隨著全球暖化與城市化持續演進，不合理的城市建設與能源消費，使全球的城市面臨極端氣候與能源安全風險，陷入環境惡化與能源消耗不斷攀升的惡性循環。要實現智慧城市的高效、韌性和可持續發展，跨學科合作是必由之路，至關重要。
城市系統之間惡性互動的挑戰
城市微氣象、能源系統與建築部門是城市經濟與社會活動的基本載體。但只要其中一個系統的建設與運行管理不當，便可能引起其它系統的連鎖惡化。
這個問題會加劇城市的能源消耗與碳排放，例如密集的建築群容易引發城市熱島效應，過熱的天氣又會增加製冷需求。同時，空調設備的大量運行所排放的廢熱則會進一步抬升城市氣溫。此外，城市微氣象的惡化（如溫度升高、濕度變化、污染物增加、降水異常），和不合理的建築設計與營運，均會直接加重城市能源系統的負擔。
另一方面，這個問題也會使城市的健康與可持續發展面臨更大的挑戰。在建造、運營、維護和回收的全生命環節中，城市能源系統與建築部門均會直接或間接影響城市氣象系統。不合理的建築群設計與污染物排放可能會引發城市熱島效應、雨島效應、風島效應與污染島效應，進而在城市內部形成典型的微氣象問題區域。
此外，城市系統之間的惡性互動也會進一步加劇對城市韌性與可靠性管理方面的挑戰。由於城市氣象系統、能源系統與建築部門之間緊密互動，單一系統出現的風險與故障，可能會在多個系統之間傳遞和疊加。特別是在依賴高度集中化供能系統且擁有密集建築群的城市街區中，熱浪、內澇和颱風等災害會嚴重威脅能源系統的安全，並可能引發建築群內的連鎖故障。
推動跨區域協作
城市內的微氣候與能源系統，通常會因建築集群的分佈而呈現出明顯的分區特徵。不同區塊在建築功能、能源使用行為和微氣候特徵方面的差異，讓利用跨區域協作來應對共同風險成為可能。尤其值得注意的是，區域能源系統在供能類型、網架結構和負荷特徵具有明顯的互補性，能夠透過跨區域協作來增強能源系統的靈活性。
開發新興技術和方法
物聯網、大數據、人工智能等技術的發展，為學科交叉合作提供新的機遇。基於傳感與通信網路的數位孿生系統，為能源系統和建築部門提供了更智能、透明的管理平台；同時，先進材料與新型能源的研發，為解決學科交叉合作中的難題提供了創新的手段，例如將綠色相變材料與可持續冷卻技術用於建築設計中，能有助於緩解城市微氣候的惡化。
有效的政策引導
政策引導是推動城市中不同學科研究者跨領域合作的重要催化劑。政策能有效打破跨學科研究的利益衝突與知識壁壘、構建統一的信息共享與交流平台，並且形成長期可持續發展的目標引導與約束機制。同時，完善的政策能減少學科交叉合作時可能引發的社會資源分配不公、經濟不等和健康風險等潛在問題。
關注長期規劃
面對全球氣候持續變化，城市的規劃、建設、運營和管理需要更多具前瞻性的方法。未來的智慧建築將更加注重模組化、靈活性和智慧化，為居民提供更高效、舒適且可持續的生活環境。同時，智慧能源系統的發展將會更加注重區域分散自治、交直流混聯、高比例新能源集成和高效的需求側響應，從而實現更低碳和可靠的能源供應。
作者簡介
宋永華是澳門大學校長、智慧城市物聯網國家重點實驗室主任及電氣工程講座教授，英國皇家工程院院士，歐洲科學院（外籍）院士，國際電氣與電子工程師學會（IEEE）會士。他於1989年在中國電力科學研究院獲博士學位，長期從事電力系統分析與控制研究，在電力系統安全高效低碳運行方面做出了系統性、創造性的貢獻。
張振威是澳門大學智慧城市物聯網國家重點實驗室的電機及電腦工程博士生，2022年獲得山東大學電氣工程碩士學位，主要研究城市綜合能源系統的優化技術，領域包括分散式能源、靈活負載及微氣候的影響等。
惠紅勛是澳門大學智慧城市物聯網國家重點實驗室助理教授，2020年獲浙江大學電機工程博士學位。他的研究領域涵蓋智慧能源的運行優化、物聯網技術、電力經濟與碳市場、能源與環境交叉學科等。
文、圖： 宋永華、張振威、惠紅勛
來源：《澳大新語》第31期
「學術研究」為投稿欄目，內容僅代表作者個人意見。
