智慧城市循环产业创意教学研究

张乐敏 张若曦

摘要：重视循环经济的发展是目前加速实现碳中和目标的切入点之一，而培育智慧循环的城市创新产业是建构低碳型社会的重要举措。面对当前的现实需求，高校也需要在教学创新上进行回应。以高校智慧城市循环设计创意工作坊的教学组织为出发，通过有效地将产、学、研融合形成有机创新体，达到培养学生、研发循环产业新技术及促进城市循环产业发展的目的。以社区共享农场设计创意工坊的教学活动为例，分析了创新课程中对智慧城市建成环境和城市给养的融合研究，研发出“智慧社区共享菜园”系统，并对本期创意工坊的研究成果和经验进行总结，力求对推动未来低碳循环社会的建构和发展提供参考。

关键词：智慧城市;智慧社区;低碳城市;共享菜园;智慧种植

中图分类号：F293 文献标识码：A

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

1 引言

经历40余年的经济快速发展，我国成为了全球最大的产品制造国和出口国，也成为了全球最活跃的数字智慧经济体之一。然而，高速发展也使我国的资源、环境和社会等压力与日俱增，特别在经济发达的城市地区，所面临的问题尤为严峻。2017年国家发改委发布了“循环发展引领行动”，以产品的再设计和循环共享理念为核心，提出构建、完善和强化循环型产业发展体系的重要举措。研究表明，我国早在15年前就已成为推行循环经济的领跑者，在推动资源提效、污染治理和工业生态建设等方面取得了积极的进展。因此，我国城市也被认为是在全球研究如何协调经济发展和人居环境提升的最重要的舞台之一。

本研究以高校循环设计创意工作坊的教学组织为出发，融合产、学、研形成有机创新体，目的是培养学生更好地认识智慧循环城市，探索实现未来绿色可持续发展的重要途径。本文重点以低碳社区共享农场设计教学为例，培养学生理解未来智慧循环城市中社区居民的发展需求，认识到将循环经济设计融入社区生活，可以促进实现更加清洁、健康和生态的高品质城市环境。

2 智慧循环城市研究的内涵和热点

循环经济（Circular Economy）的思想本质源于生态经济，它要求运用生态学规律而不是机械论规律来指导人类社会的经济活动。循环经济是一种具有再生性和修复性的生态经济模式（高晓明、许欣悦等，2019），认为环境中没有废物而只有被错置的资源，因此，该模式为源源不断地创造经济价值提供了新的机遇。1966年美国经济学家肯尼思·鲍尔丁发表了《一门科学——生态经济学》，为循环经济的产生和发展奠定了理论基础（李宇、董锁成等，2012）。20世纪70年代人们为了减少废弃物的产生，开始关注废弃物产生后的治理，该处理方式被称为末端治理模式（包英姿，2004）;80年代后，人们逐渐认识到废弃物其实具有资源化属性，于是普遍开始关注利用全过程的控制模式来减少废弃物的产生（陆学、陈兴鹏，2014）。随着可持续发展理念兴起，我国、德国、日本和美国为代表的发达国家开始把建立循环产业体系作为实现社会可持续发展目标的重要实现途径（薛冰、陈兴鹏等，2011）。

90年代后，循环经济的概念被引入国内，经历了近30年的实践和理论发展，取得了令人瞩目的成绩。从近15年的研究文献数量来看：循环经济的研究大部分在生产领域，多聚焦于工业，集中于对产业生态循环工业园区的探讨，其次是农业，再次是服务业，对于消费领域的研究较少。而针对于消费载体研究主要集中于旅游业，对于绿色循环消费的探讨还较少。近5年来，关于垃圾分类回收利用的研究也逐步兴起，受到了政府决策层和学术界的高度关注，可以说是当前循环经济研究的热点领域之一（邹细霞、陈海旭，2015）。在建设智慧城市的进程中，数字信息技术的运用在降低环境污染、减少能耗、实现产业循环和资源共享利用等方面产生了重要的影响（张乐敏、张若曦，2020）。对资源进行更为合理的调配，可作为可持续社会实现节约循环建设的重要途径和实践（张若曦、苏腾，2018）。

研究發现，目前关于智慧循环城市的理论模型研究多以3R原则为核心理念，即减少原料（Reduce）、重新利用（Reuse）和物品回收（Recycle）（韩宝平、孙晓菲，2003）。而文献研究热点主要集中于四个领域，分别是智慧建成环境、智慧移动交通、智慧城市给养和智慧回收工业产品（见表1），也较常出现四个领域的交叉研究趋势，在未来循环城市体系建设中具有巨大的潜能。对于高校教学而言，有必要通过产学研一体化的合作研究模式，通过不断举办创意教学工作坊的方式深入进行研究、学习、探讨和实践。

3 智慧城市循环设计创意教学工坊的建构

智慧城市循环设计创意工坊，是厦门大学建筑与城市规划学科“未来城市”系列课程体系中产学研相结合的重要的创新互动教学平台。该课程旨在聚焦智慧循环城市体系中的热点问题，选择主题、尝试通过设计研发对循环城市中复合问题进行解决，重点以智慧建成环境为中心，从智慧移动交通、智慧城市给养和智慧回收产品三个交叉角度进行创意拓展及融合设计（见图1）。往期的主题选择包括：在智慧建成环境与城市给养的交叉视角下，确定社区共享农场的设计主题;又如在智慧建成环境与移动交通的交叉视角下，确定了智慧长照3.0——银发社区互动碰碰车系统的设计构思等。

在确定创意工坊的主题后，课程有计划地向在校学生社群、教师、行业专家和创新企业进行参与者招募，课程活动为期6周（每周1天），常利用第三学期或者周末时间进行互动探讨。过程中，首先通过循环理念、现场参观和案例探讨的方式进行课程热身;随后，通过桌游的形式让参与者在轻松的氛围下，从不同维度对主题内容进行挖掘和发表意见，积极寻找循环的创新解决方案;最后，以实作的形式进行多方协作，将创意设计转换为具体的产品或系统的解决方案。课程之后，通过参与全国智慧城市创意设计竞赛，积极与企业合作将创意成果推向市场，探索产学研的融合实现，推动智慧城市循环产业的教育创新。

4 以社区共享农场设计为例

4.1 教学目的

本文选取在智慧建成环境与城市给养的交叉视角下，针对低碳社区共享农场设计主题的教学进展及成果进行研讨分析。该主题的选取是基于城市生态给养的视角，思考如何在城市有限的建成环境中扩大绿化面积，改善人居环境的同时自给清洁健康的农产品，降低对外界的供给依赖。与此同时，主题也关注于现在城市社区邻里间人际关系淡漠的问题，社会分工的细化及网络平台的飞速发展均增加了人们的远距离交往，如何才能增进交往、重拾社区活力也是值得关注的重要议题（张若曦、喻苏婕，2020）。

本创意工坊的课程设计基于循环经济的创意再设计理念，通过信息技术构建都市智慧循环农业系统，在智慧建成环境和城市给养的视角下，结合共享经济与智慧城市的建设经验，让参与者通过不断的讨论，将互联网技术与农业种植技术相结合，逐步提出建设智慧社区中共享菜园系统的思路与解决方案，以营造一个绿色健康、富足便捷、生态和谐的城市社区环境为目标。

4.2 研究框架

创意工坊通过组织参与者进行现场参观、讲课和讨论，以及对社区居民的问卷调研和访谈，逐渐探索出适合当前城市居民生活需要的智慧化改造的应用专案，基于类似案例对项目进行系统梳理和论证，提出具有可行性的初步概念方案，再利用城市生态学、建筑学、植物学、工业设计及软件工程等多学科技术体系为支撑，对项目进行深入的产品设计、技术设计、运营测试和评估（见图2）。

4.3 案例讨论和调研

4.3.1 案例讨论

案例讨论可以帮助参与者拓展思维，获得创意灵感。创意工坊首先组织专家学者对碳中和、共享经济和共享农场等相关主题案例进行研讨，参与者及时对感兴趣的问题深入地互动交流，从多个维度讨论并尝试分析问题和解决问题。其主要内容有：共享经济概念的发展、Uber的盈利模式、Airbnb的成功之處、各类型共享农场的成功经验和做法等（见表2）。最后，创意工坊还组织参与者对社区共享农场所可能采取的工作模式进行探讨，包括从农场到用户（F2C）的直采模式、共享按需农业模式和垂直农场模式等。

4.3.2 居民访谈与问卷调研

工作坊为了更好地了解厦门当地居民对于社区共享农场（菜园）的需求，进行了现场访谈和问卷调研。发放问卷共260份，其中有效问卷243份，无效问卷17份。通过调查数据分析（见表3），工作坊初步了解了社区居民的基本情况与对共享农场的需求。

4.4 创意成果介绍

在经过了学习讨论环节后，创意工坊的参与者基本掌握了当前厦门城市建成环境的特点和城市给养建设中的难点。随后，创意工坊开始进入创意设计阶段，经过第三周8轮持续激烈的探讨，大家认为最好的解决办法是设计一套“智慧社区共享菜园”系统，利用城市的闲置建成空间来解决城市给养问题。在随后的3周内，参与者们充分发挥多专业融合协作的优势，对“智慧社区共享菜园”系统进行了全面的产品设计实作、Arduino多传感器编程调试和数据平台搭建，重点解决产品的系统构成、智慧种植模块和面向用户的定制化设计等难点。

4.4.1 产品系统构成

该系统由线下和线上两部分组成，线上部分由“智慧菜园”手机APP，智慧种植指导和城市蔬菜共享平台三个模块构成，线下部分由菜园建造、蔬菜培育、收获共享、智能检测与物流仓储五个模块组成。

在初步完成的系统上，用户可通过APP线上申请菜园，寄送种植装置自行安装，也可线上预约技术人员上门指导。装置内置智慧监测晶片和WIFI，监测植物生长指标并关联线上帐号实施跟踪。在种植过程中，用户可随种、随采、随吃，也可在线上学习种植教程，分享种植拍照，如果蔬菜吃不完，可线上发布分享资讯，邻里用户可在线预约上门取菜，促进线下的社区活动，亦可选择城市配送，将蔬菜归到城市集中蔬果仓储中心，预约配送到社群用户（见图3）。

4.4.2 智慧种植模块

本创意设计的重点是智慧种植模块与城市社区建成环境的融合。工作坊从城市中最常见的住宅楼屋顶空间入手，将果蔬生产和居家生活功能进行深度的融合设计。屋顶果蔬生产部分由无土栽培的种植盒、可灵活组装的架空物架、景观水池、太阳能板等模构成;屋顶居家生活部分则由泡茶休闲、儿童游乐、衣物晾晒等模构成（见图4）。其中架空的无土种植盒和植物蔓藤可为生活休闲功能提供遮阳避雨的空间，而部分生活有机垃圾可以循环处理为植物生长的养料，使生活和种植两者相互补充。

4.4.3 面向用户的定制化设计

在工作坊的进一步研发探讨中，建筑学、城市规划和房地产开发方向的参与者普遍认为，住宅面积占城市建成空间的60%以上，城市阳台是城市最普遍的住宅建成空间形态之一，是城市社区中最适合用于利用发展智慧共享种植产业的空间，系统需要在屋顶露台种植模块的创意基础上，需要面向用户对阳台空间进行定制化的设计。于是，工作坊及时组织人员进行技术攻关，根据调研时获取的不同年龄段的用户需求分析，最终设计出儿童导向型、中青年导向型和老人导向型的智慧种植阳台设计，使得智慧社区共享菜园系统能尽可能满足多元的城市住宅空间的共享种植需求（见图5）。

4.5 应用前景探讨

创意工坊最后一周，邀请感兴趣的社群居民参与“智慧社区共享菜园”系统的体验，再针对产品应用前景和进一步研发进行深入探讨，得出了如下结论：

（1）屋顶绿化与阳台绿化将成为一个新的城市增长点，该创意产品的市场发展前景广阔，未来的农业生产模式有望不再受限于农村或城郊大规模的片区种植模式，城市中分散点状种植模式将为未来蔬菜供应提供有力的补充。以厦门市为例，目前城市建成的阳露台面积约50平方公里，如按照调研数据有50%的居民愿意参与“智慧社区共享菜园”系统，将为厦门市创造近25平方公里规模（即25000公顷）的城市果蔬种植。当这些用户将种植的蔬菜通过“智慧菜园”线上共享平台流入市场之后，厦门有相当一部分的城市蔬菜给养可就近解决，在社会生态、经济减碳的效益上均十分明显。

（2）智慧社区共享菜园可发展为一种负碳排放技术，减少运输和储存中的碳消耗，与此同时，种植植物将大气中的碳固定在生物和土壤中，可进一步加工为储碳材料。

（3）智慧模成本高，需要控制产品成本。该系统能有效解决城市中许多问题，然而与许多智慧城市建设专案相似，由于智慧模块的插入，可能会造成系统成本提高，这或许会导致部分居民购买意愿降低，如果能很好地控制成本，将有助于产品的推广。

（4）系统界面设计需要简洁、易操作，以适应不同人群的需求。在系统正式开发与建设时，应注重成本控制与系统对不同年龄层级人群的友好度，需要同时考虑对不熟悉手机操作的老年人和小孩参与便利性。

（5）要考虑项目的美观性，以适合不同城市风貌类型。阳台与屋顶的花园建设受有关部门对城市风貌的管控，在进行建设时，如果能与不同城市风貌类型相协调，或能起到美化城市立面的效果，项目会更容易获得政府和居民的支持。

（6）要保证项目的安全性。产品在户外安装时，要特别注意安装的便利性和安全性，需要考虑多种安全固定方案。产品结构需经过严格的力学计算，要能应对各种极端气候条件下产品的稳定性，保证人身安全。

5 总结

基于智慧城市循环产业的创意工坊教学研究，在未来城市的循环产业的再设计和技术创新中具有重要作用，是一种对产学研结合的新模式探索。课题组通过定期举办智慧循环城市设计创意工作坊，已培育学员近百人，产生创新课题和项目近20项，申请智慧城市相关国家发明专利近10项，其中有两项在中国研究生智慧城市技术与创意设计大赛中分获一等奖和三等奖，对于推动我国未来城市、智慧循环城市和低碳城市等方面研究有一定探索價值。虽然本研究才刚起步，所积累的应对城市问题的创意案例仍较有限，但课程从解决城市实际问题出发，产出创新研究成果，为高校传统教学模式的创新探索提供了新的思路。

参考文献：

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2003.01

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7.张乐敏 张若曦 殷彪.BIM在建筑全生命周期中的仿真模拟应用与趋势.城市建筑.2020.357

8.邹细霞 陈海旭 樊云龙. 国内循环经济载体研究综述.再生资源与循环经济.2015.08

作者简介：张乐敏，厦门大学建筑与土木工程学院，助理教授，博士。

张若曦，通讯作者，厦门大学建筑与土木工程学院，副教授，博士。

基金项目：国家自然科学基金，No.51808472;教育部协同育人项目，No.202002111075，No.202002193014，No.202002193001。