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隨著(zhù)城市的規模和密度不斷加大，電力、供水、交通網(wǎng)絡(luò )不斷擴張，我們需要更多的電腦幫助我們了解和管理這個(gè)世界。要做到這一點(diǎn)，并且保證讓人類(lèi)掌控一切， 的方式就是化繁為簡(jiǎn)。

大布賴(lài)滕巴赫是德國圖林根森林地區一座風(fēng)景如畫(huà)的旅游小鎮。它還是如今革命性、最復雜的能源工程的一部分。但當地2700個(gè)居民卻不這么認為。對他們來(lái)說(shuō)，大布賴(lài)滕巴赫稱(chēng)得上聲名顯赫的一點(diǎn)，就是培育了德國冬季運動(dòng)的傳奇人物曼努埃拉和亨克爾，兩人均曾在各自的項目上獲得奧運會(huì )和世錦賽 。

上圖：大城市中，供水、能源和物流等基礎設施相互交織。

但是，一段時(shí)間以來(lái)，大布賴(lài)滕巴赫一直“陰云密布”。究其原因，是聯(lián)邦政府決定逐步讓可再生能源發(fā)電取代現有的發(fā)電系統。隨著(zhù)德國最后一座核電站于2022年退役，德國綠色電能的占比將在2020年達到35%，2050年更是要達到80%。“這將導致電力行業(yè) 的重大調整，其復雜度也。”德國能源聯(lián)邦署主席Stephan Kohler說(shuō)道。使這項宏偉計劃如此復雜的原因是，它需要大量的可再生能源、新的電網(wǎng)技術(shù)、新的蓄能系統。

對于這個(gè)小鎮上的居民來(lái)說(shuō)，這就意味著(zhù)同意在自家門(mén)口架設一條輸電干線(xiàn)。這條線(xiàn)路將把德國北部風(fēng)電場(chǎng)的電能傳送給南部的電力用戶(hù)。如今，本地居民的反對浪潮高漲，還成立了行動(dòng)小組。但是，從更廣泛的范圍來(lái)看，國家能源鏈的每個(gè)環(huán)節——從北海的海上風(fēng)電場(chǎng)，到圖林根小鎮，再到打造綠色未來(lái)的愿景——都是息息相關(guān)的。“正因為如此，所有這一切才變得這么復雜。”Kohler指出。

對于自身在德國能源改革中應發(fā)揮的作用，大布賴(lài)滕巴赫的居民可能有一種偏見(jiàn)，但是400公里以外南部民眾的積極性卻異常高漲。比如，在巴伐利亞Allgau地區的Wildpoldsried村，2500名居民建立了讓其他小鎮羨慕的可再生能源經(jīng)濟模式。借助光伏電池板、生物質(zhì)分解器和風(fēng)電場(chǎng)，Wildpoldsried能夠產(chǎn)出兩倍于自身需求的電能。這一系統的不足在于，能源盈余給當地電網(wǎng)造成了很大壓力。根據陽(yáng)光強度和風(fēng)力大小，該地區30分鐘內的電能輸出波動(dòng)可達40兆瓦。

為了提高電網(wǎng)的穩定性，Wildpoldsried最近的電力公司——Allgauer Uberlandwerk正與西門(mén)子合作對新技術(shù)進(jìn)行試驗。他們研究的主要課題是，在可再生能源并網(wǎng)發(fā)電后，如何利用智能電網(wǎng)系統協(xié)調電網(wǎng)內部的復雜過(guò)程。他們正在對軟件代理支持的自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行測試，以便管理電力流動(dòng)并實(shí)現電力供需平衡。下一階段，該項目還將納入32輛電動(dòng)汽車(chē)供Wildpoldsried居民租用。車(chē)輛的電池可暫時(shí)存儲盈余的電能。

現代生活的其他方面同樣面臨著(zhù)復雜度不斷提高的挑戰。例如，在城市中，不同的基礎設施相互交織，組成了一個(gè)復雜的網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)使用這些網(wǎng)絡(luò )的人數越來(lái)越多，具體化地描繪并預測網(wǎng)絡(luò )的運行越來(lái)越難。到2015年，全球各地至少有25個(gè)人口過(guò)千萬(wàn)的特大城市。最大的蟻巢有200萬(wàn)只螞蟻，但其復雜程度和人類(lèi)城市相比也不過(guò)如此。在這種復雜的系統中，即便是輕微的變化也會(huì )產(chǎn)生重大的影響。比如，修建一條地鐵線(xiàn)可能對周邊的電力、燃氣、飲用水供應系統產(chǎn)生巨大的影響——更不用說(shuō)對當地居民的影響了。迄今為止已被證實(shí)的一點(diǎn)是：預測這種互動(dòng)及其影響的難度極大。這也令很多城市規劃者感到遺憾。

模擬城市。西門(mén)子中央研究院（CT）的工程師們正試圖揭示這些復雜的相互依存關(guān)系。為此，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種軟件平臺，可以創(chuàng )建一個(gè)完整的虛擬大都市，這樣工程師就可以規劃并模擬基礎設施的變化調整。只需輕點(diǎn)鼠標，科學(xué)家們就能創(chuàng )建大街小巷。軟件可以顯示出新的建筑工程會(huì )對周邊街區產(chǎn)生怎樣的影響，包括可能發(fā)生的交通擁堵，以及對地區能源平衡的影響等。研究人員還使用該軟件來(lái)推斷社會(huì )經(jīng)濟指標的變化，如就業(yè)率、人均經(jīng)濟產(chǎn)值等。西門(mén)子的研究人員還計劃將本地建筑規范以及能效要求納入模擬，另外還會(huì )考慮諸如氣候和人口變化等長(cháng)期因素，這都會(huì )對建設方案產(chǎn)生影響。

從地表上看，城市已經(jīng)夠復雜了，但是真正的挑戰往往潛藏在地表以下，因為在這里，眾多水管交錯形成的迷宮像巨大的蜘蛛網(wǎng)一樣綿延不絕。隨著(zhù)城市不斷擴張，它的管道迷宮也在不斷擴張——由于滲漏造成的問(wèn)題也會(huì )日益嚴重。例如，倫敦的供水管網(wǎng)長(cháng)達三萬(wàn)公里。即便是富裕的城市也深受管網(wǎng)漏水的困擾。倫敦供水管網(wǎng)滲漏量降低百分之一，節省的水就夠22.4萬(wàn)人使用。

在發(fā)展中國家，情況就嚴重多了。世界銀行的統計表明，每天由于管道滲漏造成的漏水量高達4500萬(wàn)立方米。除這種浪費外，還有水質(zhì)下降問(wèn)題，因為污染物可通過(guò)管道的裂口污染飲用水。要想準確查明滲漏位置，難度很大，而且代價(jià)不菲，主要是因為流量計和類(lèi)似檢測設備的數量不足。

西門(mén)子工程師已開(kāi)發(fā)出一套系統，能夠自動(dòng)檢測到大型管道網(wǎng)絡(luò )中最為細小的裂縫。該系統對不同的網(wǎng)段在用水量最低的時(shí)段進(jìn)行檢測，比如夜間，這樣就可以得出各自的參考值。如果這種用水量突然猛增，就說(shuō)明存在滲漏現象，系統就會(huì )發(fā)出警報。

智能技術(shù)不僅能用于監測飲用水的供應，也可用來(lái)緩解交通壓力。在某些地段，車(chē)輛的數量劇增，有可能阻塞街道。比如，印尼首都雅加達的街頭就有將近700萬(wàn)輛車(chē)，每天還有1100多輛新轎車(chē)或摩托車(chē)加入這個(gè)車(chē)輛大軍。雅加達為交通擁堵付出了沉重的代價(jià)。根據印尼大學(xué)環(huán)境專(zhuān)家Firdaus Ali所做的一項調查，堵車(chē)給這座城市帶來(lái)的經(jīng)濟損失高達每年30億美元左右——根源在于由此造成的生產(chǎn)率損失，此外惡劣的空氣質(zhì)量還導致醫療成本不斷攀升。

盡管如此，我們依然看到希望的曙光。比如，對于中國武漢的850萬(wàn)名居民來(lái)說(shuō)，道路交通最近有所改善，原因之一是引進(jìn)了西門(mén)子精密的交通管理系統。全市共有420個(gè)十字路口、岔道口和轉彎處安裝了攝像頭，用于監控車(chē)流量。它們采集的數據被傳輸至控制中心，電腦據此計算出紅綠燈的 轉換時(shí)間，從而盡可能避免形成交通擁堵和其他道路交通障礙。

柏林也在使用西門(mén)子的數字化技術(shù)控制交通流量。德國這座最大的城市于2005年就開(kāi)始應用世界上 *的交通管理系統。它能夠根據當前的交通數據和不同時(shí)段，自動(dòng)控制全市1700多個(gè)紅綠燈以及300個(gè)交通流量指示牌。

力求簡(jiǎn)單。道路、飲用水以及電力網(wǎng)絡(luò )的規模和復雜度都在不斷加大，因此更需要能夠評估當前條件并相應優(yōu)化其功能的傳感器和計算機。就廣義的機器對機器通信而言，市場(chǎng)研究機構IDC的分析師預測，到2015年將會(huì )有150億個(gè)智能設備實(shí)現聯(lián)網(wǎng)，而到2020年這一數字預計將增長(cháng)至500億。這種潮流也提出了一些新挑戰，比如，如何盡量使這些設備簡(jiǎn)單直觀(guān)且易于操作，同時(shí)還要確保它們不易被  襲擊。全面滿(mǎn)足所有這些需求是一個(gè)艱巨的挑戰。對此，西門(mén)子中央研究院實(shí)用性實(shí)驗室的研究人員提出了幾種辦法，可以使復雜體系簡(jiǎn)便易用。他們開(kāi)展的研究項目大到CT掃描儀，小到簡(jiǎn)化電動(dòng)車(chē)充電過(guò)程的新應用。

盡管如此，要實(shí)施諸如大布賴(lài)滕巴赫附近的架空輸電線(xiàn)路這樣的大型項目，所需要的可不僅僅是簡(jiǎn)單。瑞士人用行動(dòng)說(shuō)明，不管多么南轅北轍的觀(guān)點(diǎn)都有可能得以調和。Aargau州建立一個(gè)廢品回收中心的計劃，最初遭到當地居民的強烈抵制。但是在咨詢(xún)程序結束時(shí)，連受影響最大的社區都贊成這個(gè)項目。當局使用的“計謀”就是讓居民自己做決定。