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

大布賴滕巴赫是德國圖林根森林地區一座風景如畫的旅游小鎮。它還是如今革命性、最復雜的能源工程的一部分。但當地2700個居民卻不這么認為。對他們來說，大布賴滕巴赫稱得上聲名顯赫的一點，就是培育了德國冬季運動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，一段時間以來，大布賴滕巴赫一直“陰云密布”。究其原因，是聯邦政府決定逐步讓可再生能源發電取代現有的發電系統。隨著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 的重大調整，其復雜度也。”德國能源聯邦署主席Stephan Kohler說道。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、新的電網技術、新的蓄能系統。

對于這個小鎮上的居民來說，這就意味著同意在自家門口架設一條輸電干線。這條線路將把德國北部風電場的電能傳送給南部的電力用戶。如今，本地居民的反對浪潮高漲，還成立了行動小組。但是，從更廣泛的范圍來看，國家能源鏈的每個環節——從北海的海上風電場，到圖林根小鎮，再到打造綠色未來的愿景——都是息息相關的。“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揮的作用，大布賴滕巴赫的居民可能有一種偏見，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濟模式。借助光伏電池板、生物質分解器和風電場，Wildpoldsried能夠產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造成了很大壓力。根據陽光強度和風力大小，該地區30分鐘內的電能輸出波動可達40兆瓦。

為了提高電網的穩定性，Wildpoldsried最近的電力公司——Allgauer Uberlandwerk正與西門子合作對新技術進行試驗。他們研究的主要課題是，在可再生能源并網發電后，如何利用智能電網系統協調電網內部的復雜過程。他們正在對軟件代理支持的自動化技術進行測試，以便管理電力流動并實現電力供需平衡。下一階段，該項目還將納入32輛電動汽車供Wildpoldsried居民租用。車輛的電池可暫時存儲盈余的電能。

現代生活的其他方面同樣面臨著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，組成了一個復雜的網絡。隨著使用這些網絡的人數越來越多，具體化地描繪并預測網絡的運行越來越難。到2015年，全球各地至少有25個人口過千萬的特大城市。最大的蟻巢有200萬只螞蟻，但其復雜程度和人類城市相比也不過如此。在這種復雜的系統中，即便是輕微的變化也會產生重大的影響。比如，修建一條地鐵線可能對周邊的電力、燃氣、飲用水供應系統產生巨大的影響——更不用說對當地居民的影響了。迄今為止已被證實的一點是：預測這種互動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系。為此，他們已經開發出一種軟件平臺，可以創建一個完整的虛擬大都市，這樣工程師就可以規劃并模擬基礎設施的變化調整。只需輕點鼠標，科學家們就能創建大街小巷。軟件可以顯示出新的建筑工程會對周邊街區產生怎樣的影響，包括可能發生的交通擁堵，以及對地區能源平衡的影響等。研究人員還使用該軟件來推斷社會經濟指標的變化，如就業率、人均經濟產值等。西門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，另外還會考慮諸如氣候和人口變化等長期因素，這都會對建設方案產生影響。

從地表上看，城市已經夠復雜了，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一樣綿延不絕。隨著城市不斷擴張，它的管道迷宮也在不斷擴張——由于滲漏造成的問題也會日益嚴重。例如，倫敦的供水管網長達三萬公里。即便是富裕的城市也深受管網漏水的困擾。倫敦供水管網滲漏量降低百分之一，節省的水就夠22.4萬人使用。

在發展中國家，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4500萬立方米。除這種浪費外，還有水質下降問題，因為污染物可通過管道的裂口污染飲用水。要想準確查明滲漏位置，難度很大，而且代價不菲，主要是因為流量計和類似檢測設備的數量不足。

西門子工程師已開發出一套系統，能夠自動檢測到大型管道網絡中最為細小的裂縫。該系統對不同的網段在用水量最低的時段進行檢測，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，就說明存在滲漏現象，系統就會發出警報。

智能技術不僅能用于監測飲用水的供應，也可用來緩解交通壓力。在某些地段，車輛的數量劇增，有可能阻塞街道。比如，印尼首都雅加達的街頭就有將近700萬輛車，每天還有1100多輛新轎車或摩托車加入這個車輛大軍。雅加達為交通擁堵付出了沉重的代價。根據印尼大學環境專家Firdaus Ali所做的一項調查，堵車給這座城市帶來的經濟損失高達每年30億美元左右——根源在于由此造成的生產率損失，此外惡劣的空氣質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850萬名居民來說，道路交通最近有所改善，原因之一是引進了西門子精密的交通管理系統。全市共有420個十字路口、岔道口和轉彎處安裝了攝像頭，用于監控車流量。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。

柏林也在使用西門子的數字化技術控制交通流量。德國這座最大的城市于2005年就開始應用世界上 先進的交通管理系統。它能夠根據當前的交通數據和不同時段，自動控制全市1700多個紅綠燈以及300個交通流量指示牌。

力求簡單。道路、飲用水以及電力網絡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，市場研究機構IDC的分析師預測，到2015年將會有150億個智能設備實現聯網，而到2020年這一數字預計將增長至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單直觀且易于操作，同時還要確保它們不易被  襲擊。全面滿足所有這些需求是一個艱巨的挑戰。對此，西門子中央研究院實用性實驗室的研究人員提出了幾種辦法，可以使復雜體系簡便易用。他們開展的研究項目大到CT掃描儀，小到簡化電動車充電過程的新應用。

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