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智能城市來啦！隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等智慧化信息技術(shù)的全面高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，智能城市已漸漸成為未來發(fā)展的必然趨勢，現(xiàn)在全球多個城市都爭相建設(shè)智能城市，有的已嶄露頭角，顯現(xiàn)雛形，例如在中國香港，智能化已悄悄融入居民生活，給人們帶來了諸多便利和享受，還有很多無限可能在向我們招手。智能城市是由很多智能部分組成的，如智能街道、智能馬路、智能交通管控、智能路燈、智能服務(wù)等等。
鋁：作為城市智能設(shè)施建造材料
大有可為
鋁及鋁合金由于具有一系列的特異性能，可在智能城市建設(shè)中大顯身手，發(fā)揮其獨特優(yōu)勢。它的主要優(yōu)點有資源豐富，價格合理，鋁在地殼中的平均含量為7.5%，僅次于氧與硅的，居第三位，為金屬中的老大，可謂是取之不盡，用之不竭。
4噸優(yōu)質(zhì)鋁土礦能提取1噸原鋁，2噸氧化鋁方可提取1噸原鋁。中國鋁礦石以一水硬鋁石型為主，三水鋁石型鋁土礦僅占少量，主要分布于河南、山西、貴州、廣西等地。鋁的價格雖然比鋼的要貴得多，但仍是非常合理的，用鋁代鋼制造各種零部件與裝備可取得很好的經(jīng)濟效益和社會效益，且可回收利用。目前，鋁材在部分產(chǎn)業(yè)中，已是性價比最高的金屬材料了。
在各種常用金屬中，鋁的密度為2.7g/cm3，僅比鎂的1.74g/cm3大55.2%，卻只有銅8.96g/cm3的30%，鋼7.8g/cm3的34.6%。因此用鋁材制造各種裝備與結(jié)構(gòu)可以取得很好的節(jié)能減重效果，可以相應(yīng)地減少溫室氣體排放，保護青山綠水、清新的空氣。同時，在制造交通運輸裝備與結(jié)構(gòu)件時尤顯重要，是既環(huán)保又高效的制造智能設(shè)施的最佳材料。

鋁有良好的導電、導熱和反光性能，鋁及鋁合金的傳導性能僅次于銀，它們的電導率相當于國際標準退火銅（IACS)的62%~65%，約為銀的50%，如果對相等的質(zhì)量來說，鋁的導電性能是超過這兩種金屬的。
鋁沒有低溫脆性，有極好的低溫性能，它的抗拉強度Rm與伸長率A均隨著溫度的降低而相應(yīng)地均衡上升，絕大多數(shù)鋼與其他金屬均有低溫脆性，也就是說，它們的強度性能隨著溫度的降低而上升，但伸長率、塑性與成形性能卻反其道而行之。鋁結(jié)構(gòu)件與設(shè)施可與北極熊為伍，可與企鵝為伴，面對嚴寒風雪而怡然自得，即使溫度低到-200℃仍很強韌。
在城市智能設(shè)施建設(shè)中，鋁材的高抗腐蝕性能也起著很重要的作用，使鋁材成為可選擇材料的首選。在空氣中，鋁及鋁合金的表面會迅速形成一層很致密與堅固的氧化鋁薄膜，厚0.005μm~0.015μm，比蟬翼還薄，而成為本體鋁的天然保護層。此外，還可以采用陽極氧化法、電泳凃漆法或噴涂法在鋁材和鋁制品表面形成厚實的色彩斑斕、流光溢彩的色調(diào)，設(shè)計出美輪美奐的城市設(shè)施。
廢鋁與到期報廢的鋁結(jié)構(gòu)件、鋁設(shè)施有很強的可回收性，比其他任何結(jié)構(gòu)金屬材料的都強，鋁建筑結(jié)構(gòu)與城市設(shè)施的設(shè)計使用期限一般為30年，到期后可回收97%，無法回收比例甚低，廢鋁價值高，可達重熔用鋁錠價格的70%以上，廢鋁重熔的燒損低于3%，所以鋁結(jié)構(gòu)與鋁用品每循環(huán)一次的損失僅約5%，所以1噸鋁要經(jīng)過上百次循環(huán)，幾千年時間才消耗殆盡，變成其他物質(zhì)。
大量數(shù)據(jù)與試驗顯示，在常用結(jié)構(gòu)金屬中，廢鋁重熔能耗與原鋁提取能耗之比是最低的，鋁的回收損失率還不到5%，而其他金屬的都比此數(shù)大得多。
有人說：“回收1噸鎂的能耗大約是提煉1噸鎂的5%左右，如果是鋁回收大概是7%到9%，鋼是20%左右……”這種說法值得商榷。當前在工業(yè)生產(chǎn)中，提取鋁的工藝只有電解法；而提取鎂的工藝有電解法和熱還原法，用這兩種方法生產(chǎn)的鎂大致分別占30%和70%，中國多用熱還原工藝，怎么提取1噸原鎂的能耗占95%，而回收1噸廢鎂的能耗為原鎂能耗的5%呢？因為生產(chǎn)原鎂有兩種工藝，所以說回收復化生產(chǎn)1噸再生鎂的能耗分別為電解法熱還原法生產(chǎn)原鎂能耗的百分之幾，這是值得商榷的內(nèi)容之一。
2017年全世界生產(chǎn)的原鋁的99.9%以上都是用電解法提取的，中國重熔用錠的平均交流電耗為13577.15kwh/噸，直流電耗為12916.15kw/噸。不知道7%~9%是怎樣計算出來的。提取1噸原鋁與生產(chǎn)1噸再生鋁的能耗及溫室氣體排放見表。
由表中所列的數(shù)據(jù)可見，提取1噸原鋁的能耗為213GJ，而回收與復化生產(chǎn)1噸再生鋁的能耗為10.4GJ，后者的能耗與前者能耗之比（10.4/213GJ）為4.88%，還不到5%，溫室氣體的排放率715/17000kg則更低，僅為4.21%。因此，鋁是一種實實在在且名副其實的綠色金屬。
鋁及鋁合金有良好的加工成形性能與可切削性能，可加工成各種各樣的半成品如板、帶、箔、管、棒、型、線、粉、鍛件等，還可制造成種種零部件與鑄造出形狀復雜的鑄件及壓鑄件。
鋁：使路燈成為“孫悟空”
大顯神通
2017年，美國芝加哥、日本東京、我國北京和我國臺北等地都建成了一些智能路燈，有些地區(qū)甚至整條街都智能化了。
什么是智能路燈，請看看圖2的智能路燈功能示意圖，它把城市的各種管理功能都集中到了一根路燈桿內(nèi)，實現(xiàn)了一根桿多能，成了現(xiàn)實中的“孫悟空”，集智能照明、移動網(wǎng)絡(luò)信號發(fā)射、視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、城市應(yīng)急廣播、PM2.5智能感應(yīng)、環(huán)境監(jiān)測、電動汽車充電等于一桿。還可收集城市管理所需要的各類型數(shù)據(jù)，例如收集天氣信息，可檢測一天內(nèi)的微氣候動態(tài)與變化；收集路況資料，有助于調(diào)控交通信號燈、疏導人流車流等；無線網(wǎng)絡(luò)還可提供WiFi熱點及5G小基站等。
環(huán)保和高效是智能路燈的主要特點和優(yōu)勢，它的光源為LED，夜間照明發(fā)出柔和的白光，并且可以根據(jù)路況（車流、人流、氣象等）自動調(diào)節(jié)光量，做到按需發(fā)光，可比常規(guī)路燈節(jié)能60%以上，而且對路燈的維護極為方便、及時與有效?？梢詫γ總€單位路燈在電腦上進行監(jiān)測和監(jiān)控它們的運行情況，更可省去夜間巡檢，人工工作量可以大大減少，而且很精準。
燈桿下方裝有攝像頭，可以監(jiān)控保安狀況與車輛，收集所在地區(qū)的人車流量數(shù)據(jù)，具有大數(shù)據(jù)的采集和運算功能。燈桿上的多種感應(yīng)器各司其職，負責采集環(huán)境數(shù)據(jù)，如氣象數(shù)據(jù)、噪聲、空氣品質(zhì)等，還有區(qū)域的溫度、濕度、風向、風速、PM2.5等一一顯示在燈桿旁的電子屏幕上，過往行人一目了然，監(jiān)控單位一看便知。

無線網(wǎng)絡(luò)的WiFi熱點或5G基站則裝于燈桿頂端、電動車充電樁位于燈桿最下部。移動網(wǎng)絡(luò)信號一旦打開，行人只要走到燈桿的一定距離內(nèi)，打開手機端WiFi，就能免費連接上網(wǎng)。通過手機APP軟件可為電動車預(yù)約充電，既方面又快捷，真是一種享受。
據(jù)了解，中國香港從今年起，將在銅鑼灣、中環(huán)、尖沙咀等區(qū)域安設(shè)400~500盞智能路燈，世界上許多一線城市也有這種意向，智能城市真的悄然無聲地來了。
在智能城市建設(shè)中，首先是街道與馬路的智能化，而路燈的智能化首當其沖。鋁合金是制造智能燈桿的最佳材料，具有最高的性價比。
智能燈桿可分為三段，下段為等徑厚壁管，長度視需要而定，一般不宜超過3m；中段為變斷面管材，長段約2m；上段為變斷面管材，長度視需要而定，但不宜超過5m?？捎?063、6061、6N01、7N01合金擠壓。6N01是一種Al-Mg-Si系的日本合金，它的化學成分（質(zhì)量%）：Si0.40~0.9，F(xiàn)e0.35，Cu0.35，Mn0.50，Mg0.40~0.8，Cr0.30，Zn0.25，Ni0.01，其他雜質(zhì)單個0.05，合計0.15，（Mn+Cr)＜0.5，其余為A1,6N01-T5合金的典型抗拉強度275N/mm2比6063-T5合金的185N/mm2大48.7%。
7N01合金也是一種日本合金，它的成分（質(zhì)量%）:Si0.30,Fe0.35,Cu0.20,Mn0.20~0.7,Mg1.0~2.0,Cr0.30.Zn4.0~5.0,Ti0.20,V0.10,Zr0.25,其他雜質(zhì)單個0.05、單個0.15，其余為A1。材料狀態(tài)有T4、T5、T6，各種狀態(tài)7N01合金擠壓材的力學性能如下表所列，比6xxx系合金的大得多。
下段管材的直徑max320mm，但要在其上加工出各種不同形狀與尺寸的孔，以便安裝各種智能設(shè)備與導線，所以只要有75MN的大擠壓機與深加工設(shè)備的擠壓企業(yè)，如有生產(chǎn)智能燈桿的意向，不妨與一線城市的城建設(shè)計單位與城建建設(shè)部門聯(lián)系，共同開發(fā)與推廣鋁材在智能城市建設(shè)中的應(yīng)用。
鋁：將在智能交通建設(shè)中
大顯身手
當前，全世界都在建設(shè)智能交通，交通的含義極為廣泛，上至航空航天，下至地面的各種水陸交通，本文所指的僅是高速公路，它不過是冰山的一角。筆者在此說的智能街道與高速公路，就是把“光伏路面”與智能化的高速公路合二為一。2017年9月，中國首條“光伏公路”在山東濟南面世，這段試驗性的光伏路面雖然長僅1.12km，卻向人們展示了未來交通——智能交通時代的璀璨前景（圖1）。這段光伏公路是在上海同濟大學交通運輸工程學院張宏超教授團隊的設(shè)計與指導下建設(shè)的，太陽能光伏發(fā)電設(shè)施位于路面之下，可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電，發(fā)電量相當可觀，而且路面是用特殊材料制成的，極為堅固，汽車可照樣在上面行駛，發(fā)電量足夠，除自用外，還可以往電網(wǎng)輸送一部分。如果在路面下安置電磁感應(yīng)線圈，電動車在上面行駛時，還可以一面疾馳，一面充電，實現(xiàn)了無線充電，電動車可獲得如影隨形的充電服務(wù)。
光伏公路的奇思妙想是美國一對科學家夫婦于2006年提出的，還建造了一段試驗路，但由于造價過高未得到推廣。2016年12月，法國諾曼底的圖魯夫爾歐佩爾什鎮(zhèn)一條長約1000m、寬2m、單向行駛的“太陽能公路”投入使用，它的發(fā)電量28萬kwh，可供一個5000人口的小鎮(zhèn)居民日常用電。

注：資料來源：唐燦明。全球低碳經(jīng)濟發(fā)展推升中國鋁工業(yè)的核心競爭力【J】。中國鋁業(yè)，2014，b（186）：4-16.
2007年10月，在浙江蘭亭太陽能科技有限公司、中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所和清華大學智慧城市與智慧交通研究中心等多家單位的支持參與下，在紹興建成了一段可行駛200噸大型自卸車的光伏路段，這是世界上迄今承重最大的太陽能試驗道路。
在光伏公路建設(shè)中可用的鋁材多種多樣，光伏太陽能板的邊框和支架可用6063合金擠壓型材。此外，路旁的護欄與圍欄、房屋、指示牌、服務(wù)區(qū)的設(shè)施、燈桿、智能裝置等，都是鋁材可施展才華的地方。
光伏公路才起步，但前景寬廣，目前制約發(fā)展的主要因素是建設(shè)成本，只有建設(shè)成本降低到普通高速公路的1.5倍之內(nèi)，才有可行性；另外，日照是否充足也是必須考慮的，只有陽光照射充足的地區(qū)才非常適合。光伏公路建設(shè)所需的鋁材中國都可以制造，但這是一個新興的領(lǐng)域，也需要鋁加工業(yè)去推廣。