姚俊華

(深圳市南山區(qū)智慧城市運營中心 廣東 深圳 518052)

目前，世界上一半以上的人口居住在城市，預(yù)計到2050年這一數(shù)字將達(dá)到67%?？焖俚某鞘谢瘞砹烁鞣N環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)，人們對探索實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的解決方案越來越感興趣。2009 年，IBM 提出了“智慧城市”的概念，即使用一系列智能和信息化手段來促進(jìn)城市交通、醫(yī)療保健和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的發(fā)展[1]。從那時起，建設(shè)智慧城市被視為解決當(dāng)今城市面臨的問題的有效解決方案。近年來，阿姆斯特丹、巴塞羅那、柏林、開普敦、哥本哈根、赫爾辛基、倫敦、米蘭、墨爾本和紐約等發(fā)達(dá)國家的許多城市都開始推動智慧城市發(fā)展，包括中國在內(nèi)的發(fā)展中國家也將智慧城市建設(shè)視為促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

智慧城市旨在促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展，不可持續(xù)的城市不能被視為真正的智慧城市，因此，確保智慧城市的可持續(xù)性至關(guān)重要。智慧城市建設(shè)基于信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，如智能傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算，智慧城市采用信息技術(shù)的目的是促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。然而，僅靠信息技術(shù)可能無法使智慧城市具有可持續(xù)性，因為技術(shù)并不總是優(yōu)先考慮可持續(xù)性，只有將IT技術(shù)應(yīng)用于可持續(xù)系統(tǒng)，才能在智慧城市中實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，此外，智慧城市還需要通過基于IT 技術(shù)的信息處理系統(tǒng)來收集、傳輸和處理各個領(lǐng)域的實時數(shù)據(jù)[2]。智慧城市的信息處理系統(tǒng)主要基于物聯(lián)網(wǎng)，新型智慧城市建設(shè)主要通過構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的CIM（城市信息建模）平臺來實現(xiàn)，因此，通過可持續(xù)系統(tǒng)的建設(shè)和CIM在智慧城市中的應(yīng)用來研究智慧城市的可持續(xù)性。

1 智慧城市與可持續(xù)設(shè)計

智慧城市是一個復(fù)雜而創(chuàng)新的生態(tài)系統(tǒng)，旨在通過使用信息技術(shù)重塑城市空間，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展。由于信息技術(shù)的快速發(fā)展，智慧城市的概念迅速改變。沒有可持續(xù)性的智慧城市并不是真正的“智慧”，強(qiáng)調(diào)可持續(xù)性應(yīng)該是智慧城市發(fā)展的一部分。這也就意味著可持續(xù)性是智慧城市的一個基本特征，智慧城市越先進(jìn)，就應(yīng)該越可持續(xù)。智慧城市的可持續(xù)性是以人為中心，通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)的。設(shè)計的目的也是創(chuàng)造性地解決人類面臨的問題。

可持續(xù)設(shè)計是設(shè)計的一個關(guān)鍵要素，可持續(xù)設(shè)計的概念是基于20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的可持續(xù)發(fā)展理念，指的是在不損害子孫后代滿足自身需求能力的情況下滿足當(dāng)前需求的發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展的核心目的是使人類發(fā)展具有可持續(xù)性。人類的可持續(xù)發(fā)展必須包括經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境的可持續(xù)性。然而，隨著全球化的深入，世界各地的文化可持續(xù)發(fā)展面臨著巨大的困難和挑戰(zhàn)。因此，在可持續(xù)發(fā)展的要求下，可持續(xù)設(shè)計注重實現(xiàn)人類經(jīng)濟(jì)、社會、自然和文化的可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)代可持續(xù)設(shè)計理念將設(shè)計行為融入“人類—環(huán)境—社會—經(jīng)濟(jì)—文化”的生態(tài)系統(tǒng)中，關(guān)注這個生態(tài)系統(tǒng)及其和諧發(fā)展[3]。

智慧城市與可持續(xù)設(shè)計之間存在緊密聯(lián)系，因為可持續(xù)設(shè)計的概念與智慧城市的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)是一致的，它們之間有著密切的內(nèi)在關(guān)系。可持續(xù)發(fā)展要求在保護(hù)環(huán)境的同時追求經(jīng)濟(jì)、社會、文化和生活發(fā)展?？沙掷m(xù)設(shè)計的這一核心價值也是智慧城市建設(shè)和發(fā)展的基本要求，在人類、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會和文化之間取得平衡，形成一個生態(tài)系統(tǒng)。智慧城市與可持續(xù)設(shè)計之間的內(nèi)在聯(lián)系是研究和構(gòu)建智慧城市可持續(xù)設(shè)計體系的基礎(chǔ)。

2 CIM體系結(jié)構(gòu)

CIM是新型智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)平臺。CIM是基于物聯(lián)網(wǎng)、BIM（建筑信息模型）和GIS（地理信息系統(tǒng)）的有機(jī)綜合。CIM通過物聯(lián)網(wǎng)、BIM和GIS收集和處理相關(guān)城市數(shù)據(jù)，為城市提供全面的多維管理能力，為智慧城市的規(guī)劃、建設(shè)、管理、運營和服務(wù)全面賦能。

CIM通過物聯(lián)網(wǎng)、BIM和CIS構(gòu)建多維信息模型數(shù)據(jù)和城市傳感數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維數(shù)字城市信息有機(jī)合成。其中，物聯(lián)網(wǎng)是一種信息載體，通過各種信息技術(shù)和設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，智慧感知、識別和管理事物的一系列信息，實現(xiàn)人、機(jī)器和事物之間的互聯(lián)[4]。BIM 是城市工程建設(shè)必不可少的信息管理工具，是建筑信息模型，可以從多個角度實現(xiàn)工程項目的集成化、智慧化管理。地理信息系統(tǒng)既是城市的數(shù)字模型，又是城市信息數(shù)據(jù)的承載平臺。它是一個信息系統(tǒng)，可以通過空間或地理坐標(biāo)管理和顯示城市各個方面的數(shù)據(jù)。

在CIM 架構(gòu)中，GIS 是BIM 的宏觀框架，而BIM 在微觀層面上補(bǔ)充了GIS，物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了GIS和BIM之間的連接。GIS 和BIM 的結(jié)合可以涉及智慧城市的方方面面，而物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)萬物互聯(lián)和信息交換。因此，CIM 通過GIS 和BIM 收集信息，并通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行處理。CIM可以理解為通過GIS、BIM和物聯(lián)網(wǎng)集成一系列城市信息開發(fā)的智慧模型，是CIM、GIS 和物聯(lián)網(wǎng)的集成系統(tǒng)。CIM也是一個用于存儲、提取、更新和修改所有城市相關(guān)信息的數(shù)字平臺。CIM通過數(shù)字化表達(dá)城市地上、地下、過去、現(xiàn)在和未來的所有空間和所有規(guī)模的信息，可以為城市規(guī)劃、建設(shè)和運營管理的整個過程提供“智慧”賦能。

在GIS、BIM 和物聯(lián)網(wǎng)的支持下，CIM 的體系結(jié)構(gòu)主要由4個部分組成：前端設(shè)備、CIM基礎(chǔ)平臺、CIM應(yīng)用層和終端設(shè)備。

（1）前端。智慧前端包括各種類型的物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備，如傳感器、圖像捕捉設(shè)備、位置記錄設(shè)備、執(zhí)行器、RFID 讀/寫設(shè)備等。通過這些物聯(lián)網(wǎng)傳感裝置，可以監(jiān)測城市基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境，并收集物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，為CIM平臺提供數(shù)據(jù)支持[5]。

（2）CIM 基礎(chǔ)平臺。CIM 基礎(chǔ)平臺是CIM 數(shù)據(jù)匯聚和應(yīng)用的載體，是智慧城市的基礎(chǔ)支撐平臺。CIM基礎(chǔ)平臺包括設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層以及兩個系統(tǒng)框架（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和信息安全與運維保障體系）。

（3）CIM+應(yīng)用層。CIM+應(yīng)用層是指CIM基礎(chǔ)平臺的應(yīng)用。CIM+應(yīng)用層的內(nèi)容包括智慧醫(yī)療、城市管理、智慧交通、智慧社區(qū)、空間規(guī)劃等。CIM+應(yīng)用的擴(kuò)展能力可以支持城市的規(guī)劃、建設(shè)、管理和決策。

（4）終端設(shè)備。終端設(shè)備是顯示CIM平臺服務(wù)的載體。終端包括瀏覽器、移動終端設(shè)備、可視化設(shè)備、VR/AR等。當(dāng)然，終端設(shè)備不僅在顯示內(nèi)容方面發(fā)揮作用，而且在數(shù)據(jù)收集、傳輸和轉(zhuǎn)換方面也發(fā)揮著特定的作用。

CIM 體系結(jié)構(gòu)的4 個組成部分中，智慧前端負(fù)責(zé)收集信息，CIM基本平臺負(fù)責(zé)信息的傳輸、存儲和處理,CIM+應(yīng)用層管理和應(yīng)用信息，由終端設(shè)備輸出信息。通過這4個組成部分，CIM體系結(jié)構(gòu)促進(jìn)了智慧城市的建設(shè)，并為用戶提供了服務(wù)。CIM 的用戶主要包括政府部門、企業(yè)和企業(yè)集團(tuán)以及公眾。

CIM強(qiáng)大的功能可以有效地處理智慧城市規(guī)劃設(shè)計中的各種問題，CIM 的應(yīng)用可以促進(jìn)可持續(xù)設(shè)計系統(tǒng)在智慧城市中的具體實施，因此，CIM系統(tǒng)可以作為研究智慧城市可持續(xù)設(shè)計策略的基礎(chǔ)。

3 基于CIM的蘇州智慧城市建設(shè)

蘇州是一個以其豐富的歷史文化遺產(chǎn)而聞名的城市，也是目前中國最發(fā)達(dá)的城市之一。2022 年，蘇州加入各種CIM數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建蘇州智慧城市CIM平臺。該平臺包括CIM基礎(chǔ)平臺、CIM時空數(shù)據(jù)庫（包括CIM建模、處理等）和CIM+應(yīng)用系統(tǒng)。CIM 基礎(chǔ)平臺是蘇州城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和運營的主要運營平臺。CIM時空數(shù)據(jù)庫收集并構(gòu)建蘇州的各種CIM 時空數(shù)據(jù)，創(chuàng)建3D 信息模型，管理各種CIM 空間信息模型數(shù)據(jù)。CIM+應(yīng)用系統(tǒng)基于蘇州的地理信息數(shù)據(jù)和各種規(guī)劃數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一個跨規(guī)劃、建設(shè)、管理和運營4 個模塊的三維空間數(shù)據(jù)模型。它與城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和運營服務(wù)的子系統(tǒng)相連，實現(xiàn)蘇州一系列信息的集成和顯示，以及數(shù)據(jù)指標(biāo)分析[6]。

此外，蘇州市的CIM 平臺建立在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和空間編碼系統(tǒng)之上，它包括一個數(shù)字孿生時空基地，構(gòu)建在3 個不同的層面：蘇州古城、中心區(qū)和歷史城區(qū)，每個級別都是為了滿足不同的空間范圍和模型精度要求而開發(fā)的。占地19.2 km2的歷史城區(qū)是構(gòu)建數(shù)字雙CIM 駕駛艙系統(tǒng)的試驗區(qū)，該系統(tǒng)包括地上和地下空間的精細(xì)3D模型。同時，還完成了覆蓋全市8 657 km2的電子地圖、正射影像和建筑模型的建設(shè)。利用CIM，蘇州的智慧城市建設(shè)取得了重大進(jìn)展，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）政府城市管理水平的提高，蘇州城市建設(shè)、管理、協(xié)調(diào)能力全面增強(qiáng)。CIM 平臺也為蘇州城市規(guī)劃建設(shè)的精細(xì)化管理提供了便利。它改變了城市規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和管理的方式，提高了政府的科學(xué)管理和智慧決策能力。

（2）CIM 平臺保證了各級各部門之間的數(shù)據(jù)共享和流通，建立了數(shù)據(jù)共享通道，使與城市建設(shè)相關(guān)的三維時空數(shù)據(jù)能夠在不同的應(yīng)用和部門之間共享和共建，避免了空間數(shù)據(jù)的重復(fù)投資。

（3）解決了城市管理和公共服務(wù)方面的許多挑戰(zhàn)和困難。CIM 平臺有效整合了各種資源，為政府部門提供了全面、多樣化的服務(wù)，轉(zhuǎn)變了政府服務(wù)模式，提高了政府公共服務(wù)水平。

基于CIM的蘇州智慧城市建設(shè)，從城市管理、城市建設(shè)、城市服務(wù)等方面，有力地促進(jìn)了城市的可持續(xù)發(fā)展。此外，CIM 平臺的應(yīng)用充分發(fā)揮了蘇州在生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)、歷史文化等方面的獨特優(yōu)勢。

4 智慧城市可持續(xù)發(fā)展設(shè)計體系

可持續(xù)的智慧城市設(shè)計需要考慮各種因素，包括人類、環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)、文化和技術(shù)方面。因此，它們是可持續(xù)設(shè)計系統(tǒng)的基本要素。其中，人是可持續(xù)智慧城市設(shè)計的核心，而技術(shù)在推動可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在智慧城市的可持續(xù)設(shè)計中，環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)和文化也是必不可少的考慮因素?？沙掷m(xù)智慧城市設(shè)計旨在通過利用技術(shù)作為工具來解決“人類—環(huán)境—社會—經(jīng)濟(jì)—文化”系統(tǒng)的相關(guān)方面，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

4.1 智慧城市可持續(xù)設(shè)計體系的4個維度

從本質(zhì)上講，智慧城市的可持續(xù)發(fā)展就是將技術(shù)因素介入“人類—環(huán)境—社會—經(jīng)濟(jì)—文化”體系中，使智慧城市實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。通過將最新的信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)平臺和智慧終端相結(jié)合，并將其充分應(yīng)用于城市的各個行業(yè)和領(lǐng)域，可有效地建設(shè)智慧城市。蘇州智慧城市建設(shè)的案例表明，智慧城市的發(fā)展如何對一個城市的“人類—環(huán)境—社會—經(jīng)濟(jì)—文化”體系產(chǎn)生重大影響。通過智慧城市發(fā)展，蘇州能夠節(jié)約成本和能源，加強(qiáng)社會服務(wù)，促進(jìn)文化繁榮，減少環(huán)境影響，有效協(xié)調(diào)環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)和文化因素。此外，新興技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了部門之間的信息共享和知識傳播，加強(qiáng)了政府、企業(yè)和個人之間的聯(lián)系。以蘇州為例，智慧城市建設(shè)涉及4 個主要維度：公共空間，如社區(qū)、辦公室和娛樂區(qū)；城市管理，包括規(guī)劃、建設(shè)、運營和監(jiān)督；公共服務(wù)平臺，如技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)平臺，以及移動通信；公共資源，如基礎(chǔ)設(shè)施、政策法規(guī)、大數(shù)據(jù)、環(huán)境資源和社會資源。

4.1.1 管理維度

智慧城市不僅是先進(jìn)技術(shù)的聚集地，也是通過“政策、管理和社區(qū)參與”實現(xiàn)社會公平的重要手段。智慧城市建設(shè)需要政府、企業(yè)、個人的共同參與，需要統(tǒng)籌規(guī)劃、建設(shè)、運營、監(jiān)督。通過管理維度，可以調(diào)動空間和資源維度的內(nèi)容，通過平臺維度實現(xiàn)智慧城市的運營，從而服務(wù)社會。智慧城市的管理水平?jīng)Q定了社會的運營成本和發(fā)展水平，是智慧城市可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

4.1.2 空間維度

社區(qū)、辦公、娛樂等城市空間是智慧城市發(fā)展的載體。通過以人為本和利用技術(shù)，可以從空間角度實現(xiàn)可持續(xù)的智慧城市設(shè)計。這可以優(yōu)化城市空間的功能結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)不同區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展，最終實現(xiàn)智慧城市的可持續(xù)發(fā)展。

4.1.3 資源維度

基礎(chǔ)設(shè)施、政策法規(guī)、數(shù)據(jù)、環(huán)境資源是智慧城市建設(shè)的支撐條件。智慧城市建設(shè)不僅需要公共資源的支持，還需要通過合理配置資源引導(dǎo)社會公平，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

4.1.4 平臺維度

公共服務(wù)、科技平臺、網(wǎng)絡(luò)、智慧終端等城市公共服務(wù)平臺是智慧城市建設(shè)的體現(xiàn)。智慧城市建設(shè)主要通過城市公共平臺的應(yīng)用，提高社會服務(wù)效率和管理水平，從而促進(jìn)社會、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和文化的可持續(xù)發(fā)展。總之，從智慧城市的角度來看，以人為基礎(chǔ)、以技術(shù)為驅(qū)動的智慧城市可持續(xù)設(shè)計主要包括管理、空間、資源和平臺4 個維度。CIM 的信息收集和處理模型如圖1所示。

圖1 CIM信息收集和處理模型

4.2 智慧城市可持續(xù)設(shè)計系統(tǒng)模型

智慧城市可持續(xù)設(shè)計的6 個要素和4 個維度的結(jié)合構(gòu)成了智慧城市可持續(xù)發(fā)展設(shè)計的體系。智慧城市可持續(xù)設(shè)計的6個要素反映了可持續(xù)設(shè)計對智慧城市的要求，而4 個維度則包含了可持續(xù)設(shè)計的內(nèi)容。由此可見，智慧城市可持續(xù)設(shè)計應(yīng)以人為中心，利用技術(shù)在管理、空間、資源和平臺維度上考慮環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)和文化因素的要求。由此，可以構(gòu)建一個智慧城市可持續(xù)設(shè)計系統(tǒng)的模型。智慧城市可持續(xù)設(shè)計系統(tǒng)模型可以作為智慧城市可持續(xù)發(fā)展概念化的指導(dǎo)工具，并為智慧城市設(shè)計師、規(guī)劃者和管理者思考智慧城市的可持續(xù)發(fā)展提供幫助。

智慧城市的可持續(xù)設(shè)計系統(tǒng)模型是智慧城市可持續(xù)設(shè)計系統(tǒng)的可視化表示。構(gòu)成智慧城市可持續(xù)設(shè)計體系的要素包括人、技術(shù)、環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)、文化等因素，以及與管理、空間、資源和平臺相關(guān)的內(nèi)容，設(shè)計是將系統(tǒng)的所有元素結(jié)合在一起的潛在因素。智慧城市可持續(xù)設(shè)計系統(tǒng)的目標(biāo)是以人為本，利用技術(shù)工具建立各要素之間的聯(lián)系，形成一個系統(tǒng)，最終實現(xiàn)智慧城市的可持續(xù)發(fā)展。

智慧城市可持續(xù)設(shè)計系統(tǒng)模型包含4個部分：（1）人是內(nèi)部核心因素；（2）管理、空間、資源、平臺4 個維度；（3）環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)、文化四大影響因素；（4）技術(shù)作為外部驅(qū)動力因素。

反過來，這4個組成部分形成了3種相互作用：（1）人與其他部分之間的關(guān)系；（2）尺寸分量與影響因素分量之間的關(guān)系；（3）技術(shù)與其他部分之間的關(guān)系。

基于CIM的智慧城市可持續(xù)發(fā)展設(shè)計管理模型如圖2 所示，該模型可以為設(shè)計者在智慧城市可持續(xù)發(fā)展設(shè)計實踐中提供一些參考。

圖2 基于CIM的智慧城市可持續(xù)發(fā)展設(shè)計管理模型

5 結(jié)語

本文將可持續(xù)設(shè)計理念與智慧城市相結(jié)合，從設(shè)計的角度探討了如何提高智慧城市的可持續(xù)性，并考察了智慧城市與可持續(xù)設(shè)計之間的關(guān)系，探討了構(gòu)成智慧城市可持續(xù)設(shè)計體系的6個要素和4個維度，并構(gòu)建了該體系的模型。