智慧城市復(fù)雜巨系統(tǒng)分析

唐懷坤 劉德平

智慧城市是一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，它具有復(fù)雜系統(tǒng)的共同特征：復(fù)雜性、隨機(jī)性、結(jié)構(gòu)性、自組織性；在建設(shè)智慧城市的過程中，需要對(duì)其進(jìn)行降維分析，找出關(guān)鍵的維度和各維度分類，在智慧城市復(fù)雜、無序、熵增、非線性中找到“復(fù)雜吸引子”，并找到以數(shù)字孿生實(shí)施的顯性化載體，從時(shí)間維度、空間維度、服務(wù)對(duì)象維度關(guān)注智慧城市的長期演進(jìn)的方向。

一、引言

城市創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，建設(shè)好智慧城市是發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)與重要任務(wù)，面對(duì)新基建大潮，在智慧城市建設(shè)中，傳統(tǒng)的線性、平面的信息化思維要向復(fù)雜巨系統(tǒng)思維轉(zhuǎn)變才能升級(jí)智慧城市的頂層設(shè)計(jì)版本。

二、傳統(tǒng)的智慧城市理論困境

《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014—2020年）》中詳細(xì)注明了中國城鎮(zhèn)化的目標(biāo)： 常住人口城鎮(zhèn)化率達(dá)到60%左右，如果按照14億人計(jì)算，有8.4億人在2020年將生活在城市，隨著城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資逐年增加，城市的“熵”也在不斷增加：環(huán)境污染問題、醫(yī)療與養(yǎng)老問題、交通問題、信息數(shù)據(jù)管理問題、財(cái)政赤字問題、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)問題等需要提升，由于城市要素中的個(gè)體在不斷增加，城市的無序程度正在增加。對(duì)于“智慧城市”這個(gè)概念來說，已經(jīng)提出來有10余年，這其中也表現(xiàn)出了各種不同的觀點(diǎn)，有觀點(diǎn)認(rèn)為發(fā)展智慧城市就是把信息化工作做好；有觀點(diǎn)認(rèn)為是做好大數(shù)據(jù)治理；還有觀點(diǎn)認(rèn)為智慧城市就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，等等。這些觀點(diǎn)總體來說服務(wù)的對(duì)象沒有變化：城市管理者、城市企事業(yè)、城市居民；發(fā)展的目標(biāo)沒有變化：城市的可持續(xù)發(fā)展。城市管理者就像企業(yè)的運(yùn)營管理人員，企業(yè)要有正收益，要城市各種友好指標(biāo)的向上；企業(yè)能夠獲得發(fā)展的良好投資環(huán)境、政商環(huán)境；個(gè)人能夠融入城市中，找到歸屬感、生活便利。以上這些觀點(diǎn)都是智慧城市發(fā)展的一部分，社會(huì)發(fā)展是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，城市要素也同樣非常復(fù)雜，也不可能從一個(gè)分類維度完全覆蓋。以至于對(duì)于智慧城市的頂層設(shè)計(jì)這一項(xiàng)任務(wù)只能是從多個(gè)維度泛泛而談，然后每年抓住一些關(guān)鍵的信息化項(xiàng)目即稱之為“智慧城市”。歷史上，從來還沒有哪那個(gè)系統(tǒng)像城市這樣復(fù)雜，從頂層來說，關(guān)于自然、社會(huì)、科學(xué)、技術(shù)、教育、哲學(xué)、政治、文化、經(jīng)濟(jì)、管理，幾乎無所不包。因此要發(fā)展好智慧城市、做好智慧城市的頂層規(guī)劃就要從系統(tǒng)的角度去考慮，才能從宏觀到微觀、從平面到立體、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)去把握和推動(dòng)智慧城市的發(fā)展。

三、智慧城市的復(fù)雜管理科學(xué)系統(tǒng)特征

復(fù)雜系統(tǒng)理論是一門不斷發(fā)展的科學(xué)，它嘗試以系統(tǒng)的角度去理解這個(gè)世界、探索世界、改變世界、推動(dòng)發(fā)展，相繼發(fā)展出了系統(tǒng)論、信息論、控制論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、超循環(huán)理論、復(fù)雜科學(xué)管理等，其中又有多種分析模型，如多智能體、元胞自動(dòng)機(jī)、蟻群計(jì)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、無尺度網(wǎng)絡(luò)等。城市管理屬于公共管理范疇，基于復(fù)雜系統(tǒng)演進(jìn)的復(fù)雜科學(xué)管理是認(rèn)識(shí)和管理組織、群體行為一種理論體系和實(shí)用工具。

（一）復(fù)雜性

社會(huì)層面上的復(fù)雜系統(tǒng)是具有思維能力的人介入其中的復(fù)雜系統(tǒng)；智慧城市的介入主要是城市管理者、城市企事業(yè)單位、城市居民，各方的利益訴求不盡相同；一個(gè)大型城市涉及到了幾百種產(chǎn)業(yè)、行業(yè)互相影響；上千萬件基礎(chǔ)硬件設(shè)施、軟件設(shè)施；價(jià)值多元化，生活質(zhì)量價(jià)值、安全價(jià)值、文化價(jià)值、城市品質(zhì)、財(cái)政收入價(jià)值、稅收價(jià)值、生態(tài)價(jià)值、產(chǎn)業(yè)價(jià)值、土地價(jià)值、地區(qū)帶動(dòng)價(jià)值等多種價(jià)值復(fù)雜交叉；政策、風(fēng)俗習(xí)慣、地方條例、規(guī)范、城市展階段等各種要素互相影響；同時(shí)城市的復(fù)雜系統(tǒng)不是孤立的，承接了黨的思想路線、國家政策法律、上級(jí)管理的指導(dǎo)意見和規(guī)劃等，與自然環(huán)境、相鄰地區(qū)不斷交換著能量和資源，這些復(fù)雜性是都是智慧城市巨系統(tǒng)要面臨的挑戰(zhàn)。復(fù)雜性決定了智慧城市需要有先降維再升維的思路解決智慧城市的建設(shè)問題。

（二）隨機(jī)性

城市系統(tǒng)中的所有個(gè)體，管理者、企事業(yè)單位、民間團(tuán)體組織、家庭、自然人個(gè)體行為均具有隨機(jī)性、不確定性和非線性；個(gè)體之間相互影響、不斷進(jìn)化；系統(tǒng)本身及其組成部分受環(huán)境影響，即隨環(huán)境的變化而變化；反過來，系統(tǒng)又影響環(huán)境。在這個(gè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，信息傳播速度是秒級(jí)的，城市每天發(fā)生的事件都在互聯(lián)網(wǎng)會(huì)被快速傳播、放大。城市中所有自動(dòng)化的軟、硬件設(shè)施可靠性也不是100%的，無論是5個(gè)9還是6個(gè)9，總有差錯(cuò)概率，這些都是隨機(jī)性的源頭。并且隨機(jī)性發(fā)生的范圍、時(shí)間、地點(diǎn)不可知，智慧城市要面對(duì)的是如何將這種隨機(jī)性的影響降低到最小。城市管理的越有序，這種隨機(jī)的事件發(fā)生的概率、等級(jí)就會(huì)越小，使無序到有序的過程就是智慧城市的生產(chǎn)力。輿論事件、安全事件、污染事件、故障事件、交通事故等等都可以通過城市管理水平的提高而減少。城市內(nèi)要素發(fā)展的隨機(jī)性決定了城市要具備容錯(cuò)機(jī)制。

（三）結(jié)構(gòu)性

復(fù)雜系統(tǒng)具有多層次結(jié)構(gòu)，城市也是如此，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、地區(qū)規(guī)劃結(jié)構(gòu)、發(fā)展次序結(jié)構(gòu)、管理結(jié)構(gòu)、城市大數(shù)據(jù)分布結(jié)構(gòu)等，每一種結(jié)構(gòu)從內(nèi)部看都有一定的線性關(guān)系，但是放在復(fù)雜系統(tǒng)又變成非線性關(guān)系；每個(gè)結(jié)構(gòu)層次的經(jīng)濟(jì)利益通常并不一致，需要協(xié)調(diào)。城市中有主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和支撐產(chǎn)業(yè)；城市企業(yè)有發(fā)展差異、居民有貧富差距；有繁華地帶也有落后的郊區(qū)；教育資源的不均衡，有學(xué)區(qū)房也有非學(xué)區(qū)房；有現(xiàn)代化的開發(fā)區(qū)也有破舊待升級(jí)的老城區(qū)；城市結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了城市管理需要高度協(xié)同。

（四）自組織性

自組織是指系統(tǒng)中許多獨(dú)立的個(gè)體在沒有任何人為的策劃、組織、控制下，進(jìn)行的相互作用、相互影響、自然演化的自適應(yīng)過程。自適應(yīng)性是指復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)對(duì)變化的環(huán)境所進(jìn)行的自我調(diào)整，包括制定的法律、法規(guī)、規(guī)章制度、團(tuán)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、社會(huì)群體、有影響力公眾人物、具有社會(huì)責(zé)任感的企業(yè)等等。自組織性決定了智慧城市的建設(shè)需要采用眾包、公共資源采購、PPP、BOT等多種社會(huì)化建設(shè)與參與模式，通過市場(chǎng)化規(guī)則讓智慧城市建設(shè)這一項(xiàng)活動(dòng)更加有生命力和可持續(xù)性。

四、智慧城市的復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（一）多維價(jià)值關(guān)系

前文提到，智慧城市具有復(fù)雜系統(tǒng)特點(diǎn)，因此需要降維，找出關(guān)鍵的維度和各維度分類。總體來說，城市首先要以人為本，滿足三類人群的需求：城市管者、企業(yè)法人、自然人；在時(shí)間序列上滿足工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代、數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代、智能經(jīng)濟(jì)時(shí)代的可持續(xù)發(fā)展；空間要素上滿足地下空間、地面空間、上層空間的發(fā)展訴求；數(shù)據(jù)要素上滿足采集層、平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層四層結(jié)構(gòu)。集中體現(xiàn)為生活價(jià)值、生產(chǎn)價(jià)值、文化價(jià)值、財(cái)政價(jià)值、產(chǎn)業(yè)價(jià)值、輻射價(jià)值，如表1所示。

（二）復(fù)雜“吸引子”

“吸引子”是微積分和系統(tǒng)科學(xué)論中的一個(gè)概念。一個(gè)系統(tǒng)有朝某個(gè)穩(wěn)態(tài)發(fā)展的趨勢(shì)，這個(gè)穩(wěn)態(tài)就叫做吸引子。吸引子分為平庸吸引子和奇異吸引子。對(duì)智慧城市來說，這個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)實(shí)際上也就像混沌，復(fù)雜、無序、熵增、非線性。對(duì)于城市來說，一個(gè)世界500強(qiáng)的企業(yè)、一個(gè)國家級(jí)開發(fā)區(qū)、一個(gè)核心商圈就像混沌系統(tǒng)中的奇異吸引子。而新型智慧城市主要是以人為本的價(jià)值回歸，城市管理者關(guān)注的是財(cái)稅收入與決策執(zhí)行；企業(yè)法人關(guān)注的是營商環(huán)境和產(chǎn)業(yè)集聚；自然人關(guān)注的是城市服務(wù)和生活品質(zhì)；由此形成一定的吸引子和決定要素，分別形成不同的智慧城市系統(tǒng)重要組成部分：城市管理系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、生活系統(tǒng)，互相協(xié)同形成整體的智慧城市巨系統(tǒng)。當(dāng)前“城市大腦”、“智能城市”做的是城市管理系統(tǒng)，以交通管理為主；“智慧城市”主要以各個(gè)局、處、辦公室信息互通和分析為主；“市民一卡通”等主要是服務(wù)于生活系統(tǒng)；對(duì)于產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)很少涉及；但是從復(fù)雜科學(xué)吸引子的角度來說，大型企業(yè)集團(tuán)、產(chǎn)業(yè)集群更能帶動(dòng)城市的發(fā)展，因?yàn)樗鼈兪亲顝?qiáng)吸引子，帶動(dòng)地方財(cái)政收入、居民就業(yè)、交通等一系列價(jià)值的增值。

（三）未來10年城市發(fā)展路徑：在數(shù)字空間再造一個(gè)城市

在人工智能城市到來之前，智慧城市屬于數(shù)字經(jīng)濟(jì)范疇，還需要有10年的時(shí)間建設(shè)智慧城市，依靠數(shù)字孿生技術(shù)再造一個(gè)城市，具體實(shí)現(xiàn)路徑包括將物理世界的物體進(jìn)行數(shù)字化映射，如BIM、CIM、VR/AR等；將物理世界的活動(dòng)程序進(jìn)行數(shù)字化映射，包括政務(wù)信息化、企業(yè)信息化、智慧城市。建立一個(gè)數(shù)字孿生的世界。在數(shù)字世界里的活動(dòng)將是光速的，它將穿越時(shí)間和空間的限制，這與工業(yè)經(jīng)濟(jì)遵循經(jīng)典物理世界定律效率已完全不同。如果城市的經(jīng)濟(jì)總量是Q，當(dāng)這個(gè)Q在增加時(shí)，數(shù)字孿生世界的經(jīng)濟(jì)總量也在悄然增加，只不過我們只是用“數(shù)字經(jīng)濟(jì)”這個(gè)代稱，根據(jù)《中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報(bào)告2019》指出，2018年，中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)31.3萬億元，占GDP比重達(dá)34.8%，2020年預(yù)計(jì)這一指標(biāo)將超過40%，數(shù)字經(jīng)濟(jì)不是泡沫經(jīng)濟(jì)，它是實(shí)實(shí)在在的價(jià)值，帶來的是新的產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代與效率提升。而且對(duì)于數(shù)字孿生的世界創(chuàng)造的價(jià)值目前還沒有統(tǒng)計(jì)口徑，其實(shí)它也是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和資本增值的一種形式。

五、智慧城市巨系統(tǒng)框架與機(jī)制構(gòu)建

總體說來，智慧城市系統(tǒng)的復(fù)雜性在于技術(shù)經(jīng)濟(jì)演進(jìn)、城市價(jià)值、主體系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、政策承接與地區(qū)協(xié)同相互作用的復(fù)雜性，通過降維的思路可以總結(jié)為時(shí)間維度、價(jià)值維度和空間維度。時(shí)間維度就是城市演進(jìn)的方向是從工業(yè)化城市、數(shù)字孿生城市人工智能城市，價(jià)值維度是滿足三大主體的需求，空間維度就是城市三層空間的管理，從而形成了三大子系統(tǒng)，它們與復(fù)雜多變的環(huán)境系統(tǒng)建立約束與適應(yīng)關(guān)系，通過系統(tǒng)管控手段使各子系統(tǒng)達(dá)到各自目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

圍繞智慧城市復(fù)雜巨系統(tǒng)需要構(gòu)建相應(yīng)的實(shí)施機(jī)制，雖說是“一城一策”，但是智慧城市的總體發(fā)展方向和需求內(nèi)核是類似的，否則就失去了策略研究、標(biāo)準(zhǔn)化的意義，“一城一策”是權(quán)宜之計(jì)，基于本質(zhì)認(rèn)知的長遠(yuǎn)設(shè)想是城市發(fā)展的思想源泉。如果將城市比作為一個(gè)大型企業(yè)，企業(yè)的管理要經(jīng)歷計(jì)劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)、控制等管理環(huán)節(jié)，計(jì)劃層面來說是由智慧城市發(fā)展愿景、頂層設(shè)計(jì)、滾動(dòng)規(guī)劃、年度任務(wù)組成的；組織層面是由所在城市的最高管理者組建的智慧城市建設(shè)指揮中心形成的一把手工程，明確主體責(zé)任；指揮層面依靠地方條例、指導(dǎo)意見、年度考核辦法等組成；協(xié)調(diào)依靠的是以建設(shè)項(xiàng)目需求為觸發(fā)點(diǎn)的各個(gè)部門之間的政令互通、流程協(xié)同、數(shù)據(jù)共享；控制包括規(guī)劃評(píng)估、智慧城市審計(jì)、項(xiàng)目后評(píng)估。要總體上要覆蓋以上三大系統(tǒng)。

總之，智慧城市復(fù)雜巨系統(tǒng)是一個(gè)循序漸進(jìn)發(fā)展的過程，掌握了其中的規(guī)律才能事半功倍。

作者單位：中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司