智慧城市

路易斯·米蓋爾·阿里薩

科技在改變著我們生活的同時，也在改變著我們所生活的城市。未來的城市究竟會變成什么樣子？讓我們一起來暢想一下。

過去的人們也對未來的城市有著很多想象，早在上個世紀(jì)四五十年代，美國建筑大師弗蘭克·勞埃德·賴特就曾經(jīng)設(shè)想過，未來的城市生活將不再只局限于地面，而是最大程度地向空中延伸。在他描繪的未來城市中，矗立著很多的摩天大樓，城市交通也不再局限于地面，汽車可以在空中不同的高度層行駛，人們甚至可以在高空種植蔬菜，在科技的幫助下，人們可以呼吸到最干凈的空氣，飲用到最純凈的水源……

當(dāng)然，不是所有關(guān)于未來城市的想象都是那么樂觀的，在1982年上映的電影《銀翼殺手》中描繪的未來城市就是一個噩夢，其中所呈現(xiàn)的2019年的洛杉磯是一個極度商業(yè)化的城市，那里的天空終日被巨大的廣告顯示屏占據(jù)著，霧霾的存在讓整個城市沒有白天只有黑夜，人類創(chuàng)造出了復(fù)制人來為他們工作，但人類自己卻迷失在了繁華的都市里，成為了頹廢的行尸走肉。同樣，1997年上映的電影《第五元素》將鏡頭推向了2263年的紐約，那里高樓密布，空中行駛著配備了語音和控制系統(tǒng)的飛車，但城市底部卻充斥著濃霧和黑暗，住得越高，享受到的空氣環(huán)境才越干凈、優(yōu)質(zhì)。

物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市

不過，無論是建筑大師還是科幻電影，對于未來城市的設(shè)想都忽略了一個至關(guān)重要的因素，那就是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對城市生活的影響。在數(shù)字化時代背景之下，未來的城市將會是智慧城市。它的實(shí)質(zhì)是利用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市智慧式管理和運(yùn)行，進(jìn)而為城市中的人創(chuàng)造更美好的生活，促進(jìn)城市的和諧、可持續(xù)發(fā)展。

未來城市會向智慧城市的方向發(fā)展有兩大理論依據(jù)。首先，隨著人類社會的不斷發(fā)展，世界范圍內(nèi)的城市化趨勢不可逆轉(zhuǎn)，未來城市將承載越來越多的人口。專家指出，目前世界上有54%的人定居在城市，到了2050年，世界城市人口的比例可能會達(dá)到70%以上。更多的城市人口會給城市帶來很多問題：環(huán)境、資源、交通和醫(yī)療，所以，要達(dá)到更高的生產(chǎn)效率、更低的人均資源消耗率和更高密度的創(chuàng)新能力，只有智慧城市才能做到。

其次，互聯(lián)網(wǎng)和人們的生活正在變得越來越密不可分，人們無時無刻不在通過智能手機(jī)、平板電腦和智能手表等設(shè)備訪問互聯(lián)網(wǎng)，全世界互聯(lián)網(wǎng)用戶總數(shù)已經(jīng)達(dá)到了43億人，各類手機(jī)應(yīng)用軟件的下載總數(shù)已經(jīng)達(dá)到了2680億次。然而，這些都還只是冰山一角，在未來的10年中，在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展出的“物聯(lián)網(wǎng)”將涉及到人們生活的方方面面。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是基于實(shí)物的互聯(lián)網(wǎng)，在不久的將來，人們生活中所有的事物，小到衣服、鞋子、洗衣機(jī)、咖啡機(jī)、門鎖、照明系統(tǒng)、汽車，大到機(jī)場、火車站和人們生活的街區(qū)都會連接在物聯(lián)網(wǎng)中，它們通過收集、存儲和分享用戶信息來形成大量的市政數(shù)據(jù)，智慧城市可以利用這些大數(shù)據(jù)來了解居民，并提高城市效率。

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)離不開無線通信、智能移動設(shè)備、大數(shù)據(jù)、處理器和傳感器等技術(shù)的快速發(fā)展，有物聯(lián)網(wǎng)平臺分析顯示，截至2020年，全球?qū)⒂?00到800億臺設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)，其中政府設(shè)備至少占70億，人均擁有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備至少10臺。屆時，我們每天24小時內(nèi)干了些什么，打了幾個電話，活動范圍有多大，吃了哪些食物，看了什么電影，做了什么運(yùn)動，這些數(shù)據(jù)都將被上傳到云端并進(jìn)行分析，然后反饋到我們的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中去。這樣的話，冰箱就能及時提醒我們需要補(bǔ)充哪些食物，汽車就可以知道我們出行路線上的車流實(shí)時信息，空調(diào)系統(tǒng)就能在我們到家之前自動開啟。總之，這一切都會讓我們的生活更智能、便捷。

智慧城市面面觀

未來的智慧城市到底會是什么樣子？對于這個問題，最有話語權(quán)的莫過于麻省理工學(xué)院可感知城市研究中心的負(fù)責(zé)人卡羅·拉蒂，這位45歲的意大利建筑師和工程師，多年來一直致力于用數(shù)字技術(shù)和智慧數(shù)據(jù)來改變城市生活方式，他和他的團(tuán)隊設(shè)計的智慧城市項(xiàng)目已經(jīng)在全世界多個國家得到了開展。

在拉蒂看來，智慧城市需要利用信息通信技術(shù)來增強(qiáng)它的宜居性、發(fā)展性和可持續(xù)性，它的核心功能是收集數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，通過獲取城市能源、交通、水源、應(yīng)急響應(yīng)和環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，加以整合后做到優(yōu)化行動和預(yù)測未來。下面，就讓我們跟隨拉蒂從幾個不同的方面來了解一下智慧城市：

Nest恒溫器是一款具有自我學(xué)習(xí)功能的智能溫控裝置，它能通過記錄用戶的室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，智能識別用戶習(xí)慣，并將室內(nèi)溫度調(diào)至讓用戶最舒服的狀態(tài)，不僅如此，它還可以檢測到用戶是否已經(jīng)出門，在室內(nèi)無人一段時間的情況下，會自動關(guān)閉，為用戶節(jié)省電能。

1.智能家居

智能家居也是建立在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的，它通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備（比如照明系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、窗簾控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等）連接到一起，然后實(shí)現(xiàn)家電控制、照明控制、電話遠(yuǎn)程控制、防盜報警、環(huán)境監(jiān)測和定時控制等多種功能。智能家居的主要目的，就是提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能。

之前，Google公司就以32億美金高價收購了Nest智能家居公司，這家公司最著名的產(chǎn)品就是Nest恒溫器，這是一款具有自我學(xué)習(xí)功能的智能溫控裝置，它能通過記錄用戶的室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，智能識別用戶習(xí)慣，并將室內(nèi)溫度調(diào)至讓用戶最舒服的狀態(tài)，不僅如此，它還可以檢測到用戶是否已經(jīng)出門，在室內(nèi)無人一段時間的情況下它就會自動關(guān)閉，為用戶節(jié)省電能。

拉蒂自己也設(shè)計了一款名為lift-bit的智能沙發(fā)，它是世界上第一款運(yùn)用了物聯(lián)網(wǎng)概念并搭載手機(jī)應(yīng)用程序的智能可調(diào)節(jié)沙發(fā)。這款沙發(fā)由一個個模塊化的可升降六邊形座椅組成，每個模塊既可以單獨(dú)使用，又可以組合成任意形狀，比如傳統(tǒng)的沙發(fā)、懶人沙發(fā)、躺椅，甚至是一張床。這款沙發(fā)還有一個配套的手機(jī)應(yīng)用程序，通過手機(jī)你就可以任意改變其中每一個模塊的高度，組合出自己想要的形狀。試想一下這樣的場景：有一天當(dāng)你醒來的時候，你的lift-bit就開始自動變形，有一塊區(qū)域?qū)ｉT放倒，方便你側(cè)臥，還有一個平面供你放咖啡和報紙。在家遠(yuǎn)程辦公的時候，lift-bit會把自己變成辦公室里那樣的工作椅，方便你在用電腦辦公的時候身體保持挺直。當(dāng)你要辦派對的時候，lift-bit又會變成舞廳里那樣的長沙發(fā)，或者把自己變成小塊分散在角落里，為你的聚會提供場地。在談到設(shè)計這款沙發(fā)的初衷時，拉蒂說道：“我們的生活是每天都在變化的，所以我希望我們的家具也能不停地變化來滿足我們的需求?！?

2.垃圾處理

拉蒂指出：“垃圾處理問題將是未來城市最關(guān)注的問題，它不僅會直接影響環(huán)境，垃圾問題在某種意義上也反映了人們對待環(huán)境的行為態(tài)度。”可是，每天產(chǎn)生的大量垃圾在被人們拋棄之后，究竟去了哪兒？它們有沒有被好好地再次利用？還是終結(jié)在了某一個垃圾堆場？

2009年，拉蒂的團(tuán)隊與紐約、西雅圖的城市規(guī)劃師和計算機(jī)學(xué)者合作，開始了一項(xiàng)名為“垃圾追蹤”的計劃，他們?yōu)楫?dāng)?shù)?0戶家庭和6所學(xué)校產(chǎn)生的2000多件垃圾貼上了“電子標(biāo)簽”，這些標(biāo)簽每隔15分鐘就會將自己的位置信號發(fā)送給實(shí)驗(yàn)室主機(jī)，這些信號都會在主機(jī)屏幕上的地圖中實(shí)時顯示出來，形成一幅動態(tài)的“垃圾旅行地圖”。研究者們發(fā)現(xiàn)，不同的垃圾去的地方各不相同，據(jù)“垃圾旅行地圖”顯示，進(jìn)行“短途旅行”的主要是塑料、橡膠等材料，它們主要進(jìn)入了城市附近的材料加工廠；進(jìn)行“中途旅行”的主要是餐廚垃圾、有機(jī)垃圾等，它們穿越100到300公里來到了俄勒岡州哥倫比亞瑞吉垃圾填埋場；進(jìn)行“長途旅行”的則主要是電子垃圾、有害廢棄物和金屬制品，它們的行動軌跡將近有1500多公里，穿越了整個美國來到東海岸的專業(yè)回收和再生工廠，最后被送到遠(yuǎn)洋港口，輸送去往亞洲和非洲。

研究者們也讓生產(chǎn)這些垃圾的家庭和學(xué)校參與到了實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，他們可以訪問到“垃圾旅行地圖”的數(shù)據(jù)，查看自己的垃圾都去向了何處。在看到自己隨手丟棄的一個星巴克紙杯，居然穿越了整個華盛頓州，最后停留在了美國東南部的填埋場后，這位參與者表示：“以前我經(jīng)常喝完咖啡就把紙杯丟了，我從沒考慮過這個紙杯會去哪里，對我來說，在把它丟掉的那一刻它就從我的人生中消失了。但是這一次我能看到它的去向，在看到這么一個小小的紙杯要輾轉(zhuǎn)如此多的地方才能被處理掉后，我決定以后要用自帶的杯子買咖啡喝?！?/p>

拉蒂表示：“通常來說，城市垃圾的回收率大約只有30%，回收效率過于低下，而且垃圾的長途運(yùn)輸造成了嚴(yán)重的利益耗損。我們希望通過垃圾追蹤計劃能為未來的城市提出一種可能性，即通過智能電子標(biāo)簽的普遍使用，讓100%的垃圾回收率在未來成為現(xiàn)實(shí)?！弊鳛槁槭±砉W(xué)院可感知城市研究中心的負(fù)責(zé)人，拉蒂認(rèn)為，垃圾追蹤計劃就是一個關(guān)于人和事物“感知”的例子，在未來的智慧城市，人們有必要知道自己的物品來自何方，去向何處，這些人和事物的“感知”匯集起來，才能組成一個真正具備感知能力的智慧城市。

智慧城市的構(gòu)建就像人的身體機(jī)制一樣，需要多個器官協(xié)同運(yùn)作。

3.智能交通

100多年前，全世界第一個交通信號燈在美國俄亥俄州克利夫蘭出現(xiàn)，從那以后，交通燈成為了道路基礎(chǔ)設(shè)施的必要組成部分，它幫助監(jiān)管機(jī)構(gòu)疏理交通，防止交通事故的發(fā)生，但同時，它也帶來了大量的交通擁堵。

目前，美國麻省理工學(xué)院可感知城市實(shí)驗(yàn)室、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和意大利國家研究委員會正在合作設(shè)計新型的十字路口，將交通燈徹底淘汰。據(jù)拉蒂介紹，他們正在研究的狹槽式智能十字路口，可以允許自動駕駛汽車調(diào)整速度快速通過交叉點(diǎn)，不需要停車或者減速，這樣不僅可以減少汽車等紅燈的時間，提升交通效率，還可以節(jié)省汽車燃料，削減廢氣排放，既對人們有利，也對環(huán)境有利。

智能十字路口的實(shí)現(xiàn)需要安裝著傳感器的自動駕駛汽車，還有“汽車到汽車”和“汽車到基礎(chǔ)設(shè)施”通信系統(tǒng)的支持，這些高科技聽上去很遙遠(yuǎn)，但實(shí)際上已經(jīng)在實(shí)現(xiàn)的過程中。

目前，美國麻省理工學(xué)院可感知城市實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)和新加坡自動駕駛公路交通委員會開始合作測試狹槽式智能十字路口，淘汰掉交通信號燈想必不會太遙遠(yuǎn)。據(jù)拉蒂預(yù)測，無人駕駛技術(shù)和智能十字路口的推廣將會使新加坡路上的私家車減少30%以上，而更少的車輛就意味著更少擁堵和更小的環(huán)境影響?，F(xiàn)在，大量的城市用地都被停車場和公路占據(jù)著，將來它們可能會被改造成為擁有全新功能的公共區(qū)域。

4.城市與自然融合

智慧城市的構(gòu)建就像人的身體機(jī)制一樣，需要多個器官協(xié)同運(yùn)作。在未來的智慧城市中將林立著一棟棟智能大樓，這些大樓的窗戶可以將白天收集到的光能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來，大樓里裝的恒溫器會為人們調(diào)節(jié)感覺最舒適的體感溫度……但是，智慧城市僅靠著高科技的支撐就足夠了嗎？不是的，我們的生活還需要一點(diǎn)綠意，而這一點(diǎn)那些智慧城市規(guī)劃者們也早就考慮到了。

19世紀(jì)法國著名思想家埃利澤·雷克呂思曾經(jīng)說過：“理想的城市應(yīng)能將田園之趣與城市之樂融合在一起?！边@和智慧城市規(guī)劃者們的想法不謀而合，據(jù)拉蒂介紹，在未來，城市和鄉(xiāng)村的邊界會慢慢消失，生活在智慧城市中的人們既可以享受到城市生活的便捷與高效，也可以享受到鄉(xiāng)村生活的舒適與安逸。

這些并不只是空想，因?yàn)榫驮谧罱?，英國劍橋大學(xué)建筑系的3名研究生設(shè)計出的海藻房屋在建筑設(shè)計界引起了不小的轟動，他們的設(shè)計理念是在建筑中嵌入含有海藻的玻璃管，通過反光系統(tǒng)控制海藻生存所需的光量，并將藻類產(chǎn)生的氫氣轉(zhuǎn)化為電能供房屋使用。據(jù)估計，這種房屋每年能產(chǎn)生4100千瓦時的電能，可供一輛電動汽車從倫敦開到北京往返兩次。海藻房屋的設(shè)計方案在國際智能綠色房屋設(shè)計競賽中獲得了一等獎，這種設(shè)計不僅顯示了利用海藻等植物為房屋提供能源是可行的，還激發(fā)了其他很多關(guān)于綠色建筑的設(shè)計想法，在未來的城市中，人們或許可以在高樓上種樹和各種蔬果，這樣不僅減少了建筑內(nèi)部能耗，還將自然融入了城市。

5.便捷化生活

為了讓市民的生活更便捷，智慧城市需要投入大量的傳感器來收集城市數(shù)據(jù)，比如，將傳感器裝在路燈上就可以收集到城市路面信息，其中包括空氣質(zhì)量、光照強(qiáng)度、噪音水平、地面溫度和濕度等。不僅如此，還可以利用物聯(lián)網(wǎng)將傳感器收集到的所有關(guān)于水、電、油、氣、交通、公共服務(wù)等資源數(shù)字化，進(jìn)而通過監(jiān)測、分析和整合各種數(shù)據(jù)智能化地響應(yīng)市民需求，這樣不僅可以解決市民關(guān)于衣、食、住、行等各方面的生活問題，讓其生活更便捷，還可以降低整個城市的能耗和成本。

早在1927年上映的科幻電影《大都會》中，就已經(jīng)出現(xiàn)了關(guān)于無人飛機(jī)的構(gòu)想，而在90多年后的今天，這一構(gòu)想終于成為了現(xiàn)實(shí)。美國亞馬遜公司就發(fā)布了一款無人飛機(jī)，同時還申請了“無人飛機(jī)輸送系統(tǒng)”的專利，其中包括通過無人機(jī)完成接單和收貨的整套流程。在這套流程中，無人飛機(jī)會利用買家所提供的位置資料，搭配其智能手機(jī)的實(shí)時定位，將貨品直接交付到買家手中，無論買家是在家或是在其他什么地方，即使買家臨時更改收貨地址也沒有關(guān)系。這種無人飛機(jī)送貨的方式讓買家的收貨時間和地點(diǎn)有了更多的彈性，避免了以往買家只能在某個指定時間和地點(diǎn)收貨，一旦臨時不在就會導(dǎo)致無人可收貨的窘境。

亞馬遜公司設(shè)計的這款無人飛機(jī)裝有傳感器、攝像頭、雷達(dá)以及其他能保證無人飛機(jī)安全著陸的多項(xiàng)裝置，既能實(shí)時規(guī)劃飛行路線，還可以準(zhǔn)確避開人類和其他障礙物。不過，目前的無人飛機(jī)輸送系統(tǒng)還存在一定風(fēng)險，包括貨物從高空墜落或者是被有心人士攔截等。所以，無人飛機(jī)輸送系統(tǒng)還需要經(jīng)過進(jìn)一步的改良和修正，才會正式開始投入運(yùn)行。

6. 抵御天災(zāi)

過去，一場地震、一次颶風(fēng)或是其他任意一種自然災(zāi)害，都會對我們的生活造成毀滅性的打擊。但是，隨著建筑材料和建筑工藝的不斷改善，城市建筑的抗災(zāi)性能也在逐步提高，未來這些天災(zāi)對我們造成的影響可能將變得微乎其微。

2004年12月26日，印尼海嘯發(fā)生后，拉蒂和他在麻省理工的研究團(tuán)隊開始著手為漁民們設(shè)計一款能夠抵御風(fēng)浪的簡易房屋，他們在房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)上多采用穩(wěn)定的直角形狀，還在房屋外部設(shè)計了疏通引流的結(jié)構(gòu)，這樣即使有大浪過來，房屋也只受到最低程度的沖擊。這種房屋的牢固程度是傳統(tǒng)房屋的10倍，造價卻比傳統(tǒng)房屋還便宜。

不過，拉蒂表示：要想更好地抵御天災(zāi)，關(guān)鍵還是建立有效的災(zāi)害預(yù)警機(jī)制。有了準(zhǔn)確高效的災(zāi)害預(yù)警，人們才有足夠的時間做好抗災(zāi)準(zhǔn)備，才能最大程度地降低災(zāi)害帶給人們的影響。

過去，一場地震、一次颶風(fēng)或是其他任意一種自然災(zāi)害，都會對我們的生活造成毀滅性的打擊。但是，隨著建筑材料和建筑工藝的不斷改善，城市建筑的抗災(zāi)性能也在逐步提高，未來，這些天災(zāi)對我們造成的影響可能將變得微乎其微。

7.摩天大樓

當(dāng)前全世界最高的摩天大樓是位于迪拜的哈利法塔，總高達(dá)828米，有163層。與此同時，迪拜還有一座建造中的通天塔，預(yù)計會突破千米，超越哈利法塔成為世界第一高樓，這座通天塔是阿聯(lián)酋為2020年的世博會建的。

不過，東京也不甘示弱，據(jù)報道，東京計劃修建一棟超級摩天大樓，名叫“天空英里塔”（Sky Mile），高度將達(dá)到1600多米，比現(xiàn)有的世界最高摩天大樓哈利法塔高了整整一倍?！疤炜沼⒗锼钡姆桨赣置麨椤跋聜€東京2045”，它指的并不是現(xiàn)在這個坐落在陸地上的東京，而是在東京灣的海埔新生地發(fā)展起來的新東京，其中“2045”指的是這座摩天大樓將針對2045年的生態(tài)條件而設(shè)計，因?yàn)楫?dāng)前的東京就像世界上其他低海拔的海濱城市一樣，面臨著海平面上升、地震和臺風(fēng)風(fēng)險增加等各種不利因素，而“天空英里塔”可以憑借它的高度優(yōu)勢自成為一個生態(tài)小區(qū)。預(yù)計塔內(nèi)將能容納5.5萬居民，在必要時，比如地震和臺風(fēng)等自然災(zāi)害發(fā)生的時候，有望容納50萬避災(zāi)的居民。

報道稱，“天空英里塔”的技術(shù)問題已經(jīng)大體解決，只剩下建筑資金籌措和興建細(xì)節(jié)還有待研究。不過，對于超過一公里高的建筑來說，供水將是個大問題，如果從地面直接打水，不僅費(fèi)時而且經(jīng)濟(jì)成本太高。拉蒂認(rèn)為，要解決供水問題，可以從人造雨的方面著手，擴(kuò)大大樓結(jié)構(gòu)體的表面積，從而方便各樓層汲取和儲存人造雨。同時，還可以在大樓中建設(shè)空中垂直花園，不僅美化環(huán)境，還有利于改善空氣質(zhì)量。

“世界高層建筑與都市人居學(xué)會”的報告顯示，未來的城市發(fā)展都將往“上”走，而不再局限于平面發(fā)展。所以，未來的智慧城市也會是一座不斷向上發(fā)展的城市。