香港—从智能城市迈向智慧城市

香港自1960到70年代交通运输调查研究得出香港综合运输模型，1950年到70年代市区重建、扩展以及卫星城市开拓，与同期纺织、电子工业开展，又累积经验得出人口迁移的规律。以上两成果融合，得出土地发展模型。因此可以同步优化土地使用与运输规划，并按经济规律预测需求，订立新发展区的推行次序，每年检讨实际情况调整各项目的工程推行日程，更新各区人口预测，把基建系统与运输系统的知识有机结合。

随后的二十多年实践，证明根据上述新知识的一体化方式是有效的。以将军澳新市镇的建设过程为例：将军澳自1982年开始发展，规划人口变动了数次，现为45万。随着人口发展，现正再规划多条对外连接道路及新社区。将军澳新市镇的发展模式的变化，正说明基建系统与运输系统一体化的好处：首先，一体化使每一发展区的人均开发成本得以计算，制止了不符经济效益的开发区，避免过度开发令供求失衡。其次，一体化促进了在新市镇工程的规划及建筑科技的应用与发展，包括跨区平衡挖填，全面使用工程废料为填土，及引进了吸挖海沙技术及装置。两系统的规划结合后，促进了合理的财政管理系统，其后再发展成为全政府的资源配置计划。2000年后系统演进成可让公众参与。公众意见可反馈及改善系统，因此有利于逐步与管治系统一体化，以迈进智慧城市。例如现在信息开放和志愿工作者日增，有利信息的广泛应用。因此这趋势亦有利于解决经济主导的城市社会弊病的两大源头：贫富差距与人口老化。

水资源建设的智能化

在可见的将来，要迈向智慧城市，香港的基本建设，仍有待深度智能化。将ICT紧密地和创新科技结合，有效地优化现有资源，才可提升市民生活质素，与国际知识型经济接轨。然而要将创新科技和环境建设有机结合，谈何容易。首先，许多基建系统（例如供水系统），都牵涉到巨额投资，且每天每小时都在不断运行。大都市地少人口密集，并没有太多空间去做理论和实践的比较。另外，怎样运用新的海量数据科学，解决大尺度、多尺度的复杂、跨学科环境问题，将创新科技融入基建工程，去提升价值，推动管治系统的积极性，也是一项挑战。如：

智慧供水网络的挑战

香港有7700公里长的供水管系统。使用30-40年后，这些基建不免陈旧，时常有地下水管爆裂及渗漏事故，每年可多达2000多宗，一旦发生水管爆裂，对交通会造成非常严重的影响，浪费宝贵的水资源及能源。经统计，香港大约20-30%的供水被浪费，严重影响供水的稳定性和水资源的可持续发展。然而地下水管爆裂的成因，往往决定于在大尺度复杂供水网络里的水压波的传播，由于缺乏可用数据，机理含糊不清晰，在国际上也是一大难题。在未来的智慧城市，有望通过先进的无线传感器，用海量数据科学去克服这个大都市难题！

WATERMAN近海水质预报系统

香港拥有700多公里长的海岸线，其中包括有41个公众泳滩。在每年3月到10月的泳季，会有多达数百万人次的泳客前往泳滩畅泳、滑浪、划独木舟、以及进行其他水上活动。随着都市的发展和人民生活水平的提高，对环境的要求也越来越高。与环境密切相关的水污染、空气污染等问题时刻影响人民生活。香港每天有约185万立方米的废水流入海港，引起严重的污染、富营养化、赤潮和生态问题。在受污染的泳滩中游泳可以导致肠胃或皮肤疾病，因此保障泳客的健康至关重要。

现时，香港环境保护署定期在海滩抽取水样本，并依据抽样水质管理海滩。泳滩水质指标为每100毫升的样本不超过180个大肠杆菌。这个泳滩管理系统只根据过往数据（最近五个样本的大肠杆菌含量的几何平均数）去为泳滩评级，并没有预测的能力。而且每次采样相距约一星期，化学分析过程亦需要至少一天时间才得出结果，可是泳滩水质可以在一天的时间内大幅改变。因此目前的管理系统无法有效保障泳客的健康，或在无污染的情况下把泳滩关闭，浪费珍贵的泳滩资源。

为弥补现有泳滩管理系统的不足，香港大学在2008-2011年获香港赛马会资助近三千万港元，开发WATERMAN近海水质预报系统，除泳滩水质预报系统外，亦包括渔业管理及红潮预警系统，以及三维虚拟现实的环境风险评估系统。开发系统的难点在于海滩水质预报是一个大尺度、多尺度、跨学科的复杂环境问题。香港的水环境十分复杂，海滩水质受潮汐、风速、风向、太阳幅射、海水盐度、水温等物理因素影响，同时亦有多种污染源，包括邻近的广东省珠江、点源（如海底污水排放口）和非点源（如天然河溪）污染。要解决海滩水质预报的难题，除了对上述物理因素有深入认识，还要对大肠杆菌衰亡等生化因素作详细研究。

研发WATERMAN系统应用到水文、水动力及水质等先进数学模型，和每天的大量水文气象数据同化，利用考察和实验数据对模型预测进行大量科学验证。WATERMAN系统透过互联网和智能手机应用程序每日向公众发放香港16个主要泳滩水质的预报（图1）。该系统是国际上最先进的水质预报及管理系统之一，研究成果已于多个国际权威学术期刊发表。此外，WATERMAN的红潮预警系统能提供实时红潮风险预测及减灾建议，以减少对养鱼业造成的损害。

净化海港计划(Harbour Area Treatment Scheme, HATS)是香港有史以来最大规模的环境基建，把市区污水集中处理排放。2012年，香港政府渠务署邀请香港科技大学利用WATERMAN系统去研究优化HATS消毒剂（氯）的用量，以减少氯对环境的影响，节省能源及成本。WATERMAN泳滩水质预报系统将是未来智慧城市不可或缺的一部分，虽然获得国际同行好评，但完成一年多后还未被香港环境保护署正式采用，有待广泛普及。一般而言，没有和创新科技系统有机结合的管治系统不免过分依赖传统管理，缺乏动力去改变，亦对创新科技存有戒心。这种管治思维对香港迈向智慧城市和知识型经济的目标产生一定阻力。

智慧城市和创新科技

建设智慧城市有赖管治系统和环境建设及功能系统的有机结合及和创新科技的互动，才可应付现代都市化的步伐。将来，都市的资源将会主要用于把现有的城市体系深度智能化。香港为科研投入的资本并不充裕，只占GDP的0.79%，但在过去30年，随着政府对高等教育的投入，香港培养了一大批优秀的科研人才。这股雄厚的基础科研实力，从国际客观指标上可以反映出来，在建设智慧城市方面，可以大加利用。

要营造良好的建设智慧城市环境，需要在管治和科技教育系统上改革。近年来政府在许多和工程有关的决策上，缺乏对科技的深度认识，过分着重民意。虽然政府在提倡科技及产学研方面不遗余力，但在科技政策发展等方面，仍然严重缺乏方向感，须改善现状。因此香港工程科学院曾于2011年香港科技大学“科技政策论坛”上，提出了三点：设立一个局级的单位来推动创新科技，更有效地和国家许多科技政策及计划配合； 成立一个“工程裁仲处”，对重大工程的纠纷，请工程专家来作客观裁判；将香港工程科学院及同类组织，纳入政府的科技政策咨询体系。

香港工程科学界在过去60年完成了许多骄人的基建工程。往前看，大家都有共识，响应“创新驱动，转型发展”，抓住国家“十二五”规划良机，加速和内地各科研单位的合作，积极参与国家重大科研及建设计划，并以此协助区域经济转型。