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城市技术未来和新基建逻辑

中国工程院院士、原同济大学副校长 吴志强/文

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新基建是当前我国新型智慧城市建设过程中非常重要的物质载体之一。它将城市的智慧化从服务层落到物质层,是城市空间层面重要的载体系统。因此,城市技术未来的五大背景,将深刻影响“十四五”时期和2035年远景目标的城市经济社会变化。

城市技术未来的五大背景

• “以数明律”,精准认识和把握城镇化及城市发展

城市是人类创造的最复杂、最伟大的作品之一。当前,人类对未来城市发展图景的认知,在很多方面还只是处于感觉阶段。但在不久的将来,随着人类认知发展到更深一层的感知阶段时,大量的城市运行体征数据将不断涌现,“以数明律”(即用数据来说明城市运行的规律)慢慢变成可能。未来15年将是城市规律研究的理论技术成果集中涌现的阶段。

研究全球城镇化的规律发现,农民变成市民,人均产出可提升3倍。但发达国家城镇化率在66%~80%之间时,才开始以转型提升劳动生产力。只有转型成功为“智力城镇化”(从城市的体力劳动进一步发展成为创新、创意等智力劳动)的城市,国家才有可能进入现代化创新社会,否则就会转变为“体力城镇化”(从农村的体力劳动到城市的体力劳动)城市。这是需要警惕的长期陷阱。从城镇化率66%的分叉初始期到88%的状态定型期,中国有15年的转型时间。这期间不断涌现的城市发展规律研究成果,将更精准地指导城市发展,推动实现国家治理体系和治理能力现代化。

• 人口结构变化带来城市人的需求变化

当前,我国人口结构正呈现出老龄化、少子化、高等教育大众化、人口跨境跨文化及空间融合等重大变化趋势。其中,老龄化现象最为凸显。

按照联合国的最新标准,一个国家或地区65岁以上老人占总人口的7%,则意味着这个国家或地区进入老龄化社会。依据此标准,中国显然早已进入老龄化社会。并且有报告预测,中国将在2022年左右进入老龄社会,即:老龄人口长期占据总人口相当大的比例。届时65岁及以上人口将占总人口的14%以上。中国实现这一过程仅用了约22年,速度不仅快于最早进入老龄社会的法国和瑞典(这两个国家分别用了115年和85年才实现了向老龄社会的转变),也快于其他主要的发达国家。

高龄化是中国人口老龄化的一个重要特征。随着三次生育高峰的出生人口相继进入高龄期,在未来老年人口年龄结构中,高龄化现象将逐渐凸显。城市需求的变化、数字鸿沟的跨越,都将催生新的挑战。

• 人类对更长健康寿命的期望

未来,人类的人均寿命将会大幅度提升。瑞典皇家工程院在庆祝其创建100周年时,展示了一项研究:在过去很长的一段时间内,人类的平均寿命一直不超过25岁。直到1800年至1900年这100年间,随着世界现代化进程的逐步推进,人类的平均寿命才从25岁变成45岁。随后在1900年至2000年间,人类的平均寿命从45岁变成70多岁。我们可以试想一下,再过100年,人类的平均寿命能够延长至多久?为什么过去的两百多年间人类寿命提升了那么多?其原因在于抗生素的发明及其大规模被使用。21世纪,随着生命科学高速发展,包括器官替换、新型药物等医药技术的不断出现,能否再创生命奇迹,还需拭目以待。

• 数字技术将给城市规划、建设和管理带来新模式

“大智移云区链”指的是五大数字技术,即大数据技术、人工智能技术、移动互联网技术、云计算技术和区块链技术。这五大技术与城市的千行百业融合“发酵”,将驱动城市从单独的物理世界走向与数字世界的共生共荣,带来大规模的城市规划、建设和管理方面的变化。

• 城市能源供给侧和消费侧革命带来的新问题

能源领域会发生一场非常重大的革命。根据来自TOTAL(道达尔石油及天然气公司)的数据显示,从2017年开始,人类能源总体使用量每一年增加2.5%。到2060年,整体将要增加5倍到6倍的能源使用量。2020年9月,中国宣布二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取在2060年前实现碳中和。二者之间挑战与机遇并存。现在,世界各国之间比拼的是数字城市建设,而在未来40年,比拼的是谁先完成碳中和。所以,现在开始在数字城市建设中进行节能减排的相关探索变得极其重要。只有让“数字城市建设”和“生态环境工程”这两条腿跑起来,中国才能真正地实现可持续发展。

城市技术未来的五大突破

城市发展是不断迭代、不断演进、不断生长的过程。未来的城市技术会有五大突破,通过加速城市主体的智能升级,使之变成越来越聪明的城市智能体。

• 自主城市全生命周期的全智化

过去的城市建设模式是先创作方案,然后专家评估,接着是优化,最后才是建设。而现在借助数字技术,我们可以在上述几个步骤的基础上向前后延伸。

以创作方案这一步为节点向前延伸,可追溯至感知数据阶段。在这两者之间还有学习、推演、分析判断数据等步骤。通过这些步骤,我们可以模拟出城市本身的发展变化轨迹,然后判断出哪些部分是多余的,是需要消除的;哪些部分是致命弱点,是需要干预的。

以建造这一步为节点向后延伸至监督环节。通过监督所反馈的信息对城市建设模型进行不断迭代,然后再回到感知阶段,形成一个完整的生命周期。未来,上述所有的步骤都会衔接起来,形成自主城市全生命周期的全智化(如图)。

图 自主城市全生命周期迭代演化模型示意图

• 智能平台开始大量涌升

全世界所有的城市总量约为13800个。通过识别全部城市模型,我们将每一个城市的所有单个平方公里的数据信息,以序列的形式构造出来。经过不同层级分类后,再进行深度学习。最后输出七种不同类型的城市模型。基于智能平台大规模的计算,输入某个城市的初始条件数据后,人工智能既可以溯源出它过去的发展历程,也可以推演到它未来的发展图景,实现了既知过去,也晓未来。

• 自主城市情感感知

在过去的城市生活中,人通常是主动去追求城市所附带的生活空间和物质享受,城市是被动的一方。但是未来,则是城市主动去大规模地感知人的情感,以此来优化城市的运行。人民城市人民建。未来城市发展必须以人民为中心,让人的情感变成城市工作中一个非常重要的判断依据。

2018年,我提出了“城市情商”的概念。围绕这一概念开展了从理论架构到具体数学模型的构建等一系列项目工作。

我们的小组一直在跟踪全国范围内的一线城市居民的情感数据(例如在公共社交平台上发表的带有情感色彩的词汇)。比如,在收集到的1822条上海市民的有效情感数据中,其中正面情绪数据如“英雄”“甜美”“感恩”“中心城市”等多达1300多条,而负面情绪数据如“兵荒马乱”“刻薄”“愤怒”“鄙视”“骂人”等数量则明显较少。

通过跟踪上海市民的情绪数据发现,在2020年春节前数据所呈现出的市民情绪状态一直是以正面情绪为主。这表明市民在上海的生活体验越来越好。但是,在新冠肺炎疫情爆发以后,反映正面情绪的数据迅速减少。新冠肺炎疫情爆发前,武汉市民的正面情绪数据指标通常比上海市民多5个百分点。市民情绪非常乐观。但在新冠肺炎疫情开始时,武汉的“城市情商”报告显示,市民的正面情绪指标下降了21个百分点,而上海市民的情绪指标仅下降了10个百分点。国家强力举措的实施让新冠肺炎疫情逐渐得到控制。武汉的“城市情商”也在慢慢地自我恢复。未来,对城市居民的情感感知会变成非常重要的内容,其作用是调整城市运行状况以便更好地服务于人。

• 自主城市“家园”三元重构

自主城市的“家园”三元构造会变得越来越重要。如今,很多城市在自身建设思路设计上多呈现出“宏大叙事”的特点。然而实际上,未来“家园”在城市发展中会成为一个越来越重要的概念。所谓“家园”其实就是“5分钟”生活圈。

数字技术将在“家园”范畴内,构建物质的、社会的、数字的三元世界,让城市中以任何一个人为中心的“5分钟”生活圈都变成真正的智能家园、智慧社区,所以“家园”的数字架构在未来将会变得非常重要。

• 全面建构自主城市智能基建

自主城市智能基建系统会大规模推进。未来15年,现有的城市基础设施包括污水管、自来水管、煤气管等都将开始数字化置换和智化升级。同时,网络从布点、建设、运维到治理维度都将整体智化,共同变成存储于我们这一代人记忆中的新的基础设施。

智慧新基建需要遵循的五大逻辑

新基建的不断推进,已经在中国大地掀起一股新的发展大潮。2018年的中央经济工作会议上,我国首次提出“新基建”概念。会议强调“加快5G商用步伐,加强人工智能、工业互联网、物联网等新型基础设施建设。”其实不仅中国在开展新基建,其他国家也在开展类似的战略规划。例如,韩国提出的“Ucity计划”、日本提出的“智慧社会5.0”、新加坡提出的“智慧国2025”等。全球都在关注新的数字技术,中国的新基建与其他国家的战略不谋而合。但中国有备而来,对“新基建”战略的实施有着充足的底气。全国各地都在全盘谋划、系统推进“新基建”战略来支撑城市美好生活。

• 逻辑一:新基建一定要遵循人本逻辑

新基建必须要回到人的感知,以人民为中心,回到人民的需求上来。只有把人民特别迫切的需求整套分析出来,才是指导智慧城市项目工作稳步落地的根本内容。过去大家都以为新城很好建设。“绿底板”之上建设新城,引入很多高新技术。但实际上建设完后会发现,新城往往都建设得不太好。

后来,大家就发现其实老城的升级改造更好做。在“灰底板”上进行智慧城市建设反而更有效果。这是因为老城有大量常住人口,建设者们能够准确感知到人的客观需求。各项工作开展起来就会很顺利,能够让人民快速感受到智慧城市建设效果。

• 逻辑二:新基建一定要遵循智化逻辑

大量的设施建设都需要实现智能化。一般基础设施包括能源、水务、环卫、交通、通讯、防灾,这是城市建设体系的6大系统,在其中融入大量的智能化,遵循智化逻辑十分重要。

• 逻辑三:新基建一定要遵循设施逻辑

未来将实现智能技术的基础设施化。每一代人都在不断往前走,例如可以通过大量的、现代的科技,测试并分析客流规律。未来,这些“软的”数据向“硬的”基础设施的转变,包括新的概念、理论还需要一代代人的努力前进。实际上,这些概念、理论最终都会固化到物质层面,成为新一代的基础设施。

• 逻辑四:新基建一定要遵循节点逻辑

不管是政府管理、商业运行,还是用户,都需要物理空间的支撑。从1785年第一次机械化出现以后,城市就不断出现大量新节点。厂房和烟囱大量建设后,城市开始从农业社会城市进入工业城市。

随着蒸汽机的出现,城市有了火车站;随着汽车工业的发展,城市有了大量停车场;随着航空工业的发展,城市开始普及飞机场;随着生物技术的诞生,城市又有了生物种群的库房和专门做基因库的库房;随着人工智能等数字技术的出现,城市出现了相应的全新空间节点来存储和计算大量的数据……这些波次推进的技术影响着全世界城市的发展。中国的城市完成了前几波的应对。而后面的生物技术、可持续发展技术、人工智能技术等波次带来的影响,使得城市空间节点的应对还在持续发生。

• 逻辑五:新基建一定要遵循生态逻辑

生态逻辑就是要有承诺,相互之间能够打通,能够自主调控,从而做到生生不息。没有整体生态,就没有智慧城市的可持续发展。这种生态的构建需要全世界的智慧城市规划群、企业和城镇群来进行协同,包括技术和资金的协同、虚实的协同等,共建、共创、共治、共享智慧场景。

新的时代正在到来。让我们抓住机遇、一起努力,一定能够共创城市更美好的明天。

专家观点

“大智移云区链”五大技术与城市的千行百业融合“发酵”,将驱动城市从单独的物理世界走向与数字世界的共生共荣,带来大规模的城市规划、建设和管理变化。

—— 中国工程院院士、原同济大学副校长 吴志强

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