探究德国如何建设智慧生态城市

    导语

    2013年4月，德国政府提出“工业4.0”战略，与此同时，德国注重将园区开发和城市总体战略相结合，打造产城融合和生态智慧型科技城区，为德国城市/城区未来发展模式提供城市级在线实验室（urban living lab）。本研究以柏林州Adlershof科技园区为例，该园区历史渊源上至20世纪初，曾是德国乃至世界航空发动机研发的心脏，东德时期是联邦政府传媒的核心。曾经衰败了近30年，园区治安条件差、地下水被污染、企业居民纷纷搬迁撤离。自1991年就开始科技园区推行孵化器战略，营造创新创业生态体系，形成四大孵化器实体；为支撑德国实现2020能源转型战略，重点研发可再生能源应用综合解决方案；在园区开发、规划、建设和运营管理中，落实生态和智慧理念，建筑节能水平达到德国领先，从低能耗建筑、零能耗建筑到产能房；建造类型以被动式建筑和装配式建筑为主；区域能源供应直接/间接实现可再生能源全覆盖；园区开发注重与周边邻里互动和产城扩散，Adlershof模式在柏林州三个地区以创新中心进行推广,形成了五“城”联动的有机生长模式。通过对柏林州Adlershof科技园区的生态智慧城区与建筑规划建设等，促进我国以国家自主创新示范区为代表的高新技术开发区/经开区和以绿色生态城区/智慧城市为代表的生态智慧城市的复合规划理念创新和园区开发运营管理创新。

    第一节 德国生态智慧城市战略实施总体特征

    德国自二战以后，全面启动城市废墟的治理和重建，核心理念就是坚持生态原则，注重生态体系建设，包括法律、政策、建筑、景观、乡村、修复和雨洪管理等[3]，以弗莱堡、海德堡、柏林、图宾根、纽伦堡和埃朗根等为代表的生态城市成为世界绿色城市的代表（图1）。2014年普利策奖获奖者英国《卫报》，评价德国弗莱堡是世界上最生态的城市，弗莱堡注重生态住宅、绿色交通和社会和谐[4]。与此同时，德国汉堡和埃森市分别获得2011年和2017年的欧洲绿色首都奖[5]。

    当前，德国的生态城市建设已经与能源城市和智慧城市相融合，而能源城市着重以可再生能源利用、能源效率提升为战略，智慧城市基于互联网技术强调整合都市综合解决方案。智慧城市与工业4.0战略同时成为当前德国城市发展的总体战略总纲。在信息化和智慧化两化融合之中，巩固和升级既有的生态城市基础。德国柏林、慕尼黑、斯图加图和波恩等成为新兴的生态智慧城市典范，其中首都柏林在智慧城市战略顶层设计和规划建设中，处于德国领先水平。

    柏林不仅是德国关键性商业节点城市，同时也是高效基础设施、信息网络化、可持续交通、创意、高产出和高生活质量的实验平台。柏林正在致力于打造智慧城市，将网络信息化作为核心解决方案的依托，来提高城市效率，增进公共卫生健康水平、提高可持续性、宜居性和清洁水平。智慧城市是未来城市图景的综合集成解决方案，不仅能够改善居住质量，同时可以更好地应对气候变化、节约资源和提高城市发展的可持续性。为了应用智慧技术，必须从顶层设计出发，在城市建立组织架构和决策支持网络体系，其中包括生产过程管理、服务和基础设施技术等，这些将通过集成、网络化互相支持，并通过智慧信息技术和交互予以实施。基于柏林研究院所和创新型公司在能源技术、交通物流、信息交互和健康产业方面的支持和参与，使得柏林多个跨学科的项目得以实施，从而达到公共空间、科学研究和商务活动彼此协同的目的。

    2015年4月，柏林州参议院从政治层面正式通过柏林实施智慧城市战略，智慧城市建设的目标是扩大柏林-勃兰登堡都市区的国际竞争力、提高柏林2050资源使用效率和气候中和能力，为创新应用创造先锋试点平台。

    图1 德国生态智慧发展成效显著的代表性城市

    第二节 柏林州Adlershof科技园案例研究

    Adlershof科技园是柏林州，乃至德国，在生态智慧规划建设领域成效显著，综合创新能力欧洲排名前四。生态和智慧建设战略列入柏林州重点示范，其成功模式根据德国联邦政府和柏林州政府的规划，将在柏林州东南片区和西北Tegel机场改造开发中予以复制推广。

    2.1 区位

    柏林州Adlershof科技园位于德国首都柏林市的东南（区位类似于北京市亦庄经开区），周边有Tegel(TXL，西北方向，直线距离约30公里,车程52分钟)和Sch?nefeld(SXF，正南方向，直线距离约6公里，车程10分钟)两个国际/国内机场。有四条近郊火车线路经过园区（约30分钟车程可达到柏林市中心波兹坦广场），另有两条有轨电车和两条公交线路经过（图2）。园区内部设有两个有轨电车站点，周围密集分布各种商业和生活服务设施。与此同时，私家车可在Berliner Ring A10的“Adlershof”口上高速，约15分钟达到市中心。Adlershof科技园周边是Treptow-K?penick的Borrough，柏林最大的风景游览区，适合单个或多个家庭落户居住，区域内部购物广场、托儿所（nurseries）、学校、餐厅和运动设施齐全，可以游览K?penicker古城的Baroque宫殿和Treptow公园，并且有开阔的林地和多个可供游览观赏的湖泊（图3）。

    图2 柏林Adlershof科技园的区位及其园区现状概貌

图3 Adlershof科技园区周边环境

  Adlershof地区的科技创新最早源于上世纪初，1909年诞生了德国乃至世界最早的飞机发动机研发基地，后来成立了德国首个航空实验研究所，包括德国航天工业协会的成立，是德国航天工业的发源地。其在二战期间成为军事科技研发的重镇，二战结束后，承载东德科学院、东德国防部警卫团和东德国家电视台等多项重要国家职能部门。由于东德经济不景气并且缺乏创新人才，Adlershof经历了30年的大萧条，园区治安条件差、地下水被污染、企业居民纷纷搬迁撤离。1993年园区正式被联邦政府认定为开发区，正式成立Adlershof科技园，使其从原本松散、自发的经济开始转变为园区化发展。

    2.2 现状与空间战略

    2013年，柏林州Adlershof科技园占地4.2km 2,入园企业和研究机构总数首次超过1000家，2013年园区总产值17.776亿欧元，较2012年增长5.8%，园区就业数由2012年15001增长到15450人（增长3.4%）。WISTA管理有限公司当年收入1千7百万欧元（38名员工）。2014年，园区产值超过18亿欧元（公司数量约996家，15553就业量）,地均产值折合30亿元/km2，约380座居住建筑（图4）。

    Adlershof科技园形成了五“城”联动的有机生长模式：（1）以光伏和可再生能源等六大产业研发体系的科技城，（2）洪堡大学科技类院系为主的高教城，（3）原东德广播电视台为基础的传媒城，（4）柏林创新中心等四大孵化器体系的创业城，（5）以建筑节能和能源转型为核心的大都市综合解决方案的柏林州未来城，在欧洲科技城区中位列前四。

    Adlershof科技园（德国高技术产业占地规模最大的园区）现状人口约2.3万人，该科技园几十年来一直是科技和传媒结合的综合发展片区。自从柏林墙被推倒之后，科技园向柏林的西南方向延展，成为首都科技和传媒创新最重要和前沿的区域之一，Adlershof科技园和柏林州保持密切联系。与此同时，该区域在开发中注重建筑节能、可再生能源利用和生态环境保护等，被社会公众评为柏林最智慧的邻里单元。Adlershof科技园不仅拥有科研集群，同时是欧洲处于领先地位的技术创新中心，这里约有1.5万人在1000个商务、研究和学术机构工作，约8500大学生入住。2012年，该园区有445家企业，产值6.38亿欧元，公共财政3千万欧元。

    图4 Adlershof科技园的主要建筑
    注：光子和光学中心；奥迪服务中心

    到2020年，Adlershof科技园初次能源消费将达到640GWh/a，较2013年的消费量翻一倍（该预测是结合园区到2020年研究所和公司的数量和规模来确定的）。根据规划，届时Adlershof科技园初次能源消费将消减30%，主要通过能效提升、建筑信息化、余热回收、高效电能和热能供应、多元能源集成供应（可再生能源混合电网）和分散式供应系统等方式来实现。

    WISTA管理有限公司在2011年，启动了“柏林州Adlershof科技园2020高技术-低成本能源效率提升”项目，该项目由柏林州能源企业、柏林工业大学参与，Adlershof工程公司和Adlershof设备管理公司提供经费和实施方面的支持，且该项目得到了柏林州城市发展和环境部的支持,同时德国联邦政府经济事务和能源部也提供了200万欧元的资助。

    2013年9月，继高技术-低成本能效效率提升项目之后，WISTA提出了由德国联邦政府经济事务和能源部提供了70万欧元资助的“柏林州Adlershof科技园2020能源战略项目”。该项目包括三项具体工程，将于2016年8月完成，有助于为园区能效提升提供技术解决方案和管理创新工具。工程包括：（1）校园实时供热网络工程（由柏林州供热公司承担），（2）Adlershof高校城能效提升技术对策（由柏林工业大学承担），（3）规划工具、社会参与和项目执行情景分析研究（由WISTA管理公司承担）等。

    自2011年9月开始，WISTA管理公司就把Adlershof科技园周边的Sch?nefeld区域纳入园区发展的整体予以考虑，辐射和带动Sch?nefeld地区的经济和创新，专门成立区域发展特别团队，WISTA管理公司与当地的地产开发商、公司、社区、工程和相关机构展开商务合作，共同在Sch?nefeld区域建设应用科技大学、Spreeknie TGS 技术研究所和企业孵化器中心。该项工作得到了柏林州经济、技术和研究部、柏林州Treptow-K?penick地区政府和当地企业的支持与资助。为了增强对柏林州的经济贡献，该区域将与Adlershof科技园互动，将商业和工业作为优先领域，重点提升能源效率、促进传统工业数字化（工业4.0）、发展创意产业、游戏（视频游戏）产业、工艺品、工业设计和纺织制造等，2013年到位资金2000万欧元用于启动如上相关项目。

    2.3 功能布局

    Adlershof科技园包括九个功能组团（图5），在园区西部规划景观公园和居住区（1），该区域毗邻高速公路和城铁，用绿化带隔离，环境安静，建筑以中低密度为主，区域东边是大面积绿地空间，供休憩。景观公园和居住区南部是东西走向、与高速路平行长达1.1公里的公园休憩带（2），该区域是欧洲第一个SITAC公园，该区域建设了休闲、运动、办公和宾馆等设施，建筑设计有古典风格，是整个园区生活、购物、商务和活动最适宜的区域。在园区西北和北部分布两块工业园区（3），约300家清洁技术型企业在此办公。园区中部是洪堡大学宿舍区（4）和教学区（5），宿舍区在建设学生宿舍的同时营造景观公园，提高片区居住的环境质量。教学区东北是都市中心（6），建有若干商务、购物广场、体育场馆、办公楼和其他公共设施，方便洪堡大学和媒体城的居民生活。媒体城毗邻都市中心，是柏林最大的媒体基地，约有150家新媒体技术公司在此落户，并拍摄电影、电视和大型公共活动。园区2/3的空间横贯中部和东部（7），是科技园的核心部分，包括约400家高技术企业、10个非大学性质的研究所和5个技术中心（相当于孵化器），发展光子和光学、光伏和可再生能源、微系统和材料、IT和传媒、生物技术和环境、检测分析科技等六大产业集群，是世界上排名前15的大型技术园区。科技园的西南角是商务接待中心，同时也是园区的管理中心（8）。（9）是洪堡大学应用科学相关院系的片区。到2020年，预计园区就业人口达到2万，学生总数超过1万，入驻1200家企业，居住人口达到3500人。未来园区空间发展重点放在在工业园西北侧和媒体城东北侧的两块片区，以此推动园区发展为柏林州乃至德国一流的应用研究和高技术企业园区。

    图5 Adlershof科技园的功能分区

    2.4 建设进程

    21世纪初，Adlershof科技园开发的早期，面临严峻的形势，当时国内著名的国有医疗器械公司（medical toolbuilding）曾经运营这个拥有4万平方米建筑面积的园区，由于错过进入市场经济的最佳时机，公司最终在1997年破产。此后很少有大中规模的投资进入，取而代之的是小型资本的注入。早期的工业发展造成该区域的地表水严重污染，饮水安全一度危机。自2006年开始，科技园进入第三期建设，目标在Rudower Chaussee建立EUROPA-CENTER（www.europa-center.de），持续地提供办公建筑和商业综合体。整个建筑综合体将占地3.5万平米，后续将继续开发1.4万平米，按照绿色建筑的标准进行设计和建设并通过DGNB（Deutshe Gesellschaft fur Nachhaltiges Bauen）的认证，该建筑同时应用地源热泵和LED照明。2010年，Adlershof Projekt GmbH代表柏林州政府接手该区域的开发。该区域基础薄弱，但是已经具备现代工业的潜力。柏林州城市发展与环境部和柏林州参议院经济、技术和研究部通过政府补贴的方式对科技园的基础设施更新给予支持。Adlershof科技园中建设了Ambient assisted living（AAL系统），规划在Grob-Berliner Damm和Hermann-Dorner-Allee的交叉口建设70个租价低于10欧元/m2的flats作为居住实验室。Rudower Chaussee作为Adlershof的主干道规划建设现代建筑和代表性楼宇，用于营造都市氛围。而在2013年所做的第三期规划建筑是Hamburg欧洲中心商业办公两用房，即在洪堡大学西北毗邻的14公顷土地将建设1400户住宅（容纳约2500人居住）。

    2.5 建筑节能与科技创新

    Adlershof科技园自2007年以后，所有新建建筑都执行低能耗建筑标准，建筑节能率从65%提高到100%，并开始用装配式建造方式规模化建造产能房，广泛应用的绿色节能技术包括：太阳能光伏、地源热泵、外遮阳设计、屋顶绿化、被动式设计建造和智慧能源消费管理等,其中光伏和可再生能源应用中心建成于2013年，从建筑体量和应用绿色技术方面均是代表性案例（图6）。

    图6 Adlershof科技园不同建筑节能水平的既有建筑、新建建筑和在建建筑

注：1（建成于2007年，建筑节能效率达到65%）；2（建成于2013年，建筑节能效率达到75%）；3（建成于2012年，为零能耗建筑）；4（建成于2014年，为产能房）；5（装配式施工中，为产能房）。

    光伏和可再生能源中心（Centre for Photovoltaics and Renewable Energies， ZPV)，位于Johann-Hittorf街8号。该项目得到德国联邦政府（柏林州政府）和欧盟的共同资助，其中德国联邦政府的资助是来源于提高区域经济结构的联合方案。该建筑的建立主要是服务于服务公司、软件开发商、存储技术公司、太阳能建筑设计、专业律所、太阳能施工的单位等。办公室和设备齐全的化学实验室一般均为23平米（3.6m×6.3 m），通常实验间约为46平米（7.3m×6.3m）,每个单元模块化的工作间约为500平米（包括340平米的实验室和160平米的办公室）。一楼的会议区（500平米），根据情况，可以现场隔成小间来使用（图7，8）。

    图7 光伏和可再生能源中心建筑实景

    图8 光伏和可再生能源中心（ZPV）建筑结构与在科技园的区位

粉色：物理实验区；橙色：化学实验区；蓝色：办公区；黄色：会议区

  该建筑的设计遵循建筑对话（architecture of dialogue）的理念，为用户提供开放透明、良好社会交互的空间。设计的核心之一是层高、大厅采光高并配备展示室，具有雕塑风格的自助式螺旋楼梯可通达每一层。在一层食堂/餐厅配有约500平米的会议室和2000平米的展示厅（供雏形产品的展示）。实验室和办公区通过屋顶花园连通，花园用于工作人员休息，并且在屋顶还有备用实验场地。该建筑经过德国可持续建筑委员会认证（German Sustainable Building Council），应用了多项建筑节能技术，如加热/制冷混凝土芯激活技术（concrete core activation for heating/cooling）、防晒玻璃（anti-sun glass）、在主楼西侧的储气站配备液氮罐和电动充电装置供电动汽车、电动自行车和电动助力车使用。园区内的生物质能源供应站同时生产甲烷、电力和热水等（图9）。园区开发中注重城市色彩设计（图10）、建筑节能（产能房规划，图10；被动房施工，图11）和屋顶绿化（图12）等。

    图9 园区生物质能源供应站

    图10 洪堡大学学生宿舍片区规划和住房实景

    图11 园区内被动式建筑的建造过程

    图12 Adlershof科技园内洪堡大学应用科学系楼群及其垂直绿化

  第三节  启示

  德国Adlershof科技园的生态智慧规划建设启示主要包括：

    （1）从规划先期确立了生态智慧发展方向。Adlershof科技园区在园区整体开发规划中就确立了生态智慧理念，从棕色地块修复（场地原先有约1/3存在工业污染）出发，利用约10年的时间，改善区域生态环境质量。坚持生态优先的开发原则，同时强调智慧的引入，这既于园区工业研发相适应，同时也是柏林州战略发展升级的要求。以Adlershof科技园区为代表，片区开发将生态友好、绿色能源利用、绿色建筑、慢性交通系统、电动汽车和低冲击开发（海绵城市）等落实到园区实际建设之中。理念和实践衔接紧密，并依托良好的工程技术基础，取得可复制可推广的模式。

    （2）以低/零能耗建筑作为园区建设的主体。园区自1991年正式确立为州级开发区以来，所有新建建筑执行德国绿色建筑标准，并且对既有建筑根据市场需要，进行建筑节能改造。伴随开发时序的推进，新建建筑节能目标不断提高，从节能50%，以10%为阶梯逐级提高到100%，并在新建建筑中推行零能耗和产能房建筑。以Adlershof科技园区光伏和可再生能源中心为例，建筑节能效率达到70%以上，尽管增量成本约18%，但是园区仍然在后续新建建筑中规划更高节能效率的建筑。首先是园区发展坚持高的节能标准，表象上是初次投资增加，但带来了综合运营成本的降低、为园区光伏能源企业产品应用提供快速平台，同时符合德国联邦和州政府以及欧洲的战略导向，从操作执行层面，有助于申请资助。光伏和可再生能源中心可再生能源和智慧管理应用，申请到欧盟2000万欧元的资助。园区企业相应的应用解决方案得到展示，并依托孵化器的帮助投放到市场取得商业成功。

    （3）可再生能源生产与消费促进园区低碳。园区的低能耗、零能耗建筑和产能房，能够利用太阳能产生电能和热能，由于主要使用被动房的建造技术，园区建筑总体能耗水平较一般住宅建筑低两倍以上。与此同时，园区生物质能供应站的储能技术突破（用水作为储能介质，用特殊的罐体材料储存，在外界蓄能中断的情况下，可保持三周内储能介质降温不少过三度）和能源转换技术上的创新（生物质能转化为甲烷、电力和热能等）为园区绿色能源供应提供了基础支撑。

    第四节 结语

    德国生态智慧城市建设已经升级到以智慧城市建设来巩固生态发展基础，德国因工业基础扎实（世界制造强国），在智慧城市建设中起步条件良好，通过以萨克森州“硅谷”（信息互联网技术）和柏林州Adlershof科技园区（可再生能源技术）为代表智慧试点项目的建设，对于推动全国范围内城市的智慧能力建设起到骨架性作用。我国已经成为世界制造大国，但同时付出了巨量的资源环境能源消耗[6]，面临人居环境下降的沉重压力[7,8]，中国城镇化率的提升需要新城建设和旧城更新探索低碳生态的模式[9]，而以互联网技术为基础的智慧技术体系为低碳生态的实现，提供了有效的实现路径。我国目前面临并行推进生态城市和智慧城市建设的内在需要，在规划管理实施和运营等方面均缺少有效的综合决策支持习题。

    德国在生态智慧城市建设中的设计理念、实施路径、建设策略和成效评估等，对于我国生态与智慧城市试点示范有良好的借鉴价值，从城市规划建设领域出发，应加强德国政府推进智慧城市战略政策与各级主体参与智慧城市建设的路径研究；对德国建筑节能改造技术适用性研究、费用-效果评估与应用情景分析；被动房建造技术集中连片推广和示范；启动产能房在我国应用的可行性研究；调研德国智慧城市解决方案的体系建设框架、运营模式和商业机制；引进德国条件成熟和增量成本适宜的智慧城市综合技术在我国开展双边合作试点示范等。