智慧城市生态系统与城市空间模型的构建

辛晖

智慧生态城市是利用先进的信息和网络技术实现以人为本的城市智慧管理，论文提出了“智慧生态城市”的概念，以生态和谐理论为研究基础，构建智慧生态城市空间模型，为建设生态、健康、宜居和可持续发展的城市空间提供了理论支持。

“智慧城市”于2008年由IBM公司首次提出，在我国被认为推动新型城镇化、提升城市综合竞争力的重要举措。近年来，我国智慧城市建设进程速度非常快，智慧城市建设在中国领先也有不少城市，如：北京市、上海市、广州市、深圳市、佛山市、武汉市、宁波市等，已成为国内智慧城市建设的典范。 “智慧”为人们创造了太多的想象空间与完美的特性，但在实际的智慧城市化进程中仍可能产生“非智慧性”现象。如今关于智慧城市研究与实践存在着技术化倾向严重、与信息化城市概念混淆、生态环境因素考虑欠缺。因此，生态理念的提出，确定“智慧”与“生态”二者存在必然的关联性，必须将智慧城市与生态发展相结合，以“智慧生态城市”来促进智慧城市建设，以解决人口健康问题、商业系统的效率问题、交通拥堵问题、水资源的利用问题、能源问题以及各种因素相互关联的挑战。通过这些基础性的理论研究，促进城市的智慧化和生态化的和谐发展。通过建设智慧城市，提高人与人、人与物、物与物的互联互通、全面信息感知的能力，很大程度上提高政府管理和服务职能，提升公众的物质和文化生活水平。这一定义未提及生态环境的可持续发展，一定程度上也反映出对经济的关注远远超过了对生态环境的关注。

一、智慧生态城市的概念

“智慧”二字包括常规智慧和应变智慧、道德智慧和自然智慧。首先是能力方面，智慧是指效率、竞争力、预见性、创造性，是人与社会融合发展的综合能力；其次是结构体系方面，智慧是由知识结构体系、智力和非智力体系、方法和技能体系等多个子系统的构成的错综复杂综合系统；角色关系方面，智慧是处理人和人、人和自然环境、人和地域等关系时，最大限度地整合竞争与协调的关系，沿用自然和生态关系的和谐，如智慧旅游减少了游客的盲目性，提高了旅游的预见性，促使旅游产业生态化。

智慧生态城市不是简单地“智慧城市+生态城市”，而是信息化与工业化，城镇化和农业现代化整合发展的完整模式，是将智慧特征与生态特征融为一体并予以升华，以和谐作为其核心内容，以人为本的理念作为起点，从经济上、生活上和管理上提升城市运行效率、催生大规模新兴产业、引发新一轮科技创新、创造更美好的城市生活，“通过上层设计进行整体规划建设路径，采取高新技术做为支撑对管理能力进行再升级，构建新型的商业模式和体系加强产业活力，最终全方位地提升城市的智慧化运作水平”。综合利用各类信息技术和硬件产品，以“数字化、智能化、协同化、互动化、融合化”为主要特征，通过对城市中人的行为的全面感知，优化和提升城市的运行效率，实现人们的生活更加便利、环境更加友好、资源能够更加地全理利用的可持续发展的城市。

二、智慧生态城市的建设目标

（一）智慧生态城市建设目标与发展进程

以智慧城市而言，根据国家发改委和工信部共同提出的《指导意见》，将智慧城市建设概括为：公共服务便捷化、基础设施智能化、网络安全长效化、城市管理精细化、生活环境宜居化。本文认为，智慧生态城市的核心是在提高城市的智慧水平和生态水平的基础上，将智慧与生态给予完美的融合，实现经济、社会、生态的可持续发展（图1）。

具体从以下五个方面，两个角度（提升型目标和降低型目标）来确定。第一，将信息和数据最大化地转化成智力资源。智力资源包括拥有知识和技能的人力资本和科研机构，还包括作为智力成果和智力载体存在的有形资源，使转化过程消耗的物质、能源最小化；第二，将智力资源以极高的效率转化成城市的发展竞争力，使城市在经济、就业、水力、电力、道路建设、卫生、民生事业等的发展对生态环境的损害最小化；第三，将城市的发展竞争转化为城市发展的自我完善能力和城市创造力，使城市发展的经济风险、社会风险、生态风险最小化；第四，将城市发展的自我完善能力和城市创造力转化为优良的城市生态环境，使优良的城市生态环境的构建、维持成本最小化；第五，在优良的城市生态环境中为使市民的文明水平和幸福感指数提升最大化，对人类健康的损害最小化。

（二）智慧生态城市模型

图1表达的智慧生态城市建设目标，包括两个方面：一是具有层次递进关系。一个城市的智慧建设可以根据的自身的发展情况，确定从哪个阶段介入；二是可以同时结合多个因素加以组合。同时，各阶段目标之间也存在着递进关系（图2）。通过本模型可以对智慧生态城市进行渐进认识，为智慧生态城市建设从理论上提供补充和完善，为我国城市制定差异化智慧生态城市建设的战略规划提供了基本的理论支持。

三、智慧生态城市空间模型的构建

城市就象一个生命有机体，根据智慧生态城市的基本组成，搭建了智慧生态城市空间的基本框架，包括以下两个方面：首先，智慧生态城市建设是为了公众提供智慧服务，以信息流的方式将政府、企业和民众等各项数据信息需求传递给智慧管理中心，对智慧生态城市运营规划与管理以及高效建设起着助推的作用；其次，智慧管理中心是的最核心的部分，不仅对整个智慧生态城市实现自上而下的监控和管理，采用集体智慧理论，通过VR、RS、GPS、GIS等先进技术，将基本数据通过智能网络平台自下而上的信息反馈，通过信息整合实现更加以人为本的城市管理与规划决策的完美结合，将城市的公共服务水平和管理效率能够大幅度地提升。

智慧生态城市的空间结构为城市规划提供科学合理的空间布局，统筹考虑智能技术与数据平台建设的影响，构建人与人、人与环境和谐发展的城市空间。根据以上分析，搭建出智慧生态城市的立体空间模型，将智慧生态城市结构布局从整体上更清晰地展现。

（一）时间维度。时间维度记录了智慧生态城市从启动、发展和提升完善三个阶段，充分展示了智慧生态城市发展变化的全过程。

（二）思维维度。思维维度集中了人类的智慧，一方面开拓了全新的智慧生态城市空间，另一方面，有效地解决了公众的服务需求。先进的终端设备捕获的大数据进行分析处理和共享，使公众的生活质量与城市的协同发展更上一层楼。

（三）技术维度。以技术支撑为保障的智慧生态城市建设需要和技术创新为主要驱动力。

（四）物理维度。智慧生态城市的物理维度主要有两个方面，一是真实的城市物理架构，包括城市的自然环境、城市供水、道路建设、城市交通、公共服务等城市公共空间，如：公园、街道、自然景观、医疗等。二是利用高科技手段，对城市全方位进行数字化管理生成的虚拟数字空间。

（五）网络维度。依托互联网而存在，主要包括网络和数据通信设备、网络空间以及网络软件支持，完成大数据的收集，实现资源共享，是智慧生态城市建设和发展的重要保障。

（六）信息维度。智慧生态城市通过互联网把城市的各种元素连接起来，海量信息的流转和交换，结合大数据挖掘对大量数据和信息高度共享，实现城市资源物联，创造城市协同工作和生活环境，打破城市管理信息孤岛。同时，信息安全问题在智慧生态城市建设和发展过程中也需引起高度重视。

智慧生态城市建设不能仅限于城市基础设施建设，需要从全局的角度，充分让公众作为城市管理的重要参与者，通知智慧管理中心设计系统性的解决方案。空间模型从多个角度描绘了智慧生态城市的基本形态。信息维度完全改变了城市运行模式和和管理形态，使城市资源进行整合；技术维度是信息与网络维度的保障，只有技术的长足进步与发展，智慧生态城市建设的目标才有可能实现。各个维度是在物理维度的基础上进行的，物理维度是智慧生态城市建设的根本。整个生态系统以思维维度为中心，即是智慧生态城市建设的源头，也是终点。六个维度紧密相连，环环相扣，从不同方面智慧生态城市全面实现提供了一定的理论基础。

智慧生态城市空间模型中的六个维度与智慧生态城市的各层级建设目标一一对应，其对应关系见表1。

智慧生态城市的建设将是多维度的统一，为了将多种形式的资源充分整合，由物理维度和网络维度为智慧生态系统搭建了实践的平台，思维维度为指出了以人为本的智慧生态系统的建设方向，二者高度融合与协作，实现服务于“人”的智慧生态城市建设的可持续发展战略。在信息维度的层面上，根据城市环境的改变、公众需求的提升达到城市协同，即时调整城市建设的方案，进行精细化管理，最终实现可持续发展的、以人为本的智慧生态城市的建设。