数字技术畅通智慧城市绿色循环的路径研究

孙頔 杨锦洲 黄一申 陈亚楠 林靖淇 石安慧

(中国联通研究院,北京 100176)

0 引言

随着我国经济的高速发展、城市化进程的加快,生活垃圾、建筑垃圾、电子垃圾、医疗垃圾等各类固体废弃物处理问题越来越突出,环境恶化、垃圾围城、资源短缺等“城市病”日渐严峻。作为未来城市发展的新趋势,智慧城市自被提出后就肩负着解决“城市病”的艰巨使命[1]。而绿色循环产业凭借其提升资源利用效率、降低环境压力等功能,将成为纾解“城市病”的良药,保证资源良性循环,践行环境友好、可持续发展的理念,创造出可观的经济效益和生态效益。

中国物资再生协会发布的《中国再生资源回收行业发展报告(三十周年特别版)》指出,我国再生资源产业规模在2006年至2022年实现了快速扩张,回收总量年均增长率达到16.33%[2]。其中,2022年主要类别再生资源回收总量达到37 067.7万吨,较2006年增加261.32%[2]。在绿色循环产业规划和实施过程中,虽已取得了一定的成绩,但也暴露出产业布局与区域发展规划脱节、终端设施分类处理能力不足、资源利用率不高、监管协同不充分等问题,制约其快速发展的步伐。因此,为更好地发挥绿色循环产业对智慧城市资源短缺与环境保护双重压力的缓解作用,亟需数字化技术和平台应用为资源高值化再利用提供有力推动,构建协调生产制造领域和社会生活领域的废物循环利用数字化体系,畅通智慧城市绿色、低碳、循环发展路径。

1 绿色循环理念始终贯穿于智慧城市的发展要求之中

智慧城市的概念自提出以来,在多年的探索实践中,已被确立为我国城镇化发展和实现城市可持续化发展方案的重要措施。据国家信息中心统计,我国智慧城市相关试点覆盖100%的副省级以上城市,89%以上的地级城市,47%以上的县级城市[3]。尤其在从工业文明向生态文明升级转型的攻坚期,为突出体现智慧城市中智慧与生态融合并重的发展理念,实现使用相同或较低水平的资源最大化地提升生活质量,在智慧城市的发展指引政策中始终贯穿着绿色循环理念。2016年,国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》强调了加强信息化与绿色化在城市管理与居民生活中的融合应用,以及大力发展绿色智慧产业与循环经济的目标[4]。

“十四五”期间,在“双碳”和“数字中国”目标的指引下,结合“无废城市”的建设要求,数字化、智能化与绿色化逐步成为智慧城市建设的主旋律[5]。2021年,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于推动城乡建设绿色发展的意见》,要求推动城市智慧化建设,助力城乡发展质量和资源环境承载能力明显提升[6]。2023年,浙江省智慧城市促进会发布了《绿色智慧城市评价指标体系》,在智慧城市的基础上定义了“绿色智慧城市”的新概念,指出其发展目标是实现绿色低碳循环,并将数字技术与城市建设、治理、运营等深度融合,同时强调了绿色循环产业对于智慧城市建设的重要意义[7]。

2 绿色循环产业对智慧城市发展具有重要意义

2.1 实现可持续的数字经济发展愿景的有力保障

长期以来,我国的经济运行方式主要是通过对资源的粗放型经营和一次性利用,实现经济的数量型增长,其特征是高消耗、高产量、高废弃,严重威胁了生态环境和人民健康。在智慧城市建设中,为彻底颠覆以环境破坏、资源消耗为代价的粗放型经济增长方式,建立可持续发展的数字经济发展模式,亟需发展绿色循环产业,向低开采、高利用和低排放的发展模式转型,从根本上解决环境与发展之间的冲突。绿色循环产业与数字经济融合,能够通过经济活动内部相互关联、彼此叠加的物质流转换和能量流循环,最大限度利用进入系统的物质和能量[8],以产生最少废弃物的方式实现最优生产和最适消费,充分释放创新供给和扩大需求的巨大潜力,以最小成本获取最大的经济效益、社会效益和环境效益,保障我国顺利实现可持续的数字经济增长愿景。

2.2 缓解社会高质量发展需求与资源约束矛盾的最佳选择

智慧社会、智慧园区、智慧交通等领域的基础建设及运营管理都需要大量的资源支撑,与刚性增长的资源需求总量相比,我国国内资源供应能力持续下降,国内资源供应安全红线由60%降到50%,再降到40%,社会发展的资源约束越来越接近上限[9]。针对以上问题,大力发展绿色循环产业,构建“资源—产品—废弃物—再生资源”的循环利用,充分发挥其对资源节约、集约、循环利用的推动作用,将成为缓解存量资源对智慧城市高质量发展制约的最佳选择。

2.3 推动智慧城市绿色低碳发展的重要途径

城市是经济发展的重要载体,是满足人民对美好生活期待的主要场所,作为资源消耗的终端,也是促进降碳减排的主战场。智慧城市是现代城市发展的高端形态,具有智慧高效、和谐宜居等优点,应能够合理运用数字化手段,化解各类垃圾急剧增长、再利用水平低下对实现绿色低碳发展目标的阻碍。在新型智慧城市的规划建设中,应积极倡导绿色循环模式,并以数字技术赋能循环产业,探索社区、产业、城市群等不同层面的绿色循环路径,开展垃圾智能化分类与收集,提升废弃物降解再循环利用水平,打通废弃物产业链循环渠道,实现生产、消费、降解三者的平衡,既是实现智慧城市总体目标的具体体现,也是确保智慧城市长久健康发展的坚实基础,更是推动智慧城市绿色低碳发展的重要途径[10]。

3 智慧城市背景下绿色循环产业的主要特征

绿色循环产业是人们在不断探索社会经济与资源环境可持续发展的过程中构建的,以资源的高效利用和循环利用为核心,以“减量化、再利用、再循环”为原则,以“低消耗、低排放、高效率”为主要目标[11],依托于科技进步,通过回收再利用、市场机制、社会调控等方式,促进固体废物资源在生产与消费环境闭环流动的新兴产业[12]。其应用布局符合以人为本、环境友好、可持续发展的智慧城市建设理念,能够助力智慧城市由依靠物质资源为主转向依靠智力资源为主,从单纯的科技管理转向“经济—社会—自然”复合运营系统,从多部门分头治理转向协调统一部署,促进实现经济发展与资源消耗脱钩,在保护自然资源、营造良好生活环境的同时,创造更多的社会经济价值。

智慧城市背景下的绿色循环产业具有以下三个显著特征。

一是能动性。智慧城市是在现代信息社会条件下,针对城市经济、社会发展的现实需求,为创造产业经济价值,体现民生社会价值,最终达到优化政府服务、促进产业兴旺、惠及人民的目标而开展的改革创新系统工程。应用于智慧城市的绿色循环产业正是人类对自身面临的资源和环境危机进行理性反思而积极应对的产物[13],体现了建设宜居、韧性、智慧城市的发展目标。

二是系统性。绿色循环产业涉及智慧城市生产、生活领域各环节的运作流程,虽然在不同环节上的表现形式、处理方式和流通渠道有所差异,但其在收集分类、加工处理、运输销售、监督治理等方面表现出显著的系统性、关联性、整体性特点。只有通过智慧城市顶层设计的系统性协调,才能真正实现资源的高效循环利用。

三是科技性。科技创新是推动绿色循环产业发展的根本动力。5G通信、物联网、数字孪生、大数据等数字技术的不断进步,将极大地促进绿色循环产业的发展,实现更大范围、更高效率、更合理规范的资源循环利用,同时不断拓展可供人类使用的资源范围,从源和流两个方面解决人类所面临的资源短缺和生态环境保护问题[14]。同时,绿色循环产业中的赋能关键点也将有效引导先进数字技术的研发方向和多技术协同的创新方式,推进技术成果转化,最大程度释放智慧城市的数字生产力。

4 智慧城市背景下绿色循环产业发展的主要需求方向

智慧城市的建设离不开绿色循环产业的参与和助力。因此,应重点关注绿色循环产业在产业规划、前端渗透、废物利用、产业链协同、监管治理等方面的进展及数智化发展需求痛点,以推动其与智慧城市协同并进,助力构建绿色低碳的智慧城市。

4.1 优化产业规划布局方式

我国各省市区域的战略定位、发展水平和产业结构等各不相同,因此在构建智慧城市的过程中,针对绿色循环产业的规划布局既需要因地制宜、扬长避短,又需要通过激活不同区域发展动能推动整体协调发展[15]。

智慧城市背景下的绿色循环产业系统性突出。城市内部,需评估考量政策导向、主体产业、生活习惯、市场需求等前提条件,综合生态环保、运输效率、基础设施等因素,合理规划绿色循环产业布局,以解决作坊式经营、资源浪费和二次污染等问题,并通过建立静脉产业园等方式,推动绿色循环产业集聚,实现智慧城市产业链条相互协同、耦合共生,促进产业链延伸,从而带动产业升级。对区域发展而言,需基于相关城市的固体废物来源、数量及处理能力,采取智慧城市群协同发展模式,推动跨区域协同处置利用,使处置能力富余城市能根据区域内处置能力饱和城市的固体废物资源特点,设计产业布局,更多地承接固体废物处理需求,以规模化生产降低成本,实现效益最大化;需引进、扶持需求旺盛的绿色循环产业类企业,发展相关产业链条,促进城市间固体废物资源流通,均衡绿色产业发展水平,一次性解决垃圾过剩和资源短缺两大发展难题。

4.2 加强对生产生活的渗透

绿色循环产业与生产生活各领域息息相关,从回收端和消费端增强绿色循环产业的智慧化渗透,是科学管理、处置固体废物资源,拉动再制造产品市场需求,实现减量化、清洁化和资源化的重要基础保障。

在智慧城市工业固体废物的收集处置过程中,需基于供给侧结构性改革目标,针对部分固体废物成分复杂、有害物质含量多、性质不稳定等问题,瞄准固体废物减量化痛点、处置减害化难点、再生资源精细分类堵点,在重点行业及复杂难用的固体废物源头处置中实施智能化的分级分质、计量称重、记录管理及全流程追踪,以提升工业固体废物收集处理的管控能力。积极开展金属废物、工业副产、化工废渣等固体废物的智能收集、分类、管理,并不断提升对智慧城市中蓬勃发展的新能源行业所产生的退役光伏组件、动力电池等新兴工业固体废物的前端收集渗透能力。

在智慧城市生活垃圾的收集处置过程中,一方面需有效提高垃圾分类工作效率,加强品类细分能力,减少人工成本,助力提升每一个品类的再生价值;另一方面还需通过智能化手段,使居民投放、分类垃圾更加简单便捷,增强公众对绿色循环的参与意愿。尤其,在电商产业迅猛发展的背景下,快递包装废弃物数量急速增长,目前在特大型城市中,快递包装的垃圾增量已占到生活垃圾增量的93%,且增势不减[16]。因此,亟需设计针对快递包装中的塑料、纸类废弃物的智慧化分类收集方案,以遏制其对智慧城市的环境影响。

针对智慧城市节能降碳的发展目标,需着重加大公众宣传力度,提升企业和居民对绿色循环理念的认可度,引导建立再生资源循环利用的绿色智慧城市新风尚。在资源消费端需拓宽消费者对再制造产品的购买渠道,丰富再制造产品的应用场景,增强生产环节与消费环节的信息互动。通过智慧化的市场手段,以生产生活中的庞大需求带动绿色循环产业发展。

4.3 提升固体废物资源化加工水平

固体废物加工是实现整个绿色循环产业资源化的主要环节,包括固体废物收集运输后的预处理、资源再生与最终处置等工序。提升固体废物资源化加工水平对促进减污降碳、缓解部分原材料紧缺问题具有重要意义,是引领智慧城市高质量发展的重要抓手。

在智慧城市的固体废物资源化加工过程中,需解决以下三方面的发展需求。第一是效率和质量增强需求。资源化加工的效率与生产成本、经营利润关联紧密,直接影响产业兴衰发展。切实增强固体废物资源化加工的效率和质量,不仅能避免粗放拆解、处置混乱、二次污染等问题的发生,更有助于降低生产成本,增加利润空间,提升产品的品质和价格竞争力,追平并赶超同类非再制造产品,抢占更多市场份额。第二是安全性需求。工业固体废物中一些资源性物质和稀缺元素具有毒性或放射性,如光伏薄膜材料制作所需的铟、碲等元素,如何对它们进行安全有效的加工利用以反哺智慧城市建设需求,是提升固体废物加工利用水平的重要前提保障。第三是高附加值挖掘需求。当前再制造产品的附加值较低,价格战已严重阻碍绿色循环产业发展。长此以往,相关企业不但无法扩大规模,甚至连简单的再生产都难以为继。因此亟需促进产业由粗加工向深加工转变,由生产低端产品向生产高端产品转变,重新创造资源价值,真正实现变废为宝,增强产业发展后劲。

4.4 强化产业链协同融合能力

绿色循环产业链包含回收分类、资源化加工、交通运输、市场销售等主要环节,由于覆盖范围广、涉及品类多,因此存在货源散、回收繁、销售难等发展瓶颈。在智慧城市的应用中,也面临着资源回收与市场需求之间的协同问题,及如何将绿色循环产业与智慧社区、智慧园区、智慧物流、智慧交易等领域进行整合互动等难题。

在回收分类环节,需合理规划前端回收的智慧化渗透方式与布局,充分匹配智慧社区、智慧园区的发展趋势,以畅通居民和企业固体废物资源的交投和处置渠道,不断提升固体废物资源回收分类效率;在资源化加工环节,需强化其与产业上下游的需求衔接能力,一方面及时获取适宜的加工原料,另一方面灵活、敏捷应对动态变化的市场需求,合理管控原料和产品贮存,消解处置压力,研发生产出更具市场竞争力、更匹配智慧城市建设需求的再生产品;在交通运输环节,需依托智慧物流制定包含城市内部及跨区域的固体废物资源分派处置和再制造产品分销运输方案,不仅有助于优化社会物流资源配置,降低物流成本,还能盘活固体废物资源流通,增强绿色循环市场活力,畅通智慧城市固体废物资源供需链条;在市场销售环节,需借助智慧交易手段,构建快速、精准的信息沟通渠道,促进买卖双方的对接互动,助力绿色循环产业供应链中的商流、物流、信息流及资金流无缝衔接。以上措施有助于优化绿色循环产业中的资源要素配置,提升产业链韧性,实现与经济社会的高效协同。

4.5 形成综合监管协调联动

有效的监督管理是产业平稳健康发展的重要保障。尤其针对尚处于发展初级阶段的绿色循环产业,其发展所需要的外部环境无法自发生成,并涉及资源、环境、产权等方面的确权及监管,特别需要政府部门通过管制与经济手段加以约束。但由于产业覆盖范围较大,不同产业链环节包含主体多样,涉及工信、公安、财政、自然资源、生态环境、住建、交通、农业农村、商务等多部门的交叉管理范畴,因此易造成资源流向与底数不清、相关法律之间不协调、有关配套措施不到位、缺乏必要的强制性标准等问题,致使监管无序、效率低下。

绿色循环产业在智慧城市的应用中,需充分借鉴十余年来智慧政务在监管服务方面积累的诸多实践经验,结合产业的发展特点和趋势,构建跨部门、跨区域综合监管政策体系,协同联动,持续放大监管合力,提升智慧政务在市场监管、社会管理、公共服务、生态环境保护等方面的支撑作用,确保监督范围内全面覆盖绿色循环产业的回收分类、资源化加工、交通运输、市场销售等主要环节,以及稀缺性高、危险性强等重点类型的固体废物资源,避免过程难追、责任难证、瞒报难查等现象发生,为促进产业高质量发展、畅通智慧城市绿色循环保驾护航。

5 数字技术赋能绿色循环产业发展的路径

数字技术是城市治理体系和治理能力现代化的重要推动力。因此,对绿色循环产业开展数字化赋能,以有效解决其当前面临的需求痛点,将更好地畅通智慧城市的绿色循环脉络,实现经济发展和环境保护双赢的目标。

5.1 实施对绿色循环产业规划的数字化模拟

以城市内部及跨区域绿色循环产业整体布局优化为目标,基于智慧城市发展策略和区域废弃物资源分布特点,运用数字孪生技术,对城市内部及城市群区域运行规律和固体废物循环效能各数据要素进行采集、分析、复制、建模,并结合人工智能算法对数字孪生模型进行仿真计算、前瞻预测和优化设计,为绿色循环产业规划构建数字底座。在智慧城市内部治理中,基于社会效益、经济效益和生态效益相协调的规划目标,树立全生命周期治理思维,利用数字化手段对优化静脉产业园布局、引入行业龙头企业、挖掘本地优势企业等措施的可行性进行分析,评估新规划、新决策推行后的效果,为城市绿色循环产业布局合理规划和科学决策提供有力的参考价值和判断依据,避免无效规划和规划冲突;在智慧城市群协同规划中,打通区域间数据流通通路,整体统筹跨区域绿色循环产业规划,实现城市群固体废物资源处置能力和需求信息共享,形成资源优势互补、供需精准匹配的区域协同发展格局。

5.2 拓展智能废物处理基础设施应用及数字化公众参与

为解决智慧社区、智慧园区中固体废物投放不便利,源头分类准确率低、处理难度大等问题,可利用数字化技术赋能用于收集处置固体废物的基础设施,以实现智能化垃圾分类、智能化固体废物识别、智能化废物水平感知等前端回收的智慧化渗透目标。着力开展智慧化垃圾收集处置设施的研发和推广,与智慧社区、智慧园区、智慧交通、智慧生态等领域的设施开展有效衔接,开展高频生活垃圾和高值工业固体废物的便利投放、精准分类和智能管理。尤其在高危固体废物回收处置过程中,结合物联网、区块链、人工智能等先进技术,实现危险废物智能称重、跟踪溯源、视频在线监控、风险事件自动识别与报警等功能,提升危险废物收集处置的安全性。对垃圾收集处置设施的放置位置、填充水平等数据进行监测,预测垃圾收集处置设施清运的频率,并与智慧交通、智慧生态网络相连接,既防止垃圾溢出从而污染公共环境卫生,又减少垃圾清运的成本,达到资源转换利用最大化及环境污染风险最小化目标。此外,发挥大数据、云计算等数字技术的优势,构建以智能设备为支撑的传播渗透体系,在扩大绿色循环理念宣传范围的同时,增强生产环节与消费环节信息对接的精准性,提升公众对再制造产品的认可度,便捷购买渠道,着力促进再制造产品在汽车制造、石油开采等生产领域,售后维修、租赁等服务领域和居民工作生活领域的应用,以市场需求拉动绿色循环产业发展。

5.3 提升废弃物综合利用数字化水平

针对当前固体废物资源化加工环节存在的规范化水平低、综合利用技术手段不健全等问题,亟需充分发挥数字技术对固体废物综合利用水平的强大助推作用。在固体废物资源化加工企业及静脉产业园建设中,结合5G、物联网、人工智能等技术,推动工业互联网应用,加速固体废物资源化加工中的生产、技术和经营管理创新,深度挖掘固体废物资源回收加工潜力,增加产品附加值。推动深度自动化无损拆解、柔性智能成形加工、智能质量检测评估等高端智能再制造共性技术和专用装备的应用与推广,提升产业生产运行效率,增强产品质量和安全控制水平,实现精益生产和智能化运维。特别地,对于智慧城市中产生的大量废旧塑料、纸制品、钢铁、有色金属、光伏组件和动力电池等具有高回收价值的固体废物资源,应加强对清洁、破碎、再造整条资源化加工生产线的数字化赋能,逐步形成与智慧城市发展目标相匹配的资源回收率高、生产效率高、科技含量高、安全稳定性高的固体废物资源化加工新模式。

5.4 深化绿色循环产业链数据互通

为尽快突破绿色循环产业货源散、回收繁、销售难等发展瓶颈,应发挥数字技术和数据要素的穿透效应,充分合理地运用智慧城市中丰富的数据资源,促进绿色循环产业链上下游的数据互通,运用“互联网+回收”模式,持续优化资源配置,使物流、信息流、业务流、资金流等更加便捷、更加融通。在智慧城市的公共信息管理平台上,打造网络化、精细化的绿色循环产业链数据管理系统,通过5G、物联网、云计算等数字技术对上游的固体废物收集数据、中游的固体废物资源化加工和运输数据、下游的再生资源市场需求数据进行全链条的处理和分析,并进行智能化协调匹配,同时确保数据可靠、可溯源。依托数字化产业链有助于打破“信息孤岛”,使智慧城市中绿色产业链各环节的企业形成对产业整体需求趋势的了解和预知,制定前瞻性的应对方案,实现包括成本、库存、排产、运输等全局化、多目标的产业链协同优化,构建高效率、高价值、可持续的智慧城市绿色循环代谢链网。进一步,还可推广区域内产业数据库的互联互通,以打造智慧化绿色循环产业城市群。

5.5 建立绿色循环数字化“监管大脑”

围绕建立全方位、多层次、立体化监管体系方针,基于先进的数字技术研发绿色循环产业智慧管控技术,结合智慧政务积累的实践经验,依托“天空地一体化”监测体系,整合智慧城市现有的监测网络,全方位收集、上传并共享数据,支撑建立集固体废物监测、溯源、预报、应急、调控等功能于一体的智慧城市绿色循环“监管大脑”,有效打通工信、公安、财政、自然资源、生态环境、住建、交通、农业农村、商务等主要监管部门的信息壁垒,实行事前事中事后全链条管理,实施回收分类、资源化加工、交通运输、市场销售全领域的监管,以加强协同监管、信用监管、智能监管,堵塞监管漏洞,提高监管效能。进而,运用绿色循环“监管大脑”对产业全生命周期数据进行解析并制定防治对策,实现对各类风险问题的动态监控、风险识别、趋势研判和精准预警,提升各管理部门对突发事件、危险废物处理等问题的平均响应速度。同时,基于人工智能技术提供多场景、多效能、智慧化、融合化的跨部门监管方案,以智慧化、科学化的监管手段保障绿色循环产业健康稳定发展。

6 结束语

随着数字技术在经济发展和城市建设等方面的不断渗透,智慧城市已成为连接数字经济与智能社会的重要纽带。而发展绿色循环产业正是达成“全面提高资源利用效率、城市管理水平和市民生活质量,实现城市可持续发展”的智慧城市建设目标的必由之路[17]。为解决绿色循环产业当前在产业规划、前端渗透、废物利用、产业链协同、监管治理等方面的困境,亟需以数字技术赋能产业智慧化发展,充分统筹智慧城市的数据资源,有效匹配智慧城市的发展需求,显著降低智慧城市的碳排放量,畅通智慧城市的绿色循环脉络,实现社会效益、经济效益和生态效益的共赢。