丁烈云:智能技术开启绿色城市新纪元(2021中国城市规划年会)

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演讲嘉宾:丁烈云,中国工程院院士,华中科技大学教授
本文来自:微信公众号,中国城市规划


当前,两个话题或者热点广受社会关注。第一个是碳达峰,碳中和。美国2007年碳排放达峰,多数发达国家在90年代就已实现碳达峰。中国目前碳排放总量约100亿吨,占全球碳排放的30%,到2030年才碳达峰,到2060年碳中和,将以全球最短的时间、最高的峰值实现碳中和。对比发达国家的自然碳达峰、碳中和过程,我国需要强有力政策措施,任务艰巨。第二个热点是人工智能。新一轮的科技革命有两个特点:技术核心为人工智能;产业形态为数字经济。人工智能已经成为很多国家的国家战略。我国在今年3月通过的“十四五”规划发展纲要,其中确定七个前沿领域,排在首位的就是“新一代人工智能”。今年美国5月份通过了《无尽前沿法案》(Endless Frontier Act),主要支持十大技术的发展,排在第一的也是人工智能。面对碳达峰、碳中和这一艰巨的任务,我们怎么利用新一轮科技革命、人工智能、数字技术和数字经济带来的历史机遇,来实现行业的转型升级?实现城市绿色发展?以下将重点关注四个方面。

1、催生城市建设新方式

中国经济的发展得益于两大驱动力:一是高速的工业化造就了大制造;另外一个是高速的城镇化引发了大建造。习近平总书记在2019年新年贺辞上,开篇就谈到中国制造、中国创造和中国建造共同发力,继续改变着中国面貌。阿卡迪建筑资产指数显示中国的建筑资产已超过美国,成为全球第一。这表明中国是一个名副其实的建造大国,同时意味着我国今后的城镇化不再是外延式的发展,至少要建设和运维并重。

然而,我们的城市建设方式还是粗放式的。原住建部副部长仇保兴曾指出我国的建筑寿命不到40年,大约是欧洲的1/4。究其原因,这可能有建筑质量问题,也有可能是规划问题。造成的结果是资源消耗过大和环境污染。现在建筑垃圾占城市垃圾约1/3。另外还涉及安全问题,2017年统计数据显示建筑的伤亡人数达到了3800多人。总体来看,我国建筑生产产值总量大,生产效益比较低,劳动力短缺等,其粗放式的建造方式亟待转型升级。

因此,需要把握新一轮科技革命带来的机遇,将现代信息技术、智能技术以及工业化的建造方式和城市建设深度融合。住建部等十三部委颁发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》。同时,“发展智能建造”也被纳入国家“十四五”规划。

什么是智能建造?简而言之,智能建造指智能技术与先进工业化建造技术深度融合形成的工程建造创新模式,也是“新城建”重要支撑。智能建造可以概括为:一“软”, 一“网”,一“硬”和 一“平台”。

一“软”

其中,一“软”指软件定义工程产品,即用数理逻辑,或者说数字化方法来定义建筑的形式逻辑。例如:冬奥会雪橇雪车赛场的赛道可以通过BIM建模,再在BIM模型上加载运动方程,模拟运动员滑行过程,形成运动员的最佳线路。数字化不是为了数字化而数字化,而是通过数字化形成数字资产,从而实现工程的价值增值。另外一个例子是诺基亚贝尔实验室开发的基于深度学习的FaceLift平台。该平台可以帮助城市规划人员充分利用居民对街景的综合敏感性,重新设计城市街道的景观。记得吴良镛先生九十年代曾提到:城市规划专业要开设运筹学课程。城市规划包含很多规划要素,如果我们赋予规划方案数理逻辑,用优化模型进行要素组合,那么得出的就是一个优化方案。

一“网”

一“网”指工程要素泛在互联。例如:我们可以通过传感器和物联网对“人、机、料、法、环”等工程要素进行感知,组建工程安全物联网,并结合BIM模型,形成数字孪生系统,从而为建筑工人的安全生产提供服务。物联网在城市中也有广泛应用,如MIT的可感知城市实验室(Senseable City Lab)的City Scanner项目,就是通过车载传感器来感知城市空间,创建动态传感网络,形成空间数据集,为城市的环境和城市道路运营的状态提供数据支撑。Wanderlust项目利用百万条手机数据分析居民的流动性,为交通规划、流行病建模和城市设计提供人的日常活动模式的基础模型。另外,香港大学城市实验室(HKUrbanLabs)的 Walkable Hong Kong项目则是利用遥感数据构建了一个香港的3D行人网络,将路段分为23个不同类别,包括人行道、人行天桥、地下、坡道和屋顶路径等,为轮椅、婴儿车和手推车使用者寻找最好的无障碍通道。

一“硬”

一“硬”指工程机械自动化、智能化。智能建造不是靠人建造,而是尽可能由工程机械建造。同时,要走工业化建造之路,即在工厂生产部件部品,然后通过智能物流运到现场进行安装,这样就可以大大减少建筑垃圾。因此,要发展工业化的工程机械和建造设备,包括生产部品部件的自动化柔性生产线,以及具有工厂属性的工地建造设备。

一“平台”

一“平台”指工程主体和要素的交互与协同。数字化的数据应该有一个平台来承载,通过平台进行分析并提供服务。目前,我们有建造资源的集采平台、工程设计平台、建筑劳务平台等。今后,可能还会有规划设计的服务平台。

智能建造可能会带来业态的改变。

产品设计:是算出来的,而不仅仅是画出来的;

生产方式:“像造汽车一样造房子”将真的成为可能;

工程产品:是一个智能产品,不再仅仅是一个物,手机现在是智能终端,汽车正在成为智能终端,下一个智能终端可能就是建筑,因为人大部分时间在建筑空间内,有大量的应用场景。

2、创新城市运维新模式

采用物联网对城市要素进行泛在感知,通过大数据分析城市的运行状态,提出和实施运维方案,即基于数据驱动的城市运维新模式。

如现在城市供水管泄露率平均是14%以上,这是很大的浪费。管网泄露也会造成水土流失,街道上出现的大坑主要是这个原因造成的。山洪和洪水到来,城市防洪能力弱,其中一个重要原因是污水排水管常年失修堵塞。解决这些问题,我们可以利用现代信息技术,比如采用机器人对供水管网进行检测,精确定位泄漏位置,然后进行维修。在武汉,我们正在做的工作是先把排水管网通过CIM建模,机器人巡检和疏通,做到精准维护,并建立智慧水务服务平台。这样可以提升管网的维护效率,同时也可以降低维护成本。另外一个例子是车路(城)协同。车路(城)协同是为了无人驾驶。目前无人驾驶有两套方案,一是马斯克的方案:车智能,环境可以不智能;另外一个是:车智能,环境也智能。若车智能,车可以观察到周围的场景,能够进行局部决策,实现无人驾驶。如果城市的环境也能智能,我们可以知道路上行驶多少车,从而优化整个城市的交通,提高交通运行效率,甚至可以把红绿灯都可以取消掉。

然而,新技术是一把双刃剑。如车城协同可以提高城市的运行效率,但也带来诸如城市基础设施投入增加、智慧交通系统的安全性、交通事故责任认定等新问题。我们要一切从实际出发,一步步往前走,一定要以提高城市的运维价值,增强老百姓的体验感为目标,而不是为了推广新技术应用为目的。

3、发展数字经济新业态

世界已迈进数字经济时代,企业需要抓住数字经济的机遇,否则会失去很多商机。我国提出发展数字经济,即数字产业化、产业数字化。数字产业化指华为、阿里、腾讯等提供数字化技术和服务的产业。产业数字化指传统产业,如制造业、建筑业等利用数字化实现转型升级。

数字经济典型的形式是平台经济。例如:英国建筑师Alastair Parvin构建的Wiki House平台。Parvin提出建筑师应该为更多人服务,为此搭建了一个平台,鼓励建筑师把自己的设计传到这个平台上,包括建筑构配建尺寸和制作方式。用户可以根据自己的偏好选取所需的建筑,并把建筑构配件图纸发送到厂家,让他们在指定的时间将加工好的建筑构配件运到指定的地点,几个人花几天的时间就可以装配好一栋建筑。这样的建筑一般是木结构建筑,在一些灾后重建和社区改造中发挥了很好的作用。Parvin认为20世纪最伟大的设计工程是消费的大众化,而21世纪最伟大的设计工程应该是生产大众化。我们每个人不仅仅是消费者,也是生产者,也参与建筑的建造。

规划行业也有平台服务模式。如挪威Spacemaker公司成立于2016年,该公司搭建了一个平台,利用AI帮助建筑师、城市规划人员作出更加快速、合理的决策。用户在云平台上进行交互式设计,输入环境参数、规划约束参数、项目需求(采光率最大化和噪声最小化等),平台生成各种规划方案。另外一个例子是Flux公司,其成立于2014年,推出名为“Flux Metro”的产品,也是用人工智能来分析相关数据,帮助商业地产专业人士确定地块的发展潜力。

4、增强绿色生活新体验

绿色城市、绿色建筑不只是一个技术问题,也是一个绿色行为问题。运用智能技术可以增强人们对绿色生活的体验感。

阿姆斯特丹的一栋楼EDGE被认为是智能技术打造的最环保的办公楼。该建筑采取安装太阳能板、地下含水层储能、减少能耗的设计等措施,它还安装了2.8万个感测器,用于侦测动作、温度、灯光、红外线等,优化用电行为。该建筑每年平均综合能耗为-0.3kwh/m2,所产生的能源比使用的还要多,是真正净零碳排放建筑。节能不能简单地理解为降低人的舒适度,如在夏天,城市地铁车厢内设置的温度一般为26度,车厢内人少的时候26度有点冷,上下班人较多时,26度就会感觉有一点热,我们可以利用人工智能的算法,根据人的多少调节温度,使人的体感更好并节省能源。

再者是智能健康建筑。我国已进入老龄化社会,特别是独居老人的医养结合服务需求不断增加。我们可以利用边缘计算,提取人的骨架信息,分析他们的状态,如是否跌倒;采用智能马桶分析其健康状态。这样又保护了隐私,同时又提供了医养结合的服务。

更重要的是我们要研究建筑环境、社区环境对人健康的影响。例如:建筑外部空间以及室内空间对老年人的心理有什么样的影响。通过研究,发现住宅面积过大,老年人得抑郁症的风险更高。另外,社区的体育锻炼场所、老年人活动场所等硬件,社区基层组织和养老服务等软件,都对老年人的生理健康和心理健康有显著影响。通过这些分析,以便更好地在社区内布置相关的设施,提高社区生活的幸福感。

最后,人工智能虽然是好事情,但不能滥用。因为人工智能是由算法来决定的,算法就必须要获取很多数据。现在,有些平台企业要允许访问所有的个人数据才能下载APP,可以说一手交隐私、一手给服务。服务是通过算法提供的,算法决定推送、决定价格,通过分析以后让消费者买买买。作为城市规划师,我们有了这些分析工具以后,需要考虑怎么保护社会公众的隐私,同时提供优质的服务。

人工智能今后往哪里走?人工智能什么时候超越人的智慧是一个非常复杂的问题。然而,既然人工智能是人开发和发展的,我们总有办法去发展它有利的一面,同时抑制它不利的一面。

本文内容根据会议现场速记整理,稿件已经本人审阅。
报告整理人:李敏



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