城市应对全球重大挑战：合作与可持续发展

工程2（2016）10意见和评论在我们的城市应对全球重大挑战陈家正，FREg奥雅纳集团董事长1. 介绍在第二届全球重大挑战峰会的开幕式上，在我之前的各位尊敬的发言者已经做了大量工作，为一些重大问题和可能的前进道路做了毫无疑问，我们将听到更多有关信息通信技术（ICT）和其他技术在许多领域的惊人发展，以及它们为帮助解决我们的重大挑战所带来的机会如果我透过我自己的行业棱镜--建筑环境中的设计工程--我看到的是完全一样的事情：我们的思维正在以令人眼花缭乱的速度迅速发展其中大部分是由跨学科合作推动的，远远超出了传统工程和建筑的轨道。我想与大家分享一些关于我们的城市应对这些重大挑战。2. 我们的城市-我们共同的未来快速的城市化意味着到2050年，我们将有近四分之三的人口生活在城市地区。从我们今天的情况来看，我们每个月都在为我们的城市增加550万人到那个时候，我们很可能已经增加了20亿人到地球上，其中大多数在城市。人口超过1 000万的这个数字正在增加，发展中国家是这些扩张中城市中的大多数。这是一个巨大的挑战，将继续增长。因为我们知道，城市已经占全球饮用水的60%，能源消耗的75%，并贡献了高达80%的温室气体排放，这是一件大事。许多城市容易受到自然灾害和人为错误的影响更不用说更紧迫的问题，如交通拥堵和空气污染。然而，它也代表了我们为未来取得真正进展的最佳机会-我们设计的新城市比我们的努力更安全，更高效，更可持续，更有弹性当然，最好的办法是通过合作-城市之间的合作例如，即使在我自己的公司，我们在过去几年中也一直C40城市气候领导小组最初由40个城市组成，但已发展到63个世界上世界各地正在采取的这些举措和类似举措为我们未来的需要指明了方向旨在规划行动的努力;确定成功的结果;然后向全球各地的城市当局传授关于什么可行，什么不可行的知识和经验教训面临类似挑战的城市可以从全球各地的同行那里学到很多东西，而不必每次都完全重新发明轮子，例如，• 新奥尔良和马尼拉正在建设基础设施，抗灾能力;• 洛杉矶和珀斯正在学习如何适应城市扩张;• 卡塔尔和孟买正在实施新的水资源管理战略;• 香港和东京正在说明能源效率在紧凑的城市中所固有的;以及• 柏林和伦敦正在改造他们的基础设施，以便在更高的密度下更适合居住。在过去的几年里，主要城市已经加倍了他们的城市变化行动，特别是那些参与智慧城市倡议的城市因此，尽管快速城市化可能会带来自身的挑战，但全球合作意味着我们可以加快创新步伐，使下一代城市远远优于上一代。这一需要非常迫切。3. 使世界基础设施增加一倍这是因为，从现在到2030年，仅仅是为了跟上全球国内生产总值（GDP）的预期增长，就需要估计57万亿美元的基础设施投资。这57万亿美元比估计的总额还要多。†本文是陈先生于2015年9月15日在第二届全球大挑战峰会开幕式上的全体会议讲话的编辑记录。http://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2016.01.0032095-8099/© 2016 THE COVERORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http：//creati v ecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/engA.K. C 陈/工程2（2016）1011今天的基础设施。换句话说，在未来15年内，我们可能会翻一番，或者重新建造整个世界因此，现在是时候确保我们从过去的错误中吸取教训，把它建设得更好。或者我们制造一个需要几十年才能根除的枯萎病。现在是时候确保我们创造我们都希望看到的更智能，更可持续和更有弹性的未来现在是时候建设一个我们认识到我们的社会，经济和环境需求之间相互依赖的未来，并相应地设计我们的基础设施和城市4. 展望未来-建筑、交通和城市形态紧凑型城市是发展中城市的主要模式，通过密度、高层和多用途建筑以及高效的公共交通系统来实现能源效率现在让我们展望一下这样一个城市的一些组成部分：建筑物、交通和城市形态。4.1. 建筑城市中的建筑物占我们能源消耗和温室气体（GHG）排放的非常重要的部分在一些城市，如香港和纽约，建筑物消耗了城市总电力供应的90%因此，拥有高性能的高层建筑非常重要。其目的不仅是要有一个资源节约型建筑，但它有助于改善其邻里这些新建筑的设计已经很复杂了，涉及许多不同的专业学科和专门知识，例如，空气通风、热舒适度、建筑一体化光伏（BIPV）、人类行为、太阳能热量和立面、日光和能源模拟（图10）。①的人）。我们正在使用新技术使旧的设计概念更有效地工作，例如， 在中东地区，这座位于阿布扎比的新建筑采用了动态遮阳系统，当太阳在建筑外部移动时，该系统可以智能地打开和关闭（图1）。2）的情况。4.1.1. 重新发明摩天大楼为了未来，我们需要重新发明我们的高层建筑（图。3）[5]。想象未来的高楼：• 它适用于不同的用途;• 它生产的资源多于消耗的资源;• 改善环境;• 它是智能的（与人类活动互动）;• 它与城市基础设施系统相结合4.1.2. 适应性建筑例如，一个高层住宅建筑，可以适应互换单位正在上海试点（图。 4）.4.1.3. 生物活性立面在德国汉堡，以二氧化碳为食的藻类被用来为一个住宅区提供光响应遮阳，其生物质副产品则被用来提供电力（图1）。 5）。我们即将应用许多新材料：自修复混凝土和二氧化碳吸收膜，通过生物模拟和生物复合材料开发的材料，仅举几例。Fig. 1. 高性能建筑设计的集成解决方案。12A.K. C 陈/工程2（2016）10图二. 响应式建筑立面（AbuDhubi）。图三. 重新发明摩天大楼未来的城市建筑。事实上，通过观察整个生态系统，你会突然发现在水管理、城市热岛甚至城市食物系统中创造自然恢复力的巨大潜力。4.1.4. 一种生物复合立面板有了这个更广阔的视野，我们正在为一个更加以人为本的未来奠定坚实的基础，在这个未来，循环经济的概念成为第二天性，我们重新发现，真的没有浪费这样的东西。 6）。这些只是使未来建筑物节能和碳中和的发展。4.1.5. 城市发展我们将节能技术与智能微电网和分布式能源系统相结合，扩大规模，以实现低碳区和所谓的生态城市（图1）。7）。4.2. 运输4.2.1. 可持续交通如果我们转向可持续交通，见图4。适应性建筑-定制公寓楼。图五. 生物活性立面-藻类（生物智能商数（BIQ）之家，汉堡，2013年4月开业）见图6。生物复合外墙板-天然纤维加树脂（收获废物）。循环经济。共享单车计划在世界各地的城市如雨后春笋般涌现。这些城市相互学习如何一举遏制拥堵、空气污染和健康风险汽车共享和其他形式的共享所有权的兴起表明，我们清楚地认识到，我们拥有和使用汽车的方式正在改变。当然，必须鼓励使用公共交通工具，如快速公交（BRT）。A.K. C 陈/工程2（2016）1013中国在转向电动公交车的规模上处于领先地位，许多城市已经有数千辆电动公交车在运行，而在英国和韩国的米尔顿凯恩斯等地，他们正在开发无线感应充电技术，这意味着公交车除了维护之外永远不需要返回他们的仓库。 8）。事实上，如果对自动驾驶汽车的兴趣程度甚至开始与交付相匹配，我们将需要在如何看待移动性方面发生巨大变化。这可能会对城市基础设施设计产生巨大的连锁4.2.2. 复杂的建筑环境今天，我们已经在众包从规划到建筑和基础设施设计的一切。事实上，香港地铁站是世界上最繁忙和复杂的7层地铁站之一，涉及4条线交汇处和每天100万人次的客流量，为了数百名乘客参加了活动，这些信息被用来优化标志和安全设计，以便在第一天我们将有一个安全和最有效的人流（图1和图2）。9和10）。4.3. 城市形态公共交通将影响城市发展。城市发展的更可持续的形式之一是以公共交通为导向的发展（TOD）模式，基本上是在每个公共交通站创建一个发展中心。 香港就是一个很好的例子。 11）。中国南方城市佛山的大规模TOD规划实例涉及2条地铁线和52个站点，潜在人口达数百万。这种城市发展模式，结合其他智能基础设施系统，我相信，将成为未来城市发展的典范见图7。 城市发展的脱碳过程。见图8。 无线感应充电电动巴士（英国米尔顿凯恩斯）。与此相关的是，一种新的数字工具正在开发中，其中有关交通基础设施，景观，微气候，人类行为和建筑物理学的数据被结合起来并进行3D可视化，以使公民能够参与综合城市设计活动（图10）。 12）。在这个例子中，目的是通过改变景观和小气候环境的设计，最大限度地保留商业区的行人（图1）。13）。5. 城市作为一个复杂系统最终，为了实现弹性和可持续性，城市最好被视为一个系统或子系统的系统（图14）。这是因为其基础结构的每个元件的设计和操作是相互关联的，例如，能源消耗（图15）。因此，我们在城市中面临的重大挑战的解决方案必须通过整体和综合的方法来制定，见图9。复杂的建筑环境（7层地铁站，4线换乘，每天100万人次）。见图10。 实时合成环境记录用户见图11。香港的公共交通导向发展（TOD）。14A.K. C 陈/工程2（2016）10为新企业和经济发展带来机遇。6. 丰富生活最后，城市不能在“生存”或“基本”水平上生存我们还必须努力创造一个有相同环境的建筑环境，见图12。 沉浸式虚拟现实（VR）。图13岁以人为中心的综合城市设计（a）热岛覆盖;(b)绿色覆盖层。城市，空间和地方，是愉快的和鼓舞人心的用户（图。 16）。7. 更广泛的知识基础显然，我们可以通过多种方式创造更好、更安全、更有弹性、更高效、更宜居的城市。我们需要保持创新和发展的速度，我们需要在全球范围内将卓越的设计嵌入其中，而不仅仅是在几个特定的案例中。这是确保我们在实际上重新建设世界现有基础设施时，以正确的方式进行的唯一途径所谓聪明，我的意思是，新方法必须使用当代方法，将尖端的创新文化和新技术与对社会和人文因素的理解结合起来，这些因素使城市具有生产力，效率和人性化。这让我回到了这篇文章的主要观点• 我们将在城市中赢得或失去许多全球挑战，因此我们需要在全球设计中进行跨学科合作。• 我们需要新的方式让我们的工程师和科学家与社会科学家、艺术家和当地社区合作。图14. 城市作为一个系统。图15. 城市作为一个系统的综合资源管理。A.K. C 陈/工程2（2016）1015图16. 丰富生活享受、教育、公民自豪感和鼓舞人心。• 我们肯定需要未来的设计师们开发更广泛的技能。• 我们需要工程教育，结合挑战为基础的方法，我们设置的问题，让人们获得必要的技能和解决现实世界的问题。• 我们需要推动特定学科的创新，同时在全球范围内与不同的人和文化分享知识• 这就是我们如何从全球学习转向地方行动，不仅要利用中国、英国或美国，而且要利用所有国家的最佳人才和技能• 所以我们需要新的思维--既要渐进式的改进，以及新的颠覆性技术。• 我们需要从基于组件转向系统-基于创新。8. 结论今天环顾四周，我感到非常放心，我们能够做到这一点，我们将做到这一点。我很乐观。我希望你也是确认作者感谢奥雅纳集团有限公司允许使用本文中的数字。引用[1] Aggarwala RT，Desai R，Choy B，Fernandez A，Kirk P，Lazar A，等.大城市的气候伦敦：C40城市气候领导小组; 2011年。[2] [10] Eichel A，Russell B，Schultz S，Watts M，Yilmaz K，Allison S，et al.超大城市的气候伦敦：C40城市气候领导小组; 2014年。[3] Watts M，Schultz S，Bailey T，Ast E，Russell B，Morris E，et al. 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