智能城市來啦！隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)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(shì)，現(xiàn)在全球多個(gè)城市都爭(zhēng)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(guó)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(dú)特優(yōu)勢(shì)。它的主要優(yōu)點(diǎn)有資源豐富，價(jià)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(guó)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(jià)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(jì)效益和社會(huì)效益，且可回收利用。目前，鋁材在部分產(chǎn)業(yè)中，已是性價(jià)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(hù)青山綠水、清新的空氣。同時(shí)，在制造交通運(yùn)輸裝備與結(jié)構(gòu)件時(shí)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(dǎo)電、導(dǎo)熱和反光性能，鋁及鋁合金的傳導(dǎo)性能僅次于銀，它們的電導(dǎo)率相當(dāng)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)退火銅（IACS)的62%~65%，約為銀的50%，如果對(duì)相等的質(zhì)量來說，鋁的導(dǎo)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(qiáng)度Rm與伸長(zhǎng)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(qiáng)度性能隨著溫度的降低而上升，但伸長(zhǎng)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(duì)嚴(yán)寒風(fēng)雪而怡然自得，即使溫度低到-200℃仍很強(qiáng)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(huì)迅速形成一層很致密與堅(jiān)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(hù)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(shí)的色彩斑斕、流光溢彩的色調(diào)，設(shè)計(jì)出美輪美奐的城市設(shè)施。
廢鋁與到期報(bào)廢的鋁結(jié)構(gòu)件、鋁設(shè)施有很強(qiáng)的可回收性，比其他任何結(jié)構(gòu)金屬材料的都強(qiáng)，鋁建筑結(jié)構(gòu)與城市設(shè)施的設(shè)計(jì)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(jià)值高，可達(dá)重熔用鋁錠價(jià)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(shí)間才消耗殆盡，變成其他物質(zhì)。
大量數(shù)據(jù)與試驗(yàn)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(dāng)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(guó)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?yàn)樯a(chǎn)原鎂有兩種工藝，所以說回收復(fù)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(guó)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(jì)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(fù)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(shí)實(shí)在在且名副其實(shí)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(fù)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(guó)芝加哥、日本東京、我國(guó)北京和我國(guó)臺(tái)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(qǐng)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(shí)現(xiàn)了一根桿多能，成了現(xiàn)實(shí)中的“孫悟空”，集智能照明、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)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(cè)、電動(dòng)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(cè)一天內(nèi)的微氣候動(dòng)態(tài)與變化；收集路況資料，有助于調(diào)控交通信號(hào)燈、疏導(dǎo)人流車流等；無線網(wǎng)絡(luò)還可提供WiFi熱點(diǎn)及5G小基站等。
環(huán)保和高效是智能路燈的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，它的光源為L(zhǎng)ED，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(dòng)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(duì)路燈的維護(hù)極為方便、及時(shí)與有效。可以對(duì)每個(gè)單位路燈在電腦上進(jìn)行監(jiān)測(cè)和監(jiān)控它們的運(yùn)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(zhǔn)。
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(yùn)算功能。燈桿上的多種感應(yīng)器各司其職，負(fù)責(zé)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(fēng)向、風(fēng)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(diǎn)或5G基站則裝于燈桿頂端、電動(dòng)車充電樁位于燈桿最下部。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)一旦打開，行人只要走到燈桿的一定距離內(nèi)，打開手機(jī)端WiFi，就能免費(fèi)連接上網(wǎng)。通過手機(jī)APP軟件可為電動(dòng)車預(yù)約充電，既方面又快捷，真是一種享受。
據(jù)了解，中國(guó)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(dāng)其沖。鋁合金是制造智能燈桿的最佳材料，具有最高的性價(jià)比。
智能燈桿可分為三段，下段為等徑厚壁管，長(zhǎng)度視需要而定，一般不宜超過3m；中段為變斷面管材，長(zhǎng)段約2m；上段為變斷面管材，長(zhǎng)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(xué)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(gè)0.05，合計(jì)0.15，（Mn+Cr)＜0.5，其余為A1,6N01-T5合金的典型抗拉強(qiáng)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(gè)0.05、單個(gè)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(xué)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(dǎo)線，所以只要有75MN的大擠壓機(jī)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(jì)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(dāng)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(guó)首條“光伏公路”在山東濟(jì)南面世，這段試驗(yàn)性的光伏路面雖然長(zhǎng)僅1.12km，卻向人們展示了未來交通——智能交通時(shí)代的璀璨前景（圖1）。這段光伏公路是在上海同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院張宏超教授團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)與指導(dǎo)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(dāng)可觀，而且路面是用特殊材料制成的，極為堅(jiān)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(dòng)車在上面行駛時(shí)，還可以一面疾馳，一面充電，實(shí)現(xiàn)了無線充電，電動(dòng)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(guó)一對(duì)科學(xué)家夫婦于2006年提出的，還建造了一段試驗(yàn)路，但由于造價(jià)過高未得到推廣。2016年12月，法國(guó)諾曼底的圖魯夫爾歐佩爾什鎮(zhèn)一條長(zhǎng)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(gè)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(jì)發(fā)展推升中國(guó)鋁工業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力【J】。中國(guó)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(xué)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(yàn)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(hù)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(guó)都可以制造，但這是一個(gè)新興的領(lǐng)域，也需要鋁加工業(yè)去推廣。