رویکرد شهر هوشمند در جهان واقعی

وزارت حمل و نقل نیویورک (DOT) و اداره حمل و نقل متروپولیتن (MTA) به منظور بهبود خدمات اتوبوسرانی و ایجاد انگیزه در استفاده از آن، یک سیستم به نام (Priority Signal Transit (TSP توسعه دادند تا مدت‌ زمانی را که اتوبوس‌ های پشت چراغ قرمز می‌مانند را کاهش دهند. از سال 2008، TSP از GPS ساخته شده در اتوبوس‌ های عمومی استفاده کرد و با ادغام داده‌ ها منجر به افزایش مدت چراغ سبز وقتی که اتوبوس در نزدیکی آنهاست، شد.

از آنجا که این کل سیستم دیجیتال است، شهر می‌تواند با تنظیم متغیرهای خاص، به کاهش بار ترافیک اتوبوس ادامه دهد. تا سال 2017، TSP در 260 محل و پنج مسیر اتوبوس در سراسر شهر مستقر شد. علاوه بر این، تأخیر اتوبوس تا حدود 20 درصد کاهش یافت، که باعث افزایش پایداری حمل و نقل عمومی می‌شود. همانطور که این راه کار به تقاطع‌ ها و مسیرهای بیشتر گسترش می‌یابد، شهر توانایی جذب مزایای زیست‌ محیطی و اقتصادی حتی برای حمل و نقل ترانزیتی را نیز دارد.

با استفاده از سنسور ها که همه جا در دسترس هستند، مقدار داده‌ های موجود برای تجزیه و تحلیل به سرعت در حال رشد است. دولت نیویورک و دیگر شهرها اطلاعات بیشتری را تولید می‌کنند تا بدانند چه کاری باید انجام شود. این مجموعه داده‌ ها، زمانی که ترکیب و تحلیل می‌شوند، می‌توانند به‌ طور مداوم فرصت‌ های بالقوه برای نوآوری را نشان دهند. یافته‌ های کلیدی می‌تواند به مدل‌ های کسب و کار قابل‌ اعتماد منجر شود.

در این میان “داده‌ های باز” تبدیل به یک ایده محبوب در زمینه میدان هوشمند شده است. امروز NYC از طریق پلت فرم عمومی OpenData بیش از 1000 مجموعه داده‌ های باز را فراهم می‌کند. شهروندان و شرکت‌ ها می‌توانند از داده‌ های موجود برای کشف راه‌ های جدید برای بهبود تجربه شهری استفاده کنند. یک نمونه از این تحلیل بیش از 150 میلیون سفر تاکسی توسط MIT، GE، و آئودی در سال 2014 بود.

این پروژه نشان داد که در صورت استفاده از خدمات تاکسی، تعداد کل سفرهای تاکسی به راحتی می‌تواند به 40٪ کاهش یابد. این یافته‌ ها و دیگران بینش کلیدی را در مسیرهای بسیار مؤثر برای به حداقل رساندن ترافیک و افزایش بهره‌ وری شهر فراهم می‌کنند. علاوه بر این، از آنجایی‌ که به شدت بر اطلاعات واقعی متمرکز هستند، برخلاف نظریه عمومی شهری، ممکن است موفقیت بیشتری در انتظار آنهاست.

زیرساخت شهر هوشمند: بارسلونا، جمعیت 1.6 میلیون

بارسلونا یک قدرت اقتصادی و فرهنگی در اروپا است. باور کنید یا نه، این شهر بیش از 150 سال است که زیر ساخت‌ های شهر هوشمند را در اختیار دارد. در سال 1854، دولت مادرید تخریب دیوارهای شهر بارسلونا را مجاز دانست و به دنبال گسترش جمعیت به سرعت در حال رشد شهر بود. Ildefons Cerda، یک برنامه‌ ریز شهری و مهندس عمران، خواستار گسترش آن شد. او یکی از برجسته‌ ترین برنامه‌ های هوشمند شهری در تاریخ را به نمایش گذاشت: سوپر بلوک.

سوپر بلوک، به عنوان یک قالب هشت ضلعی برای سیستم‌ های شهری، به عنوان حوزه‌ های بزرگ داخلی، خیابان‌ های گسترده و ساختمان‌ هایی که از تقاطع‌ ها رد می‌شوند به شدت مخالف با خیابان‌ های تاریک و درهم و برهم از مرکز تاریخی بارسلونا است. علاوه بر این، با استانداردسازی فرم‌ های بزرگتر شهری و اجازه دادن به تفاوت در طراحی ساختمان فردی، سوپر بلوک یک هویت منحصر به‌ فرد برای بارسلونا ایجاد کرده است، که اجازه می‌دهد آن را به عنوان یک کل منسجم بشناسیم.

امروزه بارسلونا میراث نوآوری در زیرساخت شهر هوشمند را ادامه داده است. این شهر اخیراً یک شبکه اتوبوس متعامد مستقر کرده است که شامل شبکه‌ های افقی و عمودی متصل به بلوار های متعدد مورب است. اتوبوس‌ های هیبریدی ، مسیرهای مستقیم را به‌طور پیوسته دنبال می‌کنند تا شبکه بتواند به مسافران اجازه دهد تا پیچیدگی مسیر هایشان را به حداقل برسانند. هر سوارکار می‌تواند تنها با یک انتقال به هر مقصد برسد.

در سال 2002، بارسلونا یکی دیگر از نوآوری‌ های کلیدی در زمینه‌ی هوشمند سازی را کشف کرد که منجر به حداقل رساندن استفاده از منابع گشت. Districlima یک شبکه شهری متشکل از سیستم‌ های گرمایش و خنک‌ کننده منطقه‌ ای است. این همان چیزی است که در مقیاس کوچکتر در بسیاری از کالج‌ های آمریکا استفاده می‌شود. با ایجاد بخار و همچنین آب گرم و سرد در سطح شهر، Districlima قادر به اجرای بهترین شیوه‌ ها برای حفظ محیط‌ زیست مانند استفاده از حرارت زائد از فرایند های صنعتی برای ایجاد بخار و اعمال نفوذ آب فراوان برای خنک کننده است. Districlima سالانه بیش از 17،500 تن C02 را ذخیره می‌کند و مصرف سوخت فسیلی را 60٪ کاهش می‌دهد.

محله‌ های بارسلونا نیز با یکی دیگر از پیگیری‌ های زیربنایی مهم، مدیریت زباله‌ های هوشمند را آغاز کرده‌اند. بعضی از محله‌ ها شبکه‌ های خلاء زیرزمینی بزرگ را ساخته‌ اند تا آلودگی صوتی از سرازیر شدن و صدای وسایل نقلیه جمع‌ آوری زباله‌ ها را به حداقل برسانند. محله‌ های دیگر سنسور های ویژه‌ ای را که در صورتی‌ که سطل آشغال به سطح از پیش تعیین شده برسد، هشدار می‌دهند، به کار گرفته‌ اند . این مشارکتها نیاز به جمع‌ آوری زباله‌ ها را برای تخلیه منابع از طریق تخلیه سطل‌ های زباله که هنوز ظرفیت دارند، به حداقل می‌رسانند.

رویکردهای طراحی شهری مبتنی بر استفاده کارآمد از انرژی

به طور کلی دو رویکرد متمایز برای طراحی رفع نیازهای رو به رشد انرژی آینده شهری ما وجود دارند: طراحی Passive و طراحی Active. رویکردهای طراحی Active وابسته به توسعه فناوری‌ های جدید مانند سیستم‌ های ارتباطی، ذخیره‌ سازی انرژی و سنسور ها هستند. تا فرایند های کارآمد انرژی را به جریان‌ های پویا که اقتصادهای شهری ما را تشکیل می‌دهند. توانایی ساخت این سیستم‌ ها بستگی به تأمین مالی تحقیق و توسعه بخش عمومی و خصوصی دارد. راهکارهای طراحی Passive مانند تهویه طبیعی، ابزار هوشمند و برنامه‌ ریزی حمل‌ و نقل هوشمند بیشتر به تحقیقات طراحی و فرایند های برنامه‌ ریزی پرداخته. و تحت سیستم‌ های ایستا در جریان جریانات شهری عمل می‌کنند.

طراحی Active: سرمایه‌گذاری زیرساخت برای بهره‌وری انرژی

Microgrid هوشمند یکی از مهمترین سرمایه‌ گذاری‌ های زیربنایی برای بهره‌ وری انرژی است. استفاده از سیستم‌ های توزیع شده، ذخیره‌ سازی برق و مقیاس‌ پذیری خودکار و مقیاس تولید برق برای پاسخگویی به تقاضا، این سیستم‌ ها انتقال برق شهری را قابل‌ اعتماد و کارآمدتر می‌کنند. توزیع انرژی همچنین امکان ادغام آسان با منابع انرژی تجدید پذیر مانند آرایه‌ های بادی کوچک و فتوولتائیک را فراهم می‌کند. که به تنهایی به اندازه کافی بزرگ نیستند تا بتواند به صورت مستقل با تاسیسات الکتریکی را در اختیار داشته باشد.

زیر ساخت‌ های حمل‌ و نقل یکی دیگر از زمینه‌ هایی است که نیاز به طراحی Active دارد. از قبیل اختراع انواع سیستم‌ های حمل‌ و نقل خصوصی، سیستم‌ های حمل‌ و نقل عمومی و مدیریت ترافیک هوشمند که سیستم توزیع سنسور های کنار جاده‌ ای را برای کاهش زمان سفر، هزینه انرژی و همچنین انتشار گازهای گلخانه‌ ای فعال می‌کنند. علاوه بر این، رویکردهای جدید با الزامات تحقیق و توسعه مانند وسایل نقلیه مشترک می‌تواند. مقدار ماشین‌ ها را در جاده‌ ها به حداقل برساند و بهره‌ وری انرژی را به ازای هر مایل برآورد کند.

راهکارهای طراحی Passive

راهکارهای طراحی Passive در جایگاه خود نیز مهم هستند. زیرا آنها سرمایه‌ گذاری مستقیم را امکان‌ پذیر می‌کنند. در حالی که حداقل هزینه‌ های عملیاتی را ایجاد می‌کنند. این روش‌ ها به استفاده از پدیده‌ های طبیعی و استفاده هوشمند از مواد برای تنظیم جذب گرما و انتشار بدون نیاز به انرژی اضافی وابسته‌ اند. 

در مسکن، برخی از استانداردها نظیر استاندارد  Passivhaus، که بر تهویه طبیعی و فوق‌ العاده عایق تأکید دارند، در آلمان در حال حاضر برجسته هستند و در بخش‌ هایی از نیویورک در حال افزایش می‌باشند. فناوری‌ های دیگر شامل جمع‌ کننده‌ های گرمای خورشیدی است. که گرمای روز را در محیط مایع جذب می‌کند و تهویه زیرزمینی است. که هوا را از طریق لوله‌ های زیرزمینی به طور طبیعی خنک می‌کند. یا حرارت آن را به دمای پایه نزدیک می‌کنند.

راهکارهای مقیاس بزرگتر نظیر چیدمان هوشمند در گروه‌ های ساختمانی برای حداکثر گرمایش و تهویه، تنظیم مجدد قوانین خیابانی و ملاحظات برای اثر کانونی شهری (که باعث افزایش دما و افزایش سرعت باد می‌شود) نیز می‌تواند توسط سرمایه‌ گذاری بخش دولتی برای به حداکثر رساندن پتانسیل طراحی Passive ساختارهای شهری انجام شود.