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作为长效机制的智慧城市顶层设计探讨

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2015-08-08

作者:梁军,黄骞

摘要

针对现阶段智慧城市建设难以落地的问题,本文在对智慧城市和顶层设计的本质特征进行分析的基础上,认为智慧城市是城市信息化的智能化阶段与终极目标;顶层设计是智慧城市建设的长效管理机制;智慧城市顶层设计与建设应该常态化,以确保智慧城市建设落地和健康可持续发展。最后对开展智慧城市顶层设计工作提出了相关建议。

 

关键词:智慧城市,顶层设计,长效机制 ,常态化

 

 1、引言

智慧城市是现阶段全球城市发展的热点,也是全球信息化大环境下,城市可持续发展的关键。智慧城市建设,对于新型城镇化背景下的中国更显意义重大,新型城镇化应该与智慧城市建设相结合,建设智慧的城镇。

在论及智慧城市建设时,国内众多学者认为顶层设计是决定智慧城市建设成败的一项重要工作 (1) (2)。一些城市将顶层设计作为咨询项目,委托专家编制了智慧城市的顶层设计,并力图基于顶层设计建设智慧城市,然而在落地过程中却困难重重,顶层设计的实际效果并不明显。现阶段,国内智慧城市建设的总体趋势是"雷声大,雨点小",对智慧城市认识处于反思期。


解决现阶段智慧城市建设所面临的问题,有必要更深入地认识和理解智慧城市顶层设计机制。本文在分析智慧城市和顶层设计的本质特征的基础上,认为智慧城市是城市信息化过程的智能化阶段,是城市信息化的终极目标,其建设是无止境的。智慧城市顶层设计是自上而下、逐步细化的层层设计,不是仅停留在顶层的设计,应该发挥类似于城市规划对实体城市建设的龙头作用,成为智慧城市建设的一种长效管理机制,智慧城市顶层设计及建设应该常态化。基于此认识,对智慧城市顶层设计的开展提出了相关建议。


2、智慧城市是城市信息化的终极目标

智慧城市源于2008年时任IBM总裁的彭明盛提出的"智慧地球"(smatter planet)的概念 (2),彭明盛认为"世界不仅正变得更小、更扁平,而且'更智慧'"。智慧地球涉及智慧的基础设施、智慧的管理及群体智慧等诸多方面,体现为3I,即仪器化(Instrumented)、网络化(Internetwork)和智能化(Intelligent),通过数字化、网络化和智能化技术的发展及相互作用,促进简单系统的智能化和复杂系统的智慧化,按照"数据-信息-知识-智慧"(Data-Information-Knowledge-Wisdom,简称DIKW)金字塔,智慧是在数据和信息之上的知识的理解性和最优化应用,智能是相对简单和更低层次的智慧。数字化、网络化和智能化是信息化的基本形式、阶段与技术手段,因此,智慧地球是全球信息化发展的一个阶段。


智慧城市3I中的仪器化,主要是指传感器和智能装置的泛在嵌入和依附,是技术发展促成的数字化形式变革,这种变革改变了传统以人机交互为主的数字化模式,促进了物联网以及合作对象网络(Cooperating Objects Network,CONET) (3)的发展,推动了数字地球向智慧地球的跨越。"Instrumented"也有人译为"感知化","感知化"只说明了数据的获取和感知能力,而"仪器化"不仅可以通过传感器获取感知数据,而且可以通过控制器对被控制对象(各种装置或系统) 进行数字化的调控,被控制对象可以是家用电器,也可以是复杂的系统,如电力、能源和交通系统,甚至还包括人类自身(个体与群体)。这种调控可以是远程的人工控制或者半自动化、自动化的控制,这种控制是基于远程感知、人、计算辅助决策或人工智能的控制,各种简单或者复杂系统的自动化调控是智能化需要解决的主要问题。智慧地球通过仪器化、网络化和智能化,构建地球的数字神经网络系统,促进了全球信息化的高级阶段——智能化阶段的发展,使地球成为一种具有智能并且不断进化的生命体。


智慧地球将在原有基于互联网的人类社会与信息世界的人机交互信息通道的基础上,构建信息世界与现实世界的双向信息通道,通过信息世界(含人工智能技术应用)调控现实世界与人类自身行为,如图 1所示。利用云计算、移动计算、大数据、人工智能、物联网及其它不断发展和创新的技术,使现实世界成为一种智能的环境,通过增强现实(Augmented Reality)提高人类个体和群体对现实世界的感知能力,以及对现实世界的调控能力,通过社交网络促进人类群体智慧的发展。通过组成部分(或系统)的智能化,促进整体系统的智慧化,智慧是复杂的地球系统类似于生命体的进化过程体现出的涌现性(Emergent properties),智能化与智慧化的过程是无止境的。实现"智慧的地球"是一个终极目标,而且是无止境的 (4)。

图 1 智慧地球对现实世界的影响


将智慧地球的概念引伸到城市,促进了智慧城市的发展,智慧城市是智慧地球的组成部分,但因城市是区域的政治、经济和文化中心,智慧城市比智慧地球更具可操作性,智慧地球的实现最终将依赖于智慧城市间的互联互通与互操作,智慧城市之间构成的"系统的系统"(System of Systems)将是智慧城市建设下阶段要解决的问题。


基于以上对智慧地球的分析,可以看出,智慧城市实际上是城市信息化发展的智能化阶段,是以智能化为目标的城市信息化。现实世界是由物质、能量和信息构成,以物质和能量的开发利用为核心的工业化促进了现代城市或工业城市的发展,而以信息资源开利为核心的信息化将促进信息城市或智慧城市的发展。信息在物质和能量运动变化过程中所发挥着调控作用,使信息化(智能化)对城市的影响比工业化更加深远,如工业4.0、智慧电子商务和智慧企业等,所产生的影响将是颠覆性的。


智慧城市的建设从整体上将涉及信息基础设施(含传感控制层和网络层)、公共平台和智慧化应用的建设,智慧应用涉及经济、社会、政务、环境智能化,如图 2所示。智慧城市作为城市信息化的智能化阶段和终极目标,其建设是一个长期和无止境的过程,也是城市生命体的进化过程。

图 2 智慧城市的主要建设内容


 由于智慧城市建设是一个长期和无止境的过程,无论从城市环境的智能化(智慧基础设施)到智慧政务以及经济和社会的智能化都是一个长期的过程,而且智慧城市的三大主体——政府、企业和公众也需要有一个适应的过程,这种适应过程比建设过程更复杂、更困难甚至更漫长。罗马不是一天建成,智慧城市建设应该如实体城市建设一样,逐步常态化。


3、顶层设计是智慧城市建设的长效管理机制

项层设计(Top-Down Design)概念源于系统工程,其英文名称直译是"自上而下设计",主要从目标系统整体和全局出发,自上而下逐层分解,层层设计,逐步细化,在系统总体框架约束下,实现系统的总体目标。与之相反的方法,是"自下而上设计"(Bottom-Up Design),可称为"基层设计",基层设计从目标系统某一个局部着手,自下而上,在缺乏总体框架约束的条件下,逐级合并和拼接,构建整体系统,实现系统的总体目标。顶层设计与基层设计既是方法也是过程,各自出发点不同,但目标一致,即实现整体化的系统,顶层设计的效果可控性强,基层设计效果不可控。基层设计如盲人摸象、摸着石头过河、走一步算一步,难以确保目标的一致性和系统的整体性,但设计与实现相结合,可操作性强,并且有利于创新;顶层设计在理论上是非常有效的方法,但对系统整体和全局的认识是难点,对于复杂系统,如同在黑暗中无法看清"大象"的全貌,只能在黑暗中摸索局部,推测目标系统全貌,具体实施与操作难度较大。顶层设计与基层设计是相辅相成的方法。


2000年前后,顶层设计的概念由国家信息化专家咨询委员会委员李国杰院士引入到电子政务网络建设中,以解决当时电子政务网络建设各自为政、重复投资、信息孤岛问题 (5)。"国民经济和社会发展第十二个五年(2011-2015年)规划纲要"在提出"必须以更大的决心和勇气全面推进各领域改革"的同时,还要求"更加重视改革的顶层设计和总体规划"。 "改革的顶层设计"概念的提出,反映了中国的改革正式明确地从"摸着石头过河"转变为系统化的"顶层设计",有关学者指出 "在改革策略上,要更加重视社会主义市场经济体制的顶层设计和总体规划,同时注意与自下而上的改革试验结合起来,实现顶层设计与基层创新的良性互动" (5),指出了自下而上的方法的创新性。与此同时,"顶层设计"成为一种万能标签或包治百病的"灵丹妙药"用在各种领域,并且有将原有的"自上而下、层层细化"方法和过程,曲解为"停留在顶层"的设计方法的势头,顶层设计落不了地。同时也使"顶层设计"与总体设计、架构设计或总体规划的关系变得混乱,难以界定。


对顶层设计本质的理解应该回归其英文的原意"Top-Down",即"自上而下",即顶层设计是一种由多个层次设计构成的方法和过程,包括总体规划、总体设计、架构设计、详细设计,自上而下、总体约束、层层控制,逐步细化,在明确战略和具体目标的基础止,细化可操作的战术和任务,提高"执行力",确保效果的可控和总体目标的实现。总体规划也可以作为顶层设计之外的部分,为顶层设计的战略目标。强化执行力是顶层设计要实现的核心目标。

在时间、资源和目标有限的项目和工程中,顶层设计可以基于项目团队内部的管理机制和任务分工,按照顶目约束条件,通过有效的组织与实施逐步完成,并在项目中发挥控制性作用。顶层设计是基于系统理论解决复杂的项目和工程问题的有效方法和过程。


对于实体城市或智慧城市建设这一长期和无止境的过程,顶层设计将面对异常复杂的局面,战略目标、支撑技术、周边环境等各种约束条件都在随时间而发生变化,目标系统的复杂性,使"自上而下"从总体规划、总体设计(架构设计)到详细设计的层层设计不是短时间和现有资源约束下能够完成的,而且实施也有一个过程,这也是现阶段将顶层设计曲解为"停留在顶层的设计"的原因,系统的复杂性难以"自上而下"。这种顶层设计是随时间而变化的过程,传统的面向项目与工程的顶层设计方法难以应对这种局面,虽然可以将这些过程划分为不同阶段,阶段内可以设计工程和项目,但阶段、工程与项目间又应该如何控制?如何确保满足战略目标和总体框架的要求?


对于复杂系统长期和无止境过程的顶层设计,顶层设计需要转换为一种长效机制,或者复杂系统自身的一种机能或职能,以适应长过程复杂系统的顶层设计需要。城市(或城乡)规划就是一种典型案例,现代的城市规划是由工业化带动现代城市发展的过程中,成为城市建设与管理的长效机制和职能的一种顶层设计,基于相关的法律,城市规划在城市规划、建设、管理与服务中发挥着龙头的作用。城市规划包括了城镇体系规划、城市总体规划、分区规划、控制性详细规划和修建性详细规划等自上而下、逐步细化的层层规划(或设计),城市规划管理体系围绕这些层层规划(设计)成果对城市建设过程进行控制,并且根据城市不同阶段发展需要而调整,如总体规划的阶段性修编、环境保护规划的引入、"三规合一"和"多规融合"等。作为一种长效机制,城市规划已经常态化。


随着信息化的深入发展,智慧城市建设将在城市可持续发展中发挥愈来愈重要的作用,智慧城市顶层设计也将在智慧城市的建设和运行管理中发挥龙头作用。为此,信息时代的智慧城市顶层设计应该成为一种长效的管理机制和城市的一项重要管理职能。


作为长效机制的智慧城市顶层设计过程模型如图 3所示,顶层设计通过控制项目立项,从而控制信息化项目的实施、项目成果的集成和系统运维,通过信息化评估体系和阶段需求的梳理,修订、补充和完善各层次的设计,形成从顶层设计、到建设(项目立项与实施)、运维、评估的闭环执行控制系统,以确保智慧城市建设落地并且实现常态化。

图 3 作为长效机制的智慧城市顶层设计过程模型


智慧城市顶层设计包括从总体规划、架构设计到专项规划和详细设计等自上而下、逐层分解和逐步细化的层层设计,以城市系统模型为基本输入,产出智慧城市模型(信息模型),这种模型可以是基于UML的模型,形成模型驱动的顶层设计和建设机制,并可以融入企业架构(Enterprise Architecture)相关技术与方法论,如FEA、TOGAF等,形成城市架构模型(Urban Architecture Model)。城市架构模型可以为相关标准制定服务;可以通过开源,实现城市间的模型、标准共享,并形成模型研发的众包机制。


建立智慧城市顶层设计长效机制的关键在于建立由机构、制度和工具构成的管理体系。这种管理体系建设可以参照城市规划管理体系,同时,随着发展将信息资源管理、信息安全等相关职能纳入智慧城市顶层设计管理体系中,最终将形成信息资源全生命周期的城市信息资源管理体系。顶层设计的常态化是智慧城市建设和运行管理常态化的基础。


工业化带动了现代城市发展,重点在于实体城市的建设,促进了基于顶层设计模式的现代城市规划管理体系的发展。信息化催生了智慧城市的发展,虚拟城市或信息空间的建设逐步会成为重点,这将促进智慧城市顶层设计成为一种长效机制,进而使信息资源管理体系成为城市的一种管理职能,城市管理最终将从现实世界(空间)的治理向虚拟与现实世界(空间)综合体的治理发展。


5、相关建议 

5.1 基于开放的互联网思维建设长效机制

智慧城市顶层设计长效机制建设核心是机构、制度与工具构成的管理体系,机构是基础,制度是保障、工具是支撑。

中央网络安全和信息化领导小组的成立,充分体现了党和国家对信息化的高度重视,对于信息化顶层设计起到重要的推动作用。在机构建设方面,可以成立由政府主要领导和发改、城市规划、国土、公安等相关单位负责人组成的领导小组,负责顶层设计相关决策,依托信息化主管部门组成领导小组办公室承担顶层设计相关的工作。


可以参照城市规划管理相关制度并结合信息化管理相关职能和制度,在协调和理顺相关的部门关系和职能的基础上,建立长效管理机制的制度体系,涉及业务内容、流程、相关制度。

充分利用IT技术,如社交网络、WIKI、UML建模等,建设顶层设计相关的管理系统,支撑顶层设计管理业务的信息化。


长效机制最大难题在于人才,目前,国内这方面的人才比较缺乏,需要加大人才培养力度。

在管理体系建设方面可以充分应用互联网思维,在确保信息安全和合理知识产权的条件下,利用众包机制和开源模式,构建开放的知识交流与共享体系,形成由众多城市、企业和相关研究人员构成的开放社区,以城市架构模型和智慧城市模型的开源研发为核心,实现基于社交网络、WIKI和众包的顶层设计长效机制,通过众包模式一定程度上缓解人才的问题,维基政府(WIKI Government) (7)是值得借鉴的模式。


5.2、以智慧政务为突破口建设长效机制

智慧城市顶层设计涉及城市信息化(智能化)的方方面面,体现为一个中心和三条主线,即以智慧政务为中心,以城市环境智能化(智慧基础设施、智慧城管)、社会智能化(智慧社会化管理)和经济智能化(智慧经济监管)为三条主线,这三条主线同时也是智慧政务的延伸。

可以以公共平台的建设为基础,以智慧政务为突破口形成顶层设计长效机制。城市的信息主管部门在电子政务建设规划与管理上已有多年的基础,但因缺乏相应的机制和人才,顶层设计无法常态化,而电子政务投资具有持续性。笔者连续两年参与某市的年度信息化项目评审过程,发现项目投资因缺乏顶层设计的长效机制,没有得到充分利用,不利于电子政务乃至智慧政务的建设与发展。因此,顶层设计可以电子政务为突破口。


 5.3、综合考虑顶层设计的影响因素

影响顶层设计的重点因素包括:城市的共性特征和个性特征、技术发展现状与趋势以及国家需求和战略因素,如图 4所示。

城市共性特征决定了城市系统的模型,并可基于此模型构建城市架构模型和智慧城市模型,为顶层设计提供大图(big picture),智慧城市建设在技术层面应充分体现共性和标准化,城市架构模型和智慧城市模型应该是开放和可共享的,以最大程度实现知识共享。而具体的实现技术方面可以不同。


城市个性特征主要是指城市在建设智慧城市过程需要优先解决的重点和关键问题,这有利于体现智慧城市建设效果。

共性与个性问题可以综合考虑,共性问题着重打基础,个性问题侧重应用见效果。

与智慧城市相关的技术发展非常快,技术科学选型与综合应用,也是顶层设计要综合考虑的问题。

图 4 顶层设计需要重点考虑的问题


在国家需求与战略方面,应在满足国家行业性需求的同时,从城市或区域的角度梳理和整合国家部委推动的信息化应用和试点,如新型城镇化、信息惠民工程、公交都市示范(智慧公交)和智慧旅游城市等,将这些工程纳入顶层设计的长效机制,实现统一的管理和资源共享。国家部委在推动行业信息化应用时,也应充分考虑智慧城市建设需要,实现资源共享。


6、结论

智慧城市是城市信息化过程的智能化阶段,是城市信息化的终极目标,其建设是无止境的。工业化带动了现代城市发展,促进了基于顶层设计模式的现代城市规划管理体系的发展;信息化催生了智慧城市的发展,将促进智慧城市顶层设计成为一种长效机制,进而使信息资源管理体系成为城市的一种管理职能。城市管理最终将从现实世界(空间)的治理向虚拟与现实世界(空间)综合体的治理发展。智慧城市建设关键是智慧城市顶层设计、建设和运行管理的常态化,而不是违反规律的大跃进。

尽管智慧城市顶层设计作为一种长效管理机制,在认识和实践上还有许多需要研究和解决的问题,但信息化进程终将使这种机制以某种形式成为现实。

 

参考文献

1. 汪玉凯. 智慧城市要有顶层设计. 中国经济和信息化. 2, 2013年.

2. 黄波 和 莫祯贞. 顶层设计——智慧城市的必然选择. 中国信息界. 6, 2013年.

3. 彭明盛. 智慧的地球. 中国企业家. 1, 2009年.

4. JoséPedroMarrón, DanielMinder and StamatisKarnouskos. The Emerging Domain of Cooperating Objects-Definitions and Concepts. New York : Springer, 2012. 978-3-642-28468-7.

5. 毛新生 和 王晓民. "智慧的地球"是终极目标. 软件和信息服务. 12, 2013年.

6. 吴敬琏. 中国的发展方式转型与改革的顶层设计. 北京师范大学学报&社会科学版. 05, 2012年.

7. KuroseF.James 和 RossW.Keith. Computer Networking: A Top-Down Approach. 无出版地 : Pearson Education, Inc., 2010. ISBN-13: 978-0-13-607967-5.

8. OppenheimerPriscilla. Top-Down Network Design, Third Edition. Indianapolis : Cisco Press, 2011.

9. 汪玉凯. 准确理解改革的顶层设计. 领导科学. 10, 2012年.


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