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元宇宙赋能城市建设发展新逻辑（二）——绿色智慧管理

黄锐

2022-10-22

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38 分钟

环境保护是智慧城市可持续发展的驱动要素，能源、环境恶化是全球性大城市扩张不得不面对的一个严峻问题。如何利用元宇宙，通过绿色智慧管理，赋能城市建设发展呢？一起来看一下吧。

在上一篇《元宇宙赋能城市建设发展新逻辑（一）——空间治理》重点阐述了基于元宇宙的城市空间治理策略。本文继续探讨元宇宙赋能城市建设发展新逻辑之绿色智慧管理。

环境保护是智慧城市可持续发展的驱动要素，能源、环境恶化是全球性大城市扩张不得不面对的一个严峻问题。建设宜居、可持续发展的绿色生态家园是全球主要发达国家城市的共同目标。

由《经济学人》评选出的2021全球十大最宜居城市排名出炉，分别是新西兰奥克兰、日本大阪、澳大利亚阿德莱德、新西兰威灵顿、日本东京、澳大利亚亚珀斯、瑞士苏黎世、瑞士日内瓦、澳大利亚墨尔本、澳大利亚布里斯班。可以看到上榜国家都是现代化发达国家，且以生态环境优美著称。

现代化发达国家保护环境的主要模式是依靠将污染最为严重的工业设施和产能转移到发展中国家实现的。要知道就在1952年伦敦还遭遇特大空气污染，但现在英国早已实现工业化向商业化、金融化转型，大量工厂迁移到东南亚和中国。

而目前，中国作为世界工厂所面临的发展与环境问题矛盾显著。中国作为工业大国和未来的工业强国，显然不能采用西方国家模式，需要走一条科技创新的，具有中国特色的环境保护之路。

一、元宇宙+绿色生态

1. 元宇宙助力城市生态安全监测

空气、水、土壤是人类耐以生存的三大必要条件，也是城镇化生态建设的基础条件。即便是在科技革命蓬勃发展，我们正在谈论人工智能、无人驾驶、太空旅行的今天，全人类仍然面临严重的空气、水、土壤安全问题，根据联合国报告显示，全球每天有1000名儿童因为缺乏水和基本的卫生设施而死亡，全球约有三分之一的人口，即22亿人，无法获得干净的饮用水。

根据世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）发布的2020年全球最新癌症统计数据显示，中国新发癌症人数和癌症死亡人数位居全球第一，其中肺癌以82万新发病例数和71万死亡人数位居恶性肿瘤首位，名副其实的“第一大癌”。而从肺癌致病原因分析，除去我们常说的吸烟因素，空气污染和家庭油烟污染分别构成另外两项主要致癌原因。

根据2014年中国环境保护部和国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总体点位超标率为16.1%，耕地土壤点位污染物超标率为19.4%，镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕（双对氯苯基三氯乙烷）、多环芳烃是主要的罪魁祸首。中国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。

由于城镇空间人口密度大，对空气、水、土壤的环境污染敏感度高，稍有异常往往造成重大人员伤亡。1952年伦敦雾霾事件，造成4千人直接死于呼吸道疾病，随后又有8千人间接因大雾死亡，该事件对空气质量监测、保护意识的建立影响深远。

通过元宇宙网络可连接不同部门、不同机构部署在社区、学校、工业园区、商圈、公园等城市空间的多方传感器，通过城市数字空间构建的环境生态安全监测网络，将不同目的传感器统一整合在城市生态数字虚拟空间内，利用元宇宙海量的多维计算能力实时动态监测城市广域内的生态环境变化，并生成未来生态环境的3D时空变化图像，以及通过数字化模拟干预后的效果分析，使居民对城市生态环境变化一目了然。

元宇宙网络也可通过数字家庭空间内的多方传感器，对油烟、垃圾存放、燃气等家庭污染提供精确化的智能预警服务，使居民及时对家庭污染源开展治理。通过元宇宙建立的城市生态安全监测网络，具备海量计算、多维分析、动态预测、3D成像、信息安全等多种优势。

2. 元宇宙助力绿色家园建设

中国先后经历了“建市设区”、工业化、商业化的城镇现代化发展历程，目前正处于宜居城市发展和智慧城市发展阶段，这也是全球主要发达国家城市建设共同的发展轨迹。

根据科技部2020年11月27日发布的《全球生态环境遥感监测2020年度报告》显示，近20年，全球城市人均绿地空间面积呈显著增加态势，由2000年的23.14平方米增加到2020年的40.47平方米，扩大了约75%。

近20年，人均公园绿地面积也显著增加。2020年，世界城市人均公园绿地面积为18.32平方米。2019年中国新增国家森林城市28个、国家园林城市39个，城市人均公园绿地面积达14.11平方米，城市建成区绿地219.7万公顷，绿地率、绿化覆盖率分别达37.34%和41.11%。

城市生态园林、绿地建设已成为中国宜居城市建设的必备条件，但城市建设在经历工业化和商业化快速发展后，生态园林与绿地的选址则需要在商业用地、工业用地、住宅用地、农业用地等已占用地的不规则夹缝区域中寻求建设空间，还需整体考虑行政管理、水资源利用、交通影响、环境治理等多维条件。

例如：成都环城生态公园位于中心城区绕城高速两侧各500米范围及周边7大楔形地块，跨经12个行政区，涉及生态用地133.11平方公里，包含500公里绿道，四级配套服务体系，20平方公里水体，100平方公里生态农业区。

成都环城生态公园示意图

元宇宙为城市绿色生态建设提供多维规划、3D效果呈现、全息沉浸式的绿色体验。依托在元宇宙中跨物理空间、行政区、产业、资源等多维数据分析，从已有产业用地中选择最佳绿地空间布局，元宇宙的城市绿色生态建设不光考虑二维平面区域规划，更重要的是实现对于阳光、空气、水资源、排污、防涝、交通等综合影响因素下的立体三维城市规划。

利用城市数字孪生可快速构建绿色生态规划模型，并利用3D视觉渲染引擎向管理者、居民呈现身临其境生态设计效果，通过将规划模型放入元宇宙大尺度的时空环境下对未来变化以及附带影响进行动态推演，产生更具长远、精确和合理的绿色家园建设。

3. 元宇宙助力城市双碳目标

根据世界气象组织发布的“2021年全球气候状况”报告显示，2021年全球平均气温比1850-1900年（对比基准）高出约1.09℃，是世界气象组织有记录以来第七个最温暖的年份。

预计在未来100年中，全球平均温度将上升1.4℃-5.8℃。地球正在遭受温室效应影响，由此导致海洋热膨胀和冰川融化，全球海平面平均每年上升了1-2毫米，干旱、龙卷风、洪水、森林大火、沙尘暴等极端天气也在全球范围内频发。

目前，学术界主要观点认为造成温室效应主要原因是燃烧煤、石油、天然气等产生的二氧化碳，而节能减排、使用清洁能源、建设绿色地球已成为全球性共识。

2020年9月中国向全世界作出2030年碳达峰和2060年碳中和的承诺后，全国各行业开始实施推动实现“双碳”目标的行动计划。其中智慧城市的建设为“双碳”目标实现提供重要技术支撑，在智慧能源监测管理、产业节能减排等方面发挥重要作用。能源大数据、智慧云平台、智能控制技术、区块链、元宇宙等新技术发展，为能源运行管理和碳排放监测提供技术支撑，并成为“双碳”目标实现的重要基础。

2021年上海提出建成完善的建筑碳排放智慧监管平台，实现对建筑全生命周期的能耗、碳排放监控与监管。基于物联网、人工智能、建筑节能等技术，搭建新一代建筑碳排放智慧管理平台，实现对北京冬奥重点场馆及园区内建筑碳排放的数字化管理、异常的智能诊断和超标风险把控，以及各类用能设备运行状态的实时监测，并根据人员流动和赛事安排，进行高效的用能需求响应和设备智能控制。

同时，围绕碳达峰、碳中和发展目标，上海崇明岛、深圳龙岗区、成都天府新区、武汉、青岛等城市（区），积极推动碳中和示范区建设，推进新基建、智能制造等智慧产业发展以及智慧能源等应用，为碳中和示范区建设提供一体化集成解决方案，并在低碳园区、零碳小镇、零碳社区、低碳企业等具体示范工程中进行综合应用。

元宇宙环境下的碳排放智慧监测和管理，是一种以空间为单位，完全在数字化环境下开展的监测和管理，空间可以大到元宇宙网络可达的广域世界，也可精确到家庭、办公室、厂房、商业楼层的局部空间。

它是利用遍布城市物理空间的传感器，通过物联网将企业、交通、家庭等碳排放数据收集到城市数字空间中，根据工业园区、商业区、交通、家庭等物理空间映射的城市数字孪生体，开展面向空间对象的监测与管理。

同时，在空间所达区域，利用区块链技术可点对点的碳排放交易，空间内的碳排放权根据区块链智能合约按照碳达峰、碳中和协议自动分配，在需求方与供给方之间可实现总量不变的碳排放资产自主交易，交易全过程被元宇宙网络完全公开和透明化管理。元宇宙将助力城市“双碳”目标有序、公开、智能、准确、精细地实施。

二、元宇宙+智慧管理

目前，世界主要发达国家都相继开展了“智慧城市”建设规划。据统计，目前全球已有一千多个城市启动智慧城市建设计划。根据2020年IDC发布的《全球智慧城市支出指南》显示，2020年，全球智慧城市市场相关投资总额将达到1144亿美元，较2019年同比增长11.1%，预测2020年至2024年将实现至少14.6%的复合年增长率。

韩国首尔在1998年开始建设名为“TOPIS”的智慧交通系统，是一套结合交警、气象局、道路运输管理等相关部门协同联动，实现城市交通数据进行实时收集、反馈、分析、处理的综合性管理平台。

包括：7万多台出租车GPS设备、1万台公交卡读取设备，800处监控摄像点。通过这些设备，可以对市内约1436公里的道路实现了实时监测，每天汇总约2600万条实时交通数据和8500万条公交卡读取信息。市民可以通过查看手机地图应用了解实时路况和拥堵情况预报，也可通过市内300块大型实时路况显示屏，提醒民众避开拥堵路段。

2003年新加坡启动了电子政务系统SingPass项目，用户只需在该系统进行一次全国数字身份认证，就可获得六十多个政府机构的在线服务，包括查询公积金存额和申请组屋等。新加坡推进数字政府建设主要是采取集约化管理模式，通过统一平台系统整合各部门服务。

日本藤泽智慧生态城秉持绿色环保的开发理念、探索城市自身能源创造的发展模式，生态智慧城由此诞生和发展。通过对各处安装的太阳能板，日本藤泽居民的生活基本用电可以实现自给自足。同时，每个住户都安装有大型储能电池，可为住户提供3天所需的电量。

为了让生态智慧城能够长期运行，居民家中都统一安装中央智能控制系统，城市管理中心对住户用电情况进行每月汇总分析，再通过大数据分析给出节能建议，同时管理中心还给住户配备分析家庭用电情况的平板电脑，便于居民们查看各个电器的用电量，督促居民自觉养成节能意识。

不仅如此，为了打造更令人安心的生活氛围，社区公共照明系统安装了感应器，有人或车辆经过会自动提高亮度。

美国的智慧城市建设一直处于全球领先地位，早在1993年美国就开始建设信息化城市，1998年开始过渡到数字城市阶段。2008年11月，IBM在纽约发布《智慧地球：下一代领导人议程》主题报告，提出“智慧的地球”概念。2009年1月，1BM向美国奥巴马政府正式建议投资建设新一代智慧型信息基础设施。同年2月，奥巴马政府在经济复兴计划中首次描述美国智慧城市的基本内涵，提出要推进智慧基础设施的建设，为社会经济发展带来新的动力，标志着城市开始由数字化迈向智慧化建设的新阶段。

美国的智慧城市大量采用移动互联网、物联网、云计算、人工智能等新兴技术，对数字城市和物理城市进行有机融合，通过虚实一体化的空间运营，改善居民生活质量，使政府管理模式向移动政府、流程政府和智慧政府转型。

中国从2012年开始，住房和城乡建设部、科技部、工信部等国家部委就陆续开展智慧城市建设试点，智慧城市建设也先后写入中国“十三五”和“十四五”建设规划中。截至2020年4月初，住建部公布的智慧城市试点数量已经达到290个（不包含专项试点）。

例如：深圳智慧数字城市建设的“一图全面感知”、“一号走遍深圳”、“一键可知全局”、“一体运行联动”、“一站创新创业”、“一屏智享生活”，纵向打通从区、市、省到国家的数字空间，横向连接交通、机场、地铁、水务、教育、医疗、农业、环保的基础服务，打造智慧城市数字生态圈，促进科技、金融、制造、汽车与城市的协同发展。

众观全球智慧城市发展轨迹，基本都遵循从信息化城市到数字化城市，再到智慧城市阶段发展轨迹，但就目前智慧城市的发展效果来看，还远未达到智能化感知、思考、决策、与执行的程度，在智能场景的应用范围、智能化程度、产业协同和用户体验等方面还有不少差距。

元宇宙的出现为智慧城市建设提供了基于多维空间虚实共生、相互连接的网络基础设施，从城市物理空间到社会逻辑空间可建立更为广泛且连接的智能场景，提高跨市政部门、产业、地域的协同治理；利用元宇宙3D渲染引擎则可提高城市居民的参与感和智能服务体验。

2021年是元宇宙的元年，多国政府都将元宇宙作为重要发展目标。2021年11月，韩国首尔市政府率先发布了《元宇宙首尔五年计划》，计划耗资39亿韩元，分三个阶段，约五年时间打造完成公共服务“元宇宙”平台。截至2022年4月份，有12个省市发布元宇宙产业规划，主要集中在智慧园区、智慧社区、智慧交通和智慧市政服务等方面。

1. 元宇宙智慧园区

近年来，随着物联网、移动互联网、人工智能、大数据、云计算等相关信息技术的普及，中国各地相继投入建设智慧园区平台，大量采用信息化技术实现园区内企业低成本、高效地生产、智能监控与安全运维。

例如：中国电信利用物联网平合优势，采用三维模型、传感器、运行历史等数据，构建的数字孪生园区；东莞松山湖园区通过实时接入园区感知数据，建立基于园区实时运行状况的数字孪生场景，实现园区运营可视分析、业务闭环联动、决策仿真模拟；招商局前海智慧港通过数字孪生技术，动态追踪数十万集装箱、仿真模拟码头设备运行状况、综合评估运营调度计划、精准管控装卸货作业，实现港口运作智能化、港航管理智慧化。

不过从实际效果看，目前离真正的智慧还有不少差距，主要体现在场景比较单一、缺少立体贯通的数据、缺少跨企业协作，园区的管理涉及能源、交通、环境监测、供应链、应急处理等多个服务机构，园区生产运营的实时动态需要在涉及组织中流通。

元宇宙智慧园区管理是对工业园区的厂区、管线、能源供给、排污设施、仓储、道路等物理空间，建立3D数字孪生空间，通过在物理空间部署的气味、视觉、压力、转速、环测等多维设备传感器，将物理设备中的实时动态数据同步到3D数字孪生空间中。

元宇宙将整合园区内算力，将园区内智慧能源、智能仓储、环境监测、安全生产监测、智能供应链、智能运维等系统的感知、分析、决策和自动化执行转移至元宇宙的园区算力节点，通过3D建模、视觉处理、多维智能分析、自动化协作等实现园区内资源整合和协同生产的智慧生产。

2. 元宇宙智慧社区

智慧社区是通过整合社区现有的各类服务资源，为居民提供政务、商务、娱乐、教育、医护及生活互助等多种便捷服务的模式。

例如：北京当代MOMA社区借助数字孪生技术，打造细节仿真的空间环境、精细可视的建筑主题、以及基础设施建设的微观还原能力，实现事前宏观感知、事中精准调动、事后业务闭环的管理模式；上海提出的“智慧助餐”、“一键叫车”、“健康码智能核验”等智慧养老应用场景则是为老年人提供实时、快捷、高效、低成本养老服务。

社区智能管理的核心是以人为本，以家庭为单位，整合周边生活资源，高效解决民众之需、民众之忧，成功化解民众纠纷的和谐治理理念。智慧社区本质是分散治理、基层治理，需要在分散的家庭空间和教育、医疗、商业、体育等各类社区公共空间建立全民参与和共享的智慧社区利益共同体。特别是随着中国人口老龄化趋势的加剧，老年人已成为智慧社区场景建设中重点关注的群体。

而元宇宙利用其互联网连接宽度扩展社区管理范围，利用智能终端的嵌入提高社区管理基层深度，利用构建多维数字化家庭空间获取家庭需求和忧心，利用构建多维数字化社会空间将社区资源整合和集成到元宇宙社区空间中，通过元宇宙共享算力，为社区个人、家庭智能匹配生活资料和服务。

通过元宇宙身临其境的3D渲染技术可将数字化服务投送到家庭空间，配合3D全息投影、VR、AR、XR等技术，为家庭成员提供足不出户的电影、教育、聊天、厨艺比拼等数字化沉浸式生活体验；在后疫情时代，也可为社区管理提供数字化、非接触性的社区问诊、老年联谊、党建、法律援助等服务。

元宇宙虚实共生的特性，使家庭、社区等物理空间都有一份数字空间映射，在数字空间内，个人、家庭和社区可低成本、快速、自主地对提高生活品质、降低生活成本、提升成员满意度等各类需求决策进行反复模拟运算，从中自动匹配最优方案，真正实现智慧感知、智慧思考和智慧决策。

3. 元宇宙城市智慧交通

交通是现代化城市运转的命脉，是人类城镇化发展的标志。1819年巴黎市街上首先出现了为城市公众租乘服务的公共马车，从此产生了城市公共交通，开创了城市交通的新纪元。城市交通包括：地面、地下、高架、水道、索道等系统的公众出行和客货输送。

人类交通特别是城市交通的发展离不开工业革命的成功，通过第一次、第二次、第三次工业革命人类已经掌握了覆盖天上、地面、地下的立体交通体系。但工业革命也为城市带来一些列副作用和大城市病，其中交通拥堵和环境污染是城市最为头疼的问题。

人类进入“第四次工业革命”以来，新能源、自动化驾驶、5G、人工智能、区块链、元宇宙等新技术不断涌现，使城市交通的建设和治理更加精细和智慧。中国在2021年发布的《国家综合立体交通网规划纲要》中提出要进一步打造基于城市信息模型平台，集城市动态静态数据于一体的智慧出行平台，强调了智慧交通与智慧城市的深度融合。智能网联汽车、无人驾驶等技术的发展，也将促进城市道路、建筑、公共设施、交通工具等共同形成更泛在、更智能的融合感知体系，从而提升城市交通运行效率。

截至2020年底，国内发布自动驾驶测试政策的城市为27个、省级为6个持续增加。2021年11月25日，国内首个自动驾驶出行服务商业化试点“落户”北京亦庄经开区，百度和小马智行获许在北京开展首批自动驾驶商业化试点服务；腾讯自动驾驶与国家智能网联汽车(长沙)测试区也在展开了深入合作。

不过，目前实际可以全路况使用的自动驾驶还只能到达L3级，即：驾驶员参与应答的自动驾驶，L4级自动驾驶还在测试中，L5级还未问世。L4-L5级的自动驾驶需要更加完整和海量的路况和气候数据用于机器学习积累，用于更加准确的智能决策，这是传统大数据处理与集中化人工智能无法实现的，也不是一家企业、一个平台可以单一解决的问题。

城市交通本身是智慧城市发展的很重要的一部分，城市与交通从建设角度看是密不可分的，但由于其管理属性不尽相同，常常是统一建设，分散的管理和运营模式。在智能城市的统一运营需求下，打通城市道路、建筑、公共设施融合感知体系，建设基于城市信息模型平台、动态静态数据于一体的智慧出行体系是未来趋势。

元宇宙的出现为城市交通与智慧城市建设提供了全新解决方案，在元宇宙世界中，无论是建筑、园区、道路这样的物理可见实体，还是水运航道、空运航线、地下管道等物理不可见实体，或又是政府职能部门、公共机构、企业等逻辑实体，都可以被元宇宙虚拟映射，在虚实共生下的智慧城市环境下，交通与城市利用虚拟世界的数据通达，实现实体感知、虚拟贯通、实体响应的协同发展模式。

元宇宙在车企、政府、交通服务运营商之间构建了一个算力共享、算法优化、信息互联互通的全数字化协作空间。

政府在元宇宙中承担智慧交通数字空间的基础设施建设者角色，包括：城市道路各类传感器、物联网、5G/6G通信、大数据中心、充电桩等的设施建设；交通服务运营商则在此基础上开发应用服务，包括：虚拟数字路况空间，路况环境观测服务、路况预警服务、自动化驾驶辅助服务等；车企则根据交通基础服务与应用服务的标准，开发自主完全自动驾驶系统，并实现虚拟数字路况空间与车载智能决策系统的融合智能驾驶。

车企、政府、交通服务运营商将共同在元宇宙的交通数字空间实现交通数据共享、服务连接、自动化驾驶、出行协同等功能，为居民提供安全、一站式、便捷、快速的城市智慧交通服务。

4. 元宇宙智慧政务服务

城市政府业务服务（以下简称：政务服务）是指政府、相关部门及单位，向城市的社会团体、企事业单位和个人提供的行政服务和公共服务。城市政务服务先后经历了从电子政务到互联网政务，再到智慧政务的发展过程，政务服务一直是智慧城市建设的基础和重点应用。目前，推进城市政务服务向智慧政务发展是各国政府管理者的普遍共识。

20世纪90年代，随着计算机和网络技术的普及，城市政务办理开始逐渐采用电子文档、信息化流程代替传统纸质文件和人工管理流程，从而提升了政府办事效率。进入2000年后，随着互联网、移动通信、Web等技术逐渐走向普通大众，使居民足不出户就能获取全球资讯，这也为政务服务的普惠提供了技术基础。

但由于中国早期电子政务建设水平较低，发展不平衡。直到2016年，“互联网+政务服务”才被写入中国政府工作报告，政府开始加速推进公共服务的互联网化，“互联网+政务服务”通过互联网整合政府各个机构、部门管理和服务数据，面向政府决策、部门管理和社会服务提供统一标准的数据共享，面向居民、企业提供一站式、高效、便捷的公共服务。

2016年底，“最多跑一次”改革由浙江省首次提出，并在全国进行推广。通过国家持续推进政务服务建设，目前，浙江省已实现全省“一网通办〞平台建设，覆盖全省76个业务部门。到2019年底，浙江省政务服务事项网上可办率达到100%，掌上可办率达到80.5%，353个民生事项实现“一证通办”，41个跨部门“一件事”实班多事连办。

智慧政务是智慧政府的重要施政目标，是利用互联网、物联网、云计算、人工智能、区块链、元宇宙等新一代信息技术，跨越城市物理空间、社会逻辑空间，整合政府、市场、社会参与方，多元协同共建、共同运营的公共服务框架，可实现政府管理与公共服务的精细化、智能化、社会化，实现政府和公民的双向互动。

元宇宙为智慧政务提供了跨越城市物理空间、社会逻辑空间的网络框架，其立体跨域的共享数据流动特征，将原有“互联网+政务服务”的横向连接，扩展到涉及产业链、社会结构的纵向集成，能实现更为精细的服务提供；依托元宇宙的共享算力技术，结合遍及城市物理空间的多维传感器（视觉、听觉、环测等），可完成海量的视觉运算和逻辑运算，使政务服务感知更人性化、更准确。

利用区块链技术可实现城市参与者对等、协同共创的城市公共服务提供与使用，特别是在后疫情时代，利用区块链技术可在元宇宙的数字空间内实现大范围的传染病监测与社会公共安全预警。

元宇宙下的政府与公民互动不在是单方面的服务提供与消费，政府也能从家庭空间、社会空间映射的数字空间内感知民需、民忧和民怨，实现积极主动的为民服务。