崇明智慧生態島規劃與建構*

吳志強 呂 薈 胥星靜

0 引言

崇明島是上海的一塊特別之地，其自然資源、生態環境、社會經濟狀況都與上海其它地方有別。

崇明島位于長江流域和東部沿海地區的交匯點，是中國的第三大島嶼，也是世界上最大的河口沖積島。崇明的自然資源，特別是灘涂土地面積，風能、太陽能和大量生物能等綠色能源供給狀況以及岸線資源等在崇明島所處的區域內都具有一定優勢。

由于崇明島遠離上海市中心，受交通條件的制約，人流、物流和信息流嚴重受阻，所受輻射影響較小，導致工業和第三產業的規模和經濟效益等方面在長江三角洲地區明顯缺乏競爭力。

同時崇明島因其特定的地理區位條件和

生態資源環境等因素，是上海可持續發展的重要戰略空間。崇明島目前還是一片低密度的城鎮建設區，處于城鎮化發展的中前期，同時也是上海最具潛在戰略意義的發展空間之一，崇明島的發展得到了各方面的高度關注（圖1）。

1 智慧生態導向的崇明島

1.1 智慧與生態

據錢學森提出的系統理論，城市是一個典型的開放復雜巨系統，系統本身與系統周圍的環境有物質、能量、信息等的交換，同時包括大量的子系統。智慧與生態就是分別從信息和物質能量的交換上實現城市整體的高效和合理運作。

智慧城市（Smart City）是20世紀末特別是21世紀初以來在全球展開的未來城市發展的新理念和新實踐，其中也融合了數字城市、信息城市等眾多概念。信息通信技術（ICT）的融合與發展推動了信息社會及知識社會的形成和發展，深刻地改變著人們生活、工作方式、組織方式、社會形態與創新模式。在先進信息通信技術的支持下，實現智慧城市中無所不在、無時不在的數字聯系。至2013年初，全球范圍內多個城市都開展了各式各樣的智慧城市實踐，中國也有數十個城市進入這一行列，提出要建設智慧城市，“創建面向未來的智慧城市”已成為城市未來創新驅動、轉型發展的戰略舉措。然而這些城市基于不同的發展背景和需求，對智慧城市這一概念的解讀和闡釋也各有區別。

生態城市（Ecological City）自聯合國教科文組織（UNESCO）于1971年在“人與生物圈”計劃中明確提出以來，人與環境和諧發展的思想逐步深入人心。世界各國相繼開展了生態城市規劃建設實踐。在中國，生態城市建設也呈現大規模開展的趨勢，目前國內已有超過200個城市紛紛提出建設生態城市的目標。探索符合我國國情，特別是在高速大規模城鎮化發展背景下的生態城市發展道路已成為城市規劃學界的一項重要課題。

表1 崇明智慧建設推進

表2 崇明生態建設推進

1.2 崇明島的智慧生態發展

進入21世紀以來，伴隨著崇明島的城鄉建設和各方面的關注，崇明的智慧生態建設也得到了極大的發展。從智慧建設方面，主要是城鄉信息化建設的推進，近年來簽訂了多輪合作協議，以企業拉動智慧基礎設施和平臺的建設，其建設目標的提法也從“無線崇明”轉變為“智慧崇明”（表1）。

崇明的生態建設上，2002年的上海市第八次黨代會就提出，要“積極做好崇明開發準備”，并隨后編制了《崇明島域總體規劃綱要》。“十一五”期間，上海將崇明島定位為現代化生態島，大力發展綠色經濟，積極推進低碳經濟和循環經濟。2010年上海世博會的成功舉辦，也為崇明島創新理念和先進科技的發展帶來了新機遇，同年頒布的《崇明生態島建設綱要（2010—2020年）》，啟動建設崇明可持續發展實驗區，提出至2020年建設環境和諧優美、資源集約利用、經濟社會協調發展的現代化生態島（表2）。

崇明島雖然早就提出了“智慧崇明”和“崇明生態島”的建設目標，但兩者的相互結合還遠遠不夠，比如生態規劃中基礎數據匱乏、不能及時掌握準確信息，將阻礙城市生態規劃甚至城市的健康運行和可持續發展，在未來實踐中將可能產生新的問題。崇明作為一個整體系統，最終的良好發展需要這兩者之間的充分融合，“智慧”和“生態”應該成為崇明實現可持續發展的左右手。

圖2 智慧生態城市的系統框架建構

圖3 智慧城市的運行

圖4 崇明智慧生態島模型框架

2 崇明智慧生態島

2.1 基本建構

崇明既是一個生態資源稟賦良好的島，也是一個生態敏感性較強的島，同時面對著交通逐漸便利及人口增長的大趨勢，其生態環境也有著被破壞的風險，崇明生態環境的3個突出特點可概括為：稟賦優良、環境敏感、壓力巨大。

智慧生態島是崇明發展的必然選擇，在當前城鎮化的發展背景下，智慧生態的崇明應具有對象、空間和系統3個基本維度。其中作為對象的城市人是主體和核心，各層次的城市空間是載體，各城市功能系統則是整體系統下的城市安全、城市環境、城市交通等子系統（圖2）。智慧生態島應該具有感知、判斷、反應和學習的四大方面的智能特性，以實現全面感知、準確判斷、恰當反應的基本功能，來達到以最小化消耗、最大化產出的生態性運行。同時，通過在城市發展進程中的不斷自我學習和發展，提升城市復雜巨系統自身的智慧性。

2.2 智慧生態框架

崇明的智慧生態發展模型實際上就是針對崇明的資源條件和發展現狀，以智慧技術為手段，以可持續發展為目標，選擇最適合崇明城市可持續發展的路徑。

實現崇明智慧生態的基本模型分為四大方面，即監測感知、中樞控制和面向用戶的發布。智慧生態系統由感受端、控制端、用戶端三大部分組成，分別對應作用于城市的監測神經、中樞控制、操作對象，通過感知數據、判斷分析和反饋應對作用于對象的空間載體（圖3）。

（1）挖掘感知數據。在對崇明生態現狀定性和定量研究的基礎上，確定崇明智慧生態發展的目標體系，初步對崇明島各層面各系統的生態智慧進行規劃布局和選擇示范點進行設計，形成了各系統城市設計的智能化生態模擬監測和調控的關鍵技術和崇明智慧生態島規劃建設實施的導則。在海量數據背景下，通過數據挖掘確定關鍵監控監測和感知反饋的指標。

（2）智慧判斷分析。在建立智慧的動態監測監控系統基礎上，有效監測崇明島中各感知要素的變化趨勢，基于生態分析，通過評價、計算和多項類因子的綜合組織和分析，量化計算支持定性與定量的發展變化趨勢。根據監測結果判斷和發現關鍵問題并分析其重要性與緊迫性，并通過各功能子系統形成反饋與應對。

（3）準確反饋應對。根據智慧監測和分析判斷的結果，感受端包括各類監測設備，及時將信息收集傳送；控制端通過大量計算，得出結果并作出判斷分析，并將數據面向不同對象發布；用戶端包括與城市生活息息相關的各方面人群。將需要響應的分析結果輸出給政府、企業和個人用戶端，從而合理引導城市可持續發展的趨勢和方向，協同調控實現理性發展與控制。同時對反應的實施結果進行再感知，以作為一次判斷分析的依據。

比如在城市功能子系統中的交通子系統中，通過對道路實時信息和車輛目的地信息的監測和掌握，可以對城市交通擁堵狀況和節點做出預判，并對駕駛者進行引導和調節，從而防患于未然地減少城市堵塞的發生，這就是一次城市智慧運行的流程。

2.3 智慧的生態島

通過各種途徑匯聚和發揮信息技術為城市提供強大支持，使城市生態友好、敏銳發展。采用智慧信息技術構建城市的關鍵設施，通過提供服務，使城市的管理服務更有效，為市民提供人與社會、人與人、人與物和諧共處的環境。

基于以上的基本分析，智慧的生態島應該是在感知、判斷和反應的往復循環過程中，實質上并不是簡單重復循環，而是在每一次的智慧處理過程中，不斷地學習和提高智慧性，達到自組織的螺旋上升的整體提升。同時以智慧的城市系統設計，實現城市資源輸入端的較小消耗和城市功能輸出端的較大產出（圖4）。

上述的交通系統實例中，通過對一次交通擁堵節點的預判和引導調節，對結果進行學習，在下一次的交通導向中，就可以主動避開這些節點選擇其它更合理的路線，更進一步的從根本上優化城市的運行方案。而這一過程的結果就是城市交通的運行以更小的能源消耗完成了一定量的人或物的空間轉移，實現了更高的效率。

故通過崇明智慧生態島建設的智慧生態體系建構，可以支撐崇明島生態建設更加合理、有序地運行，打造未來的“智慧生態島”。

3 結語

3.1 智慧的手段和生態的目標

智慧不僅僅是城市發展的目標，而更多應是城市發展和提升自我的工具和手段。城市的發展目標應是通過城市外部資源的最小化，以智慧的城市運行發掘城市潛能的最大化，推動城市的生態化發展。

3.2 相對的智慧和永恒的生態

以信息通信技術為代表的智慧技術正在經歷高速的進步和發展，新技術的應用和實踐需要時間來檢驗，很多不成熟的技術都具有兩面性和不確定性。以解決現有城市問題而發展和應用的智慧技術是否會引發新的未知問題甚至造成很大災難都不得而知。如果為了解決一個問題而使用的智慧技術需要一系列更新的技術來解決它引發的新問題，那肯定不是真正的智慧。

智慧是相對于時間和空間存在的智慧，不同的城市發展階段和城市條件特征，需要適應于此時此地的智慧技術，并不一定具有普適性。如崇明島是基于一個良好的生態綠底，需要的是保持其良好的生態環境品質的同時完成其城鎮化進程。

3.3 智慧生態化的城市生命體

生命體的生態和高效是大自然億萬年間進化的選擇結果，城市已經具有并且還將更加向著復雜巨大系統的類生命體發展，智慧生態化的城市生命應是具有可感知、可判斷、可反應、可學習的城市“基因”，具有培育可持續發展的城市生命的能力。

3.4 具有彈性的智慧生態發展框架

建構一套“智慧生態城市”發展的框架的不確定因素是多方面的，包括數據、方法和經驗等多方面。“智慧城市”本身是一種對城市未來發展模式的探索，而建立以“智慧生態城市”為目標的發展體系框架，更是一種全新的探索與嘗試。上述不確定因素和多方面的缺乏，使得“智慧生態城市”的發展需要具有更多彈性空間，并有待于在實踐中逐步調整完善。

構建“智慧生態城市”框架的意義在于可以避免城市發展建設的無謂浪費和曲折彎路，形成一個良性和彈性的框架。目前對于智慧城市和智慧生態城市很多方面的研究尚處于一個發展的初期階段，與構建一個全面的、成熟的智慧生態城市仍有距離。只有對城市生命保持敬意和尊重，在人與城市的交往中不斷通過智慧和生態予以反饋和完善，才能找到“城市，讓生活更美好”最關鍵的鑰匙。

References

[1]錢學森，于景元，戴汝為. 一個科學新領域——開放的復雜巨系統及其方法論[J]. 自然雜志，1990，13（1）：3-10.

QIAN Xuesen，YU Jingyuan，DAI Ruwei. A New D isc ip line o f Science——The Study o f Open Com p lex G ian t System and Its M ethodo logy [J]. Nature M agazine，1990，13（1) ：3-10.

[2]于景元. 錢學森關于開放的復雜巨系統的研究[J]. 系統工程理論與實踐，1992（5）：8-12.

YU Jingyuan. Qian Xuesen`s Study on“ Open Comp lex Giant System（OCGS）” [J]. Systems Engineering-theory & Practice，1992（5）：8-12.

[3]許慶瑞，吳志巖，陳力田. 智慧城市的愿景與架構[J]. 管理工程學報，2012，26（4）：1-7.

XU Qingrui，WU Zhiyan，CHEN Litian. The Vision，A rchitecture and Research M odels of Smart City[J]. Journal of Industrial Engineering and Engineering Management，2012，26（4）：1-7.

[4]巫細波，楊再高. 智慧城市理念與未來城市發展[J]. 城市發展研究，2010，17（11）：56-60.

WU Xibo，YANG Zaigao. The Concept of Smart City and Future City Development[J]. U rban Studies，2010，17（11）：56-60.

[5]IBM商業價值研究院．您的城市有多智慧? 幫助城市衡量進步[R]. 2009.

IBM Institute for Business Value. How Smart is Your City? Helping Cities Measure Progress[R].2009.

[6]徐國強. 上海建設智慧城市的路徑探索[J]. 上海城市規劃，2012（3）：122-126.

XU Guoqiang . Shanghai's Path tow ards Sm art City[J]. Shanghai U rban Planning Review，2012（3）：122-126.

[7]簡逢敏，王劍. 數字城市群若干問題的思考——以長三角城市群發展為例[J]. 上海城市規劃，2011（5）：95-102.

JIAN Fengm in，WANG Jian. Thinking on Problems of Digital City Group——Taking the Development of Digital City Group in Yangtze River Delta as an Examp le[J]. Shanghai Urban Planning Review，2011（5）：95-102.

[8]呂薈. 崇明島生態指標體系分析及趨勢預測研究[D]. 上海：同濟大學碩士學位論文，2012.

LV Hui. Research of Ecological Indicate System and Trend Fo recast，Chongm ing Island[D].Shanghai：The Dissertation for Master Degree of Tongji University，2012.