智慧之都︱五大要素让智慧城市更智慧

原标题:智慧之都︱五大要素让智慧城市更智慧

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Sustainable

Mobility

| 11月25日期

原文/ ABI research for visionaries

翻译/ 徐珵、何慧灵、胡玥、陈航、胡尚薇

编辑/ 众山小校核/ 众山小

文献/ 孔倩 排版/ 古佳玉

伴随着城市化的迅猛发展以及不断涌现的城市问题,城市的规划者和管理者应当如何应对?本文基于新一代信息技术的发展,提出了五大战略转变范式:借助数字孪生和城市模拟,提高城市规划效率并降低成本;通过韧性城市的建设,保障市民生活的安心安全;打造循环城市,创造一个自给自足的城市环境;建设微交通体系,完善出行体系;利用智能空间,完善城市建成环境。

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正文

以本土化策略,应对全球性挑战

随着城市和地方政府的影响力提升,它们越来越被视为在城市化迅猛发展的背景下,得以应对气候变化、环境污染、社会安全和经济增长等全球性挑战的唯一实体。为了满足以上这些期望,城市管理者必须采用一系列新一代信息技术,以实现更开放、更包容、更全面的智慧城市规划及建设策略。

按图索骥:解决智慧城市发展的新旧问题

几十年来,城市面临着交通堵塞、环境污染和社会安全等诸多挑战,大多数城市都有应对这些挑战的计划。在他们继续面临这些传统问题的同时,网络攻击、气候变化等一系列新的城市问题也在不断涌现。

但几乎所有这些挑战都可以归纳为五种新的城市战略方法:

  • 数字孪生和城市模拟
  • 韧性城市
  • 循环城市
  • 微交通
  • 智能空间

01

战略转变一

从物联网平台到数字孪生、

城市模拟和生成式设计

组成部分、价值和收益

由于3D建模和生成式设计的出现,城市设计、更新升级和管理方式即将迎来根本性的改变。到目前为止,智慧城市的难点主要在于物联网(IoT)范式:即在城市建成环境里安装传感器,如建筑、道路基础设施、市政设施等,让优化管理、预防性维护、其它各类效率提升和成本节省的手段成为可能。

然而,给OT(Operational Technology)基础设施加上物联网平台,显然只是向更有效率地管理现有城市资产迈出了一小步。而新出现的全景实时模拟(即对整个城市创建一个虚拟的数字孪生对象),以及对城市环境,包括已开发和未开发用地在内的自动化生成式设计,则是一个更大的版图。通过城市的数字孪生来模拟城市并优化运营当然很好,而利用人工智能来从头开始设计城市则更进一步。实际上,从可持续能源规则的建立,到智慧交通和弹性城市建造的应用,如果认为给现存的城市环境加上一层简单的物联网技术就能让城市解决未来的挑战,将是个不切实际的幻想。

案例分析和举例

数字孪生可以应用到无数使用场景,包括模拟规划和现存建筑的疏散能力、阴影分析、计算并最优化建筑总日照、和洪水水位预测。关键技术的主要供应商包括达索系统(Dassault Système)、西门子和微软。

图一、预测模拟

问题和挑战

应用上的主要障碍包括:

  • 复杂性:即需要汇集和整合多个专业领域的模式。
  • 缺乏相关标准:即各垂直领域的数据共享模式标准不明晰。
  • 消费者隐私问题和网络安全威胁:城市模型的全景和全覆盖的特性加剧了这两个问题,使二者在面对数据违法时更易受到攻击。
  • 对其益处缺乏认知和理解:政府的教育需要关注投资回报分析举例和已被证实的成功案例,来理解相关联的垂直领域的使用场景和其带来的价值收益。

02

战略转变二

从安全的城市到韧性城市

组成部分、价值和收益

智慧城市历来注重安全保障,通过部署监控摄像头和技术支持的执法和应急服务,保护公民免受犯罪和事故的侵害。但是,这还远远不够。城市需要为一系列可预测和不可预测的自然和人为灾害做好准备,包括地震、洪水、飓风、社会动荡和战争、恐怖袭击、网络威胁和经济危机。

由于人口密集,城市地区极易遭受生命损失和经济价值损失。在疏散应急程序方面,城市需要做好准备,应对此类事件。为了使城市完全具有弹性机制,重要的是能够预测(借助先进的人工智能和深度学习方法)并尽可能避免灾难。为此,一些具有前瞻性的城市已经任命了首席韧性城市的官员,他们在与提高地方政府最高级别的城市恢复力有关的任何事项上负有点到点的责任。在一个基础设施被破坏的环境中(电信网络、公用设施、医院),面对随之而来的资源短缺和污染问题,交通、能源、住房和医疗服务的可用性才是真正的挑战。

这是下一代技术和范例可以充分利用的地方。例如5G技术,允许优先考虑和保证应急服务的通信能力。又如共享经济,允许为交通、住房、能源等聚集额外资源,与集中式基础设施(公用事业、机场)相比,共享经济的分布式性质使其不易受灾害影响。私人资产,如汽车、微电网和家庭医疗保健,可以在危难时刻加以利用,取代和/或补充集中服务。未来的空中解决方案,如无人机和无人操控的陆地机器人,将部署在危险的环境中进行监视和救援,并为运送货物和人员提供至关重要的负荷量。

案例研究和举例

日本在距海岸数百英里的海域建立了地震传感器,以获得海啸的紧急预警,并且该地震传感器能够向沿海居民发出警报并疏散他们。纽约和迈阿密正计划在海上修建防洪墙,耗资数十亿美元,以缓解气候变化引发的洪水风险。还有些城市正在积极开展绿色基础设施建设,作为吸收洪水的天然水库。与此同时,这些绿色基础设施还可以在减轻干旱和高温的影响。

图二、洪水传感器

图三、Dart II:深海海啸评估和报告装置

资金:将智慧城市的资金转移到安全和保障设施上,而放弃一些从便利性和节省成本方面更有利益可图的投资,一直是城市政府难以做出的选择。这是一个更大胆的步骤,大量投资于技术,以保护城市免受可能永远不会发生的灾难。然而,人们的态度正在迅速改变。恢复力正迅速成为每一个智能城市战略的关键组成部分。下图显示了全球弹性支出前景。

图四、韧性城市投资

各自为政的市政府组织:这妨碍了从战略、规划、资金、设计和实施等方面对复原措施采取全面、垂直价差和统一的策略。

03

战略转变三

从绿色和可持续城市到循环城市

组成部分、价值和收益

可持续性一直以来是智慧城市所面临的难题中的一个关键且不断壮大的层面。人们普遍认同,城市天生就有能力以极低的成本高效地为庞大且密集的城市人口提供服务,并且能通过一些范式从而仅带来最小限度的环境影响,例如共享经济、分布式微电网、低碳或负碳建筑以及极端形式的废物管理和回收利用等,最终造就彻底的循环城市经济。城市的这些特征将在实现可持续发展目标上发挥至关重要的作用。

在城市环境中,与我们在可持续性的角度所谈论的相比,循环性的层面要深远得多、庞大得多,例如零排放电动汽车(EV),空气质量监测和控制以及与气候变化有关的措施。它涉及将整个城市变成循环实体,通过诸如在能源生产等领域实现高度的自给自足,完全消除它“城市之外”的足迹。

循环性的一个基本的方面是废物管理和回收,它包括可回收材料的独家使用,一次性塑料制品的禁用,废弃物的能源提取,可重复使用的建筑材料的采用以及进口原资源的减少等方面。但实际上它的发展甚至更进一步。新加坡正在探索垂直农场的概念,这将使城市食品生产的自给自足成为可能。

城市未来学家肩负着将城市转变为独立的循环经济体的挑战。与线性经济产生结构性浪费相反,在这种循环经济中,创造价值不会以耗尽有限的资源为代价,也不会对环境带来不可逆的影响。不论从运营角度还是从设计角度来看,材料、资产和自然资源的共享、回收、修复、完善和再利用都是循环经济的指导性原则。城市需要根据恢复性和再生性循环范式从头开始构建。这也代表了智慧城市的最终步骤。

案例研究和举例

近些年可供使用的一系列技术使循环性的承诺越来越近:用于高级城市建模的数字化工具;跨领域物联网平台;5G; 区块链; 机器人技术; 人工智能的自动化、需求响应管理和优化技术;电动汽车电池技术;以及超越信息和通信技术(ICT)领域的材料和人文科学创新。创造超高效的城市结构正在接近现实。

诸如特拉维夫(Tel Aviv)和贝尔法斯特(Belfast)的一些城市正在着手使用数字货币,来影响和激励公民以更负责任的态度对待资源使用和废弃物。毕竟,循环性需要被深深植根于人类行为之中。

问题和挑战

实现全面的循环性:在日益全球化和相互联系的背景下,很难实现全面的城市循环。全部的材料,资产和资源被有办法仅仅在当地获得。然而,这并没有阻挡尽可能多地实现“城市循环性”的脚步。增加循环城市经济产出比重的每一步变化都会对全球可持续发展带来巨大影响。随着城市对国家重点政策的影响力不断增强,优化和最大化地方循环经济将成为城市政策的基石。

图五、城市循环:创造一个自给自足的城市环境

04

战略转变四

微交通

组成部分、价值和收益

无人驾驶汽车和消费端电动汽车的市场风口预期还未在短时间内到来,各城市已经在欢迎电动、两轮的微交通方式的到来,以缓解交通拥堵(它们自身的特性决定了它们能和四轮汽车的交通方式相结合),并通过为城市提供更环保的交通方式,来解决日益严重的空气污染。尽管早期的有桩、非电动的共享自行车模式一直存在,全世界各地的市民如今已广泛接受了无桩的电动共享自行车和滑板车,同时还有小范围内普及的共享电动摩托车。由于随处可得且可充电,这些交通方式提供了和以往相比方便了很多的出行选择。

案例分析和举例

Lime:Lime起源于美国,且最近在欧洲和世界其它地方快速扩张,通过部署其Lime-S 电动共享滑板车而成为此领域的引领者。滑板车到目前为止,是微交通方式里最成功的一类,并且正迅速成为最后一公里出行方式的最佳选择。

Uber Jump:共享交通的引领者Uber认识到了微交通的重要性,并在2018年收购了共享单车的初创公司JUMP,最近扩展到了欧洲。无桩的电动辅助共享单车模式,正给陷入困境的共享单车模式注入新的生命,而Uber的品牌和资金的影响力让JUMP得以快速增长。

问题和挑战

尽管微交通模式取得了爆发性的成功,其同时也面临着阻碍其继续增长的巨大挑战。

城市空间和城市管理带来的影响:野蛮生长的无桩微交通模式已遭到来自政府部门的抵制,其中一些政府部门正考虑禁止或限制这类交通工具的使用,并基于大众数据分析来指定相应的停放地点。微交通运营者和政府部门需要密切合作来解决这一难题。

收益性:单车会遭到恶意破坏、遗失和盗窃,而单车需要在不同空间上的重新分配以平衡供给与需求,还需要集中充电或换电池,其带来的高昂成本都会给其盈利带来巨大损失。这些问题可以通过更先进的资产追踪,基于人工智能的空间智能分析,以及更高效的单车收集运输车队管理来解决。

安全性:随着第一例死亡案例被报道出来,关于微交通使用者的危险性受到快速受到广泛关注,而关于微交通在何时何地能被使用,也将会成为更严格的安全管理条例的核心议题。

05

战略转变五

通过智能空间反思城市建成环境

组成部分、价值和收益

前文探讨的许多战略转变正在影响公共空间的使用方式。最显而易见的案例即为享有高水平的汽车共享应用的城市停车场和建筑物的退役及再利用。

为迎合新形式的移动出行,模块化道路、发电道路和人行道仅仅是考虑到的可能性中的一部分。而绿色空间的扩张和主动管理也成为城市设计师们的重要议题。

案例研究和举例

图六、福特的生活街道

福特的生活街道:在2018年国际消费电子展(CES 2018)上首次被推介的愿景——如何重组街道以适应新形式的共享智能移动出行。

图七、人行道实验室(Sidewalk Labs)的动态街道

人行道实验室(Sidewalk Labs,隶属Alphabet旗下)的动态街道:模块化、“可重构的”铺路系统。

图八、Umbrellium的智能人行横道

Umbrellium的智能人行横道:LED照明被嵌入道路表面。

图九、迪拜电力和水务局(DEWA Dubai)的太阳能道路和Colas的瓦特路(Wattway)

迪拜电力和水务局(DEWA Dubai)的太阳能道路和Colas的瓦特路(Wattway):每20平方米的道路表面中嵌入的太阳能电池可以为一户家庭提供充足的电能。

图十、西门子、Pavegen的行人能量收集系统

西门子、Pavegen的行人能量收集系统:交互式地面将踏步产生的动能转化为离网电能(5瓦特)。

图十一、多伦多的码头工程(Quayside Project)

多伦多的码头工程(Quayside Project):有关不同类型的道路配置的提议。

问题和挑战

缺乏使用模式的空间数据:城市政府开始规划重组公共空间的意愿正面临难题——有关街道和其他公共空间使用情况的数据匮乏,尤其当它涉及到新形式的(微)移动出行。公私合作倡议例如SharedStreets共享数据平台预计将在未来解决这个问题。

缺乏数据标准:同样重要的是,数据的可获得性取决于既定标准允许跨产业整合数据。

棕地VS绿地开发:虽然绿地开发允许从零开始重新设计公共空间,但这毕竟是相当特殊的情况。通常来说,棕地开发的局限性对公共空间能重新设计到何种程度施加了严重限制,一般只允许渐进式改进和调试。

图十二、棕地 vs 绿地开发

06

总结和建议

我们生活的城市正在经历一场革命,城市管理者需要有计划地去应对无数根源性的挑战。同时,为了优化和最大限度地发挥现有资源和服务的潜力,需要采取更大胆、更全面、更跨界的问题解决方案。而这些,则需要利用一系列非常先进的技术来实现,包括城市模拟和数字孪生、人工智能和自动化、需求响应软件、云平台和生成式设计。具体来说,城市需要确保按照以下原则来运作:

  • 部门间的跨部门合作
  • 围绕韧性发展等关键领域的端到端的管理和领导
  • 深入了解先进技术及其生命周期
  • 与技术供应商的产业生态系统密切合作
  • 提供对新兴技术的资助机制
  • 围绕着本文中描述的五种战略转变范式,对未来20年城市规划有清晰的发展愿景和长期战略
  • 快速响应并解决当前的城市问题

01

《五种方法另智慧城市更智慧》

我们作为独立的专业志愿者团体,秉承专业理想与价值观,不依托任何机构,信守非盈利原则,帮助中国城市可持续发展。我们关注的领域包括但不限于:城市规划与发展战略、城市交通、公共交通与非机动化出行、活力街区、街道与城市设计、量化城市与大数据。至今我们已经拥有遍布全球近410名志愿者网络,并推送1800篇专业微文。作为微信公众号平台最大的线上专业志愿者平台,我们感谢您对我们的关注和支持,并欢迎加入我们!

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