雙碳環境下智慧城市發展之路

何樂婷

廣州市番禺城市建筑設計院有限公司 廣東 廣州 511400

1 智慧城市與雙碳目標的發展機遇

Smarter Planet 、Smart City 、Innovative Smarter City全球對于智慧城市這一概念演練了將近30年，隨著全球數字技術進入群體突破和融合創新時期，大數據、5G、物聯網、云計算、邊緣計算等新一代信息技術聯同人工智能和機器人技術相互融合步伐的進一步加快，眾多國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，自“以人為本，改革創新”的智慧城市建設部署以來，距今已跨越了第十三個年頭，隨著“十四五”對新型智慧城市的發展要求，各大城市在新基建的極速發展推動下，分別給出了和而不同的答卷，充分肯定的是大數據讓市場、技術、生產、生態等多個領域發生了翻天覆地的變化，而城市生活也在智慧城市的發展理念中潛移默化地演變著。

與此同時，隨著全球急速發展，化石能源產生的溫室氣體導致全球氣候加速變化，國際上提出雙碳行動，而我國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濟損失更是全球平均水平的7倍之多。于是國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會上宣布，中國力爭2030年前實現二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和目標。在雙碳目標的進程中，傳統產業、新興產業都存在未知的挑戰與機遇。我國應該如何在雙碳環境下全面進入新型智慧城市的新時代呢？我國應該如何乘新基建之東風，在這片新藍海中實現符合國情的低碳智慧城市的發展部署呢？

2 城市規劃的低碳智能化部署

城市規劃是以發展的眼光，對城市經濟結構、空間結構、社會結構進行綜合性規劃，城市的復雜系統特性決定了城市規劃是隨城市發展與運行過程中，長期調整、不斷修訂、持續改進和完善的復雜且連續的決策過程。但由于基礎資料更新緩慢、決策文件未成系統、政府發展思路的迭代轉移及社會民生各種需求等問題會直接影響城市規劃的精準性及經濟性。所以在智慧城市的發展中必不可少的就是數字化的規劃建設管理平臺的建立。利用人工智能數據可以分析地理空間模數，合理推算多功能組合模式，精細化打造功能比例，分析出最優且符合經濟發展的規劃開發方案。同時根據《2030年前碳達峰行動方案》要求，我國將嚴控各行各業的碳排量，而建筑建設全過程的碳排放則是城市碳排放的主要來源。不少城市在擴張發展中，采用粗放自由的規劃建設模式，出現了外圍土地低利用率擴張的問題。一些城市更出現了大拆大建和重復建設的情況，伴隨著建設管理缺乏監管，建筑施工低效無序，直接推高了城市的碳排放量。

于是CIM城市智能規劃平臺更有效地實現城市建設碳減排，它可以在城市模型中進行海量數據的收集、儲存和處理，對城市水文地理、建筑項目、市政工程等城市數據的空間集成，通過對大數據的模擬、迭代，得到更優質的解決方案，提升城市規劃設計的精準化水平。以青島中德未來城為例，前期規劃設計師將會利用系統對項目布局進行多方案推敲比選，導入現狀地形、道路、水系、基礎設施及已經批復的建設項目等約束條件，構建多元計算機博弈模型推演城市發展動力。同時在政府、規劃師、開發商、市民四方主體的意見博弈作用下，系統將自動完成城市用地的模型推演。用地選址自動回避不適宜建設的區域，并在各方訴求的驅動下逐步推演出城市就業、居住、醫療、教育、休閑、商業等6大功能區的布局方案。最后專業規劃師在此基礎上，進一步完善城市規劃詳細設計，從而得到滿足各方訴求的最優布局。

隨著我國城市化進程的演進和新增建設用地指標的剛性約束，部分城市逐步從增量邁入存量時代，智能化系統更有利于存量規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空間資源，綜合建筑質量、開發強度、改造意愿等因素，分析更新改造條件并明晰開發建設邊界，智能化平臺可以將調研數據與實時數據結合分析，將復雜的存量用地問題得以清晰地疏導總結，有效地改善遠距離通勤及配套資源不均勻等問題。將來在政府的大力支持及設計單位的項目合作過程中，平臺數據將會得到更好的學習演練，使神經網絡技術得以有效發展，為政府的帶來精準的數據推演，為設計師展現更多可能的方案思路，為城市減排提供高效有力的技術支持。

3 道路交通的低碳智能化部署

隨著城市化進程的深入，我國的主要城市面臨職住分離及生活資源分布失衡導致的遠距離通勤等問題。由于早期的城市規劃較為粗放，“單中心”的發展模式使得就業資源與基礎生活服務設施集中于核心區，處于邊緣區的城市居民為了就業與日常消費需要忍受遠距離通勤。同時，通勤時間成本及公共服務的集中推高核心區房價，將部分城市居民的居住區推向城市邊緣，進一步加劇城市空間功能失衡。根據中國城市規劃設計研究院的數據，我國以北京、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38千米。所以在智慧城市設計上，我國主力構建"5、10、30分鐘出行圈”。以車實現5分鐘取停為目標，推廣AGV智能停車技術，創新車位共享的停車管理機制。完善新能源汽車充電設施供給，預留車路協同建設條件，為自動駕駛和智能交通運行留白空間。以人實現10分鐘到達對外交通站點為目標，數據化優化街區道路分級，打造慢行交通路徑，倡導居民低碳出行，利用信息服務平臺實現一鍵導航、網約車行服務等，提供多樣化出行方式。以物實現30分鐘配送入戶為目標，運用智慧數據平臺，集成社區快遞、零售及餐飲配送，完善“社區—家庭”點對點的智慧物流服務集成系統。讓智能化在生活細節上改變生活習慣，帶來更便利更舒適的交通使用感受[2]。

交通運輸是我國主要的碳排放來源之一。主要原因包含公路航空運輸、遠距離通勤及其導致的潮汐式交通擁堵。其中交通運輸碳排放量將成為未來減排的重點。資料顯示，2018年中國交通運輸碳排放中公路、航空、航運、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實現減排增效？以墨爾本使用的Mobility Mosaic軟件為例，地鐵部門會收集海量的數據和反饋，在此基礎上分析當地的通勤發生區、自駕通勤原因并描繪出城市多中心的通勤關聯性，明確了地鐵線路延長的各個方案對當地行為產生的影響與潛在風險，并為規劃方案提供行為數據以支撐決策。通過合理規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。總結可得，我國的人工智能在交通規劃中的應用主要是根據政務、互聯網及物聯網等數據，分析居民出行行為和偏好，精確把握其出行時空特性，優化公交線路、動態調整潮汐車道，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。并通過提高低碳排放的城市軌道交通效率及乘坐體驗，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，更結合智能路燈系統，實現路況感知、違法取證、路網流量預測、交通信號燈控制等實操性強的智能交通技術應用。

4 建筑設計的低碳智能化部署

建筑設計智能化較其他領域更早投入研究和使用，以建筑個體或建筑群組為平臺，集合各類智能化信息的綜合應用，對外部影響因素及內部使用需求作出感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策，務求創造出人、建筑、環境互為協調的整合體。建筑智能化設計的范疇還可以簡單分為社區數據化、樓宇信息化、家居智能化三大板塊。

4.1 社區數據化

以加拿大Quayside未來社區為例，這個位于多倫多市中心東南側，占地面積超過325公頃，旨在打造以人為本的新型智能化社區。核心內容是從個體建筑、公共空間、基礎設施來創造更加靈活開放的城市空間，將建筑與科技數據相互滲透，讓數據感知的方式貫徹整個社區系統，收集周邊實時數據，便于及時改善社區，為城市創新提供依據。建筑圍繞中央廣場而建，群體之間的底層打造風雨無阻的人行路網，集合各種零售、社區和文化業態相連相通的拱廊空間，之上再設有住宅、辦公，以創建生活與工作融合的綠色社區。同時以中央廣場為核心開展各類公共活動，模糊室內和室外之間的界限，為居民提供室內室外無縫交融的生活體驗，真正實現減排低碳的人居生活。社區還以鄰里中心為基礎，融入“數字中樞”的科技概念，為居民提供康養醫療服務，包含了社區會客廳、健康診所、放松空間、活力藥鋪、健康圖書館和快閃店鋪六大空間類型。讓數字化系統關注居民個體的身心健康的同時，還能照顧整個社區的健康狀況，為社區實現真正的數據化、智能化、成長態。

4.2 樓宇信息化

早在1990年我國已開展智能化建筑的研發與建設，但受到經濟發展程度的制約，智能化建筑并未能開放性普及，業主也往往考慮到運營成本而“避重就輕”。目前在國家雙碳政策的鞭策和支持下，建筑實現樓宇信息化是大勢所趨，建筑智能化系統管理發展的迭代更新，為不同功能的樓宇定制個性化設計，為建筑實現低碳節能提供最高效的手段。以沈陽鐵西萬達廣場為例，項目位于沈陽市鐵西區于鐵西商圈核心地帶，總體使用面積為23萬平方米，集高檔住宅、星級酒店、精品百貨、餐飲娛樂于一體的大型商業綜合體。樓宇智能化設計為項目進行了針對性的定制管理。居民可通過手機端與公區電梯服務中樞進行連接，根據自己實際情況預約乘坐電梯時間段，系統會根據同一時間段的用戶提交情況，分析并規劃出最佳候梯時間。用戶便可根據系統提示的時間內到達電梯前等待并乘坐，當人數超過電梯載重時系統將停止該時段的預約服務，讓用戶精準使用電梯，從而改善上下班人流擁堵的情況。辦公大樓上下班時段的用電量差異明顯，故大樓內的智能化系統將根據安防監控系統檢測出建筑內使用人數的變化，從而自動關閉或調節辦公區及公共區的照明與空調，確有特殊情況需要使用時人員可手動開啟。同時系統也會通過當天實時天氣及氣溫等數據情況進行分析，對樓宇的照明及空調進行燈具照度、空調度數的自動調節，從而實現建筑的低碳節能需求[1]。

4.3 家居智能化

智能家居系統由于其便利、安全、舒適等服務特點，早已成為在我國各大住宅項目中的點睛之筆。智能化的住宅項目往往強調將“未來感”融入到居住空間，全方位地呵護業主的生活、健康與安全。常見的智能系統是裝置在屋頂的天氣感應裝置能即時接收天氣、溫濕度的信息，當室內自然采光充足時，系統將關閉帶有感光功能的日光燈，減少對電能的浪費；在雨天來臨時，系統將自動關閉草地的灑水裝置、停止水池水循環系統；當陽光過強時，系統也會自動打開屋內遮陽百葉和庭院中的遮陽篷，減少室內氣溫過高。裝置在地板上的黑色小孔是地板檢測系統，當室內灰塵堆積量達到設定程度時，系統將自動開啟掃地機械人進行打掃，清除地面上的灰塵、雜物等；當梅雨天或寒冷冬天，系統將自動開啟地暖及風暖，快速祛濕增溫，使居室內時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測的技術支持，廁所的馬桶坐板上安裝血壓計，當長者坐上馬桶時，便能檢測出實時血壓；馬桶內還有血糖檢測裝置，能截流尿樣并檢測血糖值。洗手池地板上設有體重測量裝置，在洗手時剛才如廁的一系列血壓、血糖、體重的檢測結果將呈現在鏡子上，系統還能對檢測結果給予相應的保養建議[3]。在數據分析管控下的智能化家居，不僅為業主提供舒適安心的居住環境，還大大降低建筑能源消耗、減少住宅能源運營成本、縮短建筑使用回收周期，也從根本上實現建筑的低耗化、低碳化及經濟性。

5 生態環境的低碳智能化部署

人與自然和諧共生一直是世界發展同時并存的話題，所以我國新型智慧城市中的大數據和人工智能的發展核心就是有助于推動城市的可持續發展，比如監測環境變化、使用智能能源系統來優化能源消耗和生產以及運營智能運輸系統等。當面臨復雜的環境問題和海量各方數據時，智慧城市的人工智能系統可以進行分析推演并總結出問題所在，同時大數據系統可用于監視環境變化，包括噪聲、溫度、濕度、排放物、水污染物等其他環境指標，并且可以響應這些變化，迅速輸出解決方案，從而起到平衡城市環境發展的指導作用，有利于政府對城市發展作出合理精準的發展決策[2]。以杭州城北副中心國際商務區核心區城市設計為例，其設計最大亮點是在場地擁有豐富河網的基礎上，強化水系生態循環，圍繞主城區打造一條環形生態文化水廊，通過建設濕地生態來凈化城市環境，同時融入科技智慧因子，助力城市構建多能協同綜合低碳能源體系，實現近零能耗建筑建設，連同光伏一體化等新能源系統，優化智慧電網布局，打造海綿社區和節水社區，推進雨水和中水資源化利用。采用封閉式管道垃圾收集系統，有效進行垃圾分類分級資源循環利用，依托社區公園、屋頂花園，創造個性化、泛在化綠色公共空間，提高立體復合綠化率，建設花園式無廢社區。

6 結語

在經濟發展和城市建設的時代浪潮中，我們全力推進具有中國特色的新型智慧城市發展，同時我們也致力打造綠色生態低碳節能的宜居宜業城市，依托人工智能系統的不斷完善和發展，未來以家庭為單元的能源需求將可被預測，政府便能更好地調控未來的能源發展使用方向，從而實現雙碳的最終目標。期待不久的將來我們能更好地利用人工智能將便民的技術導向更有溫度的生活，讓充滿人性暖意的智慧設計為城市運行的各種需求做出更智能精準的響應，做出更科學合理的決策，也讓居民體會到更幸福便捷的智慧生活。