■文/王書華（中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究院）

城鎮(zhèn)是人居環(huán)境的重要組成部分，城鎮(zhèn)化是我國現(xiàn)代化建設(shè)的歷史任務(wù)，也是擴(kuò)大內(nèi)需的最大潛力所在。城市基礎(chǔ)設(shè)施、建筑建材、低碳能源使用、生態(tài)環(huán)境等城市建設(shè)，都對(duì)科技提出多樣化的需求。在我國的科技發(fā)展戰(zhàn)略和創(chuàng)新政策部署中，一直對(duì)城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展領(lǐng)域的科技發(fā)展高度重視，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》將“城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展”作為科技強(qiáng)國建設(shè)的重點(diǎn)領(lǐng)域單獨(dú)部署，近年來城市發(fā)展各類相關(guān)技術(shù)都保持著較快的發(fā)展速度，整體發(fā)展態(tài)勢(shì)較好。著眼“十四五”和中長期未來城市化的快速發(fā)展和人民對(duì)美好城市生活的需求，城市建設(shè)與發(fā)展中的技術(shù)需求也必將持續(xù)提升并呈現(xiàn)若干趨勢(shì)。

一、當(dāng)前我國城鎮(zhèn)化領(lǐng)域技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的整體狀況

基于2019—2020年開展的第六次國家技術(shù)預(yù)測(cè)城鎮(zhèn)化領(lǐng)域問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，近年來我國城鎮(zhèn)化領(lǐng)域科技水平提升明顯，在部分領(lǐng)域已達(dá)到了領(lǐng)先水平，但許多子領(lǐng)域仍以跟跑為主，甚至完全依靠其他國家掌握的技術(shù)核心，科技原始創(chuàng)新能力仍有待加強(qiáng)。

（一）美日德等國家城鎮(zhèn)化領(lǐng)域技術(shù)顯著領(lǐng)先，我國差距明顯

我國城鎮(zhèn)化領(lǐng)域絕大部分技術(shù)都處于跟跑、并跑狀態(tài)。具體表現(xiàn)在各子領(lǐng)域的情況存在一定差異（見圖1）：城鄉(xiāng)規(guī)劃技術(shù)、建造技術(shù)、建筑節(jié)能技術(shù)、重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)專用材料等在國際上處于整體先進(jìn)、局部“領(lǐng)跑”水平；在建筑設(shè)計(jì)、城市治理、城市建設(shè)與維護(hù)等子領(lǐng)域，各項(xiàng)技術(shù)以“跟跑”為主；在城市能源系統(tǒng)、城市規(guī)劃等子領(lǐng)域，技術(shù)以“并跑”為主。各子領(lǐng)域與國外整體差距均在5年以上，城市建設(shè)與維護(hù)、城市規(guī)劃、文物保護(hù)與文體發(fā)展、綠色建材子領(lǐng)域的差距也在10年以上，在基礎(chǔ)理論研究、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、基礎(chǔ)軟件等方面主要以跟隨國外研究熱點(diǎn)為主，缺乏足夠的自主創(chuàng)新能力。

圖1 我國城鎮(zhèn)化各子領(lǐng)域技術(shù)“三跑”情況

（二）我國城鎮(zhèn)化重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域差距明顯，技術(shù)短板凸顯

通過對(duì)領(lǐng)先技術(shù)數(shù)量的統(tǒng)計(jì)分析，處在領(lǐng)先水平的技術(shù)最多的為美國（38%），其次分別為日本（26%）、德國（19%）、英國（10%），我國約有6%的技術(shù)處在領(lǐng)先地位，在城鎮(zhèn)化發(fā)展的許多技術(shù)領(lǐng)域各國差距很大（見圖2）。從具體領(lǐng)先技術(shù)數(shù)量和領(lǐng)域分布來看，美國、日本、德國、英國等在城市規(guī)劃、城市建設(shè)維護(hù)、低碳能源系統(tǒng)與綠色建材等技術(shù)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)非常明顯，丹麥、瑞典等北歐國家在可再生能源綜合利用及熱電氣協(xié)同的低碳城市能源技術(shù)等方面位居國際前列。

圖2 主要國家城鎮(zhèn)化各子領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)數(shù)量情況

（三）發(fā)展階段：國外的技術(shù)成熟度普遍高于國內(nèi)

調(diào)查顯示：我國城鎮(zhèn)化領(lǐng)域大部分技術(shù)目前處于中試或產(chǎn)業(yè)化階段，城市治理與室內(nèi)環(huán)境營造子領(lǐng)域的技術(shù)處在實(shí)驗(yàn)室階段的比例相對(duì)較高；專家普遍認(rèn)為國外的技術(shù)成熟度普遍高于國內(nèi)。各子領(lǐng)域的技術(shù)成熟度與國內(nèi)外比較如圖3所示。

圖3 城鎮(zhèn)化各子領(lǐng)域技術(shù)成熟度國內(nèi)外對(duì)比

二、城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展呈三大趨勢(shì)

（一）數(shù)字化、智能化趨勢(shì)

我國城市數(shù)字化建設(shè)開始較晚，各階段發(fā)展也常常處在跟隨的后發(fā)地位。自1998年“數(shù)字城市”概念出現(xiàn)之后，1999年我國科學(xué)家開始展開針對(duì)性研究。近幾年物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能、無人駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化加速突破，掀起數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的新一輪浪潮，也為城市數(shù)字化帶來了新的機(jī)遇，我國城市數(shù)字化建設(shè)必然向“智能化”發(fā)展。因此，建立描述整個(gè)城市幾何、物理、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)活動(dòng)的量化模型，從而把城市的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行管理提升到定量化，這將是今后十五年間這一領(lǐng)域出現(xiàn)的重大發(fā)展變化，也將是城市發(fā)展這一領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)的最重要的技術(shù)變革。

（二）低碳化、綠色化趨勢(shì)

這體現(xiàn)在城市低碳能源系統(tǒng)、綠色建材等技術(shù)方向上。從全世界城市能源發(fā)展看，隨著低碳化成為國際社會(huì)的共識(shí)，城市能源結(jié)構(gòu)將從化石能源為主，轉(zhuǎn)為可再生能源比例迅速增加的電力為主、熱和天然氣并存的狀況。消費(fèi)側(cè)必須進(jìn)行相應(yīng)的革命性變化，以電為主，熱電氣協(xié)同，迎接全新的低碳城市能源到來。城市作為能源消費(fèi)的主體，其能源系統(tǒng)將面臨一場(chǎng)技術(shù)革命，適應(yīng)全球低碳化發(fā)展趨勢(shì)。城市能源技術(shù)未來發(fā)展將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：一是面對(duì)可再生電力生產(chǎn)過程的不確定、不穩(wěn)定性，用電側(cè)需要從目前的“剛性用電”轉(zhuǎn)為“柔性用電”，例如，末端蓄電、恒功率取電，末端根據(jù)源側(cè)的變化決定用電模式等；二是分布式能源系統(tǒng)與建筑本體、與城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)深度融合；三是徹底改變能源的“產(chǎn)、輸、儲(chǔ)、荷”模式，更加強(qiáng)調(diào)源、網(wǎng)、儲(chǔ)、荷的一體化；四是熱電氣等各種能源基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)同；五是盡可能減少末端對(duì)燃料型能源的需求。另一方面，綠色建材主要包括建筑圍護(hù)材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、裝飾裝修材料等幾大類材料，這幾類材料技術(shù)在未來主要向綠色化、功能化、智能化和國際化方面發(fā)展，包括材料的保溫隔熱性能、太陽能利用、透水混凝土、吸波混凝土等功能化建材。

（三）健康安全和監(jiān)測(cè)維護(hù)的趨勢(shì)

健康已成為市民對(duì)美好生活需要的最主要內(nèi)容，也將是城市建設(shè)的重要目標(biāo)。從城市布局、城市設(shè)施及至室內(nèi)環(huán)境，怎樣全面提供有利于市民健康的室內(nèi)外生活與工作空間，真正實(shí)現(xiàn)健康城市，將是未來城市健康發(fā)展的重要目標(biāo)。隨著我國城市建設(shè)進(jìn)入從“粗放式”到“品質(zhì)化”、從支持生產(chǎn)到促進(jìn)消費(fèi)、從增量發(fā)展到存量更新的轉(zhuǎn)型期，我國的基礎(chǔ)設(shè)施需求已從大規(guī)模建設(shè)以滿足供給需求轉(zhuǎn)為提升保障能力以滿足安全與高效，智能化技術(shù)的發(fā)展將給基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)、運(yùn)行和維護(hù)改造帶來革命性變化。隨著服役期的增長，受歷史條件限制及環(huán)境、荷載、運(yùn)營復(fù)雜化、人員因素等多方面影響，大批量既有建筑和基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)安全性、使用功能降低等問題，有效保障既有建筑和基礎(chǔ)設(shè)施在服役期的適用性和安全性，并根據(jù)需要延長其使用壽命，這些對(duì)資源集約、環(huán)境友好、地域適應(yīng)的追求，智慧城市、綠色建筑、建筑數(shù)字技術(shù)、建筑策劃與后評(píng)估等新型建筑理念、技術(shù)和業(yè)態(tài)已逐漸成為我國建筑領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展方向。

三、面向科技強(qiáng)國建設(shè)的未來，需關(guān)注五大技術(shù)需求

黨的十九大報(bào)告提出，我國社會(huì)主要矛盾已轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾，這一矛盾的轉(zhuǎn)變對(duì)包含城鎮(zhèn)化在內(nèi)的我國各項(xiàng)發(fā)展提出了新的要求。中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)期，城鎮(zhèn)化能夠體現(xiàn)以人為核心，提高柔性化治理、精細(xì)化服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)更加宜居、更具包容和人文關(guān)懷的城市發(fā)展路徑，需要為下一階段的持續(xù)發(fā)展提供持續(xù)穩(wěn)定的科技支持。同時(shí)，全球科學(xué)技術(shù)出現(xiàn)新的發(fā)展變化格局，包括信息技術(shù)、生物技術(shù)、人工智能等的多項(xiàng)技術(shù)飛速發(fā)展，已經(jīng)給居民生活與城市發(fā)展帶來了極大變化，甚至在部分領(lǐng)域出現(xiàn)了顛覆性變革，需要更好地順應(yīng)科技發(fā)展趨勢(shì)，為城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展提供支撐。為此，“十四五”乃至更長時(shí)期內(nèi)，推動(dòng)城鎮(zhèn)化高質(zhì)量發(fā)展的重大科技需求主要體現(xiàn)在如下五個(gè)方面：

（一）生態(tài)文明融入現(xiàn)代城市發(fā)展，如何保證發(fā)展規(guī)模與生態(tài)承載力的平衡？

黨的十八大以來，我國大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，生態(tài)文明理念已逐漸成為我國未來發(fā)展建設(shè)的核心內(nèi)涵，作為我國社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的基本理念貫穿于我國的全方位發(fā)展中。對(duì)于城鎮(zhèn)化與城市建設(shè)，需要更加重視以人為本，調(diào)整科技研發(fā)理念，形成綠色發(fā)展和生活方式，保證城市與自然的和諧發(fā)展。為此，需要從城市設(shè)計(jì)與規(guī)劃、運(yùn)行與維護(hù)等全過程深入貫徹生態(tài)文明理念，引導(dǎo)居民對(duì)自然資源的合理需求以及合理消費(fèi)，探索滿足生態(tài)文明理念且與居民美好生活意愿一致的綠色生活方式。從技術(shù)發(fā)展的角度，需要將生態(tài)文明思想貫穿到技術(shù)需求的分析中，并且在技術(shù)運(yùn)用時(shí)充分考慮到綠色發(fā)展理念。

（二）能源革命的持續(xù)推進(jìn)將帶來能源供給和消費(fèi)形式的根本變化，城市能源系統(tǒng)的革命將如何推動(dòng)？

當(dāng)前，城市發(fā)展面對(duì)的主要問題已經(jīng)從如何保證高速的發(fā)展建設(shè)，轉(zhuǎn)為如何改善和提升城市功能，如何解決污染、擁堵、低效等城市發(fā)展問題，如何為居民提供美好生活的城市空間，如何推進(jìn)低碳節(jié)能的城市發(fā)展路徑等。新型城鎮(zhèn)化將與能源革命的推動(dòng)互相促進(jìn)，共同發(fā)展。具體來說，消費(fèi)側(cè)的能源革命要求推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、落實(shí)節(jié)能優(yōu)先方針、提升用能水平、抑制不合理消費(fèi)、提升能效，供給側(cè)的能源革命要求推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、大力發(fā)展非化石能源、優(yōu)化能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)。能源技術(shù)革命，要求以綠色低碳為主攻方向，發(fā)展先進(jìn)高效的節(jié)能技術(shù)、清潔低碳的能源利用技術(shù)、智慧能源技術(shù)以及加強(qiáng)能源基礎(chǔ)性研究。從技術(shù)發(fā)展的角度，能源需求和供給革命為城市發(fā)展領(lǐng)域的發(fā)展方向提供了能源方面的主要依據(jù)，需要在進(jìn)行技術(shù)需求分析時(shí)給予足夠的重視。

（三）“雙碳”戰(zhàn)略下城市領(lǐng)域應(yīng)如何控制碳排放？

2015年，全球各國通過了《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》及其17項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，這17項(xiàng)目標(biāo)中多項(xiàng)目標(biāo)都與城市發(fā)展密切相關(guān)。其中，目標(biāo)11為建設(shè)包容、安全、有抵御災(zāi)害能力和可持續(xù)的城市和人類居住區(qū)。中國政府在2017年度的《中國落實(shí)2030年可持續(xù)發(fā)展議程進(jìn)展報(bào)告》中，指出我國大力推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化、城鄉(xiāng)綠化和氣候適應(yīng)型城市建設(shè)，也提出我國綠色建材、裝配式建筑等技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)以及人才隊(duì)伍均有待加強(qiáng)，城市適應(yīng)氣候變化的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和能力依然不足，從技術(shù)發(fā)展的角度，需明確城市低碳技術(shù)是當(dāng)前城市發(fā)展路徑的必然選擇，需為緩解氣候變化承擔(dān)大國責(zé)任做出貢獻(xiàn)。

（四）我國的建設(shè)需求將由每年新建25億m2建筑轉(zhuǎn)為每年25億m2建筑的維修和功能提升，這一轉(zhuǎn)變將如何實(shí)現(xiàn)？

在過去二十年中，我國一直處在高速城鎮(zhèn)化發(fā)展階段，建筑業(yè)迅速發(fā)展，建筑規(guī)模迅速擴(kuò)大。從2001年起，我國建筑建造速度維持高位，年竣工面積均超過15億m2，2014年達(dá)到28.9億m2。2015年起，隨著宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化，年竣工面積開始呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。2017年，我國建筑面積總量約591億m2，與2001年相比增加了近一倍。預(yù)計(jì)在新常態(tài)下，我國建筑總量還將保持增長，但增速逐漸放慢。如果控制合理，可以將我國建筑總規(guī)模控制在750億m2左右。同時(shí)，隨著我國大規(guī)模房屋建設(shè)暫時(shí)告一段落，既有建筑的維修與功能提升將成為下一階段城市發(fā)展的主要工作，包括節(jié)能改造、適老化改造、基礎(chǔ)設(shè)施和建筑使用功能提升改造、環(huán)境綜合整治等。這一改造工作將成為我國下一階段的重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)。如果保持每年對(duì)存量建筑與基礎(chǔ)設(shè)施的3%～4%進(jìn)行維修與功能提升，則每年的維修面積約在25億m2左右。

（五）隨著居民生活水平的提升，城市健康已成為重大需求，城市布局、運(yùn)行、建筑狀況等與居民健康都有很大關(guān)聯(lián)，如何完成“健康城市”的建設(shè)目標(biāo)？

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國居民的生活需求已逐漸從物質(zhì)層面轉(zhuǎn)向健康、文化等非物質(zhì)層面的美好生活。2019年7月，國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于實(shí)施健康中國行動(dòng)的意見》，其中提出要“全方位干預(yù)健康影響因素”，“實(shí)施健康環(huán)境促進(jìn)行動(dòng)”，推進(jìn)“健康城市”的建設(shè)。城市健康環(huán)境的建設(shè)包含了城市布局、運(yùn)行、建筑室內(nèi)環(huán)境狀況等多方面工作，需要解決由老齡化社會(huì)帶來的新問題等，在污染防治、環(huán)境營造等多方面需協(xié)同共治。

四、思考與建議

大數(shù)據(jù)技術(shù)、5G通訊、人工智能等技術(shù)的迅速發(fā)展，都會(huì)在未來給城市帶來運(yùn)行、管理、建設(shè)等全方面的顛覆性變革，世界政治格局的變化也對(duì)城市安全系統(tǒng)提出了新要求，城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展、研發(fā)方式、研發(fā)方向等提出了新特征與新趨勢(shì)。

（一）海量數(shù)據(jù)收集、高性能運(yùn)算分析成為主要研究素材與手段

在傳統(tǒng)的城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展領(lǐng)域中，大量研究以定性分析為主，定量分析也有許多是基于單個(gè)案例展開，其代表性與普適性是長期以來這一類研究爭(zhēng)論的問題。隨著大數(shù)據(jù)及相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，獲取大量城市級(jí)別的數(shù)據(jù)并進(jìn)行大規(guī)模分析計(jì)算逐漸成為可能，城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展的研究也隨之逐漸從傳統(tǒng)的定性分析向定量的分析預(yù)測(cè)和優(yōu)化發(fā)展。這一轉(zhuǎn)變將給城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理工作帶來全新的革命性變化，并能夠極大程度地解決目前城市發(fā)展的諸多問題，實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。海量信息采集、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理與分析，以及采用人工智能方法的數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)測(cè)，是實(shí)現(xiàn)這一革命性變化的技術(shù)基礎(chǔ)。利用這些最新發(fā)展出來的數(shù)據(jù)與智能技術(shù)，恰當(dāng)?shù)亟鉀Q城市發(fā)展與科學(xué)化管理中的問題，同時(shí)以解決這些城市問題為導(dǎo)向，也能夠從需求的角度推動(dòng)數(shù)據(jù)和智能化技術(shù)的新發(fā)展。

（二）以需求為導(dǎo)向、多學(xué)科交叉融合成為主要研究領(lǐng)域與熱點(diǎn)

我國城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代，帶來城市建設(shè)需求的巨大改變，包括城市由建設(shè)轉(zhuǎn)向建設(shè)與運(yùn)維并重，居民需求由滿足物質(zhì)需求為主轉(zhuǎn)向獲得健康舒適的美好生活，經(jīng)濟(jì)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)向服務(wù)業(yè)、高新產(chǎn)業(yè)以及“一帶一路”地區(qū)建設(shè)等。這些新需求有許多都與目前傳統(tǒng)研究中設(shè)定的發(fā)展目標(biāo)存在一定差別，即已有研究成果或研究方法難以滿足這些新需求。因此，需要盡快從問題出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有研究范式進(jìn)行重新審視與梳理，使相關(guān)研究能夠盡可能貼近實(shí)際訴求，以更好地解決城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展領(lǐng)域的問題。這一發(fā)展趨勢(shì)也給我國現(xiàn)行研究機(jī)制與人才培養(yǎng)帶來一定挑戰(zhàn)。目前，我國許多研究機(jī)構(gòu)的學(xué)科組成相對(duì)單一，人才培養(yǎng)偏重在學(xué)科范圍內(nèi)。對(duì)于交叉學(xué)科研究的需求，除了在科研方向設(shè)計(jì)上要有更多的體現(xiàn)，也需要各個(gè)機(jī)構(gòu)、高校等給予足夠的政策與制度支撐。

（三）對(duì)短板技術(shù)的合力攻堅(jiān)應(yīng)成為主要研究任務(wù)與方向

由于近年來世界格局發(fā)生的重大變化，結(jié)合中美科技競(jìng)爭(zhēng)等產(chǎn)生的諸多不確定因素，我國亟須擺脫部分關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人的隱患，從根本上掌握這些技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展主動(dòng)權(quán)，提升自主創(chuàng)新能力，如核心計(jì)算與模擬軟件的開發(fā)技術(shù)、智能建造技術(shù)、城市的道路橋梁和交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全運(yùn)維技術(shù)、城市的低碳能源供給與消費(fèi)技術(shù)等，以對(duì)相關(guān)技術(shù)的充分了解為基礎(chǔ)，對(duì)技術(shù)有完整的調(diào)整與優(yōu)化能力，發(fā)展出適宜于我國國情的技術(shù)體系。