shè)有住宅、辦公，以創(chuàng)建生活與工作融合的綠色社區(qū)。同時(shí)以中央廣場(chǎng)為核心開(kāi)展各類(lèi)公共活動(dòng)，模糊室內(nèi)和室外之間的界限，為居民提供室內(nèi)室外無(wú)縫交融的生活體驗(yàn)，真正實(shí)現(xiàn)減排低碳的人居生活。社區(qū)還以鄰里中心為基礎(chǔ)，融入“數(shù)字中樞”的科技概念，為居民提供康養(yǎng)醫(yī)療服務(wù)，包含了社區(qū)會(huì)客廳、健康診所、放松空間、活力藥鋪、健康圖書(shū)館和快閃店鋪六大空間類(lèi)型。讓數(shù)字化系統(tǒng)關(guān)注居民個(gè)體的身心健康的同時(shí)，還能照顧整個(gè)社區(qū)的健康狀況，為社區(qū)實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)化、智能化、成長(zhǎng)態(tài)。

4.2 樓宇信息化

早在1990年我國(guó)已開(kāi)展智能化建筑的研發(fā)與建設(shè)，但受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的制約，智能化建筑并未能開(kāi)放性普及，業(yè)主也往往考慮到運(yùn)營(yíng)成本而“避重就輕”。目前在國(guó)家雙碳政策的鞭策和支持下，建筑實(shí)現(xiàn)樓宇信息化是大勢(shì)所趨，建筑智能化系統(tǒng)管理發(fā)展的迭代更新，為不同功能的樓宇定制個(gè)性化設(shè)計(jì)，為建筑實(shí)現(xiàn)低碳節(jié)能提供最高效的手段。以沈陽(yáng)鐵西萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)為例，項(xiàng)目位于沈陽(yáng)市鐵西區(qū)于鐵西商圈核心地帶，總體使用面積為23萬(wàn)平方米，集高檔住宅、星級(jí)酒店、精品百貨、餐飲娛樂(lè)于一體的大型商業(yè)綜合體。樓宇智能化設(shè)計(jì)為項(xiàng)目進(jìn)行了針對(duì)性的定制管理。居民可通過(guò)手機(jī)端與公區(qū)電梯服務(wù)中樞進(jìn)行連接，根據(jù)自己實(shí)際情況預(yù)約乘坐電梯時(shí)間段，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)同一時(shí)間段的用戶提交情況，分析并規(guī)劃出最佳候梯時(shí)間。用戶便可根據(jù)系統(tǒng)提示的時(shí)間內(nèi)到達(dá)電梯前等待并乘坐，當(dāng)人數(shù)超過(guò)電梯載重時(shí)系統(tǒng)將停止該時(shí)段的預(yù)約服務(wù)，讓用戶精準(zhǔn)使用電梯，從而改善上下班人流擁堵的情況。辦公大樓上下班時(shí)段的用電量差異明顯，故大樓內(nèi)的智能化系統(tǒng)將根據(jù)安防監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)出建筑內(nèi)使用人數(shù)的變化，從而自動(dòng)關(guān)閉或調(diào)節(jié)辦公區(qū)及公共區(qū)的照明與空調(diào)，確有特殊情況需要使用時(shí)人員可手動(dòng)開(kāi)啟。同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)通過(guò)當(dāng)天實(shí)時(shí)天氣及氣溫等數(shù)據(jù)情況進(jìn)行分析，對(duì)樓宇的照明及空調(diào)進(jìn)行燈具照度、空調(diào)度數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)建筑的低碳節(jié)能需求[1]。

4.3 家居智能化

智能家居系統(tǒng)由于其便利、安全、舒適等服務(wù)特點(diǎn)，早已成為在我國(guó)各大住宅項(xiàng)目中的點(diǎn)睛之筆。智能化的住宅項(xiàng)目往往強(qiáng)調(diào)將“未來(lái)感”融入到居住空間，全方位地呵護(hù)業(yè)主的生活、健康與安全。常見(jiàn)的智能系統(tǒng)是裝置在屋頂?shù)奶鞖飧袘?yīng)裝置能即時(shí)接收天氣、溫濕度的信息，當(dāng)室內(nèi)自然采光充足時(shí)，系統(tǒng)將關(guān)閉帶有感光功能的日光燈，減少對(duì)電能的浪費(fèi)；在雨天來(lái)臨時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉草地的灑水裝置、停止水池水循環(huán)系統(tǒng)；當(dāng)陽(yáng)光過(guò)強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)打開(kāi)屋內(nèi)遮陽(yáng)百葉和庭院中的遮陽(yáng)篷，減少室內(nèi)氣溫過(guò)高。裝置在地板上的黑色小孔是地板檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)室內(nèi)灰塵堆積量達(dá)到設(shè)定程度時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)開(kāi)啟掃地機(jī)械人進(jìn)行打掃，清除地面上的灰塵、雜物等；當(dāng)梅雨天或寒冷冬天，系統(tǒng)將自動(dòng)開(kāi)啟地暖及風(fēng)暖，快速祛濕增溫，使居室內(nèi)時(shí)常保持怡人舒適的溫度。智能家居更能為老齡化住宅提供健康監(jiān)測(cè)的技術(shù)支持，廁所的馬桶坐板上安裝血壓計(jì)，當(dāng)長(zhǎng)者坐上馬桶時(shí)，便能檢測(cè)出實(shí)時(shí)血壓；馬桶內(nèi)還有血糖檢測(cè)裝置，能截流尿樣并檢測(cè)血糖值。洗手池地板上設(shè)有體重測(cè)量裝置，在洗手時(shí)剛才如廁的一系列血壓、血糖、體重的檢測(cè)結(jié)果將呈現(xiàn)在鏡子上，系統(tǒng)還能對(duì)檢測(cè)結(jié)果給予相應(yīng)的保養(yǎng)建議[3]。在數(shù)據(jù)分析管控下的智能化家居，不僅為業(yè)主提供舒適安心的居住環(huán)境，還大大降低建筑能源消耗、減少住宅能源運(yùn)營(yíng)成本、縮短建筑使用回收周期，也從根本上實(shí)現(xiàn)建筑的低耗化、低碳化及經(jīng)濟(jì)性。

5 生態(tài)環(huán)境的低碳智能化部署

人與自然和諧共生一直是世界發(fā)展同時(shí)并存的話題，所以我國(guó)新型智慧城市中的大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展核心就是有助于推動(dòng)城市的可持續(xù)發(fā)展，比如監(jiān)測(cè)環(huán)境變化、使用智能能源系統(tǒng)來(lái)優(yōu)化能源消耗和生產(chǎn)以及運(yùn)營(yíng)智能運(yùn)輸系統(tǒng)等。當(dāng)面臨復(fù)雜的環(huán)境問(wèn)題和海量各方數(shù)據(jù)時(shí)，智慧城市的人工智能系統(tǒng)可以進(jìn)行分析推演并總結(jié)出問(wèn)題所在，同時(shí)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)可用于監(jiān)視環(huán)境變化，包括噪聲、溫度、濕度、排放物、水污染物等其他環(huán)境指標(biāo)，并且可以響應(yīng)這些變化，迅速輸出解決方案，從而起到平衡城市環(huán)境發(fā)展的指導(dǎo)作用，有利于政府對(duì)城市發(fā)展作出合理精準(zhǔn)的發(fā)展決策[2]。以杭州城北副中心國(guó)際商務(wù)區(qū)核心區(qū)城市設(shè)計(jì)為例，其設(shè)計(jì)最大亮點(diǎn)是在場(chǎng)地?fù)碛胸S富河網(wǎng)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化水系生態(tài)循環(huán)，圍繞主城區(qū)打造一條環(huán)形生態(tài)文化水廊，通過(guò)建設(shè)濕地生態(tài)來(lái)凈化城市環(huán)境，同時(shí)融入科技智慧因子，助力城市構(gòu)建多能協(xié)同綜合低碳能源體系，實(shí)現(xiàn)近零能耗建筑建設(shè)，連同光伏一體化等新能源系統(tǒng)，優(yōu)化智慧電網(wǎng)布局，打造海綿社區(qū)和節(jié)水社區(qū)，推進(jìn)雨水和中水資源化利用。采用封閉式管道垃圾收集系統(tǒng)，有效進(jìn)行垃圾分類(lèi)分級(jí)資源循環(huán)利用，依托社區(qū)公園、屋頂花園，創(chuàng)造個(gè)性化、泛在化綠色公共空間，提高立體復(fù)合綠化率，建設(shè)花園式無(wú)廢社區(qū)。

6 結(jié)語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)的時(shí)代浪潮中，我們?nèi)ν七M(jìn)具有中國(guó)特色的新型智慧城市發(fā)展，同時(shí)我們也致力打造綠色生態(tài)低碳節(jié)能的宜居宜業(yè)城市，依托人工智能系統(tǒng)的不斷完善和發(fā)展，未來(lái)以家庭為單元的能源需求將可被預(yù)測(cè)，政府便能更好地調(diào)控未來(lái)的能源發(fā)展使用方向，從而實(shí)現(xiàn)雙碳的最終目標(biāo)。期待不久的將來(lái)我們能更好地利用人工智能將便民的技術(shù)導(dǎo)向更有溫度的生活，讓充滿人性暖意的智慧設(shè)計(jì)為城市運(yùn)行的各種需求做出更智能精準(zhǔn)的響應(yīng)，做出更科學(xué)合理的決策，也讓居民體會(huì)到更幸福便捷的智慧生活。