城市及城市化

构建“适应性”未来智能城市的3个步骤

构建适应性城市将是一个持续数年的过程。 Image: Pexels

Nicholas D. Evans
Chief Innovation Officer , WGI Inc.
Gregory Sauter
President, WGI Inc.
Ibrahim S. Odeh
Founding director, Global Leaders in Construction Management, Columbia University
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城市及城市化

  • 到2050年,预计68%的世界人口将生活在城市地区;
  • 智慧城市可以通过创新和数字转型推动社会发展;
  • 在一个不断受到冲击的世界里,城市需要具备活力和适应性。

有人说,罗马不是一天建成的,这是有充分原因的。城市是地球上最复杂的人类设计系统。在今天,55%的世界人口生活在城市地区,这一数字2050年预计将达68%。在美国,这一数字已经达到83%,预计到2050年将达89%。

因此,对于整个社会和地球来说,城市有可能是实现创新和数字转型的最重要机遇了。通过这种转型,我们得以使城市的未来更加可持续和有韧性,同时也更具适应性。在这篇文章中,我们将探讨为什么有必要提出智慧城市的概念,但同时又不应止步于此,以及实现未来适应性城市的三个步骤,使其能服务所有人。

为什么不应止步于智慧城市概念

智慧城市的概念长期以来一直是城市的未来发展愿景,即使这一概念必要而不充分。科技公司很早就提出了利用智能传感器捕捉数十亿实时数据点的概念,以使城市智能化并能够对其周围环境做出反应。其使用案例包括自动驾驶汽车、智能照明,甚至智能垃圾桶等。传感器和数据确实是基本构件,就像水泥、空气、水、沙子和砾石是混凝土的组成部分一样,但它们只是原材料,并非最终的解决方案。

为什么适应性城市将是未来

提出智慧城市的概念是一个好的开始,但未来城市需要更进一步,需要具备强适应性,能动态地应对持续的变化和破坏。

近年来,各种形式的破坏已经从偶然事件发展为常态。如今的持续性破坏既包括颠覆性科技,如3D打印、人工智能(AI)、机器学习(ML)、自动驾驶汽车和数字孪生,也包括业务中断,如疫情、极端天气事件、气候变化、不可预见的情况,甚至是剧烈波动的政府政策等。

智慧城市的概念曾在稳态条件下运作良好,但在一个破坏持续造成冲击的世界里,城市的一个关键要求将是能够良好应对变化,并在其运营模式的数字和物理层面实现内在灵活性。如果城市的物理基础设施仍然很脆弱,那么数字生态系统的灵活性就变得毫无意义了。

一个适应性强的城市要在生命和生计、韧性和可持续性间实现平衡,不断分析、以行动回应变化的政治、经济、社会、技术、法律和环境条件。

构建适应性城市的三个步骤

建造适应性城市将是一个持续数年的过程。就像数字化转型一样,它可以实现速赢,通往这条路的每一步都可以收获相关效益。构建适应性城市的三个步骤包括建立愿景、设计适应性,以及建设内在灵活性。

1. 建立适应性城市的愿景

建立适应性城市的愿景要从其目标入手(图1)。每个城市的目标显然是不同的。例如,在美国,迈阿密在韧性方面的需求与达拉斯大不相同。适应性是关键,因为它能推动城市更好地支撑目标,也意味着城市可以在更多的时间里为更多的利益相关者实现更多的目标。

WGI Inc.
图1. 适应性城市的目标:为所有利益相关者实现动态优化。

动态路边管理就是其中一种解决方案:城市规划者得以利用动态的、数据驱动的路边管理政策,使路边交通和货物流动更加顺畅,使道路运行更加高效和公平。时限两小时的停车位可以动态规划为时限三分钟的装载区,或根据一天中的时间点或其他因素,规划为动态定价的送货区

随着城市的商业目标不断变化,适应性城市将必须实现目标的动态优化,从而主动地、以分钟为单位地管理一些此消彼长的指标,如交通量和二氧化碳排放量。

2. 适应性设计

在对适应性进行设计时,必须将设计重点放在城市建筑的数字和物理元素上。软件适应性可以通过云计算、人工智能、机器学习、数字孪生、软件定义网络、智能合约和平台商业模式等途径完成。

模块化设计和建造、多功能设计、机器人技术和无人机,以及能够快速集成、实现互操作性或动态供应的技术等则可以用来实现物理适应性(表1)。

表1. 适应性城市的数字和物理推动因素。

例如,Ample的机器人换电站可以在10分钟内更换电动汽车的电池模块和电池组;还有“plug and play urbanism”,它采纳了诸如人行天桥等元素,使其可以根据需要进行移动;沃斯堡市建造了一座横跨80英尺宽小河的可移动桥,用来改善街景;此外,在卡塔尔,由集装箱搭建的足球场在比赛后可以拆开并重新组装。

停车设施的运营优化不仅意味着少花钱多办事(例如,在疫情间,停车需求下降了90%),而且还意味着寻找替代方法,如将车库层改为健身设施为临时零售提供空间,或为餐厅外卖和食品配送提供临时区域。

这种物理适应性可以延伸到建筑环境中的特定设施以及整个建筑结构。多功能路灯,如加利福尼亚州安大略市的纽黑文规划发展社区的路灯,就配备了USB充电端口、环境传感器、Wi-Fi、路标等。

3. 建设内在灵活性

在建设或更新城市基础设施时,这些数字和物理推动因素将赋予城市亟需的内在灵活性。在建设或改造过程中利用这些推动因素将使城市在整个运行周期内都拥有设计的灵活性。一个很好的例子是,如果电网的一部分被损坏,微电网可以像一个自我修复的有机体一样对冲击作出反应。

在整合方面,重要的是建立平台商业模式,使得初创企业和其他成员的知识产权可以插入平台服务中并发挥作用,就像苹果的应用程序商店一样。适应性城市可以把该平台作为公共服务来运营,但同时它也能激活无许可创新,以便其他人,包括公民,可以轻松地在上面进行创新和建设。

从建筑,道路,汽车再到人,现在是时候重新定义每个主体在适应性城市中的作用了。

在此过程中,自然环境需要与人造环境更加融合,即把绿色和灰色环境融合起来。长期以来,我们的社会几乎完全依赖灰色基础设施,而没有充分利用绿色基础设施的好处,后者拥有天然的衰减器。

作为软件公司的适应性城市

有了这么多技术构件,未来的适应性城市将呈现许多应用案例,也许其主要挑战将落在使这一切变为可能的平台商业模式治理和协调方面。在这一点上,适应性城市将成为自己的软件公司,真正帮助世界变得更加美好。

有人说,“每个公司都是一家软件公司”,也许现在城市也应该变得像软件公司一样了。

本文作者:

Nicholas D. Evans,WGI Inc首席创新官

Gregory Sauter,WGI Inc总裁

Ibrahim S Odeh,全球建筑管理领导者创始董事,哥伦比亚大学

本文原载于世界经济论坛Agenda博客,转载请注明来源并附上本文链接。

翻译:张一凡

校对:王思雨

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