超越低碳：双碳时代智慧城市建设的六种路径｜WeCity低碳城市
“智慧城市”概念自诞生之日起即被学界与行业赋予了解决“城市病”的使命，而“城市病”的症状就包括了交通拥堵、空气污染、能源紧缺等问题。因此，“绿色”、“低碳”从一开始就被纳入作为智慧城市建设的内涵与特征之一。
自2009年以来，随着智慧城市在全球各国的发展，由于政治、经济、社会以及城市条件、诉求等的不一致、不均衡因素，对智慧城市推进的节奏、模式、路径等均存在差异。但力图通过数字技术、新能源、新材料以及城市设计科学，以实现城市的可持续、生态化发展，始终是全球各国推进智慧城市建设的内在动力。全球变暖、空气污染、垃圾处理等问题的日益突出为双碳时代的智慧城市发展带来严峻挑战，但也为日益深度利用、驾驭数字技术的城市带来低碳化发展的全新机遇。本文通过对日本、韩国、加拿大、墨西哥、荷兰和沙特阿拉伯六个国家的智慧城市发展案例观察，试图简洁而明晰地呈现双碳时代的城市、人、技术与环境的相处模式、互动关系与连接意义。
日本丰田：
编织之城“Woven City”
受地理环境等自然条件制约，全球气候变化对日本的影响远大于世界其他发达国家。面对气候变暖可能给本国农业、渔业、环境和国民健康带来的不良影响，日本政府一直积极应对气候变化，主导创建低碳社会。同时，也有一些“自下而上”的城市设想正在萌芽，特别是利用最前沿的新能源、新材料，积极探索低碳城市建设的边界与可能性。
2020年，丰田汽车公司（以下简称“丰田”）在2020年国际消费电子展（CES2020）上发布了名为“Connected City（互联城市）”的项目，旨在实测可以连接支持人们生活的一切物和服务。这项“自下而上”的低碳城市创新项目被命名为Woven City（编织城市）。Woven City的名字来源于它的概念和设计，三种类型的街道在地面上相互“交织”在一起，一种专用于自动驾驶，一种用于行人，一种用于个人机动车辆，还将有一条用于运输货物的地下道路。
这座“未来之城”坐落于靠近宝州岛中部太平洋沿岸的菅野市富士山脚下，围绕已关闭的丰田汽车东日本公司东富士工厂（静冈县裾野市）建造，占地面积约为175英亩（约70.8万m²）。项目由丰田子公司Woven Planet Holdings负责，斯坦福大学计算机科学家James Kuffner主导。Woven City第一批360名居民是由科研人员、有小孩的年轻家庭和老年人组成的，预计最终将容纳包括丰田员工及家属、商家、科研人员及普通家庭在内的2000名居民。项目主要目的是通过以人为本的社区发展方法，将Woven City作为生活实验室来测试和发展软硬件新技术的集成，特别是自动驾驶汽车、机器人、移动出行服务（MaaS）、智能家居和人工智能（AI）等数字技术和服务的开发和实证试验，创造新的价值和商业模式。
Woven City于2021年2月启动，预计整座城镇将在2025年内对外开放，目前在设计构想和实际落地方面已有了一些阶段性成果，主要包括自动驾驶汽车、智能家居、智慧城市平台等基础设施建设。
自动驾驶汽车。Woven City在规划设计上将城市地面街道划分三类指定用途——自动驾驶汽车专用的快速车道，混合低速的个人机动/非机动车道与行人专用的公园内步行长廊，三种街道交织成“有机网络模式”，帮助加快对自动驾驶汽车的实验测试。为了推进自动驾驶在Woven City的落实，丰田还收购网约车公司Lyft5级部门，以加快自动驾驶移动性的软件开发。此外，丰田与Isuzu（日本汽车制造公司五十铃）和Hino（日本汽车制造公司日野）达成协议，利用其自动测绘平台和高清数据丰富的地图，为自动驾驶车辆提供高精度定位支持。丰田的自动驾驶电动汽车车队被称为“e-Palettes”，将用于整个城市的运输、交付和移动零售，即除了完成人和物的运输工作外，还将作为移动商店活跃于城市各个角落。在Woven City的设想中，载人飞行器也将成为城市交通的重要一环，而目前丰田也确实在投入研发eVTOL（垂直起降电动飞行器）。
Woven City自动驾驶电动汽车
（图片来源：https://www.businessinsider.com/toyota-city-of-the-future-japan-mt-fuji-2020-1）
智能家居。Woven City在智能家居的设计上主要以碳中性木材为建材，使用日本传统的木工结合机器人生产方法建造建筑物，最大程度的减少建筑碳足迹。屋顶由光伏板覆盖，以产生太阳能和氢燃料电池电力。2021年5月丰田与Eneos Corporation（新日本石油株式会社）签署协议，该公司将为Woven City及其周边地区提供从生产到交付和使用的氢基供应链。项目五年内将在住宅中配备家用机器人和基于传感器的人工智能（AI）系统，以协助居民日常生活中监测健康并满足其他基本需求。
智慧城市平台。为了城市的智能运行，丰田与NTT（日本电信电话株式会社）组建联合企业，构建了一个包括移动、住房、商业、基础设施和公共服务等功能的智慧城市数据平台。该平台将首先在Woven City和东京品川地区的NTT大楼中实施。
丰田与NTT的智慧城市数据平台功能图
（图片来源：https://www.smartcitiesworld.net/news/toyota-and-ntt-join-forces-on-smart-city-platform-of-platforms-5150）
韩国釜山：
漂浮城市“Oceanix City”
随着气候变化步伐加快，预计到2050年，全球90%的最大城市将面临海平面上升的问题。绝大多数沿海城市将受到海岸侵蚀和洪水的影响，房屋和基础设施遭受冲击，数百万人将流离失所。韩国绿色和平组织称，釜山市著名的海云台海滩可能会在2030年前消失。《可持续发展》杂志研究发现，在截至2020年的10年内，釜山市遭受的暴雨、台风、泥石流等自然灾害比韩国其他任何地方都严重。
为此，釜山市与Oceanix（非盈利组织）和联合国城市发展机构联合国人居署签署了建造世界上第一个可持续的浮动城市的协议——Oceanix City，这是BIG（丹麦建筑设计公司Bjarke Ingels Group）与Oceanix（非盈利组织）以及麻省理工学院海洋工程中心共同提出的愿景，旨在打造全球第一个弹性化的、可持续发展的漂浮街区。
Oceanix City以可持续发展目标为基础，旨在随着时间的推移有机地发展、转变和适应，从社区发展到村庄，再到具有扩展可能性的城市，构建一个人造的生态系统，引导能源、水、食物和废物的流动，成为模块化的海洋大都市建设蓝图。首个社区将于2022开始建设。
Oceanix City设计效果渲染图
（图片来源：https://www.businessinsider.com/toyota-city-of-the-future-japan-mt-fuji-2020-1）
Oceanix City是为应对海平面上升而设计开发的，在发生灾难时可以被拖拽移动到其他地方。为了实现这一设想，城市的基础单元模块采用坚固的六边形结构，占地1.8公顷，最多可容纳300名居民，六个这样的浮动岛屿可以组成一个环形的村落。六个这样的村落则可以组成一个容纳10800人的小型漂浮城市，每个村落包含各自的公共广场、商场以及与教育、健康、体育和文化相关的地标性场所，在构建社区独特性的同时，为整个城市的居民提供服务。理论上，无论是岛屿、村庄或城市，其数量都可以无限增加。
Oceanix City岛屿、村庄或城市结构效果图
（图片来源：https://www.ithome.com/0/569/736.htm）
Oceanix City的设计思路与亮点主要包括三个方面，即低碳建筑、零废城市与混合交通，并分别结合当地的自然环境、气候条件以及城市发展诉求，创新出符合自身发展的设计与建设特点。
创新的低碳建筑设计。Oceanix City支撑底座使用一种叫Biorock的生态岩石，这种材料的硬度是混凝土的3倍，却依然能够在水面漂浮，接通电流就能无限自我修复和增长加固，足以抵御洪水、海啸和5级飓风。社区内所有建筑高度均控制在7层以内，以保证低重心和抗风能力。优先考虑采购当地建筑材料，包括可以在社区本地快速生长的竹子，其抗拉强度是钢的六倍，且碳足迹为负。每座建筑呈扇形展开，不仅能够为内部空间和公共区域带来阴凉舒适的环境，还能够有效地降低冷却成本，同时最大限度地利用屋顶面积进行太阳能捕获。同时最大限度地利用屋顶面积进行太阳能捕获。
零废物的闭环生态系统。Oceanix City提倡“自我维持”，在“零废物闭环生态系统”中生产自己的食物和能源。每个社区平台的核心地带被用于公共农业，设有种植农场、鱼菜共生食品种植设施和堆肥花园等，能够促使居民充分融入共享式文化以及零浪费的生态系统。平台周边及下方水域设置海鲜农场，在海水中养殖生物礁石、海藻、牡蛎、贻贝、扇贝和蛤蜊，既能够满足自给自足的海产养殖，又能够清洁海水并加速生态系统的再生，鱼类排泄物还能作为农作物肥料。社区不存在垃圾箱、垃圾桶和垃圾车，而是采用先进的气动垃圾管，直接将垃圾运送到分流站进行甄别，确认循环利用还是废弃处理，其中食物垃圾将在堆肥花园中转化为能源和肥料。社区饮用水有3个来源：建筑表面的雨水收集、城市底部的海水淡化装置和太阳能电池板从空气中提取的水分，而污水则在藻类池中完成过滤处理。
纵横连贯的混合交通方式。社交、娱乐以及商业空间被设置在内环区域，以鼓励居民在村落周围聚集和流动。各个独立的社区由纵横连贯的交通网络连接起来，人们可以通过船只、电动汽车或步行穿越整座城市。此外建筑师还设想了电动车队，从水上出租车到太阳能渡轮，将社区与城市的其他地区和大陆连接起来。
当然，目前着手建造漂浮城市的不只是联合国和Oceanix。2021年马尔代夫政府跟Dutch Docklands（荷兰设计工作室）合作发布“马尔代夫漂浮城市”（MFC）计划。MFC由一系列蜂窝状的六角形结构组成，距离马尔代夫首都约10分钟船程，面积预计为200万平方米，包括有住宅区、商业区和医院学校政府等服务机构。MFC将以智能电网实现供电，同时利用智能水冷系统帮助城市降温。整个计划将在2022年开始动工建设，在未来5年分阶段完成。
加拿大：轨道新城“The Orbit”
加拿大的尼斯菲尔镇（Innisfil）位于巴里以南，多伦多以北约 60 公里处，是一座以农业和农村为主的的沿海城镇，近些年因为其采取了许多先进举措而在智慧城市建设中声名鹊起。2019年，该镇又一次迈出了超前的一步，城镇规划者与多伦多建筑工作室Partisans共同起草发布了一项智能社区计划“The Orbit”，旨在建立一个以未来Innisfil GO火车站为中心的多达150000人的新城市，通过一系列新技术将其发展为“未来之城”，同时保持现有的农业和郁郁葱葱的环境。该项目占地超过450英亩，实验性地提出了一个完整的公交导向、混合用途社区的构想，随着尼斯菲尔镇在未来几十年的发展而逐步建造。
The Orbit鸟瞰效果渲染图
（图片来源：https://urbantoronto.ca/news/2019/11/city-future-could-propel-town-innisfil-orbit）
The Orbit轨道新城作为城市和农村的混合体，将更高密度的建筑形式分散在与自然小径和街道网格相交的开放绿色空间中，形成以公交为导向的具有住宅、商业、机构、教育和社区用途的混合用途社区。新城轨道呈几何形状运作，既复杂又简单。该计划以转运站为中心，以同心圆的方式一圈一圈向外辐射扩建，慢慢演变成正方形和圆形的混合图形，作为将现有的直线街道网格合并到新计划中的一种方式。同心圆环让车站与主要街道保持尽可能近的距离，让城市以更有序的方式逐步发展。铁路走廊贯穿轨道中心，沿着铁轨的两侧延伸出一个长达3.5公里长、容纳了雕塑花园、小市场、休闲小路及游乐场等项目的线性公园。这些计划中的大片花园和椭圆小径，从过境节点向外辐射并返回，将形成该地区重要的自然地貌特征。
The Orbit轨道中转节点的概念渲染图
（图片来源：https://urbantoronto.ca/news/2019/11/city-future-could-propel-town-innisfil-orbit）
The Orbit将以高新技术产业为驱动力建设智慧城市，在社区的人行道、街道、建筑物等城市场所编织一个快速、安全的光纤网络，将城市人行道、街道与建筑物等城市部件联系起来。小镇的交通系统将结合无人驾驶与共享出行以满足人行步道和骑行道的需求，构建人们从轨道交通枢纽到Simcoe湖水岸的通道。
The Orbit最具有实验性的地方在于其内置形式。采纳动态土地使用分区管制模式，以应对未来的高密度建设方式。“动态分区”提倡在不超过规划部门规定的建筑密度和建筑高度情况下，当某个区域的建筑面积达到70％时，允许的建筑密度和建筑高度会随着开发需要同步全面增加。在增加密度的过程中，“动态分区”将避免重新分区单个属性，而是随着开发的进展同时更新分区。
墨西哥坎昆：智慧森林城市
随着对气候变化、污染、栖息地破坏和动物灭绝的担忧日益加剧，墨西哥的坎昆市认为更加绿色生态的发展才是智慧城市的方向。2019年，博埃里建筑事务所（Stefano Boeri Architetti）为墨西哥坎昆市设计了全新的森林城市蓝图：智慧森林城市——坎昆是新千禧年第一个以技术创新和环境质量为核心的开放型国际化森林城市。新城市将在557公顷的土地上容纳13万名居民，在400公顷的绿色空间中有750万株植物，400个不同物种，将自然和城市交织在一起，建立全新的城市生态系统。
墨西哥首座智慧森林城市效果渲染图
（图片来源：http://www.archina.com/index.php?g=works&m=index&a=show&id=3928）
智慧森林城市将实现食物和能源完全的自给自足。以循环经济为核心，城市周围环绕着太阳能电池板和农田，水道与水下海洋管道相连实现水渠灌溉。水资源集中在城市入口处的海水淡化塔，通过整个定居点的通航运河系统分配到城市周边的农田地带。城市拥有一个先进的运输系统——铰接式交通系统，居民采用内部电动和半自动的交通方式，将汽车留在城市郊区。能源监测系统将实时监测发电峰谷数据，并及时为居民提供错峰用电建议和能源价格信息，实现能源的科学管理。城市的能源基础设施、交通系统和绿色网络将为每个居民提供所需的所有服务。
另一方面，智慧森林城市建筑分布十分灵活。由于城市结构的巨大不变性，坎昆在城市建筑布局上给予了充分的灵活性。坎昆将借助公园、私人花园、绿色屋顶和绿色立面等措施促进建筑面积与绿地空间之间的平衡。环绕的一系列水上花园可以抵御洪水，还能开发划船等景观项目。城市每年将吸收116000吨二氧化碳，储存5800吨二氧化碳。城市建筑结构中将部署传感器，用于收集和共享相关信息，通过数据分析指导城市日常生活。
此外，坎昆市将打造一个高级研究中心，容纳来自世界各地的大学院系、国际组织和公司，处理非常重要的可持续性和地球的未来问题：例如生物保健、天体物理学和行星科学、珊瑚礁修复等。
荷兰海牙：社会技术城市
全球气候与环境质量每况愈下，荷兰作为绿色能源与循环系统技术的领先国家，致力于未来城市的建筑实践。2018年，荷兰建筑事务所UNStudio为海牙的“中央创新区”（CID）测试区规划了全新的城市愿景。CID测试区为海牙中央火车站和两个附近车站三角区内的一个主要基础设施枢纽，将在现有的火车轨道基础设施上构建新城市层，成为一个绿色环保，自给自足，综合住房、办公、城市交通等功能的双层公共空间。该设计被称为“社会技术城市”，旨在研究高密度城市如何实现自给自足和能源平衡。
海牙“社会技术城市”效果渲染图
（图片来源：https://www.unstudio.com/zh/page/10747/unstudio%E4%B8%BA%E6%B5%B7%E7%89%99%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E7%A4%BE%E4%BC%9A%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%8E%E5%B8%82%E6%84%BF%E6%99%AF）
由于上层城市层覆盖现有的铁路轨道，UNStudio的城市构想中区分了许多技术领域，涉及能源、循环、流动性、气候适应/食水管理和粮食生产等主要的城市低碳转型问题。UNStudio将这些领域命名为“门户”，弥合基础设施和技术之间的差距，为问题提供可行的解决方案，比如地热发电站作为能源转换的标志，超高速管道列车站作为流动性的标志性建筑等。
地热能源门户。地热能源厂是能源供应的重要来源，是CID的重要门户。为了使该地区实现自给自足和能源平衡，设计方案使周边地区建立起“能源交换”系统。地热能源厂将距地面2.5公里的热水库中汲取的地热能源供应给四周的低密度地区，同时将低密度地区通过屋顶太阳能板产生的过剩能源输送给高密度建筑。
运输门户。将三个位于城市中心的车站设立在步行可到达的距离内，合成一个大都会超级枢纽，随着上层城市层的建设，让该区成为人口汇聚的城市中心，城市将围绕其发展并逐渐达到超高密度。此外，为超级高铁等可持续移动的新形式创造空间，将电动滑板车、自由漂浮系统以及自动驾驶吊舱等不同的公共交通模式连接起来，形成可持续的新型交通系统。
Biopolus门户。Biopolus是提供当地食物和饮用水的循环系统，负责未来城市的污水净化及循环利用，同时提取养分用于种植农作物。污水通过管道泵送到最高层，然后通过各种净化过程流到最低水位，产生饮用水，然后再次进入系统。当然，Biopolus不仅是一个净水工厂，它也是一个城市农场、垂直公园和循环经济的象征。
气候适应门户。气候变化是该地区的主要风险因素。目前大部分城市雨水、污水和中水都通过一个排水系统处理，而在社会技术城市中，它们被分别划到不同的系统。污水通过地下管道排出，但相对干净的雨水会被重新使用，用于公共空间如运河、水广场和瀑布的灌溉。
除了作为一个实用平台，这些门户还具备社交功能，是连系社区、共享花园、城市农场和初创企业共同工作空间的桥梁。如此一来，社会技术城市能同时融合基础设施、技术、生活质量及社会福利。
沙特阿拉伯：
未来社区带“The Line”
2021年初，NEOM董事会主席、沙特王储穆罕默德·本·萨勒曼宣布将在NEOM开发新项目The Line，计划打造一条长达170公里、高度连接并围绕自然而建的未来社区带，建成后将容纳100万居民，并实现零汽车、零街道和零碳排放的目标。
该项目作为“沙特阿拉伯2030年愿景”的基石和沙特的经济新引擎，旨在解决基础设施、污染、能源、交通拥堵、人口拥挤等问题，并推动国家经济走向多元化。沙特称The Line是其150年来第一个以人而非道路为中心的大型城市开发项目。项目于2021年第一季度开建，预计将为沙特国内生产总值贡献480亿美元，并创造38万个就业机会。
The Line城市规划路线图
（图片来源：https://www.archdaily.cn/cn/955185/sha-te-a-la-bo-gong-bu-100ying-li-xian-xing-cheng-shi-gui-hua）
构想中的城市空间结构将分为三层。其中第一层是地面层，这里没有任何道路和车辆，只有适合步行和休闲活动的“绿色公园”；第二层是布局各种商场运营设施和其他商业活动的服务层，所有日常生活必需的活动和服务，如学校、医疗诊所、休闲设施以及绿色空间，都将分布于5分钟的步行路程内；第三层是地下最底层，负责城市物流和交通运输，而超高速公共交通和自动出行解决方案使所有行程不会超过20分钟，居民将有更多的时间关注自身健康和幸福。可见，步行友好性将是The Line项目中居民生活最突出的特色。
The Line城市空间结构设想
（图片来源：https://www.smartcitiesworld.net/news/news/saudi-arabia-unveils-its-vision-for-a-city-without-cars-and-streets-6005）
The Line社区将依靠人工智能（AI）技术来增强基础架构功能，从而具备认知、持续学习及不断提高预测的能力，为居民和企业节省时间，让生活变得更轻松。预计90％的可用数据将用于增强基础设施能力，而目前现有智能城市的数据利用率通常只有1％。此外，The Line还将重新定义“可持续性”，将开发完全以清洁能源为动力的“碳积极”项目，为居民提供零污染、更健康和更可持续的生存环境。
小结
通过全球六国的智慧城市建设案例可以看出，所谓“低碳”或只是城市走向未来的一种前提或手段，而不管是运用数字技术、新能源还是新材料来实现城市碳中和，其最终的目标应该是实现城市的可持续发展与以人为本的永续创新。
如果将数字技术的应用创新作为实现低碳城市的基本前提，就全国六国智慧城市建设的具体特点而言，可以分为三类模式：第一类以日本“Woven City”与沙特“The Line”为代表。前者为推动区域内的自动驾驶，在规划设计上将城市地面街道实现面向自动驾驶汽车、低速机动车与行人三类交通空间；后者则将城市空间规划为地面步行休闲层、服务层和交通物流层三种用途。通过对城市空间功能的规划，以适应数字时代的人、车、物的需求，并对城市“蓝绿空间”进行合理规划，成为日本与沙特的选择。
第二类以加拿大“The Orbit”与荷兰“社会技术城市”为代表。前者通过城市与乡村结合的功能规划，打破固有的城市与乡村边界，并根据城市建筑密度实现“动态分区”；后者主要利用“城市即平台”理念，通过数字技术实现对能源、运输、气候等的生态化调节与立体化枢纽建设，打造一个自给自足的智慧城市。在一个城市化加速、城市建筑的密度越来越高的社会，打造一个自适应且具有自愈能力的韧性城市正显得十分迫切。
第三类以墨西哥“智慧森林城市”与韩国釜山“Oceanix City”为代表。前者的建设特点在于通过实现森林的覆盖与循环经济的推行，实现城市食物（人）与能源（设施）的自给自足；后者的最大亮点是通过新材料的使用，在海平面上再造一个漂浮的新城，以应对因为气候变暖而导致的海平面上升，抵消由此带来的对陆地城市的影响。“Oceanix City”的目标之一是打造一个“自我维持”的零废闭环生态系统。无论是“自给自足”还是“自我维持”，对于“智慧森林城市”与“Oceanix City”而言，都是城市减少对自然资源的索取，从而实现内部资源、能源供需平衡的方式，而“碳中和”则是这些平衡背后的基本要求。
双碳时代的智慧城市建设需要“超越低碳”， “低碳”或“碳中和是其探索城市智慧化发展新模式的基本遵循。而城市建设需要将低碳作为一种实现智慧城市可持续发展的创造性、开放性选项，而非一种约束性、封闭性选项。
https://www.smart-energy.com/industry-sectors/smart-cities/toyotas-woven-city-a-future-smart-city-prototype/
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