建筑與城市的狂想

陳婧

這里是數字世界與非數字世界混合或者兩者發生沖突的存在。

近年來，建筑總能耗所占的巨大比例（大約35%～40%）對全球能源與氣候發揮著越來越大的影響，這是推動智能建筑應用增長的主要因素。

“零能源”（Zero Energy）建筑在近幾年獲得尤其多的關注。顧名思義，這些建筑所消耗的能源等同于自身所生產的能源當量。而自2017年以來，來自世界各地的房地產開發商、不僅關注將商業建筑通過加裝及改造智慧系統以實現“零電力建筑”的目標，更把定義延展到包括水、空氣、光線、建筑材料等資源角度，從而實現更高的資源零損耗的訴求。

從技術層面來說，建筑有助于長達數天的及時能量轉移。如何在保持與提高其室內環境與舒適性的同時，降低其總能耗占比。在這方面，建筑自動化是一項關鍵技術。通過增加自動化以及修改設計，這一潛力可以得到優化。

現代化的智能建筑更離不開數據，利用天氣數據與能源價格數據等外部數據來制定其預測控制策略。比如，通過房屋主人的日程表，可以預測房主什么時候在家，并依此滿足房主的舒適性需求。如此，系統就可在沒有住人的時候調節能耗，從而讓建筑物更具靈活性。

大量的監控設備是建筑自動化的前提，而數據也正來源于此。一幢配備精良的現代化辦公大樓能夠通過10000個高頻數據傳感器，輕松實現數據供應，如果數據公開共享的話，則可推動物聯網這一全球性發展趨勢，這為智能建筑與建筑自動化向新市場與仍然未知的市場提供數據。

許多建筑已經配備了某種監控系統：能源管理系統（EMS）、Konnex（KNX）、單體建筑物管理系統（BMS）或諸如此類的系統。配備這些系統的目的是為了提供照明、空氣質量、供暖與制冷等相關服務，以及在節能與能源效率方面優化能源消耗。

來自全球六座城市的建筑在實現零能源這個目標上，都具有較強的代表性并呈現各自的發展差異：

> 高覓上海辦公室

Glumac（高覓）是知名的美國建筑設計顧問公司。高覓在上海的辦公室，是中國第一個零水耗零能耗的辦公室。該項目在亞洲第一個獲得 Living Building Challenge （LBC） 認證，同時也是中國第一個獲得 LEEDv4白金級的辦公室。這間辦公室還是全球第一個獲得RESET健康認證的項目。將樓宇管理系統同實時空氣質量監測的結合是一個新的領域：Glumac辦公室內的空氣質量由一臺專業的建筑管理體系控制，可監測氧氣、揮發性氣體排放、PM2.5 懸浮粒子、一氧化碳、二氧化碳水平和濕度，檢測結果將直接顯示在辦公室的屏幕上，工作人員及游客能通過智能手機訪問。空氣經過過濾后，它含有的顆粒物不足室外空氣的1/10。

> 亞馬遜新總部大樓

亞馬遜正在建設中的新總部大樓，是三個透明一體化的球形建筑結構。三個被稱為“亞馬遜星球”的高科技溫室，預計將于 2018 年初開放，通過智能系統調節，里面將會種滿各種奇珍的溫室植物，這是亞馬遜試圖利用建筑內部的自然景觀來激勵員工的策略。“亞馬遜員工可以在離地面三層樓高的樹冠下漫步，在以葡萄藤為墻壁的房間里和同事開會，或者在一條室內小溪旁吃著羽衣甘藍。”華盛頓大學教授 Margaret OMara 將“亞馬遜星球”看作是玻璃罩下的瓦爾登湖，她說：“這是在回歸大自然，它是一座遠離城市喧囂的大教堂。”

> 阿姆斯特丹德勤總部

在荷蘭阿姆斯特丹，有一棟號稱全世界最先進的智慧辦公室 Edge，它知道你住哪、知道你開什么車、知道你今天要和誰開會，甚至知道你的咖啡要加多少糖。

應用程序會檢查你的行程，你開車到達辦公室時大樓會引導你到停車位。接著，應用程序會替你找張桌子，因為在Edge 每個員工都沒有固定的座位，工作位置是根據你當日的行程，判斷你需要有座椅的座位、站著的座位、隔間座位、會議室、陽臺座位，還是請勿打擾的座位。

大樓的中庭是太陽能系統集成中心，每一層樓的網狀隔板加強辦公室空氣流動，空氣上升從屋頂出去，創造自然的通風系統，氣流變化讓在室內辦公的人感覺像在室外，即使在一個風雨交加的日子，透過自然光與玻璃角度，大樓光線仍然保持明亮。此外，他們使用機器人做夜間巡邏，以及通過數字天花板偵測哪些地方特別需要清潔，當晚清潔人員與就能知道哪些地方特別需要打掃。廁所內的擦手紙也有傳感器，讓清潔人員知道哪些廁所使用最頻繁。

> 哥本哈根聯合國城

聯合國城位于Marble碼頭前端，是哥本哈根濱海新區——北港區中心地帶的第一座新型建筑。建筑為設立于哥本哈根的聯合國組織的1500名員工提供辦公場所。在能源效率與氣候友好程度方面，這座建筑已經達到最高水準。在聯合國城的建設過程中，綠色思維是首要基礎。建筑重點關注的是聯合國的需求與價值，以達到聯合國對該建筑的1000多項需求。熱交換器可將冷海水泵入大樓以將其冷卻。屋頂上放置了1400多塊太陽能電池板，可節省30%的電耗。屋頂采用植物性材料制成的白色可回收膜建成。最后，該建筑每年可收集大約300萬升雨水，這足夠用于大樓內廁所的沖洗，每天約可沖洗5300次。

> 西雅圖布里特中心

美國西雅圖布里特中心，被設計成世界上最大的功能型商業居住建筑，也是目前北美最大的綠色建筑。耗資3000萬美元建成的這座大樓，比一般的西雅圖辦公樓少消耗約83%的能源。布里特中心用太陽能電板收集陽光發電，夏天收集太陽能，多余的部份可以儲存在電板里供冬日陽光不足時使用，達到全年生產的能源可以完全實現自給自足的程度。建筑主動采集雨水，用濾膜、超濾及紫外線殺菌處理。所有廢水處理過才排放，廚余經處理機處理后送至外部成為肥料。

> 谷歌新辦公大樓

2017年4月，谷歌宣布開建一棟自主設計的智能辦公大樓。這是谷歌首次嘗試設計自己的辦公大樓。為了這個新的辦公大樓，谷歌已經籌劃了將近 10 年的時間，兩年前首次披露了這個大樓的建設計劃，并開始向 Mountain View 市政府尋求批準。大樓建筑面積為55000平方米，可容納2700名員工。

這座風格獨特、充滿科技范的谷歌新大樓，從高處俯瞰，主建筑的外形非常不規則，呈現出某種割裂感和神秘感，谷歌方面表示，這種設計其實是為了讓它看起來更像一朵云。不要小瞧了這個表面，外形獨特的穹蓋，能夠為屋內提供柔光；實際上，它將會是有史以來最為龐大的辦公室太陽能裝置，遠遠超過了這棟建筑本身所需的能耗。除了太陽能裝置，這座新的大樓還裝備了雨水收集和循環使用裝置，在水資源的高效利用上也不遺余力。

不過，智能建筑的日漸普及也帶來了黑客攻擊的隱憂。配備大量聯網設備、依靠互聯網控制的智能建筑容易成為黑客的目標，安全漏洞使黑客能夠輕易取得控制權。管理咨詢公司畢馬威（KPMG）網絡安全業務合伙人Martijn Verbree表示：“商業建筑比許多建筑所有者和經營者想的要脆弱得多。給這些建筑加入新的聯網設備，就是每天添加新的漏洞。”

《碟中諜》、007系列電影、《虎膽龍威》等也一再重復建筑物在電子攻擊下落敗的戲碼。 鎖具、旋轉門和監視攝像頭都由計算機控制的智能建筑，會不會成為下一個黑客的主戰場？如何將黑客阻擋在智能建筑之外，會成為智能建筑發展的新挑戰。

城市的狂想

與智能建筑同時演進的是智能城市的建設。

> 谷歌未來之城

谷歌母公司Alphabet旗下專注于研究智慧城市的Sidewalk Labs公司創始人兼CEO Dan Doctoroff表示，希望向世人提供一個未來城市的范例。他認為，迄今為止沒有一個城市能作為未來城市的樣本，或者說它們甚至都不沾邊。“城市的未來在于，城市生活方式能夠顯著改善全球各地城市中生活、工作和成長的人們的生活質量。”

Sidewalk Labs于2015年成立。其創始人Daniel Doctoroff曾在布隆伯格時期擔任紐約市副市長，分管經濟發展和重建。他最為人熟知的就是推動了紐約城市發展，將紐約曼哈頓和布魯克林區許多曾經的工業區變成了如今林立的辦公樓和公寓大樓；重建了世貿中心遺址；進行了全美最大的城市經濟適用住房計劃。

創立Sidewalk后，Doctoroff對于城市發展的野心體現在了智慧城市上。經過長達一年的激烈爭奪，谷歌在今年10月17日宣布，未來城市的落地有著落了，選址加拿大的多倫多濱水區，在那里建設一個名為Quayside的12英畝試驗區。

Sidewalk Labs設想的這個城市將“基于互聯網而打造”，而這涉及從建筑到城市服務的各個方面。建成后，自動駕駛汽車、自動感應行人的交通信號燈、模塊化的房子以及通過管道運送貨物的機器人都將成為可能。

這個智能城市將集成熱能傳導技術，從而在制熱和制冷上節省大量成本，并降低能源浪費。在水資源利用上，新型的水管系統也將能幫助居民節水，并對非飲用水進行再利用。此外，這里的垃圾桶也將集成大量傳感器，并能實現對垃圾進行自動分類。

交通方面，試驗區將禁止私人車輛，取而代之的是自動駕駛的公共汽車、冬天可以加熱的自行車道。Sidewalk Lab表示，將在試驗區測試各種類型的自動駕駛汽車，合作伙伴就包括Alphabet研發的自動駕駛汽車Waymo。

Alphabet主席Eric Schmidt和加拿大總理特魯多在多倫多宣布了這個決定。“如果有人給我們一座城市，讓我們管理，我們會開始思考所有我們可以做的事。從我們的角度來看，這不是一個隨機的活動，而是近十年來思考技術如何改善人們生活。”

Doctoroff曾表示，由于城市規劃者和技術執行者之間缺少理解，過去許多建立智慧城市的努力失敗了，這也這是為什么專注于提升生活質量的Sidewalk和科技巨頭谷歌的聯手十分特別。Sidewalk方面已經承諾5000萬美元的初始資金，用于聯合規劃和試點項目測試。

> 世界首富之城

目前身家達860億美元的比爾·蓋茨位居全球首富，他的投資遍及各大領域，由對抗疾病、教育到創新科技都有。而蓋茨的最新一個計劃是：由零開始建造智能城市。

由比爾·蓋茨領導的投資公司Cascade Investment投資8000萬美元在亞利桑那州建設“智能城市”。按照計劃，這一智慧社區將實現高速網絡、自動駕駛汽車、數據中心、新型科技制造業和自動物流樞紐等。

對微軟創始人比爾·蓋茨而言，建一座城市將是他的下一個目標。比爾·蓋茨在亞利桑那的荒漠中購買了約100平方公里的土地，而這片土地最終將成為一座“智能城市”。

美國城市聯盟的解決方案和應用研究中心主任Brooks Rainwater表示：“在這個新社區進行的實驗有可能證明新的智能城市概念的可行性，并為全國乃至全球的城市提供典范。”

雖然這片土地還在沙漠之中，亞利桑那州的科技顧問Ron Schott表示，比爾·蓋茨買下這片土地是一個明智之舉——新規劃的11號州際公路有望繼續穿過Belmont智能城市，直通拉斯維加斯。

這個城市會有18.2千人口居住，和附近的亞利桑那州的Tempe人口相當。作為最前沿、最有前瞻性的社區，其中約15平方公里將用作商業大廈、辦公和零售商店，約2平方公里的面積用作學校，同時，城市中還將配備8萬個居住單位。“Belmont將創建一個具有前瞻性思維的社區，其通信和基礎設施將包含圍繞高速數字網絡、數據中心、新制造技術、自動駕駛汽車和自主物流中心而設計的尖端技術。”

在沙漠中建造智能城市，或許還是一個遠大的理想——亞利桑那州嚴重缺水，而且氣候變化使得夏季比以前更長、更炎熱，經常發生野火。Belmont能否按照最初設想，秉持環保原則建造智能城市仍是問題。

大富翁的游戲？

在今天，大多數所謂的智能城市只是擁有一些或者少量出色的智能系統。比如說在匹茲堡，賓夕法尼亞州運輸部正在使用一種投資3000萬美元的智能信號燈系統，能夠利用自適應交通信號系統來讀取交通狀況并且及時作出調整保持交通順暢。

在距離硅谷約1250公里的哥倫布，美國交通局和微軟億萬富翁保羅·亞倫（Paul Allen）旗下公司正在試圖打造一套智能交通系統。除了安裝感應交通信號系統，還會裝載消滅開車盲區的智能車載系統以及智能停車系統等等。

此外，堪薩斯城投資近1500萬美元打造了一種智能照明系統，將在全新的有軌電車路線安裝200個燈。這些燈內將配備內置傳感器和攝像頭用于探測行人，當周圍沒人時會關閉來減少20%～30%的電能損耗。這兩個項目都代表了智能城市技術的潛能，但是它們無法代表完整的智能化城市網絡。

一座智能城市需要以技術和數據驅動為基礎，打造一種高效且富有彈性的城市系統。它們被設計成一種具有未來感的城市，利用技術和數據改善居民生活質量，并且更積極地對城市需求做出反應。從理論上來說，這些目標是能夠完成的，未來的城市技能借助龐大的運行系統運作，這些系統將能夠讓市民隨時享受到寬帶服務和諸多傳感器操控的城市功能。

EasyPark集團公布2017智能城市指數之后發出這樣的思考：考慮到最近幾年智能城市概念得到的全球投資和公眾關注，智能城市潛能的挖掘是值得我們探討的。不得不說的是，如果建造智能城市時忘記考慮一些非科技的因素，如政府、當地社會狀況等，那智慧城市能否成功還將面臨挑戰。

尤其是，智能化城市潛能與現實存在差別的主要原因在于智能城市是數字世界與非數字世界混合或者兩者發生沖突的可能。當智能城市計劃啟動時，遺產管理、社會公正、意識形態、隱私和金融等非數字領域的挑戰會成為大的因素。這些基本城市元素與其它長期存在的城市問題組合到一起時，就會帶來巨大的挑戰。

對此，英國《衛報》記者提出了一個尖銳的疑問：一座缺少人情味的智能城市，居民會愿意前往居住，并最終產生歸屬感嗎？這是否只是科技巨頭們為滿足自己“統治一座城”的私欲而一時興起的游戲？