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随着城市的规模和密度不断加大，电力、供水、交通网络不断扩张，我们需要更多的电脑帮助我们了解和管理这个世界。要做到这一点，并且保证让人类掌控一切， 的方式就是化繁为简。

大布赖滕巴赫是德国图林根森林地区一座风景如画的旅游小镇。它还是如今革命性、最复杂的能源工程的一部分。但当地2700个居民却不这么认为。对他们来说，大布赖滕巴赫称得上声名显赫的一点，就是培育了德国冬季运动的传奇人物曼努埃拉和亨克尔，两人均曾在各自的项目上获得奥运会和世锦赛 。

上图：大城市中，供水、能源和物流等基础设施相互交织。

但是，一段时间以来，大布赖滕巴赫一直“阴云密布”。究其原因，是联邦政府决定逐步让可再生能源发电取代现有的发电系统。随着德国最后一座核电站于2022年退役，德国绿色电能的占比将在2020年达到35%，2050年更是要达到80%。“这将导致电力行业 的重大调整，其复杂度也。”德国能源联邦署主席Stephan Kohler说道。使这项宏伟计划如此复杂的原因是，它需要大量的可再生能源、新的电网技术、新的蓄能系统。

对于这个小镇上的居民来说，这就意味着同意在自家门口架设一条输电干线。这条线路将把德国北部风电场的电能传送给南部的电力用户。如今，本地居民的反对浪潮高涨，还成立了行动小组。但是，从更广泛的范围来看，国家能源链的每个环节——从北海的海上风电场，到图林根小镇，再到打造绿色未来的愿景——都是息息相关的。“正因为如此，所有这一切才变得这么复杂。”Kohler指出。

对于自身在德国能源改革中应发挥的作用，大布赖滕巴赫的居民可能有一种偏见，但是400公里以外南部民众的积极性却异常高涨。比如，在巴伐利亚Allgau地区的Wildpoldsried村，2500名居民建立了让其他小镇羡慕的可再生能源经济模式。借助光伏电池板、生物质分解器和风电场，Wildpoldsried能够产出两倍于自身需求的电能。这一系统的不足在于，能源盈余给当地电网造成了很大压力。根据阳光强度和风力大小，该地区30分钟内的电能输出波动可达40兆瓦。

为了提高电网的稳定性，Wildpoldsried最近的电力公司——Allgauer Uberlandwerk正与西门子合作对新技术进行试验。他们研究的主要课题是，在可再生能源并网发电后，如何利用智能电网系统协调电网内部的复杂过程。他们正在对软件代理支持的自动化技术进行测试，以便管理电力流动并实现电力供需平衡。下一阶段，该项目还将纳入32辆电动汽车供Wildpoldsried居民租用。车辆的电池可暂时存储盈余的电能。

现代生活的其他方面同样面临着复杂度不断提高的挑战。例如，在城市中，不同的基础设施相互交织，组成了一个复杂的网络。随着使用这些网络的人数越来越多，具体化地描绘并预测网络的运行越来越难。到2015年，全球各地至少有25个人口过千万的特大城市。最大的蚁巢有200万只蚂蚁，但其复杂程度和人类城市相比也不过如此。在这种复杂的系统中，即便是轻微的变化也会产生重大的影响。比如，修建一条地铁线可能对周边的电力、燃气、饮用水供应系统产生巨大的影响——更不用说对当地居民的影响了。迄今为止已被证实的一点是：预测这种互动及其影响的难度极大。这也令很多城市规划者感到遗憾。

模拟城市。西门子中央研究院（CT）的工程师们正试图揭示这些复杂的相互依存关系。为此，他们已经开发出一种软件平台，可以创建一个完整的虚拟大都市，这样工程师就可以规划并模拟基础设施的变化调整。只需轻点鼠标，科学家们就能创建大街小巷。软件可以显示出新的建筑工程会对周边街区产生怎样的影响，包括可能发生的交通拥堵，以及对地区能源平衡的影响等。研究人员还使用该软件来推断社会经济指标的变化，如就业率、人均经济产值等。西门子的研究人员还计划将本地建筑规范以及能效要求纳入模拟，另外还会考虑诸如气候和人口变化等长期因素，这都会对建设方案产生影响。

从地表上看，城市已经够复杂了，但是真正的挑战往往潜藏在地表以下，因为在这里，众多水管交错形成的迷宫像巨大的蜘蛛网一样绵延不绝。随着城市不断扩张，它的管道迷宫也在不断扩张——由于渗漏造成的问题也会日益严重。例如，伦敦的供水管网长达三万公里。即便是富裕的城市也深受管网漏水的困扰。伦敦供水管网渗漏量降低百分之一，节省的水就够22.4万人使用。

在发展中国家，情况就严重多了。世界银行的统计表明，每天由于管道渗漏造成的漏水量高达4500万立方米。除这种浪费外，还有水质下降问题，因为污染物可通过管道的裂口污染饮用水。要想准确查明渗漏位置，难度很大，而且代价不菲，主要是因为流量计和类似检测设备的数量不足。

西门子工程师已开发出一套系统，能够自动检测到大型管道网络中最为细小的裂缝。该系统对不同的网段在用水量最低的时段进行检测，比如夜间，这样就可以得出各自的参考值。如果这种用水量突然猛增，就说明存在渗漏现象，系统就会发出警报。

智能技术不仅能用于监测饮用水的供应，也可用来缓解交通压力。在某些地段，车辆的数量剧增，有可能阻塞街道。比如，印尼首都雅加达的街头就有将近700万辆车，每天还有1100多辆新轿车或摩托车加入这个车辆大军。雅加达为交通拥堵付出了沉重的代价。根据印尼大学环境专家Firdaus Ali所做的一项调查，堵车给这座城市带来的经济损失高达每年30亿美元左右——根源在于由此造成的生产率损失，此外恶劣的空气质量还导致医疗成本不断攀升。

尽管如此，我们依然看到希望的曙光。比如，对于中国武汉的850万名居民来说，道路交通最近有所改善，原因之一是引进了西门子精密的交通管理系统。全市共有420个十字路口、岔道口和转弯处安装了摄像头，用于监控车流量。它们采集的数据被传输至控制中心，电脑据此计算出红绿灯的 转换时间，从而尽可能避免形成交通拥堵和其他道路交通障碍。

柏林也在使用西门子的数字化技术控制交通流量。德国这座最大的城市于2005年就开始应用世界上 先进的交通管理系统。它能够根据当前的交通数据和不同时段，自动控制全市1700多个红绿灯以及300个交通流量指示牌。

力求简单。道路、饮用水以及电力网络的规模和复杂度都在不断加大，因此更需要能够评估当前条件并相应优化其功能的传感器和计算机。就广义的机器对机器通信而言，市场研究机构IDC的分析师预测，到2015年将会有150亿个智能设备实现联网，而到2020年这一数字预计将增长至500亿。这种潮流也提出了一些新挑战，比如，如何尽量使这些设备简单直观且易于操作，同时还要确保它们不易被  袭击。全面满足所有这些需求是一个艰巨的挑战。对此，西门子中央研究院实用性实验室的研究人员提出了几种办法，可以使复杂体系简便易用。他们开展的研究项目大到CT扫描仪，小到简化电动车充电过程的新应用。

尽管如此，要实施诸如大布赖滕巴赫附近的架空输电线路这样的大型项目，所需要的可不仅仅是简单。瑞士人用行动说明，不管多么南辕北辙的观点都有可能得以调和。Aargau州建立一个废品回收中心的计划，最初遭到当地居民的强烈抵制。但是在咨询程序结束时，连受影响最大的社区都赞成这个项目。当局使用的“计谋”就是让居民自己做决定。