張樂敏 張若曦

摘要：重視循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展是目前加速實現(xiàn)碳中和目標的切入點之一，而培育智慧循環(huán)的城市創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)是建構(gòu)低碳型社會的重要舉措。面對當前的現(xiàn)實需求，高校也需要在教學創(chuàng)新上進行回應。以高校智慧城市循環(huán)設計創(chuàng)意工作坊的教學組織為出發(fā)，通過有效地將產(chǎn)、學、研融合形成有機創(chuàng)新體，達到培養(yǎng)學生、研發(fā)循環(huán)產(chǎn)業(yè)新技術及促進城市循環(huán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目的。以社區(qū)共享農(nóng)場設計創(chuàng)意工坊的教學活動為例，分析了創(chuàng)新課程中對智慧城市建成環(huán)境和城市給養(yǎng)的融合研究，研發(fā)出“智慧社區(qū)共享菜園”系統(tǒng)，并對本期創(chuàng)意工坊的研究成果和經(jīng)驗進行總結(jié)，力求對推動未來低碳循環(huán)社會的建構(gòu)和發(fā)展提供參考。

關鍵詞：智慧城市;智慧社區(qū);低碳城市;共享菜園;智慧種植

中圖分類號：F293 文獻標識碼：A

文章編號：1001-9138-（2021）06-0070-76 收稿日期：2021-05-25

1 引言

經(jīng)歷40余年的經(jīng)濟快速發(fā)展，我國成為了全球最大的產(chǎn)品制造國和出口國，也成為了全球最活躍的數(shù)字智慧經(jīng)濟體之一。然而，高速發(fā)展也使我國的資源、環(huán)境和社會等壓力與日俱增，特別在經(jīng)濟發(fā)達的城市地區(qū)，所面臨的問題尤為嚴峻。2017年國家發(fā)改委發(fā)布了“循環(huán)發(fā)展引領行動”，以產(chǎn)品的再設計和循環(huán)共享理念為核心，提出構(gòu)建、完善和強化循環(huán)型產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系的重要舉措。研究表明，我國早在15年前就已成為推行循環(huán)經(jīng)濟的領跑者，在推動資源提效、污染治理和工業(yè)生態(tài)建設等方面取得了積極的進展。因此，我國城市也被認為是在全球研究如何協(xié)調(diào)經(jīng)濟發(fā)展和人居環(huán)境提升的最重要的舞臺之一。

本研究以高校循環(huán)設計創(chuàng)意工作坊的教學組織為出發(fā)，融合產(chǎn)、學、研形成有機創(chuàng)新體，目的是培養(yǎng)學生更好地認識智慧循環(huán)城市，探索實現(xiàn)未來綠色可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。本文重點以低碳社區(qū)共享農(nóng)場設計教學為例，培養(yǎng)學生理解未來智慧循環(huán)城市中社區(qū)居民的發(fā)展需求，認識到將循環(huán)經(jīng)濟設計融入社區(qū)生活，可以促進實現(xiàn)更加清潔、健康和生態(tài)的高品質(zhì)城市環(huán)境。

2 智慧循環(huán)城市研究的內(nèi)涵和熱點

循環(huán)經(jīng)濟（Circular Economy）的思想本質(zhì)源于生態(tài)經(jīng)濟，它要求運用生態(tài)學規(guī)律而不是機械論規(guī)律來指導人類社會的經(jīng)濟活動。循環(huán)經(jīng)濟是一種具有再生性和修復性的生態(tài)經(jīng)濟模式（高曉明、許欣悅等，2019），認為環(huán)境中沒有廢物而只有被錯置的資源，因此，該模式為源源不斷地創(chuàng)造經(jīng)濟價值提供了新的機遇。1966年美國經(jīng)濟學家肯尼思·鮑爾丁發(fā)表了《一門科學——生態(tài)經(jīng)濟學》，為循環(huán)經(jīng)濟的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了理論基礎（李宇、董鎖成等，2012）。20世紀70年代人們?yōu)榱藴p少廢棄物的產(chǎn)生，開始關注廢棄物產(chǎn)生后的治理，該處理方式被稱為末端治理模式（包英姿，2004）;80年代后，人們逐漸認識到廢棄物其實具有資源化屬性，于是普遍開始關注利用全過程的控制模式來減少廢棄物的產(chǎn)生（陸學、陳興鵬，2014）。隨著可持續(xù)發(fā)展理念興起，我國、德國、日本和美國為代表的發(fā)達國家開始把建立循環(huán)產(chǎn)業(yè)體系作為實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展目標的重要實現(xiàn)途徑（薛冰、陳興鵬等，2011）。

90年代后，循環(huán)經(jīng)濟的概念被引入國內(nèi)，經(jīng)歷了近30年的實踐和理論發(fā)展，取得了令人矚目的成績。從近15年的研究文獻數(shù)量來看：循環(huán)經(jīng)濟的研究大部分在生產(chǎn)領域，多聚焦于工業(yè)，集中于對產(chǎn)業(yè)生態(tài)循環(huán)工業(yè)園區(qū)的探討，其次是農(nóng)業(yè)，再次是服務業(yè)，對于消費領域的研究較少。而針對于消費載體研究主要集中于旅游業(yè)，對于綠色循環(huán)消費的探討還較少。近5年來，關于垃圾分類回收利用的研究也逐步興起，受到了政府決策層和學術界的高度關注，可以說是當前循環(huán)經(jīng)濟研究的熱點領域之一（鄒細霞、陳海旭，2015）。在建設智慧城市的進程中，數(shù)字信息技術的運用在降低環(huán)境污染、減少能耗、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)循環(huán)和資源共享利用等方面產(chǎn)生了重要的影響（張樂敏、張若曦，2020）。對資源進行更為合理的調(diào)配，可作為可持續(xù)社會實現(xiàn)節(jié)約循環(huán)建設的重要途徑和實踐（張若曦、蘇騰，2018）。

研究發(fā)現(xiàn)，目前關于智慧循環(huán)城市的理論模型研究多以3R原則為核心理念，即減少原料（Reduce）、重新利用（Reuse）和物品回收（Recycle）（韓寶平、孫曉菲，2003）。而文獻研究熱點主要集中于四個領域，分別是智慧建成環(huán)境、智慧移動交通、智慧城市給養(yǎng)和智慧回收工業(yè)產(chǎn)品（見表1），也較常出現(xiàn)四個領域的交叉研究趨勢，在未來循環(huán)城市體系建設中具有巨大的潛能。對于高校教學而言，有必要通過產(chǎn)學研一體化的合作研究模式，通過不斷舉辦創(chuàng)意教學工作坊的方式深入進行研究、學習、探討和實踐。

3 智慧城市循環(huán)設計創(chuàng)意教學工坊的建構(gòu)

智慧城市循環(huán)設計創(chuàng)意工坊，是廈門大學建筑與城市規(guī)劃學科“未來城市”系列課程體系中產(chǎn)學研相結(jié)合的重要的創(chuàng)新互動教學平臺。該課程旨在聚焦智慧循環(huán)城市體系中的熱點問題，選擇主題、嘗試通過設計研發(fā)對循環(huán)城市中復合問題進行解決，重點以智慧建成環(huán)境為中心，從智慧移動交通、智慧城市給養(yǎng)和智慧回收產(chǎn)品三個交叉角度進行創(chuàng)意拓展及融合設計（見圖1）。往期的主題選擇包括：在智慧建成環(huán)境與城市給養(yǎng)的交叉視角下，確定社區(qū)共享農(nóng)場的設計主題;又如在智慧建成環(huán)境與移動交通的交叉視角下，確定了智慧長照3.0——銀發(fā)社區(qū)互動碰碰車系統(tǒng)的設計構(gòu)思等。

在確定創(chuàng)意工坊的主題后，課程有計劃地向在校學生社群、教師、行業(yè)專家和創(chuàng)新企業(yè)進行參與者招募，課程活動為期6周（每周1天），常利用第三學期或者周末時間進行互動探討。過程中，首先通過循環(huán)理念、現(xiàn)場參觀和案例探討的方式進行課程熱身;隨后，通過桌游的形式讓參與者在輕松的氛圍下，從不同維度對主題內(nèi)容進行挖掘和發(fā)表意見，積極尋找循環(huán)的創(chuàng)新解決方案;最后，以實作的形式進行多方協(xié)作，將創(chuàng)意設計轉(zhuǎn)換為具體的產(chǎn)品或系統(tǒng)的解決方案。課程之后，通過參與全國智慧城市創(chuàng)意設計競賽，積極與企業(yè)合作將創(chuàng)意成果推向市場，探索產(chǎn)學研的融合實現(xiàn)，推動智慧城市循環(huán)產(chǎn)業(yè)的教育創(chuàng)新。

4 以社區(qū)共享農(nóng)場設計為例

4.1 教學目的

本文選取在智慧建成環(huán)境與城市給養(yǎng)的交叉視角下，針對低碳社區(qū)共享農(nóng)場設計主題的教學進展及成果進行研討分析。該主題的選取是基于城市生態(tài)給養(yǎng)的視角，思考如何在城市有限的建成環(huán)境中擴大綠化面積，改善人居環(huán)境的同時自給清潔健康的農(nóng)產(chǎn)品，降低對外界的供給依賴。與此同時，主題也關注于現(xiàn)在城市社區(qū)鄰里間人際關系淡漠的問題，社會分工的細化及網(wǎng)絡平臺的飛速發(fā)展均增加了人們的遠距離交往，如何才能增進交往、重拾社區(qū)活力也是值得關注的重要議題（張若曦、喻蘇婕，2020）。

本創(chuàng)意工坊的課程設計基于循環(huán)經(jīng)濟的創(chuàng)意再設計理念，通過信息技術構(gòu)建都市智慧循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，在智慧建成環(huán)境和城市給養(yǎng)的視角下，結(jié)合共享經(jīng)濟與智慧城市的建設經(jīng)驗，讓參與者通過不斷的討論，將互聯(lián)網(wǎng)技術與農(nóng)業(yè)種植技術相結(jié)合，逐步提出建設智慧社區(qū)中共享菜園系統(tǒng)的思路與解決方案，以營造一個綠色健康、富足便捷、生態(tài)和諧的城市社區(qū)環(huán)境為目標。

4.2 研究框架

創(chuàng)意工坊通過組織參與者進行現(xiàn)場參觀、講課和討論，以及對社區(qū)居民的問卷調(diào)研和訪談，逐漸探索出適合當前城市居民生活需要的智慧化改造的應用專案，基于類似案例對項目進行系統(tǒng)梳理和論證，提出具有可行性的初步概念方案，再利用城市生態(tài)學、建筑學、植物學、工業(yè)設計及軟件工程等多學科技術體系為支撐，對項目進行深入的產(chǎn)品設計、技術設計、運營測試和評估（見圖2）。

4.3 案例討論和調(diào)研

4.3.1 案例討論

案例討論可以幫助參與者拓展思維，獲得創(chuàng)意靈感。創(chuàng)意工坊首先組織專家學者對碳中和、共享經(jīng)濟和共享農(nóng)場等相關主題案例進行研討，參與者及時對感興趣的問題深入地互動交流，從多個維度討論并嘗試分析問題和解決問題。其主要內(nèi)容有：共享經(jīng)濟概念的發(fā)展、Uber的盈利模式、Airbnb的成功之處、各類型共享農(nóng)場的成功經(jīng)驗和做法等（見表2）。最后，創(chuàng)意工坊還組織參與者對社區(qū)共享農(nóng)場所可能采取的工作模式進行探討，包括從農(nóng)場到用戶（F2C）的直采模式、共享按需農(nóng)業(yè)模式和垂直農(nóng)場模式等。

4.3.2 居民訪談與問卷調(diào)研

工作坊為了更好地了解廈門當?shù)鼐用駥τ谏鐓^(qū)共享農(nóng)場（菜園）的需求，進行了現(xiàn)場訪談和問卷調(diào)研。發(fā)放問卷共260份，其中有效問卷243份，無效問卷17份。通過調(diào)查數(shù)據(jù)分析（見表3），工作坊初步了解了社區(qū)居民的基本情況與對共享農(nóng)場的需求。

4.4 創(chuàng)意成果介紹

在經(jīng)過了學習討論環(huán)節(jié)后，創(chuàng)意工坊的參與者基本掌握了當前廈門城市建成環(huán)境的特點和城市給養(yǎng)建設中的難點。隨后，創(chuàng)意工坊開始進入創(chuàng)意設計階段，經(jīng)過第三周8輪持續(xù)激烈的探討，大家認為最好的解決辦法是設計一套“智慧社區(qū)共享菜園”系統(tǒng)，利用城市的閑置建成空間來解決城市給養(yǎng)問題。在隨后的3周內(nèi)，參與者們充分發(fā)揮多專業(yè)融合協(xié)作的優(yōu)勢，對“智慧社區(qū)共享菜園”系統(tǒng)進行了全面的產(chǎn)品設計實作、Arduino多傳感器編程調(diào)試和數(shù)據(jù)平臺搭建，重點解決產(chǎn)品的系統(tǒng)構(gòu)成、智慧種植模塊和面向用戶的定制化設計等難點。

4.4.1 產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)由線下和線上兩部分組成，線上部分由“智慧菜園”手機APP，智慧種植指導和城市蔬菜共享平臺三個模塊構(gòu)成，線下部分由菜園建造、蔬菜培育、收獲共享、智能檢測與物流倉儲五個模塊組成。

在初步完成的系統(tǒng)上，用戶可通過APP線上申請菜園，寄送種植裝置自行安裝，也可線上預約技術人員上門指導。裝置內(nèi)置智慧監(jiān)測晶片和WIFI，監(jiān)測植物生長指標并關聯(lián)線上帳號實施跟蹤。在種植過程中，用戶可隨種、隨采、隨吃，也可在線上學習種植教程，分享種植拍照，如果蔬菜吃不完，可線上發(fā)布分享資訊，鄰里用戶可在線預約上門取菜，促進線下的社區(qū)活動，亦可選擇城市配送，將蔬菜歸到城市集中蔬果倉儲中心，預約配送到社群用戶（見圖3）。

4.4.2 智慧種植模塊

本創(chuàng)意設計的重點是智慧種植模塊與城市社區(qū)建成環(huán)境的融合。工作坊從城市中最常見的住宅樓屋頂空間入手，將果蔬生產(chǎn)和居家生活功能進行深度的融合設計。屋頂果蔬生產(chǎn)部分由無土栽培的種植盒、可靈活組裝的架空物架、景觀水池、太陽能板等模構(gòu)成;屋頂居家生活部分則由泡茶休閑、兒童游樂、衣物晾曬等模構(gòu)成（見圖4）。其中架空的無土種植盒和植物蔓藤可為生活休閑功能提供遮陽避雨的空間，而部分生活有機垃圾可以循環(huán)處理為植物生長的養(yǎng)料，使生活和種植兩者相互補充。

4.4.3 面向用戶的定制化設計

在工作坊的進一步研發(fā)探討中，建筑學、城市規(guī)劃和房地產(chǎn)開發(fā)方向的參與者普遍認為，住宅面積占城市建成空間的60%以上，城市陽臺是城市最普遍的住宅建成空間形態(tài)之一，是城市社區(qū)中最適合用于利用發(fā)展智慧共享種植產(chǎn)業(yè)的空間，系統(tǒng)需要在屋頂露臺種植模塊的創(chuàng)意基礎上，需要面向用戶對陽臺空間進行定制化的設計。于是，工作坊及時組織人員進行技術攻關，根據(jù)調(diào)研時獲取的不同年齡段的用戶需求分析，最終設計出兒童導向型、中青年導向型和老人導向型的智慧種植陽臺設計，使得智慧社區(qū)共享菜園系統(tǒng)能盡可能滿足多元的城市住宅空間的共享種植需求（見圖5）。

4.5 應用前景探討

創(chuàng)意工坊最后一周，邀請感興趣的社群居民參與“智慧社區(qū)共享菜園”系統(tǒng)的體驗，再針對產(chǎn)品應用前景和進一步研發(fā)進行深入探討，得出了如下結(jié)論：

（1）屋頂綠化與陽臺綠化將成為一個新的城市增長點，該創(chuàng)意產(chǎn)品的市場發(fā)展前景廣闊，未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式有望不再受限于農(nóng)村或城郊大規(guī)模的片區(qū)種植模式，城市中分散點狀種植模式將為未來蔬菜供應提供有力的補充。以廈門市為例，目前城市建成的陽露臺面積約50平方公里，如按照調(diào)研數(shù)據(jù)有50%的居民愿意參與“智慧社區(qū)共享菜園”系統(tǒng)，將為廈門市創(chuàng)造近25平方公里規(guī)模（即25000公頃）的城市果蔬種植。當這些用戶將種植的蔬菜通過“智慧菜園”線上共享平臺流入市場之后，廈門有相當一部分的城市蔬菜給養(yǎng)可就近解決，在社會生態(tài)、經(jīng)濟減碳的效益上均十分明顯。

（2）智慧社區(qū)共享菜園可發(fā)展為一種負碳排放技術，減少運輸和儲存中的碳消耗，與此同時，種植植物將大氣中的碳固定在生物和土壤中，可進一步加工為儲碳材料。

（3）智慧模成本高，需要控制產(chǎn)品成本。該系統(tǒng)能有效解決城市中許多問題，然而與許多智慧城市建設專案相似，由于智慧模塊的插入，可能會造成系統(tǒng)成本提高，這或許會導致部分居民購買意愿降低，如果能很好地控制成本，將有助于產(chǎn)品的推廣。

（4）系統(tǒng)界面設計需要簡潔、易操作，以適應不同人群的需求。在系統(tǒng)正式開發(fā)與建設時，應注重成本控制與系統(tǒng)對不同年齡層級人群的友好度，需要同時考慮對不熟悉手機操作的老年人和小孩參與便利性。

（5）要考慮項目的美觀性，以適合不同城市風貌類型。陽臺與屋頂?shù)幕▓@建設受有關部門對城市風貌的管控，在進行建設時，如果能與不同城市風貌類型相協(xié)調(diào)，或能起到美化城市立面的效果，項目會更容易獲得政府和居民的支持。

（6）要保證項目的安全性。產(chǎn)品在戶外安裝時，要特別注意安裝的便利性和安全性，需要考慮多種安全固定方案。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需經(jīng)過嚴格的力學計算，要能應對各種極端氣候條件下產(chǎn)品的穩(wěn)定性，保證人身安全。

5 總結(jié)

基于智慧城市循環(huán)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)意工坊教學研究，在未來城市的循環(huán)產(chǎn)業(yè)的再設計和技術創(chuàng)新中具有重要作用，是一種對產(chǎn)學研結(jié)合的新模式探索。課題組通過定期舉辦智慧循環(huán)城市設計創(chuàng)意工作坊，已培育學員近百人，產(chǎn)生創(chuàng)新課題和項目近20項，申請智慧城市相關國家發(fā)明專利近10項，其中有兩項在中國研究生智慧城市技術與創(chuàng)意設計大賽中分獲一等獎和三等獎，對于推動我國未來城市、智慧循環(huán)城市和低碳城市等方面研究有一定探索價值。雖然本研究才剛起步，所積累的應對城市問題的創(chuàng)意案例仍較有限，但課程從解決城市實際問題出發(fā)，產(chǎn)出創(chuàng)新研究成果，為高校傳統(tǒng)教學模式的創(chuàng)新探索提供了新的思路。

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作者簡介：張樂敏，廈門大學建筑與土木工程學院，助理教授，博士。

張若曦，通訊作者，廈門大學建筑與土木工程學院，副教授，博士。

基金項目：國家自然科學基金，No.51808472;教育部協(xié)同育人項目，No.202002111075，No.202002193014，No.202002193001。