双碳环境下智慧城市发展之路

何乐婷

广州市番禺城市建筑设计院有限公司 广东 广州 511400

1 智慧城市与双碳目标的发展机遇

Smarter Planet 、Smart City 、Innovative Smarter City全球对于智慧城市这一概念演练了将近30年，随着全球数字技术进入群体突破和融合创新时期，大数据、5G、物联网、云计算、边缘计算等新一代信息技术联同人工智能和机器人技术相互融合步伐的进一步加快，众多国家已在探索中打造出各式各样的高科技智能城市。回望我国，自“以人为本，改革创新”的智慧城市建设部署以来，距今已跨越了第十三个年头，随着“十四五”对新型智慧城市的发展要求，各大城市在新基建的极速发展推动下，分别给出了和而不同的答卷，充分肯定的是大数据让市场、技术、生产、生态等多个领域发生了翻天覆地的变化，而城市生活也在智慧城市的发展理念中潜移默化地演变着。

与此同时，随着全球急速发展，化石能源产生的温室气体导致全球气候加速变化，国际上提出双碳行动，而我国的升温弧度高于全球的平均水平，由气候变化造成的直接经济损失更是全球平均水平的7倍之多。于是国家主席习近平在第七十五届联合国大会上宣布，中国力争2030年前实现二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标。在双碳目标的进程中，传统产业、新兴产业都存在未知的挑战与机遇。我国应该如何在双碳环境下全面进入新型智慧城市的新时代呢？我国应该如何乘新基建之东风，在这片新蓝海中实现符合国情的低碳智慧城市的发展部署呢？

2 城市规划的低碳智能化部署

城市规划是以发展的眼光，对城市经济结构、空间结构、社会结构进行综合性规划，城市的复杂系统特性决定了城市规划是随城市发展与运行过程中，长期调整、不断修订、持续改进和完善的复杂且连续的决策过程。但由于基础资料更新缓慢、决策文件未成系统、政府发展思路的迭代转移及社会民生各种需求等问题会直接影响城市规划的精准性及经济性。所以在智慧城市的发展中必不可少的就是数字化的规划建设管理平台的建立。利用人工智能数据可以分析地理空间模数，合理推算多功能组合模式，精细化打造功能比例，分析出最优且符合经济发展的规划开发方案。同时根据《2030年前碳达峰行动方案》要求，我国将严控各行各业的碳排量，而建筑建设全过程的碳排放则是城市碳排放的主要来源。不少城市在扩张发展中，采用粗放自由的规划建设模式，出现了外围土地低利用率扩张的问题。一些城市更出现了大拆大建和重复建设的情况，伴随着建设管理缺乏监管，建筑施工低效无序，直接推高了城市的碳排放量。

于是CIM城市智能规划平台更有效地实现城市建设碳减排，它可以在城市模型中进行海量数据的收集、储存和处理，对城市水文地理、建筑项目、市政工程等城市数据的空间集成，通过对大数据的模拟、迭代，得到更优质的解决方案，提升城市规划设计的精准化水平。以青岛中德未来城为例，前期规划设计师将会利用系统对项目布局进行多方案推敲比选，导入现状地形、道路、水系、基础设施及已经批复的建设项目等约束条件，构建多元计算机博弈模型推演城市发展动力。同时在政府、规划师、开发商、市民四方主体的意见博弈作用下，系统将自动完成城市用地的模型推演。用地选址自动回避不适宜建设的区域，并在各方诉求的驱动下逐步推演出城市就业、居住、医疗、教育、休闲、商业等6大功能区的布局方案。最后专业规划师在此基础上，进一步完善城市规划详细设计，从而得到满足各方诉求的最优布局。

随着我国城市化进程的演进和新增建设用地指标的刚性约束，部分城市逐步从增量迈入存量时代，智能化系统更有利于存量规划中的城市更新改造。以存量土地改造为例，为有效分配已建城区空间资源，综合建筑质量、开发强度、改造意愿等因素，分析更新改造条件并明晰开发建设边界，智能化平台可以将调研数据与实时数据结合分析，将复杂的存量用地问题得以清晰地疏导总结，有效地改善远距离通勤及配套资源不均匀等问题。将来在政府的大力支持及设计单位的项目合作过程中，平台数据将会得到更好的学习演练，使神经网络技术得以有效发展，为政府的带来精准的数据推演，为设计师展现更多可能的方案思路，为城市减排提供高效有力的技术支持。

3 道路交通的低碳智能化部署

随着城市化进程的深入，我国的主要城市面临职住分离及生活资源分布失衡导致的远距离通勤等问题。由于早期的城市规划较为粗放，“单中心”的发展模式使得就业资源与基础生活服务设施集中于核心区，处于边缘区的城市居民为了就业与日常消费需要忍受远距离通勤。同时，通勤时间成本及公共服务的集中推高核心区房价，将部分城市居民的居住区推向城市边缘，进一步加剧城市空间功能失衡。根据中国城市规划设计研究院的数据，我国以北京、深圳、上海、广州为代表的超大城市，目前的平均通勤空间半径达38千米。所以在智慧城市设计上，我国主力构建"5、10、30分钟出行圈”。以车实现5分钟取停为目标，推广AGV智能停车技术，创新车位共享的停车管理机制。完善新能源汽车充电设施供给，预留车路协同建设条件，为自动驾驶和智能交通运行留白空间。以人实现10分钟到达对外交通站点为目标，数据化优化街区道路分级，打造慢行交通路径，倡导居民低碳出行，利用信息服务平台实现一键导航、网约车行服务等，提供多样化出行方式。以物实现30分钟配送入户为目标，运用智慧数据平台，集成社区快递、零售及餐饮配送，完善“社区—家庭”点对点的智慧物流服务集成系统。让智能化在生活细节上改变生活习惯，带来更便利更舒适的交通使用感受[2]。

交通运输是我国主要的碳排放来源之一。主要原因包含公路航空运输、远距离通勤及其导致的潮汐式交通拥堵。其中交通运输碳排放量将成为未来减排的重点。资料显示，2018年中国交通运输碳排放中公路、航空、航运、铁路碳排放占比分别为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统实现减排增效？以墨尔本使用的Mobility Mosaic软件为例，地铁部门会收集海量的数据和反馈，在此基础上分析当地的通勤发生区、自驾通勤原因并描绘出城市多中心的通勤关联性，明确了地铁线路延长的各个方案对当地行为产生的影响与潜在风险，并为规划方案提供行为数据以支撑决策。通过合理规划低碳排放的地铁线路，减少自驾通勤的比例，从而减少碳排放。总结可得，我国的人工智能在交通规划中的应用主要是根据政务、互联网及物联网等数据，分析居民出行行为和偏好，精确把握其出行时空特性，优化公交线路、动态调整潮汐车道，提高地铁出入站速度、改善地铁站空间利用率、提高公共交通智能化程度。并通过提高低碳排放的城市轨道交通效率及乘坐体验，人工智能能够提升公共轨道交通在市民出行中的占比，助力城市减排提效。此外，更结合智能路灯系统，实现路况感知、违法取证、路网流量预测、交通信号灯控制等实操性强的智能交通技术应用。

4 建筑设计的低碳智能化部署

建筑设计智能化较其他领域更早投入研究和使用，以建筑个体或建筑群组为平台，集合各类智能化信息的综合应用，对外部影响因素及内部使用需求作出感知、传输、记忆、推理、判断和决策，务求创造出人、建筑、环境互为协调的整合体。建筑智能化设计的范畴还可以简单分为社区数据化、楼宇信息化、家居智能化三大板块。

4.1 社区数据化

以加拿大Quayside未来社区为例，这个位于多伦多市中心东南侧，占地面积超过325公顷，旨在打造以人为本的新型智能化社区。核心内容是从个体建筑、公共空间、基础设施来创造更加灵活开放的城市空间，将建筑与科技数据相互渗透，让数据感知的方式贯彻整个社区系统，收集周边实时数据，便于及时改善社区，为城市创新提供依据。建筑围绕中央广场而建，群体之间的底层打造风雨无阻的人行路网，集合各种零售、社区和文化业态相连相通的拱廊空间，之上再设有住宅、办公，以创建生活与工作融合的绿色社区。同时以中央广场为核心开展各类公共活动，模糊室内和室外之间的界限，为居民提供室内室外无缝交融的生活体验，真正实现减排低碳的人居生活。社区还以邻里中心为基础，融入“数字中枢”的科技概念，为居民提供康养医疗服务，包含了社区会客厅、健康诊所、放松空间、活力药铺、健康图书馆和快闪店铺六大空间类型。让数字化系统关注居民个体的身心健康的同时，还能照顾整个社区的健康状况，为社区实现真正的数据化、智能化、成长态。

4.2 楼宇信息化

早在1990年我国已开展智能化建筑的研发与建设，但受到经济发展程度的制约，智能化建筑并未能开放性普及，业主也往往考虑到运营成本而“避重就轻”。目前在国家双碳政策的鞭策和支持下，建筑实现楼宇信息化是大势所趋，建筑智能化系统管理发展的迭代更新，为不同功能的楼宇定制个性化设计，为建筑实现低碳节能提供最高效的手段。以沈阳铁西万达广场为例，项目位于沈阳市铁西区于铁西商圈核心地带，总体使用面积为23万平方米，集高档住宅、星级酒店、精品百货、餐饮娱乐于一体的大型商业综合体。楼宇智能化设计为项目进行了针对性的定制管理。居民可通过手机端与公区电梯服务中枢进行连接，根据自己实际情况预约乘坐电梯时间段，系统会根据同一时间段的用户提交情况，分析并规划出最佳候梯时间。用户便可根据系统提示的时间内到达电梯前等待并乘坐，当人数超过电梯载重时系统将停止该时段的预约服务，让用户精准使用电梯，从而改善上下班人流拥堵的情况。办公大楼上下班时段的用电量差异明显，故大楼内的智能化系统将根据安防监控系统检测出建筑内使用人数的变化，从而自动关闭或调节办公区及公共区的照明与空调，确有特殊情况需要使用时人员可手动开启。同时系统也会通过当天实时天气及气温等数据情况进行分析，对楼宇的照明及空调进行灯具照度、空调度数的自动调节，从而实现建筑的低碳节能需求[1]。

4.3 家居智能化

智能家居系统由于其便利、安全、舒适等服务特点，早已成为在我国各大住宅项目中的点睛之笔。智能化的住宅项目往往强调将“未来感”融入到居住空间，全方位地呵护业主的生活、健康与安全。常见的智能系统是装置在屋顶的天气感应装置能即时接收天气、温湿度的信息，当室内自然采光充足时，系统将关闭带有感光功能的日光灯，减少对电能的浪费；在雨天来临时，系统将自动关闭草地的洒水装置、停止水池水循环系统；当阳光过强时，系统也会自动打开屋内遮阳百叶和庭院中的遮阳篷，减少室内气温过高。装置在地板上的黑色小孔是地板检测系统，当室内灰尘堆积量达到设定程度时，系统将自动开启扫地机械人进行打扫，清除地面上的灰尘、杂物等；当梅雨天或寒冷冬天，系统将自动开启地暖及风暖，快速祛湿增温，使居室内时常保持怡人舒适的温度。智能家居更能为老龄化住宅提供健康监测的技术支持，厕所的马桶坐板上安装血压计，当长者坐上马桶时，便能检测出实时血压；马桶内还有血糖检测装置，能截流尿样并检测血糖值。洗手池地板上设有体重测量装置，在洗手时刚才如厕的一系列血压、血糖、体重的检测结果将呈现在镜子上，系统还能对检测结果给予相应的保养建议[3]。在数据分析管控下的智能化家居，不仅为业主提供舒适安心的居住环境，还大大降低建筑能源消耗、减少住宅能源运营成本、缩短建筑使用回收周期，也从根本上实现建筑的低耗化、低碳化及经济性。

5 生态环境的低碳智能化部署

人与自然和谐共生一直是世界发展同时并存的话题，所以我国新型智慧城市中的大数据和人工智能的发展核心就是有助于推动城市的可持续发展，比如监测环境变化、使用智能能源系统来优化能源消耗和生产以及运营智能运输系统等。当面临复杂的环境问题和海量各方数据时，智慧城市的人工智能系统可以进行分析推演并总结出问题所在，同时大数据系统可用于监视环境变化，包括噪声、温度、湿度、排放物、水污染物等其他环境指标，并且可以响应这些变化，迅速输出解决方案，从而起到平衡城市环境发展的指导作用，有利于政府对城市发展作出合理精准的发展决策[2]。以杭州城北副中心国际商务区核心区城市设计为例，其设计最大亮点是在场地拥有丰富河网的基础上，强化水系生态循环，围绕主城区打造一条环形生态文化水廊，通过建设湿地生态来净化城市环境，同时融入科技智慧因子，助力城市构建多能协同综合低碳能源体系，实现近零能耗建筑建设，连同光伏一体化等新能源系统，优化智慧电网布局，打造海绵社区和节水社区，推进雨水和中水资源化利用。采用封闭式管道垃圾收集系统，有效进行垃圾分类分级资源循环利用，依托社区公园、屋顶花园，创造个性化、泛在化绿色公共空间，提高立体复合绿化率，建设花园式无废社区。

6 结语

在经济发展和城市建设的时代浪潮中，我们全力推进具有中国特色的新型智慧城市发展，同时我们也致力打造绿色生态低碳节能的宜居宜业城市，依托人工智能系统的不断完善和发展，未来以家庭为单元的能源需求将可被预测，政府便能更好地调控未来的能源发展使用方向，从而实现双碳的最终目标。期待不久的将来我们能更好地利用人工智能将便民的技术导向更有温度的生活，让充满人性暖意的智慧设计为城市运行的各种需求做出更智能精准的响应，做出更科学合理的决策，也让居民体会到更幸福便捷的智慧生活。