智慧生态城市的理念发展梳理与实践路径解析

赵亮

(中国城市规划设计研究院 深圳分院)

1 引言

自工业革命以来，大量人口涌入城市，而在人地矛盾的整体背景下，城市发展普遍遇到因产业活动过于集中且资源承载不足而引发的污染问题。此外，人类活动对城市下垫面的改造也进一步影响了区域气候和能量负熵，造成如城市热岛、城市噪音、城市光污染等其他问题。城市环境问题已被全球尺度的社会各界广泛关注，同时，以通信智能为代表的科学技术发展迅速，并对城市发展产生影响。在此综合背景下，“智慧生态城市”理念逐渐被国内外学者及大众关注，并期待能通过其探寻当今城市人居问题的应对方法。

根据当前国内外对“智慧生态城市”理念的理解，可发现一般将其分解为“智慧化方向”及“生态化方向”2个方向[1]。但由于学术界仍缺乏对2个方向的统一理解，有必要对这一理念的“智慧”及“生态”要素进行梳理与解析。首先，根据人类对于“智慧”的理解，其应为高等生物基于神经器官而展现的一种高级的综合能力，具体可包括自感知、理解、联想、判别及决定的完整反应链。并在整个反应链条中，需同时涉及调取知识与记忆、情感倾向与逻辑、决策过程及分析等诸多能力。由此可见，城市作为无神经反馈系统的客观有机体，从根本上无法满足类似人类的高级智慧表现的要求。而“智慧化方向”则更多偏重于城市在感知问题的全面性、正确性，判别问题的科学性、合理性及问题解决决策的直效性。由于城市是一个复杂的综合体，其目前虽在模型建设中取得了一定成果，但并不能全面且有效地完成整体链条建设。同时，对于“生态”要素的理解也存在较大差异。国外研究中，生态城市（Ecological City）与可持续城市（Sustainable City）的具体内涵并无显著区别。而在国内，由于大众、专业人士对理论缘起、核心要素、局限性等基本理念仍缺乏有效认知，“生态化方向”更多侧重于形式而非理念贯彻，并出现一系列衍生概念，如生态农业、生态经济、生态建筑以及生态旅游等[2]。

虽未有学者对“智慧”及“生态”等理念进行本质溯源，但因“智慧城市”及“生态城市”已成为当前热门的城市议题，且由于理解不同而在实际建设中遇到诸多问题。而智慧生态城市这一概念虽然在全球环境变化及科技迅猛发展的背景下成为关注热点，却未能在理论及实际规划建设中找到支撑及核心标准，致使其无法在理论与实践的相互作用中得到广泛发展。因此，本文重点关注“智慧生态城市”理念，并根据公认的“智慧化”及“生态化”2大发展方向分别探讨。通过重点梳理“智慧城市”及“生态城市”理论起源、发展过程及与城市的关系脉络，解读核心要素、汇总案例并归纳理论在现实应用中遇到的具体问题，由此提出融合“智慧城市”与“生态城市”的必要性与路径。

2 研究方法

本研究将通过“智慧城市”及“生态城市”已有的理论研究，以文献综述方法分析探讨“智慧生态城市”的内涵并提出对其自身学术的理解。在此基础上，本研究将通过智慧生态城市的实际案例收集，进一步分析指出目前智慧生态城市的实际现状与应用问题。最后，以网络数据抓取及工程信息解读的系统方法，提出未来智慧生态城市的贯彻建议。

3 正文解析

3.1 概念解析及发展梳理

3.1.1 智慧城市的概念解析及发展梳理

与城市理论发展史中的其他理念类似，智慧城市理念的诞生及发展有着深远基础与现实背景。利用“智慧”因素积极影响城市发展已有先例，如20世纪90年代末，美国推行的城市郊区化发展策略遇到了诸多诸如土地资源、交通成本、人口就业等现实问题，并引发“精明增长”城市理论的提出及贯彻。当今普遍认为“精明增长”已有“智慧”的理念意愿。而在过去的十年内，以物联网、云计算、移动通信为代表的新一代信息技术发展，点燃了美国高新科技界的创新动力。而得益于理论氛围及科技创新中心的地缘优势，“智慧城市”由美国硅谷高新公司IBM正式提出，并迅速取得全世界范围的积极响应[3]。

在剧烈的时代潮流下，更应对“智慧城市”中的“智慧”元素的整体理念与技术方法持清晰的认知。根据众多学者对智慧理论的探讨，认为“智慧”主要体现在以下3个层面：①自律智慧：人对自我的认知。建立于人对外部环境的传统价值观（如了解环境有容量限度且再生循环需要时间），进而明白人应主动适应外部环境且对其改造应在一定限度内。②他律智慧：人对群体的认知。建立于人类群居生物的属性，因此，应明白与他人关系的界定及自我索取利益的限度，进而有平衡公共利益与自我利益的智慧。③集体智慧：集体选择既是趋众心理的生物本能，也在构建共同价值观的同时满足人类群体利益最大化，此外，集体智慧也包括公众参与及共享文化的认同[4]。基于以上理论，“智慧城市”的内涵可总结为通过互联网、大数据、云计算等高新科技手段，将 “智慧”的核心思想贯彻到经济、社会、生态及空间等不同城市要素，并以此引领城市发展方向[5]。

由于政府鼓励、企业推动及公众居民对当前高新技术猎奇的共同作用，智慧城市当前发展势头迅猛[6]。但基于前文对“智慧”的本源思考，可普遍认为目前所谓的“智慧城市”发展仍处于“数字化城市”的初级阶段，并已在理念贯彻中遇到诸多因其他因素而引发的实际问题。首先，因当前智慧城市建设偏重技术叠加及硬件设施，而对其实际效果的关注度不够且缺乏反馈提高机制，使当前城市更多地是成为单向的运行系统。其次，由于缺乏统一指导思路及行业标准，当前信息建设由各大通信企业技术垄断，并实际因商业模式及专利利益而形成信息孤岛，甚至在数据层面形成信息垄断。不仅学者及专业人士等在实际城市建设指导中无法发挥作用，公众的角色也仅成为参与、提供数据源而非主导，而这与智慧城市信息共享及公众选择的理念构想背道而驰。再次，由于当前对智慧化手段与经济增长相结合缺乏长远构思及眼界，智慧城市中“智慧”要素并未得到深入解读，其在实际工作中更多地是成为拉动投资和房地产城镇化的手段和工具。

3.1.2 生态城市的概念解析及发展梳理

生态城市的哲学思想渊源已久，学术界普遍认为其基于传统的自然普世价值，并在田园城市等传统规划思想中就已有体现[7]。基于以城市为研究本体、以生物体与城市环境之间关系为基础的城市生态学，生态城市在20世纪70年代正式提出后，已发展深入到以人为中心的人工生态系统的诸多层面。而其目前在政府、规划者及社会层面得到广泛重视，得益于以下2大要素条件：生态学科发展对传统城市规划领域融合及受全球变化为代表的环境冲击再思考。

因生态学重点关注诸如大气、水、土壤及包括微生物、动物、植物及人类等生物体的自然要素，其现有的一系列理论（如生态位理论、最小限制因子原理、演替理论及承载力理论等）已成为指导城市空间布局、物质流通及能量转换的重要基础[8]。但由于城市系统的复杂性，自联合国教科文组织（UNESCO）发起“人与生物圈计划（MAB）”并正式提出“生态城市”这一概念起，对其理解仍存在一定广泛性。前苏联生态学家O.Yanitsky认为，生态城市是一种理想城市模式，其中，技术与自然充分融合，人的创造力和生产力得到最大限度的发挥，居民的身心健康和环境质量得到最大限度的保护，整体物质、能量及信息高效利用，生态良性循环；美国生态学家R.Register则认为，生态城市即为生态健康的城市（Ecological Healthy City），是紧凑、充满活力、节能并与自然和谐共存的聚居地；我国的黄光宇教授侧重于生态城市中人的主观能动性，认为生态城市是根据生态学原理，保护与合理利用一切自然资源与能源，提高资源的再生和综合利用水平，提高人类对城市生态系统的自我调节、修复、维持和发展的能力，使人、自然和环境融为一体，互惠互生[9]。由此可见，虽然各位学者对生态城市定义侧重不同，但都基本认定其人工生态系统中“自然属性”的核心内容。

目前，生态城市在国内外均受到重视并已有一定发展基础。其中，西方发达国家依托强大的经济实力及发达的科学技术，能够保障自然资源及要素的保护、治理及恢复工作。而自然资源承载、人口压力的相对平衡以及公众自治、立法参与、产业升级及第三方监督等制度保障，使得其能保障人类活动干扰下的相对优良自然条件，并有效贯彻“生态城市”的规划理念。而由于中国仍处于发展中国家阶段且人口相对密集，人与自然环境争资源仍是城市发展的客观现实[10]。因此，生态城市的理念贯彻受到片面追求经济发展的压力影响，众多生态理念无法得到较好贯彻，城市环境问题（如空气污染、水体污染、土壤污染及城市热岛等）突出严重。

3.1.3 智慧生态城市的解析总结

总结生态城市的现状，可发现其本质为对自然要素的重点关注并融合城市生态学的基本理论与技术方法，但因人口压力及污染负熵输出的城市先天属性，生态城市在中国仍无法充分贯彻落实，迫切需要规划理念及实践回归自然要素的本质。相比之下，智慧城市的优势在于其能够通过多样化的技术手段，实现城市不同层面信息化、优异化和可持续化等要求。但由于其主要以高新科技公司引领及政府项目支撑为依托，在盈利话语权导向下，“智慧” 目前仅停留在信息化基础建设层面，无法形成有效反馈机制并与信息行业相互促进。

智慧生态城市的提出，初衷在于通过对 “智慧城市”及“生态城市”的内涵融合，弥补现实环境下两者各自发展的瓶颈问题。因此，解析总结“智慧生态城市”概念，其应为在高效和谐的城市发展愿景下，融合生态城市的理论内涵及智慧城市的技术方法，并可根据两者的核心要素及对接潜力，进一步分解为智慧能源、智慧资源、智慧环境、智慧交通及智慧建筑等实际城市规划及发展方向。

3.2 当前智慧生态城市的路径归纳

当前，智慧生态城市的实际建设路径以“生态城市”和“智慧城市”作为基底，而分为“智慧城市生态化建设”及“生态城市智慧化水平提升”2大类。此外，在具体的智慧能源、智慧资源、智慧环境、智慧交通及智慧建筑等实际建设方向，目前，也存在“整体推进”或“分项推进”的模式差别。前者城市基本为囊括多项的综合性推进，而后者城市则主要针对城市的突出问题在单项层面的探索性实验。

根据目前掌握的案例汇总，2种建设路径及推进模式均有丰富的建设实例。其中，“生态城市智慧化水平提升”主要通过国家政府的宏观城市研究及规划（见表1），而“智慧城市生态化建设”则主要通过高新科技公司的产品及项目来推动（见表2）。

表1 以政府生态城市为推进方式的智慧生态城市建设案例汇总

表2 以企业为推进动力的智慧生态城市建设案例汇总

4 讨论

4.1 智慧生态城市的重点融合要素

目前，智慧城市理念在国内极受重视，而对于“智慧”一词的理解中，仍无法将人类的神经系统反应链模拟完全应用到城市层面，但仍可以以“自律智慧”“他律智慧”及“集体智慧”3个不同层面，统一确定对智慧城市内涵的理解应为：“面对人类创造的最复杂、最宏大的经济、社会、生态、空间等方面复合的城市体系，应结合互联网、大数据及云计算等高新科技搜集分析宏观数据，向整体的智慧系统（包括智慧的经济、智慧的运输业、智慧的环境、智慧的居民、智慧的生活和智慧的管理等）发展，并达到引导整个城市发展方向的目标”。

由于人口压力对城市自然要素的影响显著，发展中国家的“生态城市”建设通常遇到自然资源承载及人口压力的失衡问题。因此，尽管生态城市已在中国发展成为以自然资源及环境数据收集、测算及分析为主，并通过空间整合与社会经济发展及国家标准统一并最终落实于土地利用规划层面的政府引导模式。但通过本研究对理念的溯源及内核解读，可发现其关注仍主要在于自然属性，即大气、水、土壤及包括微生物、动物、植物及人类等生物体与城市环境的相互作用，并以此为途径达到理想城市生活愿景的模式。

由此可见，“智慧生态城市”对“智慧城市”及“生态城市”两者理念的融合，需重点关注解读归纳之后的核心要素，即“智慧的不同层级”与“自然属性的应用”。而在“智慧生态城市”实际建设中，也常各自以“智慧城市”及“生态城市”作为本底弥补另外核心要素作为切实建设路径。

4.2 智慧生态城市的2大实现途径

随着智慧城市理念从企业界进入政府机构的关注，一系列与城市关联性强的政府文件真正出台（如欧盟委员会“Smart Cities Ranking of European Medium-Sized Cities”及中国住房和城乡建设部《国家智慧城市（区、镇）试点指标体系》等）。但通过对其解读可发现，智慧城市从一开始即以经济关注为核心，鲜少关注自然生态环境，而这一情况直至其被学者关注后才得以改善。2009年，来自意大利和荷兰的学者定义智慧城市为“智慧城市应该是由在人力和社会资本以及交通和信息通信基础设施上的投资来推动可持续经济增长和高生活质量，并且通过参与式的管理对自然资源进行科学的管理”。通过确立智慧城市的6个维度：智慧的经济、智慧的运输业、智慧的环境、智慧的居民、智慧的生活和智慧的管理，城市研究者已将自然要素纳入整个智慧城市体系，但由于在实际规划建设中仍无法主导话语权，致使智慧生态城市建设的自然要素仍被忽略。

生态城市理论虽发展相对完善，但在发展中国家中因人口压力而迫切需要更为迅速的城市环境反应机制。研究专家也在探寻现实中实现内核的有效途径，并认为融合智慧的维度，并在技术路线中借助互联网、大数据等相关方法成为构建“智慧生态城市”是未来的必然路径。只是目前技术手段仍局限于传感产品（如环境数据测量、环境数据传导监测、环境系统模型构建）而尚未触及智慧的高级层级，具体实现方法及标准设定仍进展缓慢。

4.3 智慧生态城市中以“人”为主体的人居建设初心

目前，智慧生态城市在落地建设层面已经做出一系列尝试，其中，以智慧能源、智慧交通及智慧环境贯彻核心理念是现今世界范围主流。

智慧能源旨在以科技为手段针对性减少能源消耗水平，从而达到降低城市污染等的生态效应。如日本千叶通过能源储蓄应对人口供给，并采用感应照明、温度的形式最大限度降低能源浪费。德国斯图加特、英国伦敦、智利圣地亚哥等城市也正在推广智慧电表及智慧电网，以感应能耗信息、调配能源供给及峰值电力融通为主要技术方式实现能源使用效率提高。旨在通过信息技术、通信技术、传感技术、控制技术以及计算机技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系的智慧交通理念，也能够通过建立全方位、实时、准确、高效的综合的运输和管理系统，达到便捷且降低化石燃料及能源消耗的目标。目前，智能交通主要覆盖的层面有以下几个：

①智能交通基础层，即城市交通灯系统与高速公路的信息化建设，包括对原来交通系统的改造；

②智能交通设备层，即实现智能交通所需要的视频监控设备、射频追踪设备以及公路照明设备等；

③智能交通的软件层，即导航地图、地理信息系统以及云平台等软件应用等。而世界城市根据不同现状及发展定位而采用不同技术，如丹麦哥本哈根重点开发智慧自行车系统、美国旧金山重点开发智慧停车系统等。智慧环境则直接面对城市环境中的资源分配及污染治理问题。其中水资源、水污染及大气污染最为受到重视。基础于终端数据采集、信息传导及数据反馈等技术下，自动环境监测已被美国纽约、奥地利维也纳等诸多城市所采用。

探讨目前已有的智慧生态城市建设案例，可发现智慧生态城市的至高要求尚难以达到。其中，理念层面仅关注狭义的城市环境（如仅仅以环境承载、环境分析为主），而技术上对信息化的过于侧重（如过度强调数据传导监测、测量等），致使其未利用数据信息化建设在产业、经济、社会等领域的明显优势，最终未能构建整体模型并分析出标准化方法及趋势性结论。此外，利益分配体系不够完善的制度障碍是当前建设智慧生态城市的最大阻隔。智慧生态城市是人类终极智慧及和谐环境的远大构想，因此，需要从各个层面满足当代的人本需求（能力、结构、系统、关系、环境、心理艺术与美学等）。而目前对于城市中人这一角色（从城市管理者到普通居民）尚未完成深刻思维转变，并缺乏人本的宏观视角及系统化的理解能力。通过对具体案例的总结分析，智慧生态城市这一代表未来城市发展方向的重要理念，仍需在实际建设中回归服务 “人”这一城市主体的规划建设本心。