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落地智慧城市推动科技

预测城市发展规律是目前的短板

中国近几十年的发展,尤其是城市的发展,不可不说是世界史上罕见的奇迹.

目前智慧城市建设主要集中在数据收集、城市现状掌控,管理等方面,科学预测城市发展规律,实现持续发展性规划是目前的短板.

城市仿真技术基于大数据的发展和整合,基于各种学科的基础理论,探索和预测城市在人口、经济、交通、环境等各方面的发展规律,包括预测城市人口的变化以及人口在城市中的分布,预测城市交通流量的变化和新规及交通设施的使用效果,预测各种灾害和意外突发事件并提出应急预案.最后,通过各种可视化技术将融合后的成果直观展现,实现城市发展的科学预测,达到城市持续发展的目的.

结合今后城市、城市群的发展,以基于大数据的城市仿真为主题,聚焦城市仿真研究成果,推进城市大数据的发展和整合,预测城市发展规律,建立城市仿真系统.实现环境、人口、经济、交通、医疗、旅游等的科学预测,是智慧城市发展的一项重要工作.

为了明晰自己管理的城市的发展趋势和规律,城市领导必须重视抓紧这方面的工作.否则,城市群的发展会遇到更多难以预料的问题.

智慧城市实施需要遵循的几个原则

从政策法规上来看,《中华人民共和国城乡规划法》明确要求“城市总体规划、镇总体规划的规划期限为二十年.城市总体规划还应对城市更长远的发展做出预测性安排”.“环境保护、自然与历史文化遗产保护以及防灾减灾等内容,应当作为城市总体规划、镇总体规划的强制性内容”.就是说,为了保证持续发展,国家法律明确规定,城市规划至少20 年不允许出问题.

2015 年底,、国务院第37 号文件又提出了“构建城市虚拟仿真系统”.基于大数据与科学理论的城市虚拟仿真系统的发展已箭在弦上.预测了城市的将来,就能够科学地规划城市.

磨刀不误砍柴功,城市发展建设需要认真规划,智慧城市的规划需要科学的检验,仿真则是现实而又可行的手段之一.

最后,能否考虑基于以上原则进行城市规划后,由当地政府各有关部门提出,通过地方人民代表大会和政协的审议和认可,从制度上为城市的持续发展提供保障.

智慧城市是科技创新的机遇

智慧城市的科学发展,将推动传统学科以及产业的发展和创新.

具体来说,智慧城市需要基于各传统学科的基础理论,探索和预测城市在环境、人口、经济、交通等各方面的发展规律,并推动传统城市规划不断吸收新兴学科的理念,包括和计算流体力学、人口学、交通理论、经济学、人工智能等学科的深入融合,从而进一步发展.

中国的城市数量最多、规模最大,为传统城市规划的创新发展提供了无限的机会

智慧城市的应用和需要,还可以推动以下有关应用学科自身的发展,诸如：计算流体力学、人口学、交通理论、经济学,并促进这些传统学科的互补.

于是,就会有智慧城市专业的发展.建立智慧城市专业,适应城市发展需求,捕捉研究和解决智慧城市的科学和技术重点,推进各学科的融合创新,推动城市的发展.

以计算流体力学（CFD Computational FluidDynamics）为例,它应用于绿色建筑和城市环境仿真的过程中,城市需求在推动着它的发展.在绿色建筑方面（或者说是BIM 系统中）,以中国建设科学研究院的PKPM 和清华大学绿建斯维尔的建筑通风VENT 导入的CFD 为代表,结合中国国家以及各省市地区的绿色建筑标准,提供的PKPM-CFD 平台,把建筑设计及绿色建筑标准和基于CFD 的绿建检测评价集合于一体,可以说是一种大胆的创新（图1）.

在城市仿真方面,首先,城市规模的计算,硬件容量必须足够大,微分离散网格规模必须是亿的数量级.也就是说,算法速度要快是一方面,同时还需要相应的硬件配合,常规硬件的结构还需要改进才能满足需要.

为了提高计算速度,算法程序的改进、硬件GPU、并行处理等的应用都会遇到新的课题.城市地理、建筑、道路、河流、气象等的数据采取制作后,如何迅速读入仿真平台应用起来,种种细节的处理,也有各种课题要解决（图2）.

巨大规模的计算结果数据,需要能够迅速转换为清晰易懂的可视化图像、三维动画,VR视频等等.支撑城市决策的种种需求,都需要基于具体数据给予确实可信的答复（图3）.

今后,将地球仿真、城市仿真、绿色建筑仿真无缝连接起来,使之成为自然的一体,这将是不远的梦想.

通过计算流体力学,我们可以看到,综合其他所有有关学科的运用,实施城市各方面仿真,全面预测城市的发展,传统水文学、城市规划等每个学科也都遇到了同样的创新发展机会.

（作者单位：中国城市研究会智慧城市联合实验室数字仿真研究院）

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