学术笔谈

凝核破界:对智慧城市基础理论和集成技术发展的几点冷思考
作者:杨俊宴(东南大学特聘教授,东南大学智慧城市研究院副院长)

在当下信息化、数字化、网络化并行的时代语境中,城市正从传统的单一空间逐渐拓展为多元空间,从静态物质空间拓展到动静交融、显隐互鉴的高频复杂巨系统。智慧城市是城市信息化的高级形态,是城镇化与信息化的深度融合,是城市低碳转型与生态经济发展的转换器。此外,智慧城市也通过信息技术、互联网、物联网等将城市的各项系统与城市整体的运行和服务打通、集成,实现依托实时大数据和智能算法的城市动态精细化管理,提升城市的生活质量,例如提供天气高颗粒度预报、交通精细管理和高密度城市地区的环境自动化管控等。

近年来,业界有些从交通组织切入,有些从医疗卫生切入,而有些从生态环境等角度切入,都在智慧城市的不同领域探索。但是,从我国智慧城市的建设现状来看,主要存在几个问题:首先是缺乏智慧城市的基础理论研究,对于智慧城市以及由此产生的虚拟城市社会的内涵特征和发展规律缺乏解析;其次是缺乏数据即为资产的意识,信息的资源化利用率低,对城市公共信息集成和融合程度不够;最后是当前智慧城市的工作往往都是上层建筑式的顶层架构或者直接到企业的具体商业产品,集成落地并产生实效的探索不多。智慧城市是多行业跨界合作的整体概念,那么,城市规划行业的智慧城市是什么?从城市规划行业来看,智慧城市的核心应首先聚集于“规划—设计—建设—管理”的建设周期,夯实了本行业全链条的智慧化,再去统筹其他行业,是顺势而为;虚化本行业核心而热衷于“统筹”其他交通、生态、医疗等多行业的智慧城市建设,多数沦为了空谈。

我认为智慧城市的整体发展大致可分为3个层次。第一个层次是数字城市,也就是由数据构成的虚拟空间和城市物质实体空间通过实时映射所形成的数字孪生城市。对城市多源即时数据的集成、交互和融合,使得小到城市输电网络每一次的电子脉冲波动,大到千万人群在城市空间中的流动都可以通过数字形式被实时动态地感知,并基于一系列智能算法和技术在虚拟空间中迅速做出响应,为真实城市空间遇到的问题提供及时的解决方案。第二个层次是物联城市,由于数据源颗粒度的细化和信息流分配下虚拟城市与物质空间所产生的人、物、数据信息实时互联、多维互通的城市社会组织方式。城市海量多源的大数据以及虚实交互的方式是物联城市的构成基础。物联城市使得反映城市人、物、空间、功能的大量数据信号之间相互联系、交叠和互通。人、物、空间甚至时间开始紧密互联与交叠,通过信息承载体让所有能行使独立功能的普通个体、物体和功能形成相互链接的网络。第三层次是智能城市,是以城市系统自身所具有的智能判断和自学习性为重点,讨论未来城市作为一个有机复杂系统是否更聪明,更智能。基于泛在维度的多源城市大数据和万物互联的系统,城市可以被认为是有了自动计算能力的多维交互的复杂网络体,而多种人机交互的智能算法使得城市形成一个具有有限智慧的复杂巨系统。通过建构一个与真实物理空间实时映射、交互计算和即时反馈的智能网络体,并从城市日常运行中所产生的数据和物联系统中不间断的自总结和自学习城市运行的特征与规律,进而可自主地做出判断并介入城市运行中。

在这三个层次的智慧城市发展过程中,不同行业将会有不同的自主应对,并从中诞生新的基础理论和集成技术。从城市规划视角来看,建设智慧城市亟待解决的问题有几下几点。

(1)凝练本行业的智慧城市理论核心。包括但不限于:智慧城市运行及结构逻辑将发生重大变化,如何建构智慧城市空间及规划理论体系?智慧城市智能系统的全面发展与应用也将引发城市社会关系的重构,如何正确认知与定位智慧城市智能系统,并赋予它在城市规划过程中的自主决策价值观?

(2)打破专业边界,集成智慧城市的通用技术。我们所需要的智慧城市应能对智慧通用技术领域进行高度集成,比如交互感知、智能算法、多源数据交叉计算等,与智慧城市的落地产品之间形成良性的联动,进而打破学界与业界、理论与技术之间的壁垒,形成一整套智慧城市的综合解决方案,而不是某一种大数据应用或某一产品的思路。智慧城市以及依托智慧城市的扩展功能应与我国城市社会更广泛、更独特的数字化发展形成共鸣。

(3)由技术主导到人本主导。智慧城市的既有基础更多地倾向于技术的突破创新,无人机、自动驾驶、人脸识别、定位系统等智能技术的探索已经取得了重大的成果,成为智慧城市建设发展的有力基石,并将继续推动智慧城市的深化发展。然而,技术的创新与发展应以人的需求为导向,并在具体的应用场景中得到进一步的提升与优化。从城市规划的需求侧来看,智能化公共服务设施、智能建筑在适老性方面拥有很大的发展潜力,智能化医疗技术也可以成为老年友好环境的重要支撑;智能传感器和监测设备的使用,可以使城市更为有效地管理生态条件的变化;实时气候预测也越来越多应用于城市物理环境变化和极端天气的应对与管理;无人驾驶和智能交通可以释放现有道路交通空间的潜力,实现实时的线路调整,还可以创造出更安全、更优质的城市人居环境。

(4)由智能检测到智能应对。智能技术在城市中的应用目前仍然以检查和监测为主,如视频监控、交通监测、城市体检等,并多采用信号提示的方式与人工进行交互,而缺乏进一步自主的智能应对。在高密度城市建成环境中,管理的规模量级和复杂程度已经远远超过了人工能够处理的范围,智能化的管理应对尤为需要。如低碳能源基础设施可以通过人工技术将其效应最大化地体现出来,包括:建筑物暖通设备对天气或温度变化的自动调节;平衡能源生产、供应、需求、利用和储备的“智能电网”等。此外,随着全球气候变化的影响,改变温度和天气条件的需求也将急速增加。智能化环境控制可以为高密度地区提供安全、健康的休闲活动空间和生活保障,对于未来应对气候与环境变化至关重要。

(5)由事后追溯到事先预警。在智慧城市的研究中,利用大数据对过去的已经发生的事情或动态的变化进行分析是非常常用的手段。然而从这次新冠肺炎疫情来看,高密度发达地区一旦爆发类似的重大疫情或者灾害,后期的追溯反演难以跟上疫情扩散的速度,也难以进行精准有效的防控。这就需要建立完善的、统筹协调的、自主化的事先预警、预测与应急管控智能体系。由首发案例即时回溯确定密切接触人群,实时追踪密切接触者活动轨迹,向其及周边人群发送预警,通过城市传播模型预测并通知调配周边防疫、交通、警务及医疗资源,完成即时布控、管治和医疗准备工作,可以在最短时间内形成最为科学有效的响应和管治,通过智慧城市实现重大疫情及灾害的应急响应及管治。

以上这些问题都需要城市规划学界和业界共同努力,打破多学科知识和技术壁垒,聚焦建构智慧城市“规设建管”系统,进而拓展到其他专业,共同建设真正的智慧城市。