新时代技术创新驱动生态城市建设研究

刘竹雅

(成都理工大学 法学院,成都 610059)

一、引言

城市是人类生产力发展到一定阶段的产物，是人类文明的载体。工业革命后，以蒸汽机为代表的一系列新技术，让资本主义完成了从工场手工业到机器大工业的过渡，推动了城市化进程。但是这种生产的自发状态随着世界市场的不断扩大而肆无忌惮地扩张，工业生产也让城市发展暴露出越来越多的负面效应，出现了“城市病”。进入20世纪后，电气化、信息化技术革命相继进行。新技术在推动城市发展的同时，大城市普遍出现了人口密集、工业集中、交通拥堵、空气、水体、土地、噪声污染，工作节奏越来越快、生活压力越来越大、贫富悬殊加剧等现象。科学技术的发展并未能解决城市发展问题，种种问题让人们开始重新思考人类城市的未来发展路径。改革开放以来,中国经济高速增长，与此同时中国城市化进程快速推进，城市化率从1978年的17.92%猛增至2017年的58.52%[1]。在取得巨大成就的同时，问题也开始不断凸显：我国的城市化采取的是低成本扩张，主要建立在巨大的环境承载压力之上，过多依靠扩大投资规模与增加物质投入，在带来经济总量快速提升的同时也使得有限的自然供给能力和生态环境承载能力日渐削弱，引发了环境污染、生态破坏、水资源短缺等一系列问题，到了危及城市中的人的生存的地步[2]。2012年党的十八大提出“大力推进生态文明建设”战略决策，2017年十九大报告指出，加快生态文明体制改革，建设美丽中国，习总书记更提出“绿水青山也是金山银山”的著名论断，修复生态环境，建设生态城市成为当下中国城市化建设的重要任务。

在新世纪建设生态城市不能采用发达国家城市化发展的传统技术和方法，而必须走创新驱动发展之路，特别是利用技术创新驱动生态城市建设，更多采用当代先进科学技术。从世界范围看，美国工业互联网，德国工业4.0，标志着人类走进了以3D打印、互联网产业化、工业智能化、工业一体化为代表，以人工智能、清洁能源、无人控制技术、量子信息技术、虚拟现实以及生物技术为主的第四轮技术革命时代；从我国的现实看，我国2015年发布了《中国制造2025》十年行动纲领，经济发展进入新常态，经济与社会处于结构转型、发展方式转变的关键时期，城市发展道路关系经济发展、社会稳定和满足人民群众对美好生活的向往的实现。在此背景下，生态城市建设不能再走单纯依靠生产要素投入的道路，而需要把握时代脉搏，采取技术创新驱动，采用先进的技术和方法，加快产业转型升级，以技术创新驱动作为生态城市建设的根本，推动城市经济社会发展，促进城市绿色可持续发展，增强人民的幸福感、获得感、安全感。

二、技术创新与生态城市建设的关系

现有对技术创新与生态城市建设的相互关系的研究中的主流观点认为,技术创新与生态城市建设是相互促进的关系。首先，技术创新是发展生态经济的基础，促进了生态城市的建设；同时，由于生态城市建设需要又推动了生态化技术创新。

一方面，技术创新是推动经济发展的核心驱动力，而生态城市的建设即要发展生态经济，自然离不开技术创新的支持，通过技术创新实现低能耗、低排放、无污染的可持续发展[3-6]。在自然生态上，技术创新有利于生态环境的治理和保护：污染源头减排技术、污染检测控制技术、污水净化再利用技术、恢复重建技术等的技术创新，解决环境难题，采用绿色生态、循环利用的方式，在生产过程中减少污染排放，实现环境的保护；同时，技术创新能推动资源的节约和综合利用：资源勘探技术、能源转化技术、利用技术的创新，不仅有利于太阳能、生物能、风能等清洁能源的转化利用，而且有利于石油、天然气等化石燃料的充分燃烧利用，减少污染的排放，实现清洁发展[7,8]。在经济生态上，技术创新能够实现经济结构的优化升级：高新技术的发展能够推动传统高投入、高消耗、低产出的传统产业向低消耗、低污染、高产出的新能源、新材料等新兴产业的转型，实现产业结构的调整，推动绿色可持续经济形态的形成[9,10]。在社会生态上，技术创新的发展能逐渐转变人们的思维模式和生活方式：技术创新往往伴随着认知创新，将推动人们认识到环境污染的危害和生态环境保护的重要性，使人们逐渐形成以生态文明建设为核心的发展理念，新的发展思维和发展理念形成，将影响着人们选择更为绿色环保的消费方式和生活方式，从而推动生态城市的形成[7]。

另一方面，生态城市的建设需求提升了对生态环境保护的重视程度，从而拉动了企业的技术创新[11]。在自然生态的建设中，首先环境污染的治理推动了污染源识别技术、污染监控技术、污染治理技术等的创新，在大气污染的治理技术、水污染的治理技术、土壤污染的治理技术等各个领域中实现了技术的创新突破[12]。在经济生态的建设中，新的产业结构的发展需求，需要积极引培高新产业和战略性新兴产业，从而推动了生物科技、新能源、新材料、新装备、物联网、大数据、云计算、人工智能等技术创新的发展，推动绿色经济的形成和发展[13]。在社会生态的建设中，推动人与人、人与社会之间的和谐，提升生活的舒适性和城市的宜居性，需要新技术、新科技在城市生活中的应用，实现交通的舒畅、生活的智能，从而进一步推动高新技术、智能技术的创新发展[14,15]。

三、国内外生态城市建设概况

虽然现阶段全球并未出现真正意义上的生态城市，但许多城市在建设生态城市过程中进行了积极的探索，并积累了一定的有益经验。其中，库里蒂巴、新加坡、伯克利、中新天津生态城、珠海生态城等，都在生态城市建设的过程中取得了一定的成效。这些城市在城市交通规划、交通管理、绿化设计、资源综合利用、城市环保、绿色产业、城市智能化等方面都各有千秋，为生态城市建设提供一定借鉴。

(一)库里蒂巴生态城市建设

库里蒂巴是巴西南部最大的城市之一，是享誉全球的生态之都。库里蒂巴作为城市化较快的大型城市，而并未出现环境恶化和生态难题，它发展的成功得益于综合完善的城市规划和积极的环保努力。首先，库里蒂巴拥有完善的城市公共交通系统。库里蒂巴通过城市规划、现有路面改修等方式，独创了快速公交系统(Bus Rapid Transit，BRT)，从而解决了交通不便的难题。这个系统主要由四个方面构成：规划、修路、造车、建站[16]。其次，库里蒂巴有自然独到的绿化设计。库里蒂巴绿化设计的原则是人与自然的复合，街道两旁耸立着土生土长的树木，即使是人工绿化也会将城市视觉美观和动植物的栖息取食同时考虑[17]；同时，库里蒂巴禁止在公园铺设硬质路面，公园路面都为可渗水的土路，以保护自然生态；此外，市政府开始采取保护河道的策略，让居民迁出高出河道水位线的地区，转变为沿河休闲公园和湖泊湿地。其三，库里蒂巴十分关注公益环保项目。政府发起“绿色交换项目”，市民两千克垃圾可以兑换一千克食物，也可以兑换汽车票、玩具等物品，这些物资由政府的财政资金采购，这项行动不仅为低收入者提供了食物来源，同时也为过剩的产品提供了销路。

(二)新加坡生态城市建设

新加坡经过几十年的发展，不仅在经济上获得腾飞，还享有“花园城市”的美誉，是生态城市建设的典范之一[18]。面临资源匮乏、能源不足、人口密集的发展难题，新加坡通过科学合理的城市建设规划，探索出了提高资源利用效率和减少环境污染的发展方式。首先，新加坡的城市规划中十分重视绿地空间。新加坡在中央、东北、西北建立了四个自然保护区，禁止开发，保留原始热带雨林；在东部和西南部有两个树林保护区，树木砍伐需要经过审批；中心城区每隔一段距离都会留有空地建成小公园，以保证绿化分布均匀。在对居民进行环保教育的基础上，政府会对损害绿化的行为进行严厉的惩戒，反之，予以对绿化做出贡献的人以奖励[19]。其二，新加坡十分重视水资源和能源综合利用。在水资源管理上，新加坡环境及水源部下的公共事业局(PUB)对一切水务进行规划管理，大力推进“全民水源”的理念，从开源、节流、水共享三个层面提升水资源的利用效率。在能源利用方面，新加坡强调提升能源利用效率和能源的经济性，减少能耗，实现低碳发展。其三，新加坡提出了环保优先的发展要求。一方面，新加坡对每个区域都进行了环境功能规划，对工业排放制定了严格的标准。另一方面，新加坡还十分重视保证环境的整洁，会请专人清扫街道并进行垃圾的回收，若乱扔垃圾的人一经发现，可能会被处于警告、清扫街道，甚至是鞭刑或者徒刑等。其四，新加坡进行严格并包容的交通管理。新加坡通过科学的城市规划布局，形成了发达的城市交通道路网和以地铁、公交为主，轻轨、出租车为辅的交通出行体系[20]。其交通管理十分严格，驾车超速、乱停乱放等行为将会面临高额的罚款，同时，在公共交通、自行车、步行系统里都有严格的规则和服务标准。与之相应，新加坡的交通也做了许多人性化的设计，对不同年龄、不同类型的人进行特别关注[21]。此外，新加坡积极借助新技术助推交通优化发展。1998年新加坡率先在全球使用电子收费系统(ERP)，减缓了当地交通拥堵的情形。

(三)伯克利生态城市建设

伯克利位于美国加州旧金山湾东岸，享有全球“生态城市”建设样板的美誉，被称为全球最佳生态城市。与由于生态环境恶化、城市问题突出等被迫建立生态城市不同，伯克利是主动寻求生态城市发展之道，因此，建设的经济性是其考虑因素之一[22]。其一，伯克利建设了完善的慢行交通系统。《伯克利城市规划2003》中明确提出要建设自行车和步行友好型模范城市，制定了就近出行，完善慢行交通系统基础设施等一系列举措[23]。为了配合慢行交通系统发展，城市规划采用在400米范围内、5分钟步行距离内进行紧凑型城市功能区平衡布局，区域内包括住房、办公区、娱乐场所、学校等，是人们可以就近步行工作、生活、娱乐。一系列措施都践行着“就近到达替代交通运输”的交通可持续发展理念。其二，伯克利积极进行生态环境建设。在绿地保护上，伯克利采取三级保护的方式对原始保护区、城市公园、社区公园进行保护[24]。恢复河道方面，伯克利政府设置了专门的溪流管理委员会，并且颁布了溪流保护的法令，在人口密集的市区，将河流上方的空间转变为步行区域，通过减税法案、保护基金等，提升人们及企业家保护河水溪流的积极性。其三，伯克利注重节能和清洁能源的利用。伯克利政府颁布了《伯克利住宅节能条例》，从法律层面号召人们节约能源，并成立了专门的机构统筹号召能源节约和进行能源管理。同时，其还积极开发利用太阳能、风能等清洁能源。

(四)中新天津生态城建设

中新天津生态城经过近十年的发展，原来的盐碱地、污染水面蜕变为环境友好、资源节约、经济发展、社会和谐的绿色宜居智慧城市，被联合国持续发展大会授予“全球绿色城市”，荣获“2018中国最具幸福感生态城”。其发展借鉴了新加坡生态城市建设中城市规划、环境保护、资源节约、可持续发展、社会和谐等方面经验。第一，中新天津生态城十分重视绿化生态建设。一方面，中新天津生态城对原来的盐碱体进行彻底改良，大面积种植国槐等适生树，建设街道景观、城市公园，形成了点线面有机结合的绿化体系。另一方面，生态城对污染区域进行了治理，攻克了许多国外专家都犯难的技术难题，治理技术获取了多项国家专利。生态城通过一系列城市水循环系统、污水处理、海水淡化等基础设施建设，通过雨水收集净化，建设了景观湖区。第二，生态城重视能源和资源的综合利用。中新天津生态城街上到处布局着能源收集系统，其大力发展风能、太阳能、生物能等清洁能源的利用。在垃圾循环利用实践中，中新生态城的地下建设了中央垃圾收集站，生活垃圾进入中央垃圾收集站，经过分类处理后，生活垃圾被用于发电、制作化肥肥皂等，含有大量油脂的厨房垃圾可通过提炼形成生物柴油[25]。第三，生态城构建了绿色交通体系。中新天津生态城以建设以公共交通为主导的交通体系，以轨道交通和慢行交通为建设核心，形成以步行、自行车、公共交通、商务车/货运车辆、出租汽车、高承载车辆、单独驾驶车辆逐级减少的交通出行体系。同时，城市内部还会提供免费的清洁能源公交。第四，生态城大力发展绿色产业，实现产城融合。生态城在成立之初便确定了绿色产业的发展方向，拒绝高能耗、高排放、高污染的产业，大力引培低投入、低排放、高附加值、高知识含量的企业，实施环境评价一票否决制，推动智能、文创、互联网、旅游、健康等产业的发展，建成了国家动漫园、生态产业园、生态科技园、国家影视园、生态信息园五个大型高新产业园。第五，生态城坚持智慧化的发展方向。中新天津生态城积极推动公共软服务和智慧城市的硬件载体相结合，城内布局着电子市民中心、一站式社区中心、无人超市、无人餐厅等，智能家居、智能交通等得到了广泛的应用，智慧生活成为发展的方向之一。

(五)珠海生态城市建设

珠海市在珠三角环境质量好、人口密度优，也是我国第一个获得联合国“国际改善人居环境最佳范例奖”的城市，2017年成为第一批国家生态文明建设示范市[8]。珠海市在空气质量、人均绿地面积、人均污水处理能力在全国位居前列。首先，珠海市十分重视生态文明制度建设。珠海建立了生态文明指数发布机制，率先发布了生态文明环境指数，引入独立第三方机构对生态文明进行考核，考核结果与干部选拔任用挂钩[26]。2014年以来，珠海颁布了大量的环保法规条例，涉及水资源治理保护、绿化建设、垃圾处理、区域规划等方方面面，也制定了更为严格的污染物排放标准，加大对高污染、高能耗企业的淘汰力度，推动产业结构的转型升级。此外，珠海还建立了严格的环境准入机制，构建了排污权制度与框架，对排污权进行初期核定与分配，积极开展排污权有偿使用和交易试点。其次，珠海市积极推进环境污染治理。在生活垃圾处理方面，珠海将按远期600万人、6000吨/日的规模建设东、西部两大生态园区对生活垃圾进行处理，逐步关闭一些不达标的垃圾处理厂、垃圾填埋场。在水环境治理方面，珠海市采用“供排一体，厂网打捆，特许经营”的投融资建设模式，实现了污水管网全覆盖，提升了城市水环境的承载能力。在减少大气污染方面，珠海大力推动绿色交通系统的建设，发展绿色能源公交，推进自行车专用车道和自行车共享系统建设，逐步实现绿色出行。再者，珠海市加强生态文明教育，提升产业生态化。珠海市坚持关闭一批高污染、高能耗的企业，大力发展战略性新兴产业，推动现代服务业的发展步伐，引导企业进行技术改进和提升研发投入，将经济发展与环境保护结合起来。此外，珠海市还编制了中小学生态文明教材，在中小学教育中增加生态文明课程，先后建立了大量绿色学校、绿色社区、生态文明建设基地，形成了从学校到社区的生态文明教育网络。

四、技术创新与城市自然生态建设

在生态城市的建设中，首先要满足人与自然的和谐。需要构建优美的生态环境，治理大气、水、垃圾等环境污染，综合利用水、能源等自然资源，进行绿化生态建设，保护共生动植物栖息环境。而这一切在创新驱动发展背景下愈发依赖高超的科技支持，离不开技术创新能力的支撑。以新加坡建设生态城市过程中，在技术创新驱动背景下水资源的开发利用为例。污水经过深度处理的新生水和海水淡化水是新加坡“四大水喉”之二，也是逐步实现水资源自给自足的重要环节，规划这两类水将达到新加坡水源需求的50%。新生水和海水淡化水需要先进的新生水技术和海水淡化技术的支持。新生水技术经过近30年的研发，2003年才正式推广，目前新加坡新生水典型的处理工艺为二级污水处理-微滤-反渗透-消毒等主要工艺[27]，清洁度高出世界卫生组织规定的饮用水指标50倍。2005年9月，新加坡第一座海水淡化厂-新泉海水淡化厂投产建成，是全球最大型的使用反渗透膜技术的海水淡化厂之一，日产淡水13.6万吨，可满足新加坡10%的淡水需求。又如，中新天津生态城花费3年时间攻克多项技术难题，对积压40多年的工业污水库进行治理，获取了40多项国家专利技术，造就了风景优美的景观湖。因此，在对生态环境治理建设的过程中，技术创新、工艺流程创新、建设模式创新等能力的重要性显得愈发突出。

基于以上分析发现，生态技术在技术创新驱动背景下自然生态建设中的意义重大。生态技术是以生态学原理为基础，运用之后能实现污染的治理、生态环境的保护、资源能源的节约和综合利用的一系列方法、工艺、流程、设备的总称，主要包括废弃物再利用技术、可再生能源利用技术、绿色建材利用技术、水污染处理技术、绿化生态技术、控温降温生态技术、减噪隔声生态技术、空气净化生态技术等几大类[28]。在对城市景观河道水环境的修复治理中，通过生物工程中的生物滤罐技术、环境工程中的人工湿地循环净化技术[29]、替流湿地技术、人工浮床水质改善技术、人工沉床水质净化技术、抗菌法水质净化技术、喷泉曝水水质净化技术[30]等技术创新，对水质进行净化，促进了河道水环境的修复改善。在城市河道堤防护坡的建设中，植被混凝土边坡防护绿化技术、岩石边坡植生基质生态防护技术、植草塑料故土网垫技术、水利喷草技术、土壤固化剂[31]等技术创新，对于稳定河道结构，形成河道生态的意义重大。在废弃物的管理与处置中，有机垃圾高温焚化发电技术、微生物分解技术等，实现对废弃物的无害化处理和资源化利用。在大气污染的治理中，废气排放净化技术、无毒无害材料研发技术、抗污染植物群落构建技术、水雾除尘技术等，从源头、流通、接收等各个环节对空气质量进行净化。在绿色建筑的建设中，可降解材料、可循环再生材料、纳米涂料等技术创新的意义重大。在能源的节约和综合利用中，屋面节能技术、节能门窗技术、太阳能散热技术、太阳能光伏发电技术、风能发电技术、沼气利用技术、地热利用技术等技术创新，节约了有限的能源资源，提升可再生清洁能源的利用效率，减少了污染排放，保护了生态环境。生态技术的广泛应用有力推进了生态环境问题的解决，有力地推动了人与自然和谐发展的进程。

五、技术创新与城市经济生态建设

实现人与经济的和谐也是生态城市建设的一个重大课题。在经济发展的同时也要保持环境的优美舒畅，在创新驱动发展背景下，高投入、高能耗、高污染的产业需要摒弃和淘汰，将低能耗、低污染、高附加值、高科技含量的新兴绿色产业作为经济发展的重点，逐步调整产业结构，实现经济的转型升级。以中新天津生态市的建设发展为例。高能耗、高污染的企业均无法在生态城落户，生态城确立了文化创新、互联网+高科技、精英配套、冷链物流、滨海旅游五大主导产业[32]，加快推动产城融合，引入了华为、腾讯、京东等企业，建设了国家动漫园、生态产业园等五大高新产业园，引进了清华大学电子信息研究院，深度融入京津翼经济圈，承接首都优势产业资源，产业集聚效应进一步提升，生态城内产业业态基本形成。又如，珠海在进行生态城市建设过程中，积极发展战略性新兴产业，加快现代服务业的发展步伐，关闭了一批高污染企业，积极探索绿色循环之路。基于以上分析发现，高新技术在在技术创新驱动背景下经济生态建设中的意义重大。高新技术是一个动态发展的概念，目前仍没有统一的界定。一般而言，高新技术是“高技术”与“新技术”的统称，是一段时期内最先进的科学技术的统称，主要包括信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋技术等。一方面，资金和技术密集的高新技术对传统产业的运作流程、生产方式进行系统改造，通过新流程、新工艺、新设备的运用提升产品附加值，通过环境友好型的发展方式，形成新的竞争优势。另一方面，以高新技术为基础的战略性新兴产业是实现科技与经济结合的重要媒介，其知识密集、环境污染程度低的产业特点，本身就是重要的经济增长点。在进行生态城市的建设过程中，高新技术是推动经济生态发展，实现产业结构优化升级不可或缺的力量。

六、技术创新与城市社会生态建设

实现人与社会的和谐是建设生态城市的重要环节。城市是人们生活、工作、娱乐的场所和区域，生态城市实现人与社会的和谐需要满足人们在住宅区、办公区、商业区之间切换的便捷和舒适，需要科学合理的城市布局和规划和便捷通畅的交通系统。在技术创新驱动发展的背景下，智能化、智慧化将成为生态城市发展的新方向。在生态城市的建设中，通达便捷绿色的交通系统几乎是每个城市的重点，各个生态城市但在进行智慧交通的应用和探索。库里蒂巴的“筒子车站”集候车、购票、公交充值为一体，最快45秒一趟车，是对智慧交通的初探；新加坡率先在全球使用了电子收费系统(ERP)，大大减缓了交通拥堵的情形；伯克利的旧金山湾区捷运系统(BRT)将整个城市便捷地联系到了一起；中新天津生态城建设了智慧公交站，能提供Wi-Fi热点、LED屏幕、手机充电接口、自行车棚、自动售货机等，乘客能在LED显示屏上查询公交站点、路线、乘换信息、周围景点、天气、生活服务、购买和借阅电子书等[15]。除智慧交通外，智慧家居、智慧医疗、智慧教育等都将在生态城市中进行愈发广泛的应用，智慧宜居城市将是生态城市发展的新方向。

基于以上分析发现，智慧技术在在技术创新驱动背景下社会生态建设中的意义重大。智慧技术是在城市信息化和数字化背景下建设生态城市中重要的技术力量，是在生态建设的基础上实现城市智慧化的重要保障，有利于增强城市生活宜居性和舒适性。智慧技术是通过对计算机、大数据、云计算、物联网、人工智能等技术的整合，实现机器如人类一般识别、处理、分析、反映的自我学习和行为过程。智慧技术通过数据存储技术、硬件算力、深度学习算法等基础层技术的构建，实现机器如同人类一般感知、思考和行为。在感知环节，现阶段主要是机器听觉技术、机器视觉技术、机器触觉技术的发展，由于特殊需要，机器在听觉、视觉、触觉在某些方面已经超过人类，语音识别、指纹识别、人脸识别、虹膜识别、触觉传感技术等都在机器感知中获得了广泛的应用。在思考环节，是基于算法理论使机器实现对知识的学习、现象的理解和问题的思考，主要包括机器学习、机器思维和机器理解技术。在行动环节，是机器经过“思考”后的行为输出，包括决策执行技术、声音合成技术和情感表达技术。智慧技术在城市的建设中的重要性逐渐提升，影响着交通、人居、医疗、教育、金融、安防等城市系统的各个方面，是未来生态城市建设中解决交通问题、环境问题乃至城市发展关键问题重要的技术创新因素。

七、结语

在国内外生态城市的建设实践上，生态城市都以实现人与自然、人与经济、人与社会之间的和谐为发展目标，经济的发展不以环境的破坏为代价，在富裕的经济环境、优美的自然环境中，人的工作、生活、休闲娱乐、交通出行也要实现顺畅融洽。同时，各个较为典型的生态城市的建设除了观念的转变、制度的保障外，都离不开技术创新的支持和推动。技术创新包含了基础研发、应用研发、成果转化、市场化、产业化的整个流程，涉及企业、高校、科研院所等多个创新主体以及政府、中介机构等服务参与主体，各个创新主体之间相互协同合作，服务参与主体在其中协调服务，推动技术进展与实现技术突破。生态城市要实现人与自然、经济、社会之间的和谐，解决现阶段存在的环境污染、资源短缺、生态破坏、食品安全、交通拥挤等方方面面的城市问题，必然无法离开生态技术、高新技术、智慧技术的支持，只有在这些技术方面逐渐实现突破，进行技术创新，才能驱动现代化的生态城市建设。技术创新在生态城市的建设发挥中重要的驱动作用：在城市自然生态建设上，技术创新能力在生态环境建设中的重要性逐渐凸显；在经济生态建设上，新兴绿色产业是生态城市的发展重点；在经济生态建设上，智慧宜居城市是生态城市发展的新方向。