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作 者 ：中国电子科技集团第44研究所 王正中
关键词： 智能建筑 数字化技术 智能城市
1 引言
智能城市(Intelligent
City)是智能建筑多样化特征的一种表现形式，智能型建筑IB(Intelligent
Building)是信息时代的产物，它的基本要素是通信系统的网络化、办公业务自动化和智能化、建筑柔性化和建筑物管理服务的自动化。自从智能建筑概念提出以来，继1984年诞生于美国哈特福市的世界第一座智能大厦后，日本在1985年开始建设智能大厦，新建的大厦中有近60%为智能型的。日本政府也积极推动，制定了四个层次的发展规划，即智能城市、智能建筑、智能家庭和智能设备。欧洲国家智能建筑的发展基本上与日本同步启动，智能大厦主要集中在各国的现代化都市。1989年，在西欧的智能大厦面积中，伦敦占12%，巴黎占10%，法兰克福和马德里占5%。亚太地区智能大厦主要集中在汉城、曼谷、香港、雅加达、吉隆坡等中心城市。新加坡政府投入巨资对智能建筑进行研究，规划将新加坡建成“智能城市公园”。韩国制定了“智能岛”计划，印度则有“智能城”计划。泰国智能建筑普及率高，在20世纪80年代，泰国新建大楼中，有近60%为智能大厦。我国对智能建筑的研究始于20世纪80年代末期，据国外权威机构预测，在21世纪，全世界智能大厦的50%将兴建在中国的大城市里。经过20余年的发展，各国都在向更高智能的阶段发展，逐步进入到“绿色建筑”的新境界。智能只是一种手段，通过对建筑物智能功能的配备，强调高效率、低能耗、低污染，在真正实现以人为本的前提下，达到节约能源、保护环境和可持续发展的目标。对智能城市的良好认同本身就是一个城市的凝聚力和吸引力，不论城市本土的居民，还是城市凝聚的外来居民，都为工作和生活在一座智能城市而感到舒心和骄傲。城市和谐，市民安居，这正是城市发展的内在动力，对于智能城市的良好认同经过扩散和传播，又会形成自然的城市公关效应，成为“引凤来栖”、促进城市发展的新的动力源，这些都是智能城市的魅力之所在。因此本文对智能城市相关问题作些讨论。
2 智能城市的概念
智能城市是智能建筑多样化特征的一种表现形式，智能建筑能使人与人之间的距离拉得很近，实现零时间、零距离的交流，将整个世界变成象地球村一般的基础。智能建筑的发展已经并将继续呈现出多样化的特征，按其类型和层次结构可分为多种。
2.1 智能大楼
智能大楼主要是指将单栋办公类大楼建成综合智能化大楼。智能大楼的基本框架是将BA(建筑自动化)、CA(通讯自动化)、OA(办公自动化)三个子系统结合成一个完整的整体，发展趋势则是向系统集成化、管理综合化和多元化以及智能城市化的方向发展，真正实现智能大楼作为现代办公和生活的理想场所。
2.2 智能广场
智能广场现在智能建筑正在从单幢转变为成片开发，形成一个位置相对集中的建筑群体，称之为智能广场(plaza)，而不再局限于办公类大楼，正在向集公寓、酒店、商场、医院、学校等于一体的建筑领域扩展。智能广场除具备智能大楼的所有功能外，还有系统更大、结构更复杂的特点，一般应有智能建筑集成管理系统(IBMS)，能对智能广场中所有楼宇进行全面和综合的管理。
2.3 智能化住宅
智能化住宅其发展分可为三个层次:家庭电子化(HE，Home
Electronics);住宅自动化(HA，Home
Automation);住宅智能化，美国称其为智慧屋(WH，Wise
House)，欧洲则称为时髦屋(SH，Smart Home)。
智能化住宅是指通过家庭总线(HDS，Home Distribution
System)把家庭内的各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置都并入到网络之中，进行集中或异地的监视控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调，提供工作、学习、娱乐等各项服务，营造出具有多功能的信息化居住空间。智能化住宅强调人的主观能动性，重视人与居住系统的协调，从多方面方便居住者的生活环境，全面提高生活的质量。
2.4 智能化小区
它是对有一定智能程度的住宅小区的笼统称呼。智能化小区的基本智能被定义为“居家生活信息化、小区物业管理智能化、IC卡通用化。”智能小区建筑物除满足基本生活功能外，还要考虑安全、健康、节能、便利、舒适五大要素，以创造出各种环境(绿色环境、回归自然的环境、多媒体信息共享环境、优秀的人文环境等)，从而使小区智能化有着不同的等级。小区智能化将是一个过程，它将伴随着智能化技术的发展及人们需求的不断增长而增长和完善，它表明了可持续发展性应是小区智能化的重要特性。
2.5 智能城市
智能城市在实现智能化住宅和智能化小区后，城市的智能化程度将被进一步强化，出现面貌一新以信息化为特征的智能城市。其主要标准首先是通讯的高度发达，光纤到路边FTTC(Fiber
To The
Curb)、光纤到楼宇FTTB、光纤到办公室FTTO、光纤到小区FTTZ、光纤到家庭FTTH;其次是计算机的普及和城际网络化。届时，在经历了“统一的连接”、“实时业务的集成”、“完成统一”(Full
Convergence)三个发展阶段后，将出现在网络的诸多方面进行统一的“统一网络”。计算机网络将主宰人们的工作、学习、办公、购物、炒股、休闲等几乎所有领域，电子商务成为时尚;再次是办公作业的无纸化和远程化。
2.6 智能国家
智能国家它是在智能城市的基础上将各城际网络互联成广域网，地域覆盖全国，从而可方便地在全国范围内实现远程作业、远程会议、远程办公。也可通过Internet或其他通讯手段与全世界沟通，进入信息化社会，整个世界将因此而变成地球村一般。
从上述可见智能城市或智能化城市只是一个相对概念，并无严格的定义，各个国家由于国情不同对智能城市的理解也所差异是很正常的，但其本质是一样的，只是论述的重点各有侧重。比如欧洲强调“创造一种可以使住户有最大效率环境的建筑，同时该建筑可以使之有效地管理资源，而在硬件和设备方面的寿命成本最小”。日本强调的重点集中在如下4个方面:作为收发信息和辅助管理效率的轨迹;确保在里面工作的人满意和便利;建筑管理合理化，以便用低廉的成本提供更周到的管理服务;针对变化的社会环境、复杂多样化的办公以及主动的经营策略做出快速灵活和经济的响应。中国是指利用系统集成方法，将智能型计算机技术、通信技术、信息技术与建筑艺术有机结合，通过对设备的自动监控，对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合，所获得的投资合理，适合信息社会需要，并使之具有安全、高效、舒适、便利和灵活的特点。
3 智能城市的参考标准
自1999年世界智能化城市评选活动开展以来，参选智能化城市评比主要有五项指标，即宽带应用覆盖率，知识生产力的结构、从事宽带应用技术人员的比例，城市改革开放力度，数字技术应用普及率，智能化对经济发展的影响等。智能化城市的评比标准并不只是注重智能化成熟度，而是更重视政府政策的支持，团体、民众对智能化的认识、关注和智能化的发展速度、前景等。我国天津市从全世界100多个参选城市中脱颖而出，进入2005和2006年度世界七大智能化城市行列。2005年度七大智能城市按字母顺序排列是:法国依西·雷莫里诺市、日本三鹰市、巴西皮拉伊市、新加坡、英国桑德兰市、中国天津市、加拿大多伦多市，这是自19999年世界智能化城市评选活动开展以来，中国城市首次入选。得到这一名单的认可，表明这些城市在宽带基础建设、知识型人才培养、克服数字鸿沟、取得风险投资以及经营、发展等方面取得了非凡的成就。“十一五”期间，天津市也将进一步打造“智能天津”，全市信息化建设处于全国领先地位，达到发达国家中心城市的平均水平，到2010年，互联网普及率达到55%，家庭宽带用户普及率达到60%，固定电话主线普及率达到75%，移动电话达到80%，每百户计算机拥有量达到80%，企业上网率达到85%。国家有关部门测评，天津市信息化综合指标居全国第三位，信息化建设走在了全国的前列。目前，天津市已经建成以光纤为主、无线为辅、立体交叉的城市宽带网，城区实现了光纤到路边、楼边，农村到乡镇和主要村，通信能力城乡覆盖率达到100%。与2000年相比，宽带城域网核心交换能力从20G增长到2000G，城市出口带宽从955M增长到121G，互联网用户从56.9万户增长到340万户，其中宽带用户从无到有发展到90万户。全市固定电话用户从247万户增长到
437.2万户，移动电话用户从122.8万户增长到502.6万户。建成覆盖全市的有线电视传输网，用户190万户，并建设了数字电视播出平台，已具备150套数字电视播出能力。就像前面提到的那些智能化城市，任何一个城市的信息化都应该把为每个市民，为社会服务贯彻到信息化建设的始终，信息化建设的最终目的是服务于人类社会，服务于每一个人的，信息化同样要人性化，这正是建设智能化城市的最终目的。
4 智能城市的基本框架
智能城市，也称为网络城市、数字化城市、信息城市。其概念包含两方面含义:广义上讲，“智能城市”包含了信息化六大要素和所有领域，也就是城市的信息化;狭义地讲，“智能城市”是综合运用GIS(地理信息系统)、GPS(全球定位系统)、遥感、遥测、宽带网络、多媒体及虚拟仿真等技术，对城市的基础设施、功能机制进行信息自动采集处理、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统，它具有城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字化、网络化、虚拟仿真、优化决策支持和可视化表现等功能。智能城市的建设需要利用国家公用信息网络平台，以现代信息技术为基础，建成一个集城市规划、建设、管理和服务于一体的智能化信息系统，实现信息共享与应用，为政府、企业、公众提供及时、准确、有效的信息服务。其中，智能建筑是智能城市的基础单元，如图1所示。在智能城市中智能大楼独领风骚，给人们的办公与居家生活带来许多方便，在21世纪，以计算机和网络为代表的信息产业发展强劲，并正在与通信产业和消费类电子产业相结合，迈入数字会聚及计算机网络、有线电视网络、电信网络三网合一的时代，信息产业正带领各种自动化系统进行着新一轮的产业革命。
图1 智能大楼的结构
由于智能城市建设涵盖整个城市各方面的信息及应用，智能城市的基本框架一般可分为3个层次并由多个组成部分。3个层次为信息基础层、应用层和综合决策层。信息基础层由城市公用信息网络平台、中心骨干网、区域骨干网、通信管线、空间数据和政策技术保障体系等组成。应用层根据其性质分为专业类和区域类应用，专业类应用中包括政府类、企业类和公众类应用;综合决策层是跨行业、跨区域的综合性应用系统，构筑在基础层和应用层之上。主要组成部分分别是城市公用信息网络平台和骨干网、空间数据等基础设施、政府类应用、企业类应用、公众类应用、区域类应用、数字门户网站、信息资源管理中心、城市综合决策指挥系统、政策法规规章及管理制度、技术标准及各种应用规范。智能城市涉及电子政务、电子商务乃至地理信息系统等方方面面，用一句时髦的话说就是“e-everything”(任何事情都是数字的)。智能城市通常包括5个方面的支撑点:
(1) 信息基础设施，它是城市获取信息的基本能力，每个城市必须根据自身特点和发展方向，做整体思考;
(2)
城市基础数据库，一个城市的数字化程度，从源头上取决于城市基础数据库的容量、速度、便捷性、可更新能力和智能化水平，至少包括数字人口、土地、交通、管线、经济管理等内容;
(3)
电子政府和城市信息安全，电于政府能提高政府工作效率，提升施政水平，优化服务功能，它同时也是提高政府透明度和有效监督的重要工具;
(4) 全方位的电子商务框架，电子商务系统的全方位、多等级和虚拟化建设，将具体体现未来城市发展的活力;
(5) 城市交通系统的智能化，城市智能交通系统是GIS、GPS和遥感等技术的有机结合。
“智能城市”不是一个纯技术的概念，它与“园林城市”、“生态城市”、“山水城市”一样，是对城市发展方向的一种描述，是信息技术、网络技术渗透到城市生活各个方面的具体体现。“智能城市”意味着城市管理和运行体制的一次大变革，为认识物质城市打开了新的视野，并提供了全新的城市规划、建设和管理的调控手段，从而为城市可持续发展和调控管理提供了有力的工具。此外，“智能城市”还将更好地体现出现代城市“信息集散地”的功能，意味着城市功能全面实现信息化，更好地促进城市人居环境的改善和可持续发展，随着城市信息化进程的推进，“智能城市”已开始步入我们的人们生活。
5 智能城市实施的思考
智能城市尽管是一个虚拟的数字城市，但它的基础是现实中城市的缩影，即一个城市在互联网上的再现，把整个城市规化都再现在一个电子地图上，让人们轻松认识、了解这个城市。无论何时何地，只要登陆网站，就能为访问者提供方便快捷的查询服务，为人们的出行、旅游、商务活动等提供引导和帮助。按照参选智能化城市评比的五项指标，智能城市的实施从宏观层面考虑，以下几个方面是值得特别关注的。
5.1 城市信息基础设施的规划
信息基础设施的规划与建设以及设计，可以表达倩息基础设施完善程度的“数字覆盖率”、“数字分辨率”、“数字传输速率”和“数字鸿沟差异率”，是任何一个城市进入智能城市的先决条件。城市的数字化水平高低取决于它的息获取能力，以及与该能力有充分联系的信息产生、信息传递和信息应用等各个环节。信息基础设施的规划与建设应始终围绕城市信息获取总能力的持续提高。对于一个高效、便捷、动态的城市而言，信息基础设施的规划是处于战略基础地位的，这事实上是一个联系着航天(外空间)、航空、地面、地下的立体网络，该网络通过各类传感器、各类凋制解凋装置、各类接受通道、各类应用终端、各类反馈系统、各类自动识别系统和各类虚拟现实中心等组成，与各类信号(包括卫星信号)接收、图形图像处理、光纤传输网络、超大型计算机枢纽同常规的社会、经济、环境统计资料的有机结合，形成城市信息基础设施规划的基本内容，其中包括了不断更新的技术进步，也包含了不断提高的城市管理水平，同时还牵涉到城市立法与决策的相应转换，从而为信息城市数字化水平的整体提高，编制出高质量的发展蓝图。数字城市信息基础设施的规划与建设还必须针对每个城市的自身特点及城市的发展方向，严格地从空间布局、网络构建、数据处理、应用领域、信息安全和效能评估诸多方面，做出与传统城市规划相连接的整体思考。
5.2 城市基础数据库建设
一个城市的信息化程度，从源头上讲取决于该城市基础数据库的容量、速度、便捷牲、可靠性、可更新能力和智能化水平。城市基础数据库至少应包括以下内容:
(1)
数字人口(户籍)管理:针对衡量城市人口整体状况的各项基本指标，从宏观管理到微观管理应当有全面的记录;
(2)
数字土地(地籍)管理，主要对城市规划如土地利用、地形地貌特征、城市空间布局、城市图形、地产价格及其动态变化、城市土地级差地租动态变化等一直到门牌、户型、街道、城市基础设施(能源、交通、通讯、自来水及排污管道等)的动态记录和识别;
(3) 数字经济管理，主要针对贸易、企业、工商等的经济增长、统计报表等，做出实时的记录和存储;
(4)
数字金融管理，涉及政府、企业、国际贸易、股票交易、债券、保险、投资、个人信用、供销支付等的电子管理;
(5)
数字社区管理，对每一个社区的家庭、健康、教育、娱乐、社区活动、社区建设、社区服务等，做出系统的记录;
(6)
数字环境管理，对于城市中环境污染源、治理状况、环保设施、环保产业以及城市生态、城市绿化、城市园林等的系统档案;
(7) 数字文化管理，包括网络教育、远程医疗、数字图书、数字出版、数字新闻、多媒体娱乐等;
(8) 数字交通管理，立体化、智能化、自动化的交通网络管理;
(9) 数字灾害管理，城市火灾、洪灾、风灾、地震、交通灾害、管道泄露、地面沉降等;
(10)
数字犯罪管理，城市安全、罪犯识别等。这些数据库建设将为智能城市的发展奠定坚实基础，是智能城市建设的战略基础。
5.3 电子政府建设
电子政府是提高政府工作效率，提升政府施政水平，优化服务功能的最佳选择。同时也是提高政府办公透明度、实现公正廉洁和有效监督的重要工具。在全世界各国倡导的信息高速公路的五大应用领域中，电子政府均被列为第一位，同传统定义下的政府运作相比，电子政府可以认为是行政管理的一场革命性变化。在智能城市中的计算机、数据库、信息技术和互联网，为电子政府提供了技术支撑条件和信息交流的公共平台，通过这个平台，引导城市管理迈向更加快速、更加高效和更加智能的台阶。政府在一个社会系统中居于核心的地位，它肩负着对整个社会导向、协调、控制、管理和服务的功能，城市经济的发展、城市社会的进步、城市文化的繁荣、城市人民生活质量的保障等，都离不开政府的主导作用。在一个高度智能化的城市中，政府执行上述功能的基本途径是通过广泛收集“自然、社会、经济”复杂系统中的各类信息，在进行加工整理和方案预演后，向公众发布有关指令性的、调控性的、解释性的和服务性的“高等级信息集合”，同时能够快速有效地收集到社会反馈的广泛信息，以便于对“高等级信息”进行修正和优化。鉴于上述原因，在智能城市规划中都把电子政府作为智能城市的神经、中枢去建设，它将打破现有行政机构的人为组织界限，构建一个电子化的虚拟机关，突破时间限制(如现行的8小时工作制)、空间限制(如现行的严格属地原则)、流程限制(如现行的必须一级对一级的转送)、暗箱限制(如现行的关系寻租、政治寻租等)，达到政务公开、采购公开、管理公开和服务公开。值得特别关注的是政府网的安全问题，如果不能成功抵御计算机病毒的侵袭和黑客的攻击，如果没有出色的防火墙和稳定可靠的密码技术，那么电子政府的建设是很难进行的。
5.4 全方位的电子商务建设
智能城市的最大服务对象和需求用户是关于电子商务的全面建设，随着信息时代的加速发展，电子商务系统的全方位、多等级和虚拟化建设，将成为未来城市发展活力的具体体现之一。电子商务建设的关键和难点，集中地体现在如何完成“物流、信息流、货币流”三者的有机匹配和统一网络化。在城市商业行为中，创造一个“公信、稳定、安全、有序、高效”的虚拟商业环境，把每个人、每个企业、每项政府采购和各类供需交易等的交换活动转换成一种全新的方式，即把包括生产中心、采购中心、仓储中心、配送中心、批发中心、零售中心和各类电子住户充分联结的物流系统，把网络查询、电子订货、电子交易、价格协商、电子指南、合同拟订、电子服务、电子广告和电子仲裁的信息流系统和把虚拟资本、投资往来、货币兑换、股权交易、电子消费、电子结算、电子钱包、电子家政计划等的货币流系统，整体地纳入到不同级别、不同类型、不同平台、不同中心的统一数字管理体系之中，这将是智能城市建设中一个特别庞大、特别精密和具有特别法律效力的战略实体工程，是智能城市建设的战略核心。
5.5 城市交通智能化建设
智能城市应首先考虑城市交通智能化的全面建设。城市交通是一个高度动态化的空间网络体系，它从一个(随机的)起点，经过不同等级通道，通过不同交叉联结，经历不同信号调控和不同速度交混，走到目的地的(随机的)终点，其中还包括了不同车辆特性，不同静态交通(如停车场、修理厂、洗车厂等)，不同环保要求和不同交通工具的具体规定。城市交通智能化的最终目的是实现“路程最小化、时间最小化和成本最小化”的目标函数。城市交通智能化必须把地理信息系统、全球定位系统和卫星遥感技术的3S技术，加上各种智能化传感器，结合城市规划中的现实交通网络(包括地面交通、地下交通、空中交通和铁路、公路、水路)和未来发展的交通网络，在智能城市的总体规划下，完善不断变化着的城市电子地图和各类地物标志，周密设置不同交通等级的虚拟控制中心，虚拟流动模拟、虚拟通过能力、虚拟交通疏导方案、虚拟交通寻路的优选，从而将移动物体(车辆)的流动通量，无人值守的自动调控信号及车载智能终端等的信息采集、信息处理、信息反馈和优化决策组成一个高度灵敏的交通智能系统，该系统将成为智能城市建设中首先实现的可行目标。
6 结束语
城市的智能化程度，是一个城市数字化或者信息化程度的标志。随着智能城市的实现，将有可能更加优化地配置城市的自然资本、货币资本、人力资本、生产资本、社会资本和政治资本，由此达到大力节省资源，提高整体效率，促进经济发展、推动社会进步，改善生态质量，促进经济的可持续发展和和谐社会的建设，这正是我们努力奋斗的目标。
本文摘自《PLC&FA》