打造“五新”智慧城市，建設(shè)城市生命體“神經(jīng)系統(tǒng)”

李文秋，仝冰潔

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 天津 300381）

0 引 言

數(shù)字化和智能化是城市管理的重要手段。隨著城市發(fā)展，“城市病”日益凸顯，急需采取新理念、新模型、新體系、新架構(gòu)對(duì)智慧城市建設(shè)進(jìn)行深入探索，營(yíng)造全社會(huì)共同關(guān)注、積極參與的智慧城市建設(shè)新形勢(shì)。

智慧城市面向政府、市民、社會(huì)和企業(yè)4個(gè)對(duì)象，從城市治理、產(chǎn)業(yè)促進(jìn)、民生服務(wù)等多個(gè)維度提出了對(duì)城市建設(shè)和管理方面的要求。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，中國(guó)的智慧城市建設(shè)已經(jīng)從分散式建設(shè)模式走向新型智慧城市建設(shè)模式。

“新型智慧城市”是數(shù)字中國(guó)、智慧社會(huì)的核心載體［1］。隨著新的國(guó)務(wù)院機(jī)構(gòu)改革方案的實(shí)施，組建了國(guó)家數(shù)據(jù)局，必將促使智慧城市建設(shè)更加注重頂層設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)治理，在推進(jìn)城市智能設(shè)施的統(tǒng)籌布局和基礎(chǔ)平臺(tái)的搭建上也會(huì)加快城市數(shù)字化升級(jí)。

1 智慧城市建設(shè)新方法

1.1 城市生命體新理念

“城市生命體”理念是指城市具有與生命體相似的生命系統(tǒng)。與人體九大系統(tǒng)相似，城市生命體具有適應(yīng)性、生長(zhǎng)性、系統(tǒng)性、應(yīng)激性等生命特征，也包含呼吸、消化、運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)等生命系統(tǒng)。這一生命體的順利運(yùn)轉(zhuǎn)依賴其外在功能和內(nèi)在機(jī)能的協(xié)調(diào)運(yùn)行，城市良好的外在功能需要健康的內(nèi)在機(jī)能來(lái)保障，城市內(nèi)在機(jī)能又由眾多的城市機(jī)能子系統(tǒng)來(lái)支撐，這些子系統(tǒng)既獨(dú)立運(yùn)行、自成體系，又高度關(guān)聯(lián)、相互作用，能夠維持城市肌體平穩(wěn)運(yùn)行和保障城市發(fā)展健康有序。

智慧城市是城市生命體的“神經(jīng)系統(tǒng)”，其中傳感器是感知器官，能夠獲取物理世界的信息；信息網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將信息進(jìn)行傳輸；而“城市大腦”負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和對(duì)信號(hào)進(jìn)行反饋，統(tǒng)一指揮決策。智慧城市是政府高效治理的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)城市各要素之間信息聯(lián)動(dòng)、支撐政府科學(xué)決策的關(guān)鍵［2］。

1.2 城市大腦新模型

智慧城市的發(fā)展已經(jīng)步入“能聽見、能看見、能感知”的感知智能新階段。面對(duì)技術(shù)的迭代和需求的更新，需要打造具備自生長(zhǎng)、自學(xué)習(xí)能力的城市大腦新模型，建立健全智慧城市決策系統(tǒng)。

城市大腦是“神經(jīng)系統(tǒng)”的重要組成部分，包含城市中樞神經(jīng)、城市感知神經(jīng)、城市運(yùn)動(dòng)神經(jīng)、城市神經(jīng)纖維等在內(nèi)的城市級(jí)類腦智能復(fù)雜巨系統(tǒng)［3］的新型基礎(chǔ)設(shè)施，具備自生長(zhǎng)、自學(xué)習(xí)的特征，能夠融合匯集城市運(yùn)行信息，以及支撐和引領(lǐng)城市可持續(xù)發(fā)展。

城市大腦的輻射范圍和受益人數(shù)具有規(guī)模性，城市大腦的本質(zhì)是數(shù)據(jù)建設(shè)，融合新技術(shù)、新算法、新應(yīng)用，打造城市大腦開放式平臺(tái)，快速響應(yīng)不斷更新的業(yè)務(wù)需求，以迭代式開發(fā)持續(xù)升級(jí)，助力城市治理數(shù)字化。

1.3 智慧城市新體系

評(píng)價(jià)是智慧城市建設(shè)過程中不可缺少的一環(huán)，尤其是以量化方式評(píng)估智慧城市的建設(shè)效果。根據(jù)《新型智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)》（GB/T 33356—2022），按照“以人為本、成效引導(dǎo)、客觀規(guī)范、成熟可測(cè)、注重時(shí)效”的原則，規(guī)定了面向地級(jí)及以上城市的新型智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架。主觀指標(biāo)通過向市民發(fā)放體驗(yàn)調(diào)查問卷的形式進(jìn)行，得分占比40%，客觀指標(biāo)分為8個(gè)一級(jí)指標(biāo)，涉及惠民服務(wù)、精準(zhǔn)治理、生態(tài)宜居、信息基礎(chǔ)設(shè)施、信息資源、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、信息安全、創(chuàng)新發(fā)展8個(gè)方面，得分占比60%。

應(yīng)用智慧城市評(píng)價(jià)新體系，通過以評(píng)促建，推動(dòng)城市自我演進(jìn)、自我生長(zhǎng)，讓城市在有生命的基礎(chǔ)上構(gòu)建智慧城市。這一體系通過新技術(shù)支撐城市管理及整體業(yè)務(wù)應(yīng)用，科學(xué)衡量智慧城市建設(shè)成效，助力新時(shí)期新型智慧城市高質(zhì)量發(fā)展。

1.4 智慧城市新架構(gòu)

基于企業(yè)信息架構(gòu)（EA），以評(píng)價(jià)指標(biāo)為引領(lǐng)，融入建設(shè)運(yùn)營(yíng)、發(fā)展環(huán)境等軟環(huán)境建設(shè)內(nèi)容，智慧城市頂層設(shè)計(jì)體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧城市頂層設(shè)計(jì)架構(gòu)圖Fig.1 Top-level design architecture diagram of smart cities

打造智慧城市頂層設(shè)計(jì)新架構(gòu)，貫通數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)全生命周期，支撐信息資源之間的關(guān)聯(lián)、整合、協(xié)同與應(yīng)用，梳理智慧城市運(yùn)行管理全流程，讓城市發(fā)展更有質(zhì)量。

1.5 智慧城市新模式

智慧城市具有投資規(guī)模大、跨行業(yè)領(lǐng)域的特點(diǎn)，高效的建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式可以有效緩解建設(shè)前期資金壓力，調(diào)集社會(huì)資源加速推進(jìn)智慧城市建設(shè)。當(dāng)前智慧城市運(yùn)營(yíng)模式主要分為政府獨(dú)營(yíng)和市場(chǎng)運(yùn)作，其中平臺(tái)化運(yùn)維是智慧城市建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式的新趨勢(shì)。

平臺(tái)化運(yùn)維模式以平臺(tái)為中心，參與者越多，平臺(tái)越具有價(jià)值。平臺(tái)化運(yùn)維注重規(guī)劃可持續(xù)發(fā)展和公眾體驗(yàn)與反饋，關(guān)注應(yīng)用、技術(shù)、管理、模式的創(chuàng)新，向用戶提供綜合、高附加值、智能化的服務(wù)，確保良性運(yùn)營(yíng)與發(fā)展。

2 體系架構(gòu)

智慧城市建設(shè)需要著眼全局，兼顧過去資源、現(xiàn)實(shí)問題和未來(lái)規(guī)劃，以頂層思維制定智慧城市的體系架構(gòu)。

2.1 體系架構(gòu)要素

智慧城市頂層設(shè)計(jì)體系架構(gòu)要素包括技術(shù)體系和非技術(shù)體系，技術(shù)體系要素分為業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)；非技術(shù)架構(gòu)包括評(píng)價(jià)體系、標(biāo)準(zhǔn)體系、建設(shè)運(yùn)營(yíng)架構(gòu)、發(fā)展環(huán)境架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 智慧城市頂層設(shè)計(jì)體系架構(gòu)要素組成Fig.2 Top-level design system architecture elements of smart cities

其中業(yè)務(wù)架構(gòu)通過業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用架構(gòu)，應(yīng)用架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)交互影響，基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)為應(yīng)用架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)提供統(tǒng)籌支撐；在非技術(shù)體系中，評(píng)價(jià)體系指引智慧城市的建設(shè)方向，標(biāo)準(zhǔn)體系約束智慧城市的統(tǒng)一建設(shè)，建設(shè)運(yùn)營(yíng)架構(gòu)引導(dǎo)智慧城市的持續(xù)運(yùn)營(yíng)，發(fā)展環(huán)境架構(gòu)提供配套機(jī)制的支撐。

2.2 總體架構(gòu)

智慧城市頂層設(shè)計(jì)總體架構(gòu)結(jié)構(gòu)為“三橫四縱”，其中“三橫”包括新型基礎(chǔ)設(shè)施、智能運(yùn)行中樞、智慧應(yīng)用，“四縱”包括建設(shè)運(yùn)營(yíng)架構(gòu)、發(fā)展環(huán)境架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)體系和評(píng)價(jià)體系，如圖3所示。

圖3 智慧城市頂層設(shè)計(jì)總體架構(gòu)Fig.3 Overall framework of smart city top-level design

①基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)是智慧城市運(yùn)行與發(fā)展的基礎(chǔ)，賦予城市資源要素?cái)?shù)字化、智能化和智慧化，促進(jìn)城市運(yùn)行全方位與功能要素結(jié)合和協(xié)調(diào)。

②數(shù)據(jù)架構(gòu)是智慧城市建設(shè)發(fā)展的核心，通過打通數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)共享交換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、服務(wù)支撐、數(shù)據(jù)開放的各個(gè)環(huán)節(jié)，構(gòu)建信息化供應(yīng)鏈全環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)融合應(yīng)用體系。

③應(yīng)用架構(gòu)是智慧城市建設(shè)成效的體現(xiàn)，基于基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)的支撐，圍繞政府、市民、社會(huì)和企業(yè)四大主體的業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)智慧城市的資源整合和融合應(yīng)用。

④標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)和評(píng)價(jià)架構(gòu)是智慧城市規(guī)范建設(shè)的約束，在參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，結(jié)合智慧城市的實(shí)際需求和特點(diǎn)，引導(dǎo)城市向差異化、多層次、最優(yōu)化發(fā)展的方向前進(jìn)。

⑤建設(shè)運(yùn)營(yíng)架構(gòu)和發(fā)展環(huán)境架構(gòu)是智慧城市持續(xù)發(fā)展的保障，充分考慮政府的職能、運(yùn)營(yíng)商及其他企業(yè)與機(jī)構(gòu)建設(shè)運(yùn)營(yíng)的運(yùn)作方式，確保智慧城市頂層設(shè)計(jì)的落地及相關(guān)項(xiàng)目的順利實(shí)施［4］。

2.3 評(píng)價(jià)體系分類

根據(jù)《新型智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)》（GB/T 33356—2022），對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的8個(gè)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行深入分析，將其融入到總體架構(gòu)的“三橫四縱”體系架構(gòu)要素中，如圖4所示。其中惠民服務(wù)、精準(zhǔn)治理、生態(tài)宜居、產(chǎn)業(yè)發(fā)展指標(biāo)對(duì)應(yīng)應(yīng)用架構(gòu)，信息基礎(chǔ)設(shè)施指標(biāo)對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，信息資源指標(biāo)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)架構(gòu)，信息安全指標(biāo)和創(chuàng)新發(fā)展指標(biāo)則貫穿所有架構(gòu)?；诟黧w系架構(gòu)的建設(shè)情況，多維度對(duì)智慧城市進(jìn)行評(píng)定，各地政府部門能夠分頭開展相關(guān)工作，減少人力、財(cái)力的重復(fù)投入。

圖4 智慧城市評(píng)價(jià)體系分類Fig.4 Evaluation system classification of smart cities

2.4 基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)中體現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)中對(duì)信息基礎(chǔ)設(shè)施的要求，信息化基礎(chǔ)設(shè)施為城市運(yùn)行提供基本保障。基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)主要包括城市網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)設(shè)施、云基礎(chǔ)設(shè)施等內(nèi)容，如圖5所示。

圖5 智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)Fig.5 Infrastructure architecture of smart cities

通過分析現(xiàn)狀、應(yīng)用、數(shù)據(jù)及發(fā)展建設(shè)需求，依據(jù)“集約建設(shè)、資源共享、適度超前”的原則，支撐城市形成設(shè)施互聯(lián)、精確感知、信息互通、數(shù)據(jù)共享的“城市大腦”和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。

2.5 數(shù)據(jù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)架構(gòu)中體現(xiàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)中對(duì)信息資源的要求是智慧城市建設(shè)發(fā)展的核心。數(shù)據(jù)架構(gòu)由數(shù)據(jù)共享交換、物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行管理、網(wǎng)絡(luò)爬蟲、資源目錄、大數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用支撐能力、統(tǒng)一數(shù)據(jù)開放構(gòu)成，如圖6所示。

圖6 智慧城市數(shù)據(jù)架構(gòu)Fig.6 Data architecture of smart cities

數(shù)據(jù)資源的融合共享和開發(fā)利用是關(guān)鍵，大數(shù)據(jù)將驅(qū)動(dòng)智慧城市變革［5］。通過對(duì)各類數(shù)據(jù)現(xiàn)狀與需求的整理、對(duì)多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合及深入的挖掘，構(gòu)建統(tǒng)一、匯聚、清晰、真實(shí)、高質(zhì)、安全的數(shù)據(jù)資源體系，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、共享交換、分析挖掘等數(shù)據(jù)服務(wù)，進(jìn)而構(gòu)建數(shù)據(jù)架構(gòu)。

數(shù)據(jù)架構(gòu)通過打通信息化供應(yīng)鏈的全周期節(jié)點(diǎn)，具備數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)服務(wù)能力，助力智慧城市的集約高效建設(shè)，實(shí)現(xiàn)城市數(shù)字化到城市智慧化的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，還需關(guān)注評(píng)價(jià)指標(biāo)中對(duì)數(shù)據(jù)開放共享的要求，這也是新型智慧城市區(qū)別于傳統(tǒng)智慧城市的一個(gè)方面。

2.6 業(yè)務(wù)架構(gòu)

業(yè)務(wù)架構(gòu)依據(jù)新型智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建包含城市治理、產(chǎn)業(yè)促進(jìn)、民生服務(wù)三大業(yè)務(wù)域的業(yè)務(wù)架構(gòu)，囊括精準(zhǔn)治理、生態(tài)宜居、產(chǎn)業(yè)促進(jìn)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、惠民服務(wù)等城市發(fā)展與管理的主要業(yè)務(wù)，如圖7所示。

基于城市發(fā)展需求，通過對(duì)城市的現(xiàn)狀、業(yè)務(wù)、發(fā)展戰(zhàn)略的梳理，充分分析政府、市民、社會(huì)和企業(yè)等各方業(yè)務(wù)及相互關(guān)系，打造智能共享的城市治理領(lǐng)域，建設(shè)創(chuàng)新升級(jí)的產(chǎn)業(yè)促進(jìn)領(lǐng)域，提供保障生活的民生服務(wù)領(lǐng)域。同時(shí)，在政府層面上也要重點(diǎn)關(guān)注上級(jí)政府及政府中各委辦局的業(yè)務(wù)需求。

2.7 應(yīng)用架構(gòu)

應(yīng)用架構(gòu)中體現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)中對(duì)民生、產(chǎn)業(yè)、政府的要求，由基礎(chǔ)層應(yīng)用、平臺(tái)層應(yīng)用和各領(lǐng)域智慧應(yīng)用3個(gè)部分構(gòu)成，具備橫向協(xié)同、共建共享、靈活管控、易于迭代的特點(diǎn)，如圖8所示。

基礎(chǔ)層應(yīng)用為最底層，通過信息化基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)、城市云、政務(wù)云等云服務(wù)和物聯(lián)感知系統(tǒng)等，為城市提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算存儲(chǔ)能力。

平臺(tái)層應(yīng)用搭建智慧城市基礎(chǔ)平臺(tái)，為城市提供大數(shù)據(jù)分析、自學(xué)習(xí)自感知、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和基于CIM的時(shí)空數(shù)據(jù)匯聚展示能力，支撐各領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)應(yīng)用的實(shí)施與落地。其中CIM基礎(chǔ)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)、自主、安全、可控的數(shù)據(jù)體系、標(biāo)準(zhǔn)體系和基礎(chǔ)設(shè)施部署，以BIM、GIS、IoT等技術(shù)為核心，呈現(xiàn)城市級(jí)數(shù)字孿生和全要素?cái)?shù)字表達(dá)、大數(shù)據(jù)模型驅(qū)動(dòng)與反向智能控制特征，增強(qiáng)核心平臺(tái)能力，搭建市、縣、區(qū)等多層級(jí)一體化應(yīng)用體系，真正做到全行業(yè)、全領(lǐng)域、全周期深層應(yīng)用。

各領(lǐng)域智慧應(yīng)用由城市治理、民生服務(wù)和產(chǎn)業(yè)促進(jìn)領(lǐng)域應(yīng)用構(gòu)成，基于基礎(chǔ)層和平臺(tái)層提供的網(wǎng)絡(luò)支撐、算力支撐、數(shù)字化技術(shù)支撐，構(gòu)建現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系和運(yùn)營(yíng)環(huán)境，為政府、市民、社會(huì)和企業(yè)提供惠民、宜居、創(chuàng)新的社會(huì)環(huán)境。

2.8 標(biāo)準(zhǔn)體系

標(biāo)準(zhǔn)體系的搭建結(jié)合城市建設(shè)特點(diǎn)，注重實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的固化。以國(guó)家基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，根據(jù)本地區(qū)建設(shè)特點(diǎn)，編制地方性行業(yè)級(jí)規(guī)范類標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用級(jí)技術(shù)類標(biāo)準(zhǔn)，形成一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，如圖9所示。

圖9 智慧城市標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)Fig.9 Standard system architecture of smart cities

智慧城市是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，建設(shè)周期長(zhǎng)，需要跨部門、跨行業(yè)協(xié)同建設(shè)。采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系可有效促進(jìn)面向業(yè)務(wù)智慧應(yīng)用的共享、交換、協(xié)作和開放，能夠避免“信息孤島”。

2.9 保障措施

智慧城市建設(shè)過程中往往會(huì)在信息整合、管理機(jī)制、資金投入、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等幾方面遇到瓶頸。為避免瓶頸的出現(xiàn)，應(yīng)注重組織管理、人才建設(shè)、制度保障、資金投入、品牌宣傳、安全意識(shí)等方面的保障措施。

3 結(jié) 論

智慧城市建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)是解決城市中的實(shí)際問題，以期為居民創(chuàng)造更加美好的生活。本文以城市生命體為理念，提出智慧城市“五新”的發(fā)展新路徑，建設(shè)城市生命體“神經(jīng)系統(tǒng)”。其中新理念基于“城市是有機(jī)的生命體”，抓住城市生命體“神經(jīng)系統(tǒng)”本質(zhì)特征，創(chuàng)建自組織、自學(xué)習(xí)、有智慧的數(shù)字孿生；新模型是基于城市大腦新型基礎(chǔ)設(shè)施，具備自學(xué)習(xí)、自生長(zhǎng)的決策模型系統(tǒng)；新體系基于智慧城市評(píng)價(jià)新體系，以評(píng)促建，推動(dòng)城市自我演進(jìn)、自我生長(zhǎng)；新架構(gòu)基于企業(yè)信息架構(gòu)（EA）的理念，搭建自主、安全、可控的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，提高智慧城市的頂層約束能力；新模式基于互聯(lián)網(wǎng)思維，在平臺(tái)化模式中融合創(chuàng)新，著眼于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的控制和整合，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的平衡，最終支撐智慧城市建設(shè)的健康運(yùn)行。

智慧城市建設(shè)需要整體均衡、頂層驅(qū)動(dòng)，有序推進(jìn)重點(diǎn)示范項(xiàng)目，釋放信息資源在城市治理、產(chǎn)業(yè)促進(jìn)、民生服務(wù)等方面的潛在價(jià)值，結(jié)合城市發(fā)展戰(zhàn)略，構(gòu)建特色鮮明的智慧城市應(yīng)用體系。同時(shí)，積極適應(yīng)智慧城市發(fā)展的新常態(tài)，緊跟新趨勢(shì)，注重新方法、新體系架構(gòu)的扁平開放，提高標(biāo)準(zhǔn)體系、評(píng)估體系的頂層約束能力和智慧城市應(yīng)用實(shí)效。