智慧城市关键技术_39智慧城市的愿景与架构

发布时间：2016-11-27 19:24

本文关键词：智慧城市的愿景与架构，由笔耕文化传播整理发布。

Ｖ０１．２６，Ｎｏ．４；程学报；２０１；ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｎｇｉｎ；２年第４期；智慧城市的愿景与架构；许庆瑞，吴志岩，陈力田；（浙江大学管理学院，浙江杭州３１００５８）；摘要：当前城市发展面临着环境、经济、社会等方面的；内省市调研和资料收集）相结合以助质性分析的方法，；有智慧城市战略研究较少且不系统的问题，有助于对智；关键词：智慧城市；

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Ｖ０１．２６，Ｎｏ．４

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程学报

２０１

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ／ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｎａｇｅｍｅｎｔ

２年第４期

智慧城市的愿景与架构

许庆瑞，吴志岩，陈力田

（浙江大学管理学院，浙江杭州３１００５８）

摘要：当前城市发展面临着环境、经济、社会等方面的问题，其主要原因是城市未发展成为可自我调节并可持续发展的系统。因此，未来城市发展必须走多种可持续发展相结合的道路。智慧城市的概念由此起源。国内外政府都在积极参与智慧城市建设，但是尚缺乏智慧城市愿景、架构和模型的系统性思考，这阻碍了我国智慧城市建设，亟需根据我国国情对其进行深入研究。首先，业界和学界对智慧城市愿景缺乏深入研究和共识。从根本上讲，智慧城市愿景是指引智慧城市建设的根本前提，它决定了智慧城市的愿景和战略目标，进而影响智慧城市建设中的人力安排与资源配置行为。针对这一问题，本文通过分析国内外智慧城市的研究的成果，以及走访国内部分省市所获得的调研资料，提出具有中国特色的智慧城市愿景和战略目标，即实现“经济一社会一生态”的全面可持续发展，以满足居民生活的安全感和幸福感。其次，学界缺乏对于符合中国国情的智慧城市架构的论述与阐明。实际上，构建有效的智慧城市架构是实现智慧城市愿景的基础。有效的智慧城市架构有助于提高城市居民的创造力，大学和科研机构的研发能力，将城市打造为学习和创新的沃土，实现智慧城市愿景。针对这一问题，本文通过国外文献整理和中国情况分析相结合的方式，提出了符合中国国情的智慧城市建设的“三层四柱”架构。最后，现有研究在智慧城市建模方面存在缺口。实际上，智慧城市研究是一项系统工程，为了更好地理解系统结构和特征，需要建模进行分析，从而理清和量化智慧城市建设过程中涉及关键要素及其之间的逻辑关系，从而为实践提供工具。针对这一问题，本文提出了一个可供未来研究不断探索的模型。综上所述，本文针对现有研究缺乏智慧城市愿景、架构争模型的系统性恩考，，阻碍了我国智慧城市建设的问题，通过多来源数据（国外资料、国

内省市调研和资料收集）相结合以助质性分析的方法，识别了智慧城市的愿景、架构与模型。一方面，弥补了现

有智慧城市战略研究较少且不系统的问题，有助于对智慧城市建设的研究，本文２０１２年在中国工程院二次会议上宣讲，得到与会中外代表的赞许。；另一方面，对智慧城市建设提供了方向上的指引和战略结构上的建议，有助于建设智慧城市的实际工作。

关键词：智慧城市；愿景；战略目标；战略结构与架构

中图分类号：Ｆ２７３

文献标识码：Ａ

文章编号：１００４６０６２（２０１２）０４－０００１－０７

Ｏ

引言

当今城市发展面临着各种各样的挑战，如环境、食品安

系统¨ｏ。前者是科技创新层面的技术因素，后者是社会创新层面的技术经济因素。由此可以看出，创新在智慧城市发展

中的驱动作用。

全、能源、经济，交通和公共安全等。尤其是进入２１世纪后，生态恶化、粮食短缺、能源匮乏、金融海啸、恐怖主义等问题层出不穷。这类问题不断蔓延，主要是由于城市并未发展成为可自我调节并可持续发展的系统¨１。因此，未来的城市发展必须走智能化、包容性和可持续发展的道路…。智慧城市的概念也开始逐步萌芽。

在起步阶段，无论是学术研究还是政府的实践行为，都将重点放在信息技术建设上旧１，欲通过技术手段实现城市经济和政治效率的提升。可以说，这一阶段的智慧城市概念，大多是技术导向型的，属于智能城市范畴，注重的是城市建设的硬实力。此外，有两种驱动力使得智慧城市的雏形逐步形成，一是以互联网为首的信息技术，二是城市的区域创新

收稿日期：２０１２－０９—１３

后来，智慧城市的概念逐步发展，关注的焦点不再局限于硬件设施的建设，更注重城市的人文和教育环境建设Ｈｏ，即重视城市建设的软实力。持这一观点的学者认为，硬件设施建设是建设智慧城市的基础，但要想保证其可持续发展，离不开人文、教育和社会资本在其中的作用”ｏ。举例来说，信息技术手段在智慧城市建设中的作用，不应仅局限于提升政府、企业和其他组织提升其工作效率¨１。更要的是，它能为城市未来发展方向的民主讨论提供一种高效的教育和交流平台…。这种交流平台可以帮助城市更有效地了懈市民期望的智慧城市能为他们提供的服务，并将这种信息反馈整合到智慧城市建设的规划中。换句话说，这时的智慧城市概

基金项目：浙商研究专项经费重大招标项目（Ｃ６５７１３）；浙商研究专项经费博士生项目（Ｃ６５７２６）

作者简介：许庆瑞（１９３０一），男，江苏省常州市人。中国工程院院士。教授，博士生导师，研究方向：技术创新与战略管理。

万方数据

许庆瑞等：智慧城市的愿景与架构

念已经演化为面向市场，注重的是城市建设的软实力。

值得一提的是，智慧城市概念的兴起与发展，在很大程度上是被商业行为所驱动，而非政府行为本身’６１。近年来，智慧城市演变为一种城市的标签行为，即大肆宣传智慧城市的概念、而忽视其概念内涵和本质¨ｏ。构建一些先进的网络基础设施、配备一系列高科技含量的信息技术，就宣称其智慧属性的城市比比皆是，如美国的圣地亚哥、加拿大的渥太华、荷兰的阿姆斯特丹和印度的班加罗尔等…。而真正意义上的智慧城市应该是智慧的、可持续发展的城市…。

ｌ

智慧城市的发展与特征

目前，智慧城市的概念得到越来越多的关注。针对智慧

城市的概念与本质问题，我们从国内外典型的调查资料和研究成果入手进行分析，并通过走访国内部分省市（如表１所示）了解智慧城市建设的相关情况，试图总结具有中国特色的智慧城市建设经验，揭示智慧城市的概念和特征。

表１国内调研情况介绍

调研时间

调研对象

２０１２．０６浙江省经济和信息化委员会２０１２．０７杭州市城市管理委员会２０１２．０７杭州市经济和信息化委员会２０１２．０７宁波市经济和信息化委员会２０１２．０７宁波市８１８９０求助服务中心２０１２．０７

浙江省思创理德物联科技有限公司

１．１

国际智慧城市发展现状

近些年来，在西方国家，智慧城市的概念在其城市发展

战略与规划中扮演了越来越重要的角色∞ｏ。一些城市开始涌入智慧城市的建设浪潮中‘６ｏ：在美国，圣地亚哥投入巨资，以期利用信息通信技术打造“未来之城”；在加拿大，渥太华积极开展“智慧首都”项目，以期提升政府、企业和其他组织对网络资源的使用率；在英国，南安普顿凭借其智能卡在全市普及的优势，欲成为英国第一个智慧城市；在新加坡，“智慧岛”的概念十余年前就被提出。此外，还有很多城市和地区都在积极打造智慧城市，如澳大利亚的布里斯班、印度的班加罗尔等。１９９７年世界智慧城市论坛就提出，在未来将有５００００多的城市和地区会加入智慧城市建设的行列中Ｍ１。

１．２关注焦点的转变

随着智慧城市概念的不断成熟，学界的关注焦点也在发生变化。从技术角度而言，研究重点从关注技术创新到重视技术应用，从关注后台处理到重视前端服务；从政策角度而言，研究重点也从关注公司主导模式到重视市民主导模式、从关注市场价值到重视人文价值，从关注行政部门的经济效益到重视自由民主的政府建设。８１。

上述四类转变，从前期调查来看，正是目前各政府进行智慧城市建设所缺失的。目前，大多数政府进行智慧城市建设在很大程度上是通过信息化建设为提升自身行政效率和城市经济效益，未来可以将智慧城市建设为一种打造民主的一２一

万方数据

政府平台，关注百姓的安全感和幸福感问题。这样，智慧城市建设解决的也不再是经济问题，还涉及社会问题、文化问题、环境问题等。

１．３特征

结合国内外资料的调查和研究成果，并结合我国部分省市智慧城市建设的实践经验出发，我们认为，智慧城市是整合了数字城市、生态城市和创新城市的立体城市概念（将在１．５部分进行详细阐述），并囊括了技术属性和社会属性：通过先进的数字技术将城市赋予智能性，通过教育培育人的创造力和智慧，通过文化陶冶人的情操，进而提升百姓生活的

安全感和幸福感。

根据对智慧城市本质的思考以及前期调研资料的梳理，我们认为智慧城市一般特征如下：

第一，世界级城市发展的长期战略思考与短期规划，包

括：

（ａ）长期的发展计划与目标；

（ｂ）中短期的城市规划，尤其是高效的城市运营计划和控制系统的建设。

第二，宜居的生态环境，包括：（ａ）绿色建筑；

（ｂ）可再生的能源资源、零废料的生产和服务系统、可回

收的生产系统等；

（ｃ）智能的网络、通讯和交通系统。

第三，适合于个人、组织和产业的创新、创业与投资环

境。

第四，世界级的医疗和卫生系统以及对空巢老人的关注措施。

第五，智能教育园与文化娱乐中心。

１．４智慧城市与数字城市、知识城市、生态城市、创造城市。

创新城市间的关系

近些年来，关于未来城市的发展方向，有过很多争论，如数字城市、知识城市、生态城市、创造城市、创新城市等。从根本上说，这些城市都试图通过信息技术手段来提升城市的经济、政治和文化价值’６ｏ。这就使得他们彼此之间界限模糊，甚至被错用滥用。

有学者认为智慧城市是一种整合了数字城市、生态城市和智能城市的立体城市…。沿着这一思路并扩展，并结合前期调查资料来看，本研究认为智慧城市概念是对数字城市、知识城市、生态城市、创造城市的一种整合：它囊括了数字城市的技术架构、知识城市的价值观、生态城市的宜居环境和创造城市的创造力，最终实现城市的永续发展。可以说，智慧城市是整合了数字城市、知识城市、生态城市、创造城市之上的城市功能并凌驾于之上的综合体，形成一种金字塔－星状结构，如图１所示。相关内容将在第二部分详细展开。

２智慧城市的愿景与战略目标

２．１愿景

关于智慧城市的愿景有很多讨论，主要观点有以下四

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管理工程学报

２０１２年第４期

图１

金宇塔?星状结构的智慧城市

类：

根据国外相关学者的观点，智慧城市的愿景是将信息通讯技术应用到城市运营和发展的方方面面一】，通过计算机化的系统结构有效完成感知、处理、决策等复杂行为（图２），使得城市环境更加宜居、城市运营更加智能、城市管理更加高

效ｏ“．

数据分析行为

与处理

围２

智慧城市愿量的图解

资料来源：根据参考文献【９一进行修改

第二类，ＩＢＭ倡导的智慧城市愿景是通过先进的信息技术在城市发展中的高度介入与应用，实现城市经济的可持续

性。

第三类，有学者认为，经济的可持续发展仅是城市的可

持续发展战略的重要环节之一，并提出了“经济一社会一环境”

的可持续发展模型，如图３所示。他们认为城市在考虑其可持续发展战略时，应当将经济、社会和环境的政策相互融合，统筹兼顾，实现三者均衡的可持续发展“！。

学留雌＠鳓

社会

历史

现状

未来

图３城市可持续发展的愿景

资料来源：参考文献…

第四类，宁波充分利用现代信息通信技术的同时，还强

调积极汇聚人的智慧，赋予物以智能，使汇集智慧的人和具备智能的物互存互动、互补互促，以实现经济社会活动最优化的城市发展新模式和新形态。宁波对与智慧城市理解的

万方数据

创新之处在于其对人力资源纳入到智慧城市建设的战略框架中。由此可见，智慧城市的愿景不仅涉及智慧技术的构建与铺设，还应给予教育、文化和人力资源应有的重视，只有这样才能让人汇聚智慧，让物拥有智能，通过二者的协调互补，实现城市的创新发展。也只有此，才是真正的智慧城市愿

景。

上述观点总结如表２所示。

表２

智慧城市愿景的观点小结

代表观点

Ｗｒｉｇｈｔ＆ＩＢＭ

愿景

Ｋｅｌｌｙ，Ｓｉｎ＂

宁波经验

Ｓｔｅｖｅｎｔｏｎ

（２０１０，＆Ｒａｔｃｌｉｆｆｅ

（２０１１）

（２００４）

２０１１）（２００４）经济可持续

、／

、／、／社会可持续、／、／、／生态可持续

、／

综上所述，我们认为由于智慧城市的整体性、全面性和系统性，其愿景是实现三种可持续发展（经济、社会和生态），

如图４所示。

社会可持续发展

经济可持续发展

生态可持续发展

图４智慧城市愿景

真正的智慧城市是可持续发展的城市”。，不仅能提升城

市的经济和政治实力，还可以促进社会和文化的大繁荣。６。

因此，智慧城市建设的长期战略目标是实现城市的可持续发

展。这种可持续发展应当包含三个方面：经济的可持续发展、社会的可持续发展和环境的可持续发展。其中，经济的可持续发展指的是资源得到优化配置、国民经济实现又好又

快发展；社会的可持续发展指的是人民的物质与文化需求能

够得到满足，并实现社会和谐；环境的可持续发展指的是自然资源得到合理利用并减少污染和浪费。

目前，我国政府的主管经济、社会和环境的相关部门已经将可持续发展纳入其长期规划中，但是仅仅这样，是不够的。目前的现状是，各部门制定的政策往往仅考虑自身领域的问题，兼顾其他领域的政策还不够，如图５（ａ）所示。举例来说，主管经济的部门制定的政策，往往是以经济增长最大化为原则，甚至以环境污染为代价，这就使得经济的可持续发展与环境的可持续发展相悖。这种顾此失彼的可持续发展战略必然会导致资源浪费和效率低下。

导致上述问题的原因是，各部门的战略目标不一致，必然会导致彼此的政策制定会相互矛盾、相互制约。因此，为了实现智慧城市可持续的健康发展，经济、社会和环境的可持续发展战略应进行协同，如图５（ｂ）所示。具体来说，经济

——１——

许庆瑞等：智慧城市的愿景与架构

和社会的可持续发展战略与政策制定应当考虑环境的承载力；同时，经济的可持续发展战略与政策制定还应考虑社会和谐等问题。

技术云端层

（ａ）亚健康的可持续发展模式（ｂ）健康的可持续发展模式

图５可持续发展的两种模式

资料来源：参考文献…１

２．２战略目标

组织云端层

在前期调查阶段发现，目前我国智慧城市建设，重视信息化建设，而忽视了智慧城市提升百姓生活质量的重要作用。但是智慧城市的战略目标是提升百姓的城市生活质量

（包括物质生活和精神生活质量），进而增强百姓的安全感与

幸福感。其中物质生活质量，就需要依靠城市的经济和环境

的可持续发展作支撑，精神生活质量就需要依靠城市的社会

知识云端层

和经济的可持续发展做支撑，如图６所示。

战略

目

图７智慧城市的架构

资料来源：参考文献㈨

标

－－

的一个主要组成部分：

愿景

图６智慧城市的愿景与战略目标间的关系

３智慧城市的架构

３．１国外观点

实现上述愿景．需要依靠城市居民的创造力，大学和科研机构的研发能力，以架构城市的数字空间建设，将智慧城市打造为学习和创新的沃土’３４。这一过程，需要构建有效的智慧城市架构¨１，他们的模型架构强调区域创新系统和信息技术在智慧城市建设中的重要作用，并划分为三个层次，如

图７所示。

最底层是智慧城市的基础架构层，又称为知识云端层”。。这一层主要凝聚了有创造力的知识界，如科学家、艺术家、企业家等。这些人在不同的领域中从事知识密集型的工作，为城市发展提供知识服务。

中间层是组织云端层＂１。这一层次的组织主要将知识

图８

组织云端层的区域创新系统的知识网络

资料来源：参考文献Ｌ川

最顶层是技术云端层１。这一层主要是依靠知识云端

层的智力资本和组织云端层的社会资本开发出来的数字技

云端层提供的知识进行整合和商业化以实现创新。这一层主要包括风险投资商、知识产权保护组织、创业与创新孵化组织、技术转移中心、咨询公司，融资机构等。这些组织通过他们的社会资本和金融资本，为知识云端层的智力资本提供财务和其他方面的支持。图８更好地表示了组织云端层的区域创新系统的作用机理，即产品创新与创业孵化机理。区域创新系统中的研发中心、政府部门、咨询公司和技术生产者等为新创公司提供技术和市场等方面的支持，以实现孵化产品创新和创业孵化。由此亦可见，创新城市是智慧城市

．——４．——

术与环境。这一数字技术和环境是供给和满足智慧城市智

慧运营的技术内核。

这个三层次有机连接，成为一个“智慧链”，为智慧城市

的可持续发展提供不竭的动力。

３．２三层四柱架构模型

我们从国内外典型调查分析人手，继而经过国内部分省

市的前期调查和研究，提出符合国情的三层四柱架构模型。

以上所述，Ｋｏｍｎｉｎｏｓ的架构仅是基于技术层面提出的，忽视了社会层面的分析和考虑。在我们的架构设计中，基础

万方数据

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管理工程学报

２０１２年第４期

架构层应该是群众基础。这一层的主要活动者为城市居民，他们对自己所在的城市发展和生活方式最有发言权。

第２层是创新系统层，即城市的区域创新平台，这一层的主要作用是通过城市区域创新平台将基础架构层制定的战略和政策进行创新孵化，配置有利于创新与创业的环境和系统设置，并形成智慧系统，即智慧系统构建。

第３层是可持续发展。前２层的智慧功能是为了第３

层服务的，即通过智慧产品、智慧技术、智慧决策系统和智慧创新系统促进城市经济健康运行、社会和谐发展、生态绿色宜居，即智慧助推服务、助推发展。

此外，Ｋｏｍｎｉｎｏｓ架构的核心组成部分只有两类：一是信

息通讯技术和网络基础设置，二是区域创新系统ｐ１。我们的架构设计中，有４类核心组成内容，类似于四根柱子支撑着智慧城市建设，西者缺一不可，故称４柱架构，如图９所示。信息／数字技术城市的知识提供者供给的数字技术知识，是智慧城市数字技术的供给者。城市创新系统中的各组织会通过自身的社会资本和金融资本帮助相关技术进行推广和应用，最终帮助政府智慧决策，并向百姓提供最贴心和最及时的智慧服务。

＼、一／＼

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信科政息

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技创与慧数新体社字系制会技

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／

群众基础

图９智慧城市的三层四柱模型

４模型

４．１建模的作用

如前所述，智慧城市研究是一项系统工程，为了更好地理解系统结构和特征，未来可以建立研究模型进行相关分析。这一部分介绍了智慧城市建模研究的作用。

第一，概念模型可以帮助我们更清晰地了解研究问题，并有助于进行探索性研究。我们建立了一个概念模型，如图１０所示。这一模型主要围绕智慧城市建设的愿景和相关战略规划进行综合，是定性分析的框架。

第二，定量模型有助于开展政策与战略分析。在上世纪９０年代，浙江大学ＲＣＩＤ团队就曾利用系统动力学开展过科技、经济与教育战略互动方面的研究。这一模型遵守系统动力学建模原则和过程，进行定量研究，通过政策分析得到的结论，对相关政策的制定起到了参考作用。ＲＣＩＤ团队的系统动力学模型如１１所示。

万方数据

卜＿—一愿景一卜战略规划叫

图１０概念模型

科技系统

经济系统教百系统

图１１

科技，经济、教育战略互动模型

第三，还有些模型可以为管理者的决策和认知提供一定的参考，如智慧城市架构中图７和图８，不再熬述。

４．２可展开的模型框架

在前面分析的基础上，我们提出一个定性研究模型，如图１２所示。本模型是在对ＥＨＣ模型进行修正后得到。原模型仅涉及物质的输入、输出与回收利用。本研究提出的愿景是实现经济、社会和生态全面的可持续发展，仅仅考虑物质循环是不全面的，故在模型中增加信息、资金和人力三方面，以满足全面可持续发展的要求。以上是输入端的五个指

文化吸收

文化批判

图１２研究模型

一５一

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