智慧城市：智慧城市的前世今生｜信息时代的城市发展状况与构想

1.1.3城市3.0：信息时代的城市发展状况与构想

第三次科技革命是继蒸汽技术革命和电力技术革命后，人类历史上的又一次重大飞跃。本次革命从原子能、电子计算机和空间技术开始，而后汇入了信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术、海洋技术等一批新技术，形成了一个宏大的技术群。它极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革，影响了人类的生活方式和思维方式，使得人类的衣食住行等日常生活的方方面面都发生了重大的变革。

同前两次的工业革命相比，第三次科技革命有以下特点。首先，科学技术在推动生产力的发展方面起着越来越重要的作用。其次，科学技术转化为生产力的速度大大加快，科学和技术密切结合，相互促进，随着科学实验手段的不断进步，科研探索的领域也不断开阔。各国政府对科技领域尤其是对航天工业和核工业领域的重视和投入，给第三次科技革命注入了极大的动力与生机。就拿原子能、电子计算机和空间计算这三项第三次科技革命期间的代表性技术来说，它们的发源均可追溯到第二次世界大战时期。在人们开始使用核能技术提供能源之前，核能主要应用于核武器。而世界上最早的电子计算机，以及相当一部分与电子计算机相关的早期理论研究，都是基于军事用途而开展的。

1.1.3.1原子能的和平利用开启新的能源革命
以原子能技术为例，早在1939年，物理学领域内的原子分裂实验就已经在德国取得成功。而后很长时间，原子能的研发都与军事有着千丝万缕的联系。

1952年~1964年，核能的利用开始被延伸到非军事领域。1954年6月，苏联建成世界上第一座装机容量为5兆瓦（电）的奥布宁斯克(Obninsk)核电站；1957年，美国建成电功率为9万千瓦（电）的希平港(Shippinpor)
核电站，如图1-5所示。这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。

图1-5世界上第一座商用核电站一美国Shippinport核电站

20世纪60年代后期，在实验性和原型核电机组的基础上，世界各国陆续建成了电功率在30万千瓦以上的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组，它们在进一步证明核发电技术可行性的同时，也证明了核电的经济性，证明其完全可与水电、火电相竞争。20世纪70年代，核电极速发展，目前世界上商业运行的400多座核电机组绝大部分是在这一时期建成的。

1977年，世界上有22个国家和地区共拥有229座核电站反应堆。作为一种清洁能源，核能可从根本上缓解能源紧张、减轻经济负担以及改善生态环境，正为越来越多的国家所接受用于发电。

1.1.3.2电子计算机技术推动信息时代的到来

1942年，第二次世界大战期间为了要精确地计算弹道，当时任职宾夕法尼亚大学摩尔电机工程学院的约翰·莫希利(ohn Mauchly)提出了“高速电子管计算装置”的设想，期望用电子管代替继电器以提高机算机的计算速度。时任弹道研究所顾问的数学家冯·诺依曼(John Vou Neumann)对解决电子计算机研制过程中的许多关键性问题作出了重要贡献。

1946年，世界上第一台电子计算机ENIAC-一中文音译为“埃尼阿克”延生于美国宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania),如图1-6所示。

图1-6世界上第一台电子计算机ENIAC

ENIAC长30.48米，宽1米，占地面积170平方米，体积5181.6立方米，约相当于10个普通房间的大小！其包含了17468个真空管、7200个二极管、70000个电阻器、10000个电容器、1500多个继电器、6000多个开关，重达30吨，耗电量150千瓦。它每秒能够执行5000条指令，与当时已有的计算装置相比，速度要快上1000倍，而且还有按照事先编好的程序自动执行算术运算、逻辑运算和数据存储的功能。

虽然在今天看来，ENAC很庞大、笨重，但它让科学家们从庞杂的计算中解脱出来，并宣告了一个新时代的开始。

1947年，贝尔实验室(Bell Laboratory)的约翰·巴丁(John Bardeen)、威廉・肖克利(William Shockley)和沃尔特・布兰坦(Walter Brattain)研制了晶体管，如图1-7所示。1950年，肖克利研发出了双极性结型晶体管(Bipolar Junction Transistor),也就是现在俗称的晶体管。

图1-71948年的巴丁、肖克利及布兰坦

晶体管具有传导、放大和开关电流的功能。它具备三个电极，通过三根导线将其引出管外。三个电极中有一个电极能够起控制作用，如果给这个电极通上电流，晶体管内部的电子开关就接通，另外两个电极就会有电流通过；反之，开关断开，另外两个电极就没有电流。由于没有玻璃管壳，不需要真空，晶体管的体积很小，生产成本和使用寿命相比于传统的电子管来说也有明显的优势，因此，晶体管问世后，迅速发展并代替了电子管的位置。1953年，第一款采用晶体管技术的商业化装置成功面市，它是一款助听器。

1956年，美国首先研制成功了军用小型晶体管计算机。1958年年底至1959年年初，第一批量产的民用晶体管计算机投入运行，这就是BM1401,如图1-8所示。它采用了晶体管线路、磁心存储器、印制线路等先进技术，使得主机体积相比ENIAC大大减小。推出这款计算机之后的S个星期，BM就接到了惊人的5200份订单一比他们所预计的整个机器寿命内的销量还要高。到了20世纪60年代中期，1401的装机量超过10000台，这极大地莫定了BM在计算机行业的领先地位。

美国加州山景市的计算机历史博物馆馆长戴格·施派舍(Dag Spicer)表示，1401的软件在易用性方面有巨大的改进，这徽发了当时市场上被压制的数据处理的需求，并使企业高管和政府官员重新思考计算业务一计算机不一定是精英集团的专属机器，它可以很好地应用于中型企业和实验室环境。在全球的顶级企业中，不同的部门都可以拥有自己的计算机。1401使各种规模的企业相信计算机的强大，甚至认为其不可或缺。

图1-81962年的1BM1401广告1

差不多与1401计算机同一时间，BM推出了1403打印机。该打印机采用了旋转的链条，当要打印的字符移入到合适的位置时，就会触发锤子击打链条将纸张移入到字符所对应的位置。这种链条和打印机的控制带可以被单独安装。当时，1403打印机可以实现每分钟27.94cm×35.56cm的纸张。所有的打印作业、打印格式和打印操作都由1403打印机内置的系统处理单元来控制。借助BM1403打印机，企业和政府机构可实现内部和客户记录的保留，大大提高了工作效率，并节约了大量成本。

1964年，IBM的1401系统成为尼日利亚第一个政府计算机系统，用于加快工资表制作、组织全国的教育资源，并跟踪尼日利亚铁路公司的运货车。

1971年4月的《思想》(Think)杂志展示了1401在全球各地的应用场景，如图1-9~图1-13所示，并如此描述，“从因斯布鲁克的斜坡到塞内加尔的铁路，它像风暴一样席卷全球，将数据处理的怀疑者变成了坚定的支持者。”

为了纪念这部机器，冰岛艺人约翰·约翰逊(J6 hann J6 hannsson)在2006年与一支多达60人的弦乐队合作，推出一部名叫《BM1401:一本用户手册》(IBM1401:A User's Manual)的音乐歌舞剧，其在全球40多个国家播出，引起了强烈反响。2011年的一部好莱坞大片《洛杉矶之战》(Battle:Los Angeles)就引用这张专辑中的Part5:The Sun's Gone Dim and the Sky's
Turned Black作为预告片的配乐。

如果把采用真空管作为主要电子元器件的计算机称为“第一代”；采用晶体管的计算机称为“第二代”；那么“第三代”电子计算机就是在20世纪60年代中期，伴随半导体工艺的发展，采用中小规模的集成电路(MSI,SSI)为主要电子元器件电子计算机。“第三代”电子计算机逐步向小型化发展。这个时期的计算机，性能比上一代的计算机有了很大的提高，其每秒运算已经可以达到上千万次，能够适应一般的数据处理和工业控制的需要，应用领域日益扩大。
20世纪70年代，计算机进入到“第四代”。“第四代”电子计算机采用大规模集成电路(LS),即单片硅片上集成1000~2000个以上晶体管的集成电路作为主要电子元器件。1977年，苹果Ⅱ型微电脑诞生。1978年，计算机每秒运算已达1.5亿次。

伴随微型计算机（微机）的诞生和发展，计算机在经济和社会的各个领域得到了普遍的应用，从而带动了一个崭新的行业一信息产业的出现，并推动人类进入到继蒸汽时代、电气时代后的又一个重要时代一信息时代。

1964年，《电子学》(Electronics Weekly)杂志邀请日后成为英特尔联合创始人的戈登·摩尔(Gordon Moore)为他们1965年的4月刊写一篇文章，讨论集成电路的未来。摩尔发现了半导体制造业中晶体管逐渐小型化的趋势，发现每隔一段固定的时间，集成电路上的晶体管数量就能加倍。他找了张坐标纸，画了一条线代表每个芯片上晶体管的数量，这条线表示数量在至少10年内每年都能翻番，如图1-14所示，这就是著名的“摩尔定律”。在文章中他写道，“集成电路会带来一系列的奇迹：家用计算机（或者是连接到中央计算机的终端)、汽车自动控制系统以及便携的通信设备。

50多年过去了，人们深刻地感受到了“摩尔定律”的巨大能量，以及其给生活所带来的影响。回望当年，当“摩尔定律”提出时，计算机比冰箱还要笨重，其不但传递信息缓慢，而且非常昂贵。但今天，我们能够“任性”地把智能手机放在口袋或者钱包里，智能手机的性能比1965~1995年中最大的计算机还要强劲。越来越轻薄的笔记本式计算机走进了我们的生活，甚至出现了足以绘制整个基因组或是设计复杂药物的高性能计算机，还有流媒体视频、社交媒体、搜索功能、云等。我们所处的现在，恰是过去人们所僮憬并有无数产学研人士为之努力探索、打拼的未来。

1.1.3.3信息时代城市的发展

以资源、能源的大量投入为主要特征的几次工业革命，促进了城市工业经济的发展和人口的快速集聚，加速推进了城市化发展进程，但同时也带来资源短缺、环境污染、生态破坏、交通拥堵、公共安全等“城市病”，影响城市化发展的质量。为了应对城市化快速发展过程中出现的“城市病”问题，人们不断提出新的城市规划和发展理念。

在前两次工业革命中，我们看到了“田园城市”和“城市美化运动”。而第三次科技革命给城市带来的显著影响和改变则是：数字城市、信息化城市的发展，以及“智慧城市”概念的提出'。

1990年，以“智慧城市(Smart Cities),快速系统(Fast Systems),全球网络(Global Networks)”为主题的国际会议在美国圣弗朗西斯科召开。会议探讨总结了城市通过信息技术聚合“智慧”，从而形成可持续的城市竞争力的成功经验。会后正式出版的论文集“The Techno polis Phenomenon:.Smart Cities,,Fast Systems,,Global Networks”,是关于智慧城市研究的最早记录。

伴随城市化的发展，信息通信技术(nformation Communication Technology,ICT)开始应用于城市的各个领域，推动城市全面发展转型。城市各个方面的主要设施正在被定位，城市的物理设施都可以利用信息通信技术被感知和集合。2006年，新加坡推行了“智慧国2015”(Intelligent Nation2015,N2015)的计划，目标是将新加坡建设成为经济、社会发展先进的国际化大都市。2006年，欧盟委员会成立了欧洲Living Lab,该组织使用先进的信息和通信技术来调动各方“集体的智慧和创造力”，为城市发展过程中遇到的问题提供解决办法。2009年，欧盟和日本也都相继提出了建设智慧城市的计划。

出空链接：新加坡“智慧国2015”计划

1.智慧国2015四大战略如下。-建设超高速、普适性、智能化的可信赖的资讯通信基础设施-开发具有全球竞争力的资讯通信产业。-发展精通资讯通信的劳动力，培养具有全球竞争力的资讯通信人力资源。-通过创新熟练应用资讯通信技术，推动关键经济领域、政府部门及社会转型。

2.智慧国2015三大预期成果如下。-通过资讯通信技术，丰富公民生活。利用资讯通信技术，提高经济竞争力及创新能力。促进资讯通信产业的增长并提高其竞争力。

3.智慧国2015将实现以下几大目标。-利用资讯通信为经济和社会创造的增值居全球之首。.资讯通信产业实现的增值提高两倍，达260亿新元。-资讯通信产业的出口收入提高三倍，达600亿新元。
-创造8万个新工作岗位。-至少90%的家庭使用宽带网络。-学龄儿童家庭电脑拥有率达100%。

智慧城市成为全球关注热点的标志性事件发生在2008年。在全球性金融危机的影响下，BM提出了智慧地球(Smart Planet)的概念；希望能够“互联地球的人、机器和数据”，并在全球范围内对“智慧地球”进行了宜传推广。所谓智慧，是指利用传感器来进行更好的资产管理和物流配置，帮助用户制订出更好的运行方案。“把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且使各种物体被普遍连接，
形成‘物联网’，通过超级计算机和云计算将‘物联网'整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。

”尔后，BM又提出了“智慧城市”发展愿景。BM认为，智慧城市能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，以保证能够对包括民生、环保、公共服务、城市建设、工商业活动、社会安全在内的各种需求作出智能的响应，让城市中的各种需求功能协调运作，为人类创造更加美好的城市生活。城市是地球未来发展的重点，智慧地球的实现离不开智慧城市的支撑。智慧城市的建设，不仅可以提供未来城市发展新模式，而且可以带动新兴产业的发展。

自2009年开始，北京、上海、广东、南京、宁波等十几个省市相继提出了智慧城市的建设目标。2010年，国家科技部和湖北省政府在武汉联合主办了以“发展更科学、管理更高效、社会更和谐、生活更美好”为主题的“2010中国智慧城市论坛”。

新华网报道，2015年4月，住房和城乡建设部和科技部公布了第三批国家智慧城市试点名单，确定北京市门头沟区等84个城市（区、县、镇）为国家智慧城市2014年度新增试点，河北省石家庄市正定县等13个城市（区、县）为扩大范围试点，加上2013年8月5日对外公布的2013年度国家智慧城市试点名单所确定的103个城市（区、县、镇），以及住房和城乡建设部此前公布的首批90个国家智慧城市试点，截至2015年9月，国家智慧城市试点已达290个。

人类为了活着而聚集到城市，为了生活得更美好而留居于城市。“智慧城市”的提出，给城市的未来发展带来了无穷的想象空间。