Тут больше не сама математика, а её весьма практическая часть - теория информации и кибернетика. Первая тащит мат. аппарат, объясняет энтропию с информационной точки зрения, ищет пути максимизировать информацию на каждый бит энтропии. Вторая довольно популярно объясняет теорию обратной связи, дружит математику первой с физикой. Так же, возможно потребуется социология, а это непотребное использование теории графов, ну да ладно. В остальном задача относительно проста - решить функцию максимизации производительности от минимизации энергии, вопрос в критериях дополнительных ограничениях (например, наивное решение совершенно не обращает внимание на экологию). Как показывает практика, нет ничего невозможного, чтобы сделать даже участок в две сотки полностью самообеспеченным, что уж говорить про город. В остальном, лично моя позиция умного города намного ближе к прямой демократии и полной децентрализации.
В любом случае, не очень понятно, что именно вы хотите промоделировать. Максимизируемая функция многокритериальная, к тому же тема очень зыбкая. По сути, можно получить любые результаты при желании. Всё зависит от желаний.
