现代文明的一项关键特征，是依赖电力、交通和供水等关键基础设施。这些基础设施正变得日益复杂、智能且互联互通。
这些进步是否也会使系统更容易受到技术风险和外部威胁的影响？还是说，技术日益精密实际上能让这些集成系统更具韧性？能源基础设施的例子同时揭示了这两方面的情况。
能源转型
能源领域正在经历重大转型。它正逐步摆脱化石燃料和由少数发电厂提供的集中式供应，转向风力涡轮机、太阳能系统等可再生能源，并结合储能技术和分布式架构。
除了这些重大转变，各类能源消费者也在拓展用电方式，例如将电力用于热泵、电动汽车以及电转X技术因此，世界各地的人们越来越常谈到“全电气化社会”的兴起。
这一转型给我们带来了重大技术挑战。能源生产与消费在时间和空间上的脱节，使系统复杂程度大幅提高；能源系统每纳入一个新的分布式单元，复杂性就会进一步增加。
德国是能源转型的先行者。20世纪80年代初，约有1,000座大型发电厂为其工业化经济供电。如今，德国有170万座发电“厂”，其中包括许多安装在私人住宅屋顶上的太阳能发电设施。由此带来的复杂性提升，使维持电网稳定运行的成本更高、难度更大。尤其是电网扩建和容量管理成本不断攀升。
了解得越多，就越能及早采取行动
从积极的一面看，这些新资产如今往往具备数字连接能力，使我们能够不断加深对系统的了解，尤其是此前未配备传感器的系统。了解得越多，我们就越能快速发现问题并采取补救措施；也可以在故障发生前进行维护或升级，从而节省时间和金钱。因此，端到端数字化和联网不仅能提高效率与透明度，还将为打造更坚固、更灵活、因而更具韧性的基础设施奠定基础。
在许多情况下，技术复杂性增加也带来了更大灵活性的优势。这种灵活性使大型集成系统能够预见并应对问题和变化，作出相应调整，并在遭遇挫折后迅速恢复。换言之，灵活性增强意味着韧性提升。
微电网带来更大灵活性
技术进步如何提升灵活性和韧性，纽约市的例子便可说明。桑迪飓风过后，纽约市连续数日停电。灾后，一家名为LO3的年轻初创公司开发了基于区块链的创新方案，以优化当地电力的生产、储存和使用。
其基本思路是采用微电网——由电力消费者组成的小型本地网络——来提高供电效率。如今，私人住宅发出的电也能供一个街区之外的邻居使用，从而优化本地供电渠道。由区块链技术控制的这种分布式供电系统，已证明这一做法切实可行。
下一步，LO3和西门子计划确保基于区块链的微电网在停电期间也能继续运行。从更大范围看，这类微电网有望为大城市保障更可靠的电力供应提供可持续方案。
城市是增长引擎
城市最能清楚体现我们对运行顺畅且具韧性的基础设施的依赖。世界人口持续增长。专家估计，到本世纪中叶，全球人口将从目前的76亿增至约100亿。人口增长几乎都将发生在城市中心。预计到2050年，70%的人口将居住在城市。
在城市化推动下，全球建筑业正以前所未有的速度增长，且未来数十年仍将如此。未来40年，全球预计将新增2300亿平方英尺建筑，相当于每周建成一座新的巴黎。
因此，城市面临的压力日益增大。快速增长的城市人口持续推高对能源、清洁水源和清新空气等资源的需求。
城市是数据引擎
驾驭这股巨大需求的一个关键，蕴藏在城市基础设施产生的海量数据中。如今，这些数据仅在各自孤立的系统中使用，服务于范围狭窄、界定明确的用途。大量价值尚未得到挖掘，因为只有将这些“大数据”转化为真正的“智能数据”，才能创造实际效益。
必须收集和分析数据，才能生成改善城市生活的信息。但只有当电网、列车、交通系统和智能建筑等单个基础设施单元接入数字世界，城市数据才有可能持续整合。
我们已经朝这个方向迈进。然而，目前数字化举措往往仍局限于特定领域的数据整合。我们缺少的是全面的基础设施联网——这种连接方式能够带来切实改善，提升城市系统的效率。
这类智慧城市应用具有巨大的降本潜力。麦肯锡全球研究院预测，到2025年，全球城市节省的成本最高可达1.7万亿美元。通过城市基础设施联网来部署此类应用，一个重要因素是建筑与电网的融合。
怎样才能让基础设施变得智能？连接建筑与电网
建筑正变得越来越智能，也日益受益于互联互通。许多现代建筑不只是消耗能源，还通过本地光伏设施或热电联产系统发电。此外，它们还可以储存或分配电能或热能。如今，建筑也通过能源和数据交换接入电网。
另一方面，能源系统正日益分布式化。电网的终点不再是工厂或住宅。真正的终端将是电网一端的发电设备，或另一端的用电设备。因此，系统的全面优化必须超越电网连接点。
西门子希望从一开始就积极参与塑造这些发展。因此，公司正在整合其现有的电网、基础设施和建筑业务，成立一家新的“智慧基础设施”运营公司，并于2019年4月1日开始运营。
电网与建筑的协同将提高发电效率和可持续性。此外，面对日益增长的复杂性，这种协同也将带来提升韧性的新机遇。这些进步将使未来的基础设施更加数字化，也更具韧性。
提升数据韧性，让数字世界更安全
数字基础设施要充分发挥潜力，也必须安全可靠。我们西门子深知这一点至关重要，并致力于实现这一目标。归根结底，关键在于信任。
但如何才能建立对数据驱动系统安全性的信任？西门子发起了一项名为“信任宪章”的倡议。但建立信任并非任何一家公司单靠自身就能做到。因此，包括戴尔、IBM和空中客车在内的16家全球企业已经加入这项倡议。参与者将共同努力，加强对个人和企业数据的保护，防止个人、企业和基础设施遭受损害，并建立对数字技术的信任。
保护智能基础设施免受网络攻击，不仅对特定基础设施的稳定至关重要，也关系到整个社会的安全。西门子希望为提升数字世界的安全性尽一份力。
