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魔高一尺，道高一丈

諸如電網、數據高速公路和公交網絡等復雜的基礎設施，需要由精密的安全防護架構來提供保護。

華盛頓追擊。一股黑勢力正在張網追擊。他們的目標是劫持一名在警探約翰?麥克林（布魯斯?威利斯飾）護送下的證人。約翰?麥克林面臨的形勢不容樂觀。追擊他和證人的罪犯團伙侵入了華盛頓市的所有計算機系統。他們現在控制了交通網絡、電話線路和IT線路，因此能夠一面通過團伙指揮中心的巨型監視器掌握追擊對象的行蹤，一面將交通燈切換成紅燈，關閉地鐵線路，使整個市區陷入混亂之中。電影《虎膽威龍》中的一幕可以說是每位IT安全專家的噩夢。

位于慕尼黑的西門子中央研究院的IT安全技術領域負責人Johann Fichtner博士也看過這部電影。Fichtner和他的團隊負責協助西門子各個業務領域解決IT安全問題。“電影中的情景并非完全是無稽之談；理論上，黑客入侵可以使整個基礎設施系統陷入癱瘓。”Fichtner如是道。在機場、公交系統、飲用水和能源網絡、醫院以及數據網絡中，控制系統的復雜性和互聯程度越高，發生這種意外的風險也就越大。

由于諸多其他基礎設施均依賴于電力，所以電網首當其沖需要保護。對于智能電網而言，這一點尤為重要，因為未來智能電網將與眾多電力生產商、電力消費者及軟件系統密切相連。在這一領域需要制定和實施國際安全策略標準。“在此過程中，我們要著眼于整個智能電網，而不只是個別組件之間的連接。”奧地利維也納西門子自動化儀表和信息系統業務部（AMIS）的負責人Alexander Schenk表示。部署有AMIS系統的智能電網可以利用智能電表計量家庭用電量，從當地變電站收集用電數據，監視和管理電網，向控制中心發送數據，并將數據存儲在軟件中，然后由軟件生成電費單。所有這些功能和連接都不可避免地需要安全防護。已經部署AMIS的網絡，如上奧地利州（Upper Austria）和德國巴符州（Baden-Württemberg）的電網，均有軟件加密功能和協議來保駕護航，這些防護措施對于哪些模塊可以傳輸數據以及向哪里傳輸數據，都有明確的定義。“這種措施帶來了一種優勢，因為即使某個密碼被黑客破解，他們也只能訪問某個網段，而這個密碼可以通過軟件下載很快得到修改。”Schenk說道。在此類系統中，還可以視需要添加新的或擴展安全標準。

另一個問題是，越來越多的網絡和工業設施都在使用標準的操作系統，并且采用基于網絡的服務，這使得它們面臨著從任何PC都可以對其進行訪問的潛在風險。鑒于它們大多使用Windows或Linux操作系統，所以也具有易于維修的優勢。“不過也正是由于這個原因，它們與使用專門開發的軟件的系統相比，更易受到攻擊，因為其設置對黑客來說已是輕車熟路。”西門子中央研究院的專家Steffen Fries表示。

在未來，消費者家中的智能電表會將數據發送到互聯網，所以他們可以通過網絡應用程序來隨時查看其用電情況。但是如果黑客侵入中央服務器，他們便可以判斷出某個家庭或公寓何時未用電，從而事先窺探出家中何時沒有人在。

模擬小故障。不僅電網正日益成為高度復雜的系統；現今的高鐵網絡和新型地鐵線路已經采用軟件控制的機械和電氣推進系統，因而同樣十分復雜。因此，某一個模塊的故障可能會影響整輛列車。比如，如果電子系統無法正常關門，那么僅僅手動關上車門并不能解決問題。其他系統需要了解該問題，并相應調整自身的操作，這時其需要發出命令，允許列車在未接到顯示門實際已關閉的電子信號的情況下駛離站臺。針對每一種可以預想到的情景，專家們都必須繪制出故障樹形結構，描述出現每一種功能錯誤時應采取的應對措施。只有在針對每一種可以預見的意外情況完成此分析后，才能定義應對參數。

“我們以往必須針對每個新列車概念制定一個新的故障樹。”慕尼黑西門子中央研究院的風險管理與分析部負責人Martin Rothfelder說。但這樣又會出現另外一個問題，那就是每個國家都有其自己的鐵路系統安全標準。比如，法國的大部分列車門控制系統只能通過電子系統進行監控，但是英國的鐵路網絡通常還使用基于傳感器的附加安全架構，該架構通過總線系統發送信號。如此一來，證明系統是否具備故障安全功能變得更為困難。 Rothfelder的團隊利用標準軟件工具開發出一種程序，通過該程序可以在子系統中應用故障樹。技術人員只需要鍵入具體列車的一些變量，然后便可以自動執行故障分析。“如果某項提議的解決方案不夠安全，我們現在能夠更快地確定，然后告知研發團隊需要考慮其他解決方案。”Rothfelder介紹道。

為保護敏感系統抵御侵襲而設計的各種策略基本上都大同小異。其流程不外乎由專業人員對系統和需要的防護類型進行分析，定義安全要求，開發合適的安全架構，然后再付諸實施。據Fichtner表示，目前來看安全編程技術的測試和官方認證是大勢所趨。西門子中央研究院的研發中心是負責軟件研發的部門，該部門同時還在中東、歐洲和印度業務區提供不斷更新的安全培訓課程。用Fichtner的話說，這里的首要原則是：必須不斷檢查所有系統的新弱點。“那種認為現行系統不能動的觀點已然不合時宜。”

作者：Katrin Nikolaus

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城市的數碼縮影

不論是交通運輸系統、能源系統，還是建筑物、城市基礎設施之間總有著千絲萬縷的聯系，可謂牽一發而動全身。借助西門子打造的一個軟件平臺，可以更加輕松地掌控城市規劃的復雜性。

Bernd Wachmann博士是西門子中央研究院（CT）開展的“可持續發展的城市”項目的負責人，他在屏幕上打開了一幅衛星地圖，找到新澤西州普林斯頓近郊的一片草地。輕點鼠標，他在圖中插入了兩棟寫字樓。然后，他繪制了建筑平面圖，并添加了停車場和出入道路——在這個虛擬世界里，一座建筑綜合體便初具雛形。在Wachmann執行這些操作的過程中，圖像下方的條形圖顯示了諸如這些建筑物在不同時期不同時段的能耗、光伏系統將如何改善其電力均衡、可以容納多少人在里面上班、這些人的活動會對交通流和電網產生什么影響、他們將產生多少垃圾和空氣污染以及預計運行成本等數據。Wachmann解釋道，“這些數據不過是我們模擬的眾多參數中的一小部分，我們模擬的參數還包括諸如步行適宜性、電動汽車對建筑項目的電力均衡乃至人們生活質量的影響等。所有這些方面都可以被量化，從而被納入建模范疇。”

在此過程中，Wachmann使用的軟件平臺是西門子中央研究院的科學家們開發的“城市生活管理（CLM）”項目的一部分。CLM平臺是西門子美國研究院與西門子中央研究院的合作研發成果，城市數據評估則在柏林和維也納進行，西門子中央研究院負責提供基礎設施方面的專業知識。該項目開發并提供了用于全景式審視城市、模擬轉變造成的長期影響以及制定適當對策的解決方案。CLM為城市規劃者提供了一個預知其決策的潛在后果的簡便方法。借助該平臺，還可以輕松模擬“如果…那么…”式替代場景，譬如，將雙向道改為單行道、增加建筑物的高度，或者利用光伏設施來改善某個社區的電力均衡等。這個平臺為通過簡單、直觀的途徑解決錯綜復雜的城市規劃問題開辟了新的可能。

城市的經濟、環境與社會發展目標之間的相互關系極其復雜。例如，提倡駕駛電動汽車與擴建公共交通網絡，哪種做法更為明智？如果選擇前者，則不能緩解交通擁堵，但可以降低二氧化碳排放量，而這也僅當可再生能源發電并網向電動汽車供電時才會成為現實。這進而要求高性能電網，有時候，首先要修建高性能電網，并且必須設立充電站。另一方面，如果選擇擴建公共交通系統，則必須確保人們有充分的動機去使用公交工具。對于任何一個人，甚至對于許多城市的政府而言，這一切都太過復雜，難以評估。不過，CLM平臺可以讓這個難題迎刃而解。Wachmann說：“盡管我們的模型做出的預測并不確切，但其精確度可達80%，從而為諸如政府機關、政治家、民間機構和當地居民等制定決策奠定堅實的基礎。”

像城市這樣復雜的實體，不能靠權宜之計來解決問題，同時，摩擦領域勢必日益擴大。新工業園或新城區的建設計劃一經宣布，政府機關和市民就要開始解決其潛在的影響。初步計劃制定完畢之后，需要經建筑部門、公用事業公司、經濟和環境管理局、建筑管理局以及能源供應商等諸多機構逐一審查。通常，政府機關也可提供這些計劃供公眾查閱。諸如CLM等在線平臺能為項目規劃者省去許多麻煩，特別是在容易引起爭議的項目中。在這種情況下，適當的市民參與能起到關鍵作用。

數字建模城市。CLM以用于產品生命周期管理（PLM）的工業解決方案為藍本，后者可用于集中管理產品開發、生產、倉儲和銷售等方面的全部數據。這種方法不僅提高了透明度，而且大大提高了整個價值創造過程的效率。利用這項創新技術，汽車行業已大幅節省了成本，縮短了開發和生產周期，提高了生產率。然而，直到最近，這項技術尚未被大量用于城市規劃應用。但是，西門子美國研究院的CLM平臺項目經理Thomas Gruenewald堅信，專為規劃大型基礎設施項目而打造的精巧平臺，可以取得類似的成功，還可以促進城市的可持續發展。

目前，西門子中央研究院的專家正在重點研究城市基礎設施的規劃階段，這個領域存在巨大的改進空間。西門子美國研究院的高級資深專家George Lo博士指出，在具體計劃出臺之前，75%的決定建筑物生命周期成本的決策便已敲定。此外，德克薩斯大學奧斯汀分校開展的一項研究發現，大多數建筑項目都因多番修改初稿而浪費了多達57%的時間。換句話說，要想滿足預算和進度要求，設計出可持續發展的城市建筑項目，就必須在初稿階段制定好決策。

CLM平臺的開發得益于西門子在規劃、樓宇、工作水、污水處理和能源供應系統以及交通運輸基礎設施等方面擁有多年的豐富經驗。西門子中央研究院的建模專家Tim Schenk表示，“我們之所以能夠處理如此盤根錯節的復雜關系，是因為我們懂得如何對這些系統的物理行為進行數學建模。”此外，Schenk與其他人正在研究越來越多的城市提供的關于其人口結構和發展、能源消耗和交通運輸要求等的海量數據。然后，可以根據這些分析結果，在CLM上創建逼真的模型，讓參與者一窺現實主義風格的未來場景。

所有這一切促成了范式轉變，因為現在規劃者可以幾乎實時地看見其在一個領域做出的決策，例如，建筑物的高度，會對諸如當地交通或社區電力均衡等產生什么樣的影響。

中國和中歐有兩個大型項目都打算率先采用這項技術，CLM工作組現在正在與其代表談判。

模擬生活質量。Wachmann表示，“這只是開端。目前，我們也在利用諸如能耗、交通運輸量、二氧化碳排放量等關鍵績效指標（KPI），來推算社會經濟指標。”Wachmann提到的社會經濟指標，可用于評估生活質量、經濟發展等諸多方面。為此，西門子研究人員正在根據專家意見和統計研究結果，開發估算模型。生活質量評估嚴重依賴于諸如工資、公共安全、生活條件等因素，但文化條件也要納入考慮。

模擬中還應更加精確地考慮諸如建筑法令和能效規定等地方性因素，以及影響力超越了地方界限的因素，譬如全球氣候變化趨勢，因為未來的建筑物能源消耗必將受到氣候變化的影響。人口變化也應納入考慮。畢竟，隨著人口老齡化，諸如帶斜坡適于輪椅上下的人行道和殘疾人專用停車場等設施的需求也會隨之增長。“只要這些因素是可以量化的，我們就能將之建模，”Wachmann如是道。

CLM的應用潛力不只是虛擬規劃。該平臺不僅可用于為今后數十年設計新的社區和重新設計城市，而且有助于在建筑物和社區建成后對其進行管理。比如，只要輕點鼠標，規劃者和市民就能確定，如果增加一條有軌電車線路，某個社區對電動車停車場和充電設施的需求將如何變化。

Hubertus Breuer

城市基因項目勾勒城市新圖景

為開展“綠色城市指數”系列環境研究，西門子與經濟學人智庫（/greencityindex）必須分析各種各樣的海量數據，并開展大量調查。此外，從那時起，諸如維也納、倫敦和柏林等城市運行的網站上發布了越來越多的信息，這些數據涵蓋了城市的方方面面，從能源和經濟，到藝術與文化，不勝枚舉。事實上，可用的數據如此之多，亞利桑那州立大學的可持續發展專家Jonathan Fink認為，解碼“城市基因”的時機已經到來。然而，說起來容易，做起來難。因為免費提供的關于城市的社會經濟與環境發展的數據，繼續按照諸如交通運輸、醫療和人口結構等領域進行劃分，并且這些信息在質量、數量、粒度和徹底性等方面經常地顯示出巨大的差異。現在，作為西門子中央研究院（CT）開展的“可持續發展城市”燈塔示范項目的一部分，西門子專家正在研究可以更加快速地收集、整合和解讀這些數據的方法。目前可用的是一些基于城市發布的數據的、在許多情況下有待改進的簡單程序。這些程序允許用戶調看當前的交通狀況，或找出可以在哪里丟棄舊衣物或可回收的玻璃廢品。然而，更為重要的是，這些程序能夠快速、清晰地呈現城市生活概貌，包括城市的電力均衡及其人口結構或社會發展等方面。奧地利維也納的西門子中央研究院計算機科學家Axel Polleres博士表示，“要解決的挑戰是，利用五花八門的數據源以及多種不同的時間和空間分辨率，勾勒出協調、全面的城市圖景。隨著城市相互之間的聯系日益緊密，這項工作終將得到捆綁式報告標準的支持。”奧地利格拉茨的西門子中央研究院的Stefan Kluckner博士正在開發的一個有用工具采用了尖端的成像處理技術，將常規數字二維圖像，轉換為整個城市行政區域的三維模型。該系統從重疊視角和不同時點記錄了相關場景，然后利用自動化技術，將之合成為一個三維模型。其目的是利用這些從空間和時間上編排起來的數據集，幫助未來的自動化分析程序顯示城市的當前狀態，繼而將這些描繪用作城市建模和模擬的基礎。例如，這有助于創建持續更新的動態“綠色城市指數”。

電力獨立型建筑物？歡迎光臨“水晶宮”

西門子斥資約3000萬歐元，在倫敦皇家維多利亞碼頭區修建了一個城市可持續發展知識與對話中心。該中心亦稱“水晶宮”，于2012年夏季揭幕，預計每年將吸引約10萬名參觀者。該建筑群包含一個2000平方米的交互式展示區，突出展示了城市可持續發展的方方面面，從樓宇科技和交通，到能源與供水系統，不一而足。一個設有270個座位的禮堂將用于做演講和開討論會。來自西門子的專家將與合作組織一道，同建筑師、城市規劃者、市政官員、學校和學生等建立并保持對話，還將為城市開發項目給予支持。在這個中心，游客將一睹未來的環保型建筑物。這座設施完全采用太陽能電池和地熱泵提供的可再生能源，通過處理雨水來獲取飲用水，廢水也將在經凈化處理之后，用于灌溉植物。這個建筑群通過了嚴格的國際LEED和BREEAM標準認證，擁有諸多堪稱典范的特性，如附屬于西門子在倫敦運營的充電網絡的電動汽車充電站。

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