用“智慧規劃”助推上海智慧城市建設芻議

秦 戰 楊心麗 王穎瑩

0 引言

2008年，IBM公司基于對能源的利用和城市的可持續發展研究，提出“智慧的地球”這一宏偉理念；并且于次年進一步推出“智慧城市”理念，同步發表了《智慧的中國，智慧的城市》——IBM智慧城市白皮書。IBM認為智慧城市的使命就是要提供各種流程、系統和產品，促進城市發展的可持續性，為居民及城市賴以生存的大環境帶來利益。通過應用信息技術（IT）規劃、設計、建造和運營城市基礎設施，改善生活質量和經濟福利。

截止2012年，全國已有22個大中城市規劃文件中，明確提出建設智慧城市。其中，北京、上海、廣州、深圳、杭州、南京、寧波、武漢、廈門等地方已制定或實施智慧城市發展的專項規劃。2012年底，住建部正式啟動國家智慧城市試點創建工作，公布了首批90個智慧城市試點，其中上海市浦東新區成為首批試點之一。

智慧城市的建設是當前最熱門的城市建設方向，但是從各地方智慧城市建設的實際情況來看，各地對智慧城市的理解和建設方式各不相同。作為中國經濟最發達地區的上海，對智慧城市的建設應該首先從頂層設計入手，樹立明確的規劃理念和切實可行的規劃方法，因地制宜地從城市可持續發展角度出發，建立一套面向未來“智慧上海”的規劃體系和方法。因此，“智慧規劃”適時而生。

圖1 智慧城市層次劃分圖

1 智慧城市建設構架

智慧城市通過分層建設，達到平臺能力及應用的可成長、可擴充，創造面向未來的智慧城市系統框架。從層次結構上劃分智慧城市自下而上包括：感知層、通信層、數據層、應用層（圖1）。

在整個智慧城市信息通信系統架構（圖2）中，應用信息系統屬于最上層的應用層。在應用層，需要建設智慧城市統一支撐平臺，實現各類信息資源之間的關聯、整合、協同、互動和按需服務。所有的智慧服務和應用都部署在統一支撐平臺之上。統一支撐平臺需要提供分層、開放的體系架構，提供模塊化設計，方便各種智慧應用的部署；屏蔽底層各種網絡的差異。

“智慧規劃”屬于應用信息系統的組成部分，通過應用信息系統的組成、協調機制對城市的規劃進行制定和控制。

2 基于“云計算”的智慧規劃

2.1 云計算的概念和作用

2006年8月，Google首席執行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）在搜索引擎大會（SES San Jose 2006）首次提出“云計算”（Cloud Computing）的概念。

“云計算”核心思想是將大量用網絡連接的計算資源統一管理和調度，構成一個計算資源池向用戶按需服務。提供資源的網絡被稱為“云”，“云”中的資源在使用者眼中是可以無限擴展的并且可以隨時隨地獲取，按需使用，易于擴展。“云計算”是智慧城市建設的重要技術依托，也是“智慧規劃”構想的技術保障。

2.2 “智慧規劃”的理念和目標

“智慧規劃”是以云計算為基礎，通過采集規劃地塊的相關數據信息，在已設定的規劃標準參數下構建合理的規劃模型。用合理模型的形式展現規劃藍圖的一種規劃方法。

“智慧規劃”根據采集參數的類別和精度以及設定的規劃標準參數的多少等因素，將生成多個可進行比較和評選的規劃模型（參數設定越多越精確，生成的規劃模型差異越小），最終根據規劃的使用和城市建設的需求選擇一個最適宜未來發展的模型。同時可以在數據模型的管理中實時添加監測數據，動態評估用地使用效率和對周邊環境的影響，充分體現“智慧規劃”的智能性。

“智慧規劃”區別于傳統規劃方法的最主要特征就是模型構建的基礎和模型的動態維護性。“智慧規劃”理念和方法的引入將改變傳統規劃流程，形成一種“功能決定形式”的理性規劃模式。同時利用“智慧規劃”的虛擬模型動態調整城市環境，提供更高效便捷的交通、宜人舒適的環境和可持續開發的土地。

圖2 智慧城市邏輯分層結構

“智慧規劃”是智慧城市建設中的一個重要部分，其目的是利用現代信息技術，通過海量數據的獲取和運算，在滿足既定規范的前提下提供最優化的規劃模型，建設可持續發展的生態型現代城市。在功能上體現了智慧城市的多元融合、強調效率的基本特征，同時提供智慧城市建設和管理的相關模型基礎和政策依據，便于智慧城市的構建和發展。

2.3 “智慧規劃”的組成

“智慧規劃”包含4個模塊：基礎數據模塊、統計和處理模塊、規劃標準和指標模塊以及虛擬模型模塊。其中：

基礎數據模塊主要包含規劃范圍的人口、經濟、氣候、土壤、地質水文、地塊建設、交通、市政等現狀基礎信息。

統計和處理模塊主要包含統計口徑和數據運算路徑，通過對基礎數據模塊內信息統計和分析，形成規劃范圍內規劃條件評估，構成虛擬規劃模型的內部控制參數。

規劃標準和指標模塊主要包含規劃相關的標準、規范、指標等法定規劃限制信息（例如容積率、建筑高度、綠化率、建筑日照等控制要求），構成虛擬模型的外部控制參數。

虛擬模型模塊根據以上3個模塊內信息的綜合，按照各參數設定的條件和限制，形成若干套滿足條件的虛擬規劃模型；每套模型包含合理的用地平面、指標及相應的城市空間模型。

4個模塊之間構成了正向聯系的邏輯關系，在基礎數據的收集、整理、處理和相關指標、規范確定的前提下按照一定算法進行云計算并形成完整的數據模型。在這個模塊體系中，數據的精度和廣度以及采用指標和規范的多少將對成果模型造成較大影響，因此“智慧規劃”的成果模型是否能較準確引導智慧城市建設的主要問題在于大量數據信息的采集和處理。這不僅僅是依靠傳統的規劃工作者可以采集完成的，更需要大量相關學科的數據儲備和共享。同時加強云計算的工作能力也將大大提高智慧規劃的處理效率。

3 “智慧規劃”案例借鑒

智慧規劃是一個新生概念，因此在國內以及國際上還沒有可以直接借鑒的案例，但是通過學習西方發達國家建設智慧城市中關于規劃的部分措施和方法為“智慧規劃”的可行性提供了有力的證明，并且一些已建成的體系也是“智慧規劃”編制和管理的部分內容。

表1 PlaNYC十大模塊主要目標計劃

3.1 美國紐約智慧城市的規劃

3.1.1 紐約智慧城市的規劃內容和實施

紐約智慧城市的建設依托于紐約市的優勢所在，即其集中、高效、密集和多樣性，以及其無盡的創造可能性。其規劃內容關注于城市環境的5個層面：土地、空氣、水、能源以及交通運輸，期望至2030年為全紐約人建設一個比現在更加便利、美麗、健康和平等的城市。

目前，紐約市在構建智慧城市的過程中所主要遵循的是“紐約市（2007—2030）城市總體規劃”（PlaNYC）。這是由紐約市長邁克爾·布隆伯格提出的一項數據驅動型戰略，由紐約市規劃委員會于2005年開始組織編制，2007年4月發布實施啟動，目標規劃至2030年。規劃為了應對人口增長、能源消耗增長、基礎設施老舊以及全球氣候變化的壓力而制定，旨在將紐約建設成為一個更加綠色、更加美好的城市。

規劃不僅關注于城市的硬件及其基礎設施建設，更將注意力集中到犯罪率、貧困、教育、公眾健康以及社會服務等與每一位城市居民息息相關的民生問題之上。并且在規劃中首次提出了融資的重要性。截止到2012年，整個計劃分為十大模塊，分別為：住房社區、開放空間、棕地、水質、供水系統、交通運輸、能源、空氣質量、固體垃圾、氣候變化（表1），并進一步劃分為132項細分動議，由政府直接跟蹤整個規劃的實施情況，定期向公眾發布階段性報告，通過具體實行情況與2030年的既定目標數據進行實時比較從而更有效地監督規劃的落實并及時作出相應的調整。

3.1.2 空間布局優化與智慧交通

城市的空間布局規劃是城市建設和管理的基本依據，在城市生活的方方面面中都能體現出來，對城市空間布局進行優化，更好地為市民服務也是智慧城市在建設過程中需重點考慮的問題。在整個規劃中，最能明顯體現與反映紐約市城市規劃與空間布局智慧化特點的是交通運輸模塊。

紐約是美國最大、最擁擠的城市，交通流量十分龐大。為了解決交通問題，紐約將城市劃分為網格狀進行規劃，通過預測未來30年可能出現的交通狀況，使規劃具有引領性。

紐約主要通過建設智能交通系統（ITS）這樣一種“在大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統”來較大程度地改善交通運行。這一智能化交通管理系統包括交通信號控制、交通流信息采集、公交優先通行、交通電視監控、交通事故報警、交通信息綜合處理、交通信息服務等諸多子系統。交通控制中心通過各種媒體或交通管理設施能夠及時將交通管理信息轉換成公共信息，與交通參與者進行即時信息溝通，實現雙方的互動，最大限度地發揮和體現交通管理設施的效益。

3.1.3 經驗借鑒

通過紐約案例可以認識到，“智慧規劃”區別于傳統規劃主要體現在所關注方向不僅僅局限于城市的建設和經濟的發展，更需結合智慧城市的發展目標將規劃的關注面擴展到市民生活息息相關的各項內容中去。通過合理有效的統籌資源，分析數據，構建模型，提供良好的城市建設與管理的政策和方法。

表2 “智慧維也納”項目實施

圖3 維也納城市發展規劃五大模型

“紐約市（2007—2030）城市總體規劃”（PlaNYC）是紐約城市規劃的頂層設計；通過系統地采集、分析城市存在的問題，多角度、多方面綜合研究、解決城市當前及未來發展的瓶頸。運用“智慧規劃”的理念提供實時的智能解決方案，形成解決城市用地、環境、交通、資源等多方面問題的城市發展模型。

3.2 奧地利維也納智慧城市的規劃

3.2.1 維也納智慧城市的規劃內容與實施

2010年，奧地利政府響應歐盟委員會分別出臺的《歐洲2020戰略》和《歐洲數字化議程》及一整套智慧城市建設目標，從其首都維也納開始著手建設智慧城市。

因此維也納模型是在響應歐盟SET計劃的基礎上以碳減排目標作為開始和結束。維也納政府提出了“智慧維也納”項目（Smart City Wien Project）作為維也納市智慧城市建設的實施綱要。這是一個關注于提高能源使用效率與氣候保護的系列項目組，主要包含3個階段子目標系統：智慧能源展望2050長期計劃（Smart Energy Vision 2050），路線圖2020中期計劃（Roadmap 2020 and beyond）和行動計劃2012—2015短期計劃（Action Plan for 2012—2015）。

這一項目的目標體系任務主要涉及以下5個方面：

（1）城市能源系統的全局管理；

（2）高效生產與供應技術；

（3）智能管網與熱能源供應；

（4）低耗能交互式建筑；

（5）環保、高能效、碳排量低的交通系統開發。

在“智慧維也納”項目的整體框架下，維也納提出了許多詳細具體的子項目用以指導具體的落實操作。其一大特色便是將能源氣候保護的目標與城市發展規劃緊密結合起來，由此可以將這些細分子項目劃分為兩大模塊：“能源環境”與“城市發展”，主要項目及其目標和落實措施見表2。

3.2.2 城市規劃與空間布局

維也納從2005年開始實施城市發展規劃（STEP），在明確提出智慧城市的建設目標后這一規劃方案繼而成為“智慧維也納”的主要行動計劃之一。針對維也納城市發展過程中所面臨的社會、經濟、環境以及空間問題，城市發展規劃提出了五大模型，如圖3所示。

與早期的同類規劃方案相比，“13個目標發展區計劃”是維也納城市發展規劃中提出的最具創新價值的最重要的模塊。這些目標區域的規劃實施涉及到政治、都市生活和社會領域的諸多元素，但都為統一標準所引導，并由城市建設技術部進行協調與管理。城市發展規劃實施至今已取得了極大的成功，不僅達到了規劃模型所既定的發展目標，還為日常的城市管理計劃帶來了許多附加價值。

3.2.3 經驗借鑒

維也納智慧城市建設的出發點正是基于“歐盟戰略能源技術行動計劃”（European SET-Plan），以減少碳排放量和控制全球氣候變暖為根本目標，城市發展規劃也重點強調可持續發展，探尋如何將城市規劃與生態目標結合起來，找到促進城市協調發展、創造美好生活空間的有效方法。

維也納將城市規劃融入到智慧城市的建設中，將區域空間的布局作為建設重點，通過城市空間的變革來改善社會、經濟、環境等方面存在的問題。同時確定階段性目標，循序漸進地推進“智慧規劃”和智慧城市建設。規劃模型的成功證明了“智慧規劃”的可行性。

4 上海“智慧規劃”構想及應關注的問題

立足于上海已經構建較為完善的規劃管理“大機平臺”、合理高效的規劃編制體系和正在建設的“智慧城市”網絡、信息處理機構等軟硬件設施，上海已經具備了“智慧規劃”的主要條件。

4.1 上海“智慧規劃”的構想

“智慧規劃”可以從4個維度影響上海的城市建設和發展。

（1）環境保護（質量Quality)：宜居性、環境質量、生活質量、對生物多樣性的保護。

（2）城市的可持續發展（生存性時間軸Viability Timeline)：保證城市的當前發展不損害其長遠發展。

（3）資源的資本化（容量Capacity）：通過人口的最優布局、水及其他自然資源的科學使用、居住區及農業用地的有效配置等實現人力及自然資源的資本化。

（4）城市發展支撐要素的有效嵌入(歷史及自然景觀（History and Landscape）：城市規劃應有效地融入城市的歷史及自然景觀，對傳統居住群落、歷史文化遺址、森林、公園等予以有效保護及科學嵌入。

“智慧規劃”可以從宏觀到微觀在不同層面上促使形成上海的城市建設和發展的正能量。

從宏觀角度來看，基于云計算的智慧規劃能通過采集上海市整體的用地、人口、地質、土壤、環境、交通、設施及與周邊區域的關系等基礎信息構建市域層面的理想空間結構、城市發展方向及人口疏解導向、交通分類管理等空間模型和解決方案。

從中觀角度看，基于云計算的智慧規劃可以提供城市分區、單元的空間合理布局，人口分布和產業發展導向。從中觀層面解決公共服務設施的配套和布局；提供低碳環保的能源供應、使用環節；改善分區、單元內的交通環境；優化區域內的生活環境。

從微觀角度看，基于云計算的智慧規劃可以提供社區內資源的高效利用。通過構建合理的空間模型，集約高效地利用土地資源，優化人居環境，減少居民的出行成本和改善出行交通環境；合理布局區域內服務設施，優化市政設施和管線配置；最終達到經濟、節能、環保、低碳的生態社區目標。

在“智慧規劃”的運用和管理中，合理統籌環境保護、城市的可持續發展、資源的資本化和城市發展支撐要素的有效嵌入4個方面內容，運用創新的方法和理念塑造和諧統一的城市面貌，形成高效低碳的城市運行和管理體制。

4.2 上海“智慧規劃”的創新驅動

“智慧規劃”將促進傳統城市規劃的理念創新，主要表現為：

（1）“智慧規劃”使城市規劃更具前瞻性、科學性和操作性。城市規劃強調頂層設計和統籌規劃，智慧城市解決方案的成功實施首先要制定戰略規劃和確定項目優先級。“智慧規劃”系統工程設計思想和高水平的頂層設計、系統設計、構架設計和制度設計，使城市規劃更具前瞻性、科學性和操作性。

（2）“智慧規劃”具有階段性、連續性、可持續性。城市規劃的可持續性對“智慧規劃”推動智慧城市的建設提出了可持續性的要求。隨著ICT技術（新一代信息通信技術）的不斷進步和城市的進一步發展，智慧城市將經歷由初級到高級的階段演進，這也決定了“智慧規劃”的階段性、連續性，如圖5所示。

（3）“智慧規劃”具有多學科交叉性。集成多學科交叉與集成研究是開展智慧城市研究的要求。城市規劃是關于城市空間資源的配置、空間資源的分配和城市功能空間布局的選址等的公共政策。以城鄉規劃學的空間規劃能力為依托，整合多學科知識體系，開展智慧城市的戰略研究，既符合城鄉規劃學學科發展的趨勢，也提出了一條新的跨學科實效研究的路徑。

（4）“智慧規劃”具有多系統集成性。所有城市都是由緊密相連的系統子系統（System of Systems）組成的，包括經濟、居住、教育、公共安全、交通、醫療保健、政府服務與公共事業等。智慧城市是一個動態的復雜的系統，包括智慧交通、智慧醫療、智慧公共服務、智慧教育、智慧能源、智慧環境等子系統。“智慧規劃”要運用智慧的手段綜合考慮如何通過空間布局和產業升級，來實現智慧城市的多系統集成。

（5）“智慧規劃”將基于新一代信息通信技術（ICT）形成創新的規劃手段與技術的開發與集成。“智慧規劃”需要對經濟、地理、水文等多個方面的數據信息進行分析、統計、集成、互聯。“智慧城市”實現系統化、結構化、智能化整合數據，需通過數據建模等手段，例如數據的定量化、模型化、可視化分析，進而得出規劃布局優化方案。相應的城市規劃需要做定量分析、空間模擬和工程設計，開發、集成大量的技術模型，意味著城市規劃需要加快相關專業技術的開發與集成。

（6）“智慧規劃”將促進上海規劃管理政策制定和體制創新。“智慧規劃”要求推進城市規劃管理體制變革，加大改革力度，積極推動政府體制創新，進一步轉變政府職能、提升政府管理和服務水平，使之與智慧城市發展需求相適應。

圖4 智慧城市戰略規劃的階段性、連續性、可持續性

4.3 上海推進“智慧規劃”應把握的幾個問題

“智慧規劃”是派生于智慧城市的新理念，因此對于“智慧規劃”的編制和管理要結合上海智慧城市發展的總體目標，采用創新的理念和方法構建體現上海特色的指標體系、規劃方法和管理政策。重點應該把握以下幾點：4.3.1 避免過度消費“智慧規劃”概念

“智慧規劃”不能成為概念的炒作，應該落實到具體的頂層設計和政策制度上。上海建設智慧城市是大勢所趨，“智慧規劃”是上海智慧城市建設的有力保障。利用“智慧規劃”的空間模型，優化城市空間形態，統合協調各智慧系統，真正起到智慧管理城市的目的。

4.3.2 加快基于上海特色的“智慧規劃”構建

上海具有較好的智慧城市建設基礎，基本具備“智慧規劃”建設的相關要素。當前階段，需要加快利用現有資源，在不斷充實基礎數據的采集工作前提下，積極探索適合上海城市建設和發展的“智慧規劃”構架，形成系統的規劃方法和政策制定、管理體系。

推進上海“智慧規劃”要爭取成為市委市政府的意志，將“智慧規劃”融入上海市城市規劃管理的日常工作。認真研究，抓住時機，用創新的理念，對原有管理體制進行功能再造，研究制訂高起點的、具體的、實用的政策支持體系，切實促進智慧城市的發展。

同時，加強規劃管理部門、編制單位和相關部門的聯系，培養“智慧規劃”的相關人才，為上海全面推進“智慧規劃”做好準備。

4.3.3 突出“智慧規劃”試點示范

通過“智慧規劃”試點示范，形成帶動引領效應。發揮上海優勢，積極爭取國家相關先行先試；結合區域特色、領域特點和各自基礎，組織開展“智慧規劃”試點示范區（園區、街鎮）建設，探索新型規劃推廣模式。通過試點“智慧規劃”經驗，由點及面逐步推廣，最終形成上海市全市域覆蓋的“智慧規劃”。

4.3.4 營造良好環境

加大宣傳力度，積極推廣普及“智慧規劃”最新研究方法、標準、政策與成功應用案例，擴大示范帶動效應。加強“智慧規劃”相關知識普及和專業技能培訓。組織開展各類專業論壇、專業會展等活動，集聚引導相關企業、社會團體、專家學者和廣大市民參與“智慧規劃”標準的討論、制定和理念、方法的完善，形成全社會支持“智慧規劃”的良好氛圍。

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