夏昊翔，王眾托

(大連理工大學(xué) 系統(tǒng)工程研究所，遼寧 大連 116024)

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從系統(tǒng)視角對智慧城市的若干思考

夏昊翔，王眾托

(大連理工大學(xué) 系統(tǒng)工程研究所，遼寧 大連 116024)

智慧城市近年來引發(fā)了學(xué)界的廣泛研究關(guān)注，并已成為城市建設(shè)的熱點課題。但目前學(xué)界和業(yè)界主要從信息與通信技術(shù)的視角出發(fā)來來認識智慧城市。這一認識有一定片面性。對此，本文從系統(tǒng)工程的觀點出發(fā)，由對城市系統(tǒng)的分析入手來闡釋智慧城市的內(nèi)涵。論文提出，現(xiàn)代城市在根本上是由三個系統(tǒng)彼此貫通耦合而形成的“賽博—物理—社會系統(tǒng)”，從而城市的“智慧”表現(xiàn)為由“生理智能”、“社會智能”和廣義“人工智能”等三種智能形式綜合形成的“整體諧生智能”。這一整體諧生智能的演化發(fā)展過程對應(yīng)于智慧城市的發(fā)展過程。本文的分析由此解釋了“智慧城市”內(nèi)在的“三位一體”，即智慧城市是對城市信息化、城市智慧成長與可持續(xù)發(fā)展、以及知識與創(chuàng)造力城市等三方面發(fā)展思潮的綜合。筆者希望本文能為進一步的智慧城市研究和建設(shè)工作提供一定啟示。

智慧城市；整體諧生智能；數(shù)字城市；智慧成長；創(chuàng)造力城市

一、引言

新世紀(jì)以來，特別是IBM公司提出以“感知—互聯(lián)—智能”為核心的 “智慧地球”(Smarter Planet)構(gòu)想以來[1]，智慧城市在全球范圍內(nèi)引起了很大的關(guān)注。一方面，學(xué)界對智慧城市或智能城市開展了很多研究和探討；另一方面，全球很多城市實際開展了智慧城市的規(guī)劃與建設(shè)。在我國很多城市，智慧城市的建設(shè)工作也正如火如荼。然而，智慧城市的建設(shè)是一個涉及面很寬的問題，當(dāng)前人們對智慧城市整體圖景的認識還不盡相同。其中，近年來不少信息與通信技術(shù)(Information and communication technologies，ICT)企業(yè)著眼于從ICT視角探討智慧城市建設(shè)。他們所秉承的ICT理念對智慧城市建設(shè)(特別是我國不少地區(qū)的智慧城市建設(shè))的思路產(chǎn)生了很大影響。這一理念的實質(zhì)是把智慧城市建設(shè)的根本著眼點定位于城市信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施與信息處理平臺的構(gòu)筑，即利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)構(gòu)筑城市硬件、軟件和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，提升城市政府管理、交通、能源、健康醫(yī)療、公共安全等各個子系統(tǒng)的靈巧性(Smartness)和智能性(Intelligence)[2]。ICT平臺與體系的構(gòu)筑固然是智慧城市建設(shè)中極為重要和基礎(chǔ)的方面，但如僅從這一ICT視角來認識智慧城市并實施智慧城市建設(shè)，則具有一定片面性。智慧城市建設(shè)的根本目標(biāo)應(yīng)著力于解決或緩解城市面臨的各種問題，并實現(xiàn)城市增長模式的改進和城市品質(zhì)的提升。這樣，智慧城市建設(shè)的出發(fā)點和根本著眼點應(yīng)在于“城市”本身而不僅僅是城市中的信息技術(shù)平臺與體系。從這一“城市”的角度看，智慧城市的建設(shè)應(yīng)理解為推動城市的整體發(fā)展及“智慧化”的一系列活動與過程。由于城市的復(fù)雜性和系統(tǒng)特性，智慧城市建設(shè)應(yīng)理解為一類典型的系統(tǒng)工程。應(yīng)從系統(tǒng)工程視角出發(fā)來理解智慧城市的建設(shè)工作。

2012年中國工程院開展了針對“中國智能城市建設(shè)與推進戰(zhàn)略研究”項目的研究工作。在該項目中，筆者提出應(yīng)從物理空間—社會心智空間—賽博空間等三個空間協(xié)調(diào)發(fā)展的角度認識智慧城市(智能城市)。這一觀點得到了項目組的認同，并采用“三元空間”的提法寫入項目結(jié)題總報告之中[3]。但還有必要進一步對這一觀點加以闡發(fā)和說明，以求獲得對智慧城市的更為深入的認識。

因此，本文試圖從系統(tǒng)工程的觀點出發(fā)，通過分析城市系統(tǒng)的基本特征來把握“智慧城市”的概念內(nèi)涵。本文的基本觀點是：當(dāng)代城市在根本上是一類由物理系統(tǒng)、社會系統(tǒng)和信息技術(shù)系統(tǒng)耦合而成的開放式復(fù)雜巨系統(tǒng)；與之相應(yīng)，城市的“智能”與“智慧”表現(xiàn)在對與這三個系統(tǒng)相對應(yīng)的三個信息子空間(即前述報告中所提的“三元空間”)中數(shù)據(jù)、信息和知識處理的能力，從而智慧城市的建設(shè)應(yīng)著眼于這一總體能力的提升。本文將從對智慧城市的概念源流的梳理出發(fā)，闡述智慧城市應(yīng)是“數(shù)字城市”、“可持續(xù)城市”以及“知識與創(chuàng)造力城市”的統(tǒng)一；進而，通過對城市系統(tǒng)的分析，深化對智慧城市概念內(nèi)涵的認識，并由此提出對智慧城市的整體認識以及對智慧城市研究與實踐工作的一些啟示。最后，結(jié)論部分將總結(jié)全文。

二、智慧城市的概念源流分析

如前所述，在ICT企業(yè)的影響下，當(dāng)前智慧城市的建設(shè)常被定位于ICT平臺與系統(tǒng)的建設(shè)及應(yīng)用，其本質(zhì)是通過信息與通信技術(shù)與應(yīng)用同城市的深度融合來提升城市運轉(zhuǎn)的靈巧性及城市規(guī)劃與決策的智能性。在這一ICT視角下的智慧城市實質(zhì)是“數(shù)字城市”(Digital City)及“靈巧城市”(Smarter City)。誠然，智慧城市建設(shè)離不開ICT的應(yīng)用；但如果僅從ICT應(yīng)用的角度來看待智慧城市則有一定的片面性，并不能涵蓋智慧城市的全部內(nèi)涵。除了前述的基于ICT的視角之外，人們對智慧城市的探討還另有兩個主要的視角。其一是著眼于城市的“智慧成長”(Smart Growth)，其主要內(nèi)容是發(fā)展“可持續(xù)城市”、“生態(tài)城市”及“宜居城市”等；其二則著眼于城市創(chuàng)造與創(chuàng)新能力的發(fā)展，其核心理念是“知識城市”(Knowledge City)與“創(chuàng)造力城市”(Creative City)。這三個視角分別對應(yīng)了智慧城市的三方面的驅(qū)動因素；而智慧城市在總體上應(yīng)是這三個視角的綜合。從這三個視角出發(fā)，本節(jié)從對相關(guān)文獻的分析入手來探求智慧城市的實質(zhì)內(nèi)涵。

ICT的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用是當(dāng)前智慧城市建設(shè)的顯見驅(qū)動因素。從ICT視角看，智慧城市或“靈巧城市”在概念上承接了1990年代以來人們探討的“數(shù)字城市”(Digital City)。數(shù)字城市的核心理念是利用信息與通信技術(shù)整合城市信息資源、在實體的城市之上構(gòu)筑一個“虛擬城市”(Virtual City)，從而“創(chuàng)建一個新的城市維度使得人、關(guān)系與服務(wù)虛擬化地共享和整合形成更靈敏的社區(qū)”[4]。在1990年代和2000年代前期，對數(shù)字城市的關(guān)注焦點集中于運用遙感遙測、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)構(gòu)建城市空間地理信息平臺，并與互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的信息存儲、傳輸和處理技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建支持城市運轉(zhuǎn)和決策的各類數(shù)字化服務(wù)系統(tǒng)。與之相應(yīng)，相關(guān)的研究和實踐工作主要圍繞城市空間地理信息基礎(chǔ)設(shè)施與平臺、電子政務(wù)服務(wù)、數(shù)字化社區(qū)等主題開展[5-8]。近年來，隨著ICT的進一步發(fā)展，特別是隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、普適計算等技術(shù)的涌現(xiàn)，數(shù)字城市被賦予了更多的內(nèi)涵。在這一背景下，部分學(xué)者繼續(xù)使用“數(shù)字城市”的提法；另有學(xué)者和機構(gòu)則使用新的提法，典型如“靈巧城市”(Smarter City)[2]與“無處不有的城市”(Ubiquitous City)[9-10]等。這些新提法反映了當(dāng)前人們對智慧城市的主流看法。在ICT視角看，智慧城市可認為是數(shù)字城市在新一代信息與通信技術(shù)條件下的進一步發(fā)展，突出體現(xiàn)于以下方面：(1)通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)賽博空間和實際物理空間的更直接的貫通；(2)通過大數(shù)據(jù)和新一代智能分析技術(shù)提供更為強大和智能的計算和分析能力；(3)通過普適計算實現(xiàn)更為方便的“無處不有”(Ubiquitous)的服務(wù)提供能力。按照IBM的提法[11]，智慧城市建設(shè)的核心是實現(xiàn)城市更透徹的感知(Instrumented)、更全面的互聯(lián)(Interconnected)和更深入的智能(Intelligent)，即“3I”。李德仁等[12]認為：“智慧城市是在城市全面數(shù)字化基礎(chǔ)之上建立的可視、可量測、可感知、可分析、可控制的智能化城市管理與運營機制，包括城市的網(wǎng)絡(luò)、傳感器、計算資源等基礎(chǔ)設(shè)施，以及在此基礎(chǔ)上通過對實時信息和數(shù)據(jù)的分析而建立的城市信息管理與綜合決策支撐等平臺”。

城市的“智慧成長”和可持續(xù)發(fā)展理念是人們探討智慧城市的另一主要源流。智慧增長是1990年代以來產(chǎn)生廣泛影響的城市規(guī)劃思潮，主張通過緊湊集約型用地、鼓勵公交和非機動車出行、保護城市開放空間和周邊農(nóng)業(yè)用地等措施來促進城市的可持續(xù)和公平發(fā)展[13]。這一思潮同1970年代以來引起廣泛關(guān)注的“可持續(xù)發(fā)展”(Sustainable Development)[14-15]思想一脈相承?；诳沙掷m(xù)發(fā)展的理念，人們在“可持續(xù)城市”(Sustainable City)[16-17]、“生態(tài)城市”(Ecological City 或Eco-city)[18-19]、“綠色城市”(Green City)[20]、“低碳城市”[21-22]等彼此交疊的概念下對考慮經(jīng)濟、社會、生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的城市發(fā)展模式與路徑開展了大量的研究與實踐。上述智慧成長和可持續(xù)發(fā)展的理念對于2000年代以后關(guān)于“智慧城市”的探索起了極大的推動作用。在這一理念下，“智慧城市”主要著眼于緩解城市化帶來的“城市病”，使得城市更為高效(Efficient)、可持續(xù)(Sustainable)、公平(Equitable)、宜居(Livable)。Giffinger等[23]提出智慧城市的六個維度，即：智慧經(jīng)濟(smart economy)、智慧出行(smart mobility)、智慧環(huán)境(smart environment)、智慧民眾(smart people)、智慧生活(smart living)、及智慧治理(smart governance)；基于這一智慧成長理念，Caragliu等[24]把智慧城市界定為：“通過對人力和社會資本的投資以及傳統(tǒng)與現(xiàn)代通信基礎(chǔ)設(shè)施來推進城市可持續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展和高質(zhì)量的生活，同時通過參與式的治理實現(xiàn)睿智的自然資源管理”。在這一理解下，ICT的應(yīng)用是智慧城市建設(shè)的重要內(nèi)容，但ICT的作用是從屬于城市本身的高效、可持續(xù)和宜居等“智慧成長”目標(biāo)的。除了人和自然的和諧與資源與生態(tài)意義下的城市可持續(xù)，城市的“智慧成長”還蘊含改善城市社會治理結(jié)構(gòu)、促進社會良治(Good Governance)與公平的內(nèi)涵。這也是從智慧成長維度提出的智慧城市建設(shè)的重要方面。例如，李重照與劉淑華[25]認為，“智慧城市是對現(xiàn)代城市治理理念的創(chuàng)新，是在充分合理利用ICT的基礎(chǔ)上，將物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)完全連接和融合；在縮小數(shù)字鴻溝、促進信息共享的基礎(chǔ)上，通過參與式治理，讓決策者更智慧地管理城市、保護環(huán)境，更合理地利用和分配人力資本、社會資本和自然資源。促進城市經(jīng)濟增長和維持城市的可持續(xù)發(fā)展，提供更完善的公共服務(wù)，不斷提升居民生活的質(zhì)量，促進社會各階層的平等”。

智慧城市的第三個主要驅(qū)動因素和探究視角是知識經(jīng)濟(Knowledge Economy)與創(chuàng)造力經(jīng)濟(Creative Economy)。1990年以來，特別是OECD提出“基于知識的經(jīng)濟”報告[26]以來，人們?nèi)找嬷匾曋R與創(chuàng)造創(chuàng)新能力對于經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的重要作用。在中國，創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展成為重要的國家戰(zhàn)略。這一思路也反映到城市的發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃、建設(shè)與管理上，人們越來越關(guān)注城市知識資源及人的創(chuàng)造創(chuàng)新能力對城市進步的根本性作用，關(guān)注城市“軟基礎(chǔ)設(shè)施”(Soft Infrastructure)——如知識網(wǎng)絡(luò)、公益組織、良好的治安環(huán)境、及休閑娛樂設(shè)施與氛圍的建設(shè)[27]。這樣，人們在“創(chuàng)造力城市”(Creative City)[27-28]*“Creative City”與前面所提的“Creative Economy”通常翻譯為“創(chuàng)意城市”及“創(chuàng)意經(jīng)濟”。在最初的含義下，這兩個概念也是著重于強調(diào)發(fā)展城市和經(jīng)濟體的文化創(chuàng)意能力。但“Creative City”并非僅局限于文化創(chuàng)意型一種類型，特別是在當(dāng)前科技和文化的融合日益緊密的背景下，“創(chuàng)造力城市”和“創(chuàng)造力經(jīng)濟”的提法能更好地涵蓋這兩個概念的內(nèi)涵，特別是兼顧文化創(chuàng)意和科技創(chuàng)新兩個方面及二者的融合。因此本文采用“創(chuàng)造力城市”和“創(chuàng)造力經(jīng)濟”的提法。、創(chuàng)新城市(Innovative City)[29-30]、知識城市(Knowledge City)[31]等提法下開展了很多理論探討與實踐試驗。Komninos[32-33]采用 “智能城市”(Intelligent City)的提法，且其探討兼顧了前面所述的ICT及智慧成長視角，但他的核心關(guān)注點還是在于城市創(chuàng)新體系的建設(shè)。宋剛與鄔倫[34]也主要從創(chuàng)新的角度來理解智慧城市，他們認為：“智慧城市是新一代信息技術(shù)支撐、知識社會下一代創(chuàng)新(創(chuàng)新2.0) 環(huán)境下的城市形態(tài)。它基于全面透徹的感知、寬帶泛在的互聯(lián)以及智能融合的應(yīng)用，構(gòu)建有利于創(chuàng)新涌現(xiàn)的制度環(huán)境與生態(tài)，實現(xiàn)以用戶創(chuàng)新、開放創(chuàng)新、大眾創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新為特征的以人為本可持續(xù)創(chuàng)新，塑造城市公共價值并為生活其間的每一位市民創(chuàng)造獨特價值，實現(xiàn)城市與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?！?/p>

從上面的簡述可以看到，盡管相關(guān)學(xué)者的提法不盡相同，但上述三個方面共同構(gòu)成了人們對智慧城市探討的主體。智慧城市在根本上是上述三方面的深化與綜合。近年來，一些學(xué)者從以上三方面綜合的視野來認識智慧城市。Abdoullaev[35]認為，一個真正可持續(xù)的社區(qū)(城市、區(qū)域、國家)是在數(shù)字化意義上靈敏(Digitally Smart)、社會意義上智能(Socially Intelligent)、及生態(tài)意義上可持續(xù)(Ecologically Sustainable)的地理實體。從而，他認為智慧城市是“信息賽博城市”(Information Cyber City)、“智能/知識城市”(Intelligent/Knowledge City)及“生態(tài)/清潔城市”(Ecological/Clean City)的“三位一體的城市結(jié)構(gòu)”(Urban Trinity)。Nam與Pardo[36]提出智慧城市存在三個維度，分別是：(1)“技術(shù)”——對應(yīng)于ICT視角下的智慧城市，(2)“機構(gòu)”(Institutional)——跟城市的智慧成長理念緊密相關(guān)；以及(3)“人”，對應(yīng)于知識、學(xué)習(xí)與創(chuàng)新視角下的智慧城市。Chourabi 等[37]則從技術(shù)、組織和政策三個方面理解智慧城市，這一理解同Abdoullaev及Nam&Pardo的理解在思想實質(zhì)上是一致的?？梢越栌肁bdoullaev的提法把上述對智慧城市的綜合理解稱之為“三位一體”理解。這一 “三位一體”理解較為準(zhǔn)確地反映了智慧城市的實質(zhì)內(nèi)涵，并為進一步深化對智慧城市的認識奠定了基礎(chǔ)?；诖?，下文將在這一“三位一體”認識的基礎(chǔ)上進一步分析智慧城市的實質(zhì)。

三、從系統(tǒng)角度認識智慧城市

(一)城市的三重耦合結(jié)構(gòu)

上節(jié)基于文獻的分析表明：智慧城市在根本上是數(shù)字城市、生態(tài)可持續(xù)城市及知識與創(chuàng)造力城市三方面的統(tǒng)一。這種“三位一體”結(jié)構(gòu)反映了對智慧城市的較為完備的認識，其根本原因在于現(xiàn)代城市內(nèi)在地蘊涵彼此緊密關(guān)聯(lián)的三個系統(tǒng)，即物理系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、以及信息技術(shù)系統(tǒng)。本節(jié)從這三個系統(tǒng)出發(fā)對智慧城市的本質(zhì)加以進一步分析。

首先，城市所包含的實存物質(zhì)的全體構(gòu)成城市的物理系統(tǒng)。這既包括作為城市存在與發(fā)展基礎(chǔ)的地理場所及自然物質(zhì)和資源，也包括在實在意義下棲居于城市的人類群體以及城市中實存的所有人造事物?？梢园堰@一物理系統(tǒng)稱為“物理城市”，亦即物理、空間地理以及生物與生態(tài)系統(tǒng)意義下的城市。城市物理系統(tǒng)是城市存在的物理基礎(chǔ)，也是將要討論的城市社會系統(tǒng)及信息技術(shù)系統(tǒng)的依托。

其次，在這一“物理城市”之上，人和人之間通過各種社會關(guān)系彼此關(guān)聯(lián)，形成一個“社會系統(tǒng)”。這一社會系統(tǒng)以“物理城市”中人及與人相關(guān)聯(lián)的事物為物理載體(可稱為“社會實體”)；在社會實體的基礎(chǔ)上，以各種社會關(guān)系為紐帶，依循法律、規(guī)章、規(guī)范、倫理、文化等運轉(zhuǎn)，創(chuàng)造、轉(zhuǎn)移、利用各類物質(zhì)和意識產(chǎn)品，形成一類“人類活動系統(tǒng)”(Human Activity System)[38]。這一城市社會系統(tǒng)依托于社會實體，而以社會實體之上涌現(xiàn)產(chǎn)生的社會關(guān)系、社會結(jié)構(gòu)、社會活動、社會意識等為本質(zhì)內(nèi)涵。因此，在城市社會系統(tǒng)的視角下，城市所蘊含的社會關(guān)系、結(jié)構(gòu)、活動、意識等構(gòu)成“社會城市”這一形態(tài)。“社會城市”并非自外于物理城市的獨立存在的實體，而是依托于“物理載體”融入“物理城市”，從而城市的物理系統(tǒng)和社會系統(tǒng)彼此緊密關(guān)聯(lián)成為一類“物理—社會融合系統(tǒng)”(Physical-Social System)。物理城市和社會城市的融合是自城市出現(xiàn)以來所有城市的共同本質(zhì)特征。

進而，隨著當(dāng)代ICT的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，當(dāng)代城市的運營和決策越來越依賴城市的各類信息技術(shù)平臺和系統(tǒng)。為闡述的方便，本文把這些信息技術(shù)平臺和系統(tǒng)統(tǒng)稱為“城市信息技術(shù)系統(tǒng)”。與城市社會系統(tǒng)類似，城市信息技術(shù)系統(tǒng)依托于城市的物理系統(tǒng)，特別是構(gòu)筑信息系統(tǒng)的硬件設(shè)施直接隸屬于“物理城市”；但其內(nèi)核是其軟件和數(shù)據(jù)部分，營造了城市的虛擬“賽博空間”[39]。這一賽博空間是物理系統(tǒng)和社會系統(tǒng)在虛擬數(shù)字世界中的“映像”。這樣，依托于城市信息技術(shù)系統(tǒng)，當(dāng)前的城市在“物理城市”和“社會城市”之外還在虛擬的賽博空間中形成“數(shù)字城市”這一新形態(tài)。這一“數(shù)字城市”通過信息技術(shù)硬件設(shè)施與“物理城市”相貫通，特別是隨著嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)等系列技術(shù)的日益成熟使得城市信息技術(shù)系統(tǒng)直接作用于城市物理系統(tǒng)。二者結(jié)合使得信息技術(shù)支持下的城市本質(zhì)上屬于一類“賽博—物理系統(tǒng)”(Cyber-Physical System，CPS)[40]。從另一視角看，城市信息技術(shù)系統(tǒng)在根本上又是服務(wù)于城市社會系統(tǒng)的，賽博空間中的信息和信息處理過程本質(zhì)上是社會系統(tǒng)中相關(guān)信息及社會活動與過程在賽博空間中的映像，并支持與改進社會系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。因此，“數(shù)字城市”又同“社會城市”相互耦合、緊密依存。

綜上所述，在現(xiàn)代信息與通信技術(shù)條件下，城市本質(zhì)上是由城市物理系統(tǒng)、城市社會系統(tǒng)及城市信息技術(shù)系統(tǒng)彼此貫通耦合(Coupling)乃至融合(Convergence)而成的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)應(yīng)視為一類“賽博—物理—社會系統(tǒng)”(Cyber-Physical-Social System，CPSS)[41-42]。與之相應(yīng)，從這三個系統(tǒng)的視角，城市分別呈現(xiàn)“物理城市”、“社會城市”及“數(shù)字城市”三種形態(tài)；城市整體呈現(xiàn)“物理城市—社會城市—數(shù)字城市”的三重耦合結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

這里需要說明的是，人是貫通物理系統(tǒng)、社會系統(tǒng)和信息技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵“橋梁”。一方面，人同時屬于物理系統(tǒng)和社會系統(tǒng)，“社會系統(tǒng)”是因為人而從“物理系統(tǒng)”中“生長”出來，又以人為關(guān)鍵紐帶融入“物理系統(tǒng)”。而城市信息技術(shù)系統(tǒng)則在根本上服務(wù)于人且通過人的作用同城市物理和社會系統(tǒng)相耦合?？傮w看來，城市系統(tǒng)可視為一類“身心系統(tǒng)”，其中“物理城市”展現(xiàn)的是城市的“軀體”，“社會城市”反映城市的“心智”，而數(shù)字城市是“心智”在賽博空間的映像和延伸?！靶闹恰币劳杏凇败|體”并作用于“軀體”，“身”與“心”在城市整體層面上融匯統(tǒng)一。

可以用智能交通(Intelligent Transportation)計算機應(yīng)用系統(tǒng)支持下的城市交通系統(tǒng)為實例說明城市的這種三重融合結(jié)構(gòu)暨城市“身心系統(tǒng)”，如圖2所示。

圖1 城市的三重耦合結(jié)構(gòu)

圖2 以城市交通系統(tǒng)為例說明“三個城市”的耦合關(guān)系

從“物理城市”、“社會城市”和“數(shù)字城市”角度看，城市的交通系統(tǒng)分別呈現(xiàn)三種形態(tài)，即“物理城市”形態(tài)下的交通系統(tǒng)(“物理交通系統(tǒng)”)、“社會城市”形態(tài)下的交通系統(tǒng)(“社會交通系統(tǒng)”)以及“數(shù)字城市”形態(tài)下的交通系統(tǒng)(“數(shù)字交通系統(tǒng)”)。首先，從物理城市角度看，在城市中由人(出行者、管理者、規(guī)劃者等)、車輛、道路以及智能交通計算機支持系統(tǒng)等共同構(gòu)成在現(xiàn)實世界中運轉(zhuǎn)的“物理城市”的組成部分——“物理交通系統(tǒng)”。這一物理形態(tài)下的系統(tǒng)構(gòu)成城市交通系統(tǒng)的“軀體”部分。其次，從社會城市角度看，這一物理交通系統(tǒng)(“軀體”)中內(nèi)在蘊含一個社會性的“心智系統(tǒng)”，其“心智”是由各種參與者(出行者、管理者與規(guī)劃者等)的個體心智以及與交通相關(guān)的社會法規(guī)、規(guī)范、習(xí)俗等綜合而成的“社會心智”。這一“社會心智”依托于城市交通系統(tǒng)的物理“軀體”而存在，并反過來通過“心智”的作用維持物理交通系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)、解決物理交通系統(tǒng)中出現(xiàn)的各類問題。第三，在ICT的支持下，交通系統(tǒng)還存在“數(shù)字交通系統(tǒng)”形態(tài)，其內(nèi)核是支持交通系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的ICT系統(tǒng)的軟件和數(shù)據(jù)部分。這一“數(shù)字交通系統(tǒng)”同樣依托于物理交通系統(tǒng)并作用于物理交通系統(tǒng)，其本質(zhì)又是對城市交通系統(tǒng)的“社會心智”的映像和延伸。智慧城市的發(fā)展在交通系統(tǒng)的突出體現(xiàn)正在于“物理交通系統(tǒng)”、“社會交通系統(tǒng)”、及“數(shù)字交通系統(tǒng)”的日益深入的融合。例如，當(dāng)前智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展使得城市道路交通日益呈現(xiàn) “人”(駕駛員和交通管理人員)、交通設(shè)施(車輛、道路等)與ICT系統(tǒng)三者深度貫通與融合的態(tài)勢。城市交通系統(tǒng)呈現(xiàn)清晰的“物理”、“社會”、“數(shù)字”三重形態(tài)，且三者彼此又緊密耦合。這樣的交通系統(tǒng)正是城市“三重耦合”結(jié)構(gòu)的一個縮影。

基于對城市的上述理解，發(fā)展智慧城市的實質(zhì)是提升它的“心智”。下一小節(jié)對城市的“心智”進一步進行分析。

(二)智慧城市的“整體諧生智能”

前述城市的三重耦合特性為綜合理解城市的“智能”提供了一個分析的基點。智能在根本上表現(xiàn)為主體進行信息加工(Information Processing)、并根據(jù)信息加工的結(jié)果獲得相關(guān)知識及進行決策的能力[43]。因此，智慧城市的智慧或智能也表現(xiàn)為其信息加工能力。與城市“物理城市—社會城市—數(shù)字城市”三重耦合結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，城市的信息加工實質(zhì)上是在廣義信息的三個子空間中進行的，即物理信息空間(Infosphere)、“社會心智空間”(Noo-sphere)、以及“賽博空間”(Cyberspace)[44]，如圖3所示。

圖3 作用于廣義信息空間的城市“整體諧生智能”

在廣義信息的三個子空間中，“物理信息空間”是信息在現(xiàn)實物理世界中流動而形成的“空間”；在城市的情景下，這一物理信息空間與物理城市相對應(yīng)。這一物理信息空間是其他兩個空間的基礎(chǔ)。廣義而言，信息是反映現(xiàn)實世界運動、發(fā)展和變化狀態(tài)與模式的信號與消息[45]。針對這一“物理信息空間”中的信息進行加工處理、并相應(yīng)進行判斷與決策的能力是智能的最為基礎(chǔ)的形態(tài)。這種智能為智慧生物所擁有，可以稱之為 “生物智能”(Biological Intelligence)。針對智慧城市，生物智能主要是指人的“生理智能”(Physiological Intelligence)，即個人和群體作用于物理信息空間、解決現(xiàn)實物理世界問題的認知和行為能力。這里，“生理智能”這一提法泛指生物意義上的人的智能的全體，既包含“腦的智能”(Brain Intelligence)，也包含“身體智能”(Body Intelligence)。

“社會心智空間”和“賽博空間”從“物理信息空間”派生而形成。其中，“社會心智空間”附著于人類社會而存在，這一空間是在人類社會中流動并由社會中的人進行加工處理的各種數(shù)據(jù)、信息與知識的全集。在人類社會中，人利用“社會心智空間”中的數(shù)據(jù)、信息與知識進行信息加工、問題求解及決策，并由此產(chǎn)生各種社會活動。反過來，這些數(shù)據(jù)、信息與知識在社會活動中得以擴充，人類的社會活動推動“社會心智空間”的發(fā)展。因此，社會心智空間同其所在的社會系統(tǒng)相互依存，共同發(fā)展。在城市的情景下， “社會心智空間”對應(yīng)于“社會城市”。

社會心智空間中的智能以人的“生理智能”為基礎(chǔ)。人是“社會心智空間”中智能的主要載體。但是，作用于社會心智空間的智能并非單純生物意義上的智能，而是跟“社會心智空間”本身緊密耦合、不可分離，是社會系統(tǒng)的整體智能。特別是，“社會心智空間”中不僅包含數(shù)據(jù)和信息，同時還包含社會系統(tǒng)所創(chuàng)造、獲取與擁有的各類知識、技能和訣竅等。這其中既有可歸于波普爾所言的“客觀知識”(Objective Knowledge)[46]范疇的成分，亦有屬于集體和組織的“隱性知識”(Organizational Tacit Knowledge)[47]的成分。這些知識、技能與訣竅既是社會系統(tǒng)的知識與智能活動的產(chǎn)物，同時又是社會系統(tǒng)的智能的重要組成部分，在社會系統(tǒng)的知識傳遞、傳承及各類問題的解決處理中起很大作用。正因如此，應(yīng)把社會系統(tǒng)及所關(guān)聯(lián)的“社會心智空間”整體看作一個智能化的系統(tǒng)，其智能可稱之為“社會智能”(Societal Intelligence)。這種社會智能的本質(zhì)是在社會系統(tǒng)中涌現(xiàn)產(chǎn)生的超越生物個體的集體“心智”，這種集體心智主要內(nèi)蘊于“社會心智空間”之中。這也是我們把社會系統(tǒng)所關(guān)聯(lián)的信息子空間稱為社會心智空間的根本原因?？梢杂迷朴嬎阆到y(tǒng)對生理智能和社會智能的關(guān)系加以比擬。生理智能可比作云計算系統(tǒng)中的單個計算機和部分計算機集群，而社會智能則是背后的虛擬態(tài)的整體計算“云”。

廣義信息的第三個子空間是“賽博空間”。在城市的情景下，這一“賽博空間”直接對應(yīng)于“數(shù)字城市”?，F(xiàn)代信息與通信技術(shù)的發(fā)展促使大量數(shù)據(jù)、信息與知識在“賽博空間”的匯聚；由于各類計算機信息系統(tǒng)發(fā)展和廣泛互聯(lián)，“賽博空間”日益成為相對獨立的信息子空間。與之相應(yīng)，各類基于計算機的系統(tǒng)通過對“賽博空間”中數(shù)據(jù)和信息的加工處理、并據(jù)此輔助解決現(xiàn)實物理世界中問題的能力構(gòu)成廣義的“人工智能”(Artificial Intelligence)。這種廣義人工智能在概念上比通常理解的人工智能更寬泛，既包含傳統(tǒng)意義下基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機器學(xué)習(xí)和專家系統(tǒng)等技術(shù)的人工智能，也包含基于軟計算與進化計算的“計算智能”(Computational Intelligence)[48]。通過數(shù)值計算、仿真模擬以及計算機輔助設(shè)計、制造等技術(shù)手段來輔助人們解決現(xiàn)實問題的各類計算技術(shù)也屬于這里廣義“人工智能”的范疇。近年來大數(shù)據(jù)技術(shù)的興起為廣義人工智能的發(fā)展提供了新的驅(qū)動力。

根據(jù)以上的簡述，智慧城市的智能是在廣義信息的三個子空間進行信息加工處理的能力，具體而言，通過分別依存于三個信息子空間的“生理智能”、“社會智能”與“人工智能”三種智能而展現(xiàn)。進而，這三種智能并非各自獨立作用于相應(yīng)的信息子空間，而是呈現(xiàn)彼此間的交叉滲透。

首先，在人類社會中，生物人的“生理智能”和社會人的“社會智能”實際是密不可分且互相促進的。一方面，社會智能通過擁有生理智能的人的活動而產(chǎn)生與發(fā)展——“社會”作為 “超有機體”(Superorganism)不斷將生理智能的成果吸納匯入社會心智空間，成為社會智能的組成部分。另一方面，在社會中，“生理智能”又在很大程度上被社會智能所塑造，社會范圍內(nèi)的知識與技能的傳承和擴散又是“生理智能”發(fā)展的重要源泉。從這一意義上講，“智能在根本上是社會的”[49]。

第二，從人工智能和生理智能的關(guān)系看，人工智能在現(xiàn)實中是通過輔助人的問題求解來發(fā)揮其作用的。雖然隨著計算機科學(xué)與技術(shù)的持續(xù)進步，人工智能在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)了對人的智力活動的替代，但至少從當(dāng)前的人工智能發(fā)展水平上看，人工智能在根本上起的是輔助和增強人的“生理智能”的作用。從而，生理智能和人工智能綜合集成起來形成更為強大的智能系統(tǒng)。近年來，隨著普適計算的發(fā)展，更為直接地嵌入并作用于現(xiàn)實物理世界的“周遭智能”(Ambient Intelligence)成為人工智能的新前沿[50]。周遭智能的發(fā)展反映了賽博空間向物理信息空間的滲透以及相應(yīng)的廣義人工智能與生理智能更為深入的綜合。

第三，人工智能與社會智能的關(guān)系亦呈現(xiàn)交叉融合、彼此促進的態(tài)勢。自1980年人們開發(fā)協(xié)同工作支持系統(tǒng)暨群件以來，對群體的支持一直是信息技術(shù)的重要發(fā)展方向；在當(dāng)前的社會萬維網(wǎng)(Social Web)[51]及社交媒體(Social Media)[52]環(huán)境下，群體支持系統(tǒng)的功能進一步擴展到對全社會范圍內(nèi)工作、生活、及社會交往的支持。這類系統(tǒng)的發(fā)展推動了賽博空間與社會心智空間之間的交叉滲透。這一方面使得社會智能的作用空間日益拓展到賽博空間[53]。另一方面，這類系統(tǒng)反過來也通過智能化的信息處理技術(shù)更好地實現(xiàn)了對現(xiàn)實社會系統(tǒng)運作與決策的支持，廣義人工智能的作用空間也更為深入地深入到社會心智空間。同時，隨著普適計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等系列技術(shù)的發(fā)展，人類群體的線下活動的海量數(shù)據(jù)也日益可利用計算機系統(tǒng)加以分析處理[54]，這進一步深化了人工智能和社會智能的融合。

總之，與廣義信息的三個子空間的彼此滲透相應(yīng)，三種智能的實際作用空間往往跨越其各自依存與直接作用的信息子空間，從而以相互配合、耦合乃至融合的方式進行對現(xiàn)實問題的處理和求解。因此，城市的智能不僅僅是前述三種智能及其簡單加和，而是通過三者的綜合集成所形成的更高層次的智能?？梢园堰@種綜合性的智能稱為“整體諧生智能”(Holistic Co-evolutionary Intelligence)。其中，人的生理智能是實現(xiàn)三種智能的綜合集成的關(guān)鍵紐帶——社會智能通常需要依托于生理智能才能實現(xiàn)其解決實際問題的能力；同樣，當(dāng)前技術(shù)條件下，人工智能亦是與生理智能綜合，通過形成人機集成系統(tǒng)來解決現(xiàn)實問題的。

這樣的“整體諧生智能”是智慧城市的“使能器”(Enabler)。智慧城市建設(shè)的本質(zhì)從而是通過發(fā)展整體諧生智能來推動“物理城市—社會城市—數(shù)字城市”的協(xié)調(diào)發(fā)展，通過提升城市的整體“心智”來促進城市“身心系統(tǒng)”的持續(xù)改善。

(三)對智慧城市的整體理解

基于前面的分析，城市在根本上是一類復(fù)雜的“賽博—物理—社會系統(tǒng)”(CPSS)，其“智能”是由三種智能綜合而形成的“整體諧生智能”。與之相應(yīng)，亦應(yīng)從提升這一“賽博—物理—社會融合系統(tǒng)”的“整體諧生智能”的角度理解智慧城市建設(shè)。

第一，從CPSS和整體諧生智能的觀念出發(fā)可對信息技術(shù)視角下的智慧城市或靈巧城市加以審視。無論是在數(shù)字城市、靈巧城市還是普適城市的提法下，其深層的理念都在于發(fā)展用于支持城市運轉(zhuǎn)和決策的廣義人工智能，其基本著眼點在于城市三重耦合結(jié)構(gòu)中的“數(shù)字城市”。特別是當(dāng)前一些ICT企業(yè)與人士所倡導(dǎo)下的“智慧城市”(實質(zhì)是靈巧城市)關(guān)注的焦點是在城市數(shù)字化建設(shè)的基礎(chǔ)上利用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實現(xiàn)“數(shù)字城市”和“物理城市”的進一步貫通。這些工作無疑應(yīng)是智慧城市建設(shè)的重要內(nèi)容。但如將其作為智慧城市建設(shè)的全部，則這樣的認識具有一定片面性。智慧城市建設(shè)固然應(yīng)重視人工智能的提升，同時還應(yīng)致力于生理智能與社會智能的發(fā)展、以及三種智能的配合、耦合乃至融合。智慧城市不單是智慧技術(shù)支持下的城市，而更應(yīng)是擁有“整體諧生智能”并能實現(xiàn)其內(nèi)生發(fā)展的城市。這樣，城市信息技術(shù)系統(tǒng)的建設(shè)不應(yīng)單純地追求提升性能、普適性以及信息分析能力來取代人的智能，相反，應(yīng)把重點放在人的智能、社會的智能和機器的智能的彼此滲透和融合發(fā)展，以更為強大的整體諧生智能來推動城市運行效能的提升。在這一理念下，城市信息技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)置于城市物理系統(tǒng)和社會系統(tǒng)，并在根本上為社會系統(tǒng)服務(wù)；應(yīng)從三個系統(tǒng)綜合的整體視角來規(guī)劃并實施城市信息技術(shù)系統(tǒng)的建設(shè)。

第二，從城市“整體諧生智能”的觀點出發(fā)可以更深入地理解前面所提的“數(shù)字城市—生態(tài)可持續(xù)城市—知識與創(chuàng)造力城市”三位一體。數(shù)字城市著重于城市賽博空間的發(fā)展和廣義人工智能的提升，從而間接地推動生理智能和社會智能的發(fā)展。知識與創(chuàng)造力城市則重點著眼于發(fā)展社會心智空間，從而推動人的生理智能以及社會智能的提升。而生態(tài)可持續(xù)城市則著重于人和自然的關(guān)系，其根本目標(biāo)在于提升人類社會對于所依存的自然環(huán)境的物理信息的加工處理能力，這種加工處理能力的提升需要生理智能、社會智能和人工智能的相互協(xié)同，從而提升維持城市可持續(xù)發(fā)展的能力，即“生態(tài)智慧”(Ecological Wisdom)[55-56]。這種生態(tài)智慧是城市的整體諧生智能在處理城市可持續(xù)發(fā)展和智慧成長問題上的體現(xiàn)。而智慧城市建設(shè)綜合了上述各個方面，著力于廣義信息三個子空間的拓展和彼此貫通，從“賽博—物理—社會系統(tǒng)”的視角推動城市整體諧生智能的提升。這樣，智慧城市的“三位一體”實質(zhì)是城市整體智能的發(fā)展與當(dāng)前城市發(fā)展實際情景結(jié)合的產(chǎn)物，推動“數(shù)字城市”、“生態(tài)可持續(xù)城市”及“知識與創(chuàng)造力城市”的綜合發(fā)展是當(dāng)前智慧城市建設(shè)的現(xiàn)實目標(biāo)，即通過城市廣義信息空間的拓展以及三種智能的融合和整體提升來提高城市運行和決策的效能、增進城市的可持續(xù)性。

第三，與“整體諧生智能”觀點相對應(yīng)，智慧城市再進一步看則為Stock[57]所言的“梅塔人”(Metaman)在城市情景下的具體化，即城市是由人和機器深度融合而形成的“超有機體”(Superorganism)。在這一比喻下，智慧城市建設(shè)的核心工作是發(fā)展城市“梅塔人”的“神經(jīng)系統(tǒng)”。這一神經(jīng)系統(tǒng)首先是基于城市社會系統(tǒng)而實現(xiàn)其功能的。其中，各類人員個體在城市生活中常常起到“神經(jīng)末梢”的作用。城市熱點事件的自媒體報道者可以視為“感知神經(jīng)末梢”的例子，而進行生產(chǎn)作業(yè)的企業(yè)工人則可視為城市的“運動神經(jīng)末梢”的例子。其次，以人際之間的關(guān)系以及交互活動為紐帶而形成的各類社會網(wǎng)絡(luò)可比作社會系統(tǒng)中的神經(jīng)系統(tǒng)“傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)”；大量的數(shù)據(jù)、信息與知識通過這些社會網(wǎng)絡(luò)在城市社會系統(tǒng)中流動。各類決策者及人類專家(如管理機構(gòu)、決策咨詢機構(gòu)與智庫等)則起到社會系統(tǒng)中的“神經(jīng)中樞”的作用。在此基礎(chǔ)上，信息技術(shù)系統(tǒng)日益融入基于社會系統(tǒng)的城市“神經(jīng)系統(tǒng)”。由此觀之，當(dāng)前從信息技術(shù)視角出發(fā)的“數(shù)字城市”和“靈巧城市”建設(shè)的本質(zhì)正在于用信息技術(shù)融入基于社會系統(tǒng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”并增強其信息感知、傳輸及加工處理與決策執(zhí)行能力。從城市信息技術(shù)系統(tǒng)角度看，各類傳感器和執(zhí)行器(Sensors and actuators)可理解為現(xiàn)代信息技術(shù)支持下的城市“神經(jīng)末梢”，互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等構(gòu)建的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)擴充了“周圍神經(jīng)系統(tǒng)”的傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，而各類計算機信息處理與分析平臺則是對城市“神經(jīng)中樞”的輔助與補充。

綜合起來看，城市的“神經(jīng)系統(tǒng)”由內(nèi)置于社會系統(tǒng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”和基于信息技術(shù)系統(tǒng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”兩部分彼此結(jié)合而成，其基本形態(tài)如圖4所示。

圖4 城市“神經(jīng)系統(tǒng)”的組成示意圖

對城市“神經(jīng)系統(tǒng)”的上述理解要求在智慧城市建設(shè)中應(yīng)把社會系統(tǒng)建設(shè)和信息技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)綜合起來發(fā)展城市的“整體諧生智能”。IBM等企業(yè)提出3I即“感知—互聯(lián)—智能”恰是分別從“神經(jīng)末梢”、“傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)”及“神經(jīng)中樞”三個部分概括了智慧城市建設(shè)中的信息技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)的任務(wù)。而在本文的理解下，應(yīng)從信息技術(shù)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)兩方面綜合起來發(fā)展“神經(jīng)末梢”、“傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)”及“神經(jīng)中樞”。其中，“神經(jīng)末梢”部分，作為“末梢”的人和信息技術(shù)設(shè)施在信息感知上起相互補充的作用，二者在一些情景下也彼此耦合增強整個系統(tǒng)的感知和執(zhí)行能力。一個典型的例子是基于位置的服務(wù)(Location-Based Services, LBS)，人和感知設(shè)施終端(例如移動電話)結(jié)合起來完成感知功能。智慧城市的整體神經(jīng)系統(tǒng)“傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)”則應(yīng)圍繞社會網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)所形成的二重耦合網(wǎng)絡(luò)來加以建設(shè)。對于智慧城市的“神經(jīng)中樞”建設(shè)，則應(yīng)著眼于各類計算機信息處理系統(tǒng)的“人工智能”融入以人為中心的“生理智能”與“社會智能”，實現(xiàn)人機綜合集成的智能處理系統(tǒng)。這樣，本文也認為智慧城市建設(shè)應(yīng)圍繞三個“I”(“感知—互聯(lián)—智能”)而開展，但對這三個“I”的理解不應(yīng)只局限于信息技術(shù)系統(tǒng)，而應(yīng)是針對更為綜合的城市“神經(jīng)系統(tǒng)”。

第四，上述對智慧城市——發(fā)展城市“神經(jīng)系統(tǒng)”和城市“整體諧生智能”——的認識進一步蘊含了智慧城市建設(shè)的過程化認識。即，在今天人們提出建設(shè)智慧城市之前，城市“梅塔人”及其“智慧”既已存在；而城市“智慧”的發(fā)展也理應(yīng)是一個持續(xù)提升的長期過程，因而很難絕對化地界定某一城市已經(jīng)建成了“智慧城市”而另一城市還不是“智慧城市”。這樣，智慧城市建設(shè)的更為確切的提法應(yīng)是“城市智慧化”。這一點本文與潘云鶴院士在中國智能城市建設(shè)與推薦戰(zhàn)略研究項目中提出的觀點是一致的[3]。

從過程視角看，城市智慧化應(yīng)是城市的三種智能逐步從彼此“配合”(Complementing)與“耦合”(Coupling)發(fā)展到“融合”(Convergence)的過程。筆者認為，“配合”、“耦合”和“融合”是多個系統(tǒng)集成的三種基本形式與階段[58]。其中，“配合”是指系統(tǒng)和系統(tǒng)之間起相互補充的作用，但各個系統(tǒng)各自獨立運轉(zhuǎn)、獨立起作用；“耦合”是指系統(tǒng)之間在結(jié)構(gòu)和功能上出現(xiàn)交疊，彼此之間的關(guān)聯(lián)較“配合”更為緊密；而“融合”則是指系統(tǒng)之間呈現(xiàn)我中有你、你中有我的“水乳交融”的緊密集成態(tài)勢。由此觀之，當(dāng)前的城市中，三種智能之間大體還處于彼此配合和一定程度“耦合”的階段。城市智慧化的核心恰是逐步實現(xiàn)三種智能“融合”的過程，特別是人工智能逐步同生理智能和社會智能融合的過程。在理想情形下，未來成熟的智慧城市應(yīng)呈現(xiàn)人工智能彌散式地滲入城市物理系統(tǒng)和社會系統(tǒng)的形態(tài)。對城市智慧化的這一理解也是我們把城市的整體智能稱之為“諧生”(coevolutionary)智能的原因——三種智能共同演化，逐步交匯形成整體層面的“融合”式的智能。與“整體諧生智能”的逐步融合進程相對應(yīng)，智慧城市的發(fā)展過程亦是物理城市、社會城市與數(shù)字城市這“三個城市”的逐步融合過程，特別是數(shù)字城市日益深入地融入城市社會系統(tǒng)的過程。

從城市整體諧生智能及智慧城市的過程觀點出發(fā)，還應(yīng)該對“智慧城市”和“智能城市”這兩種提法加以一定區(qū)分。智能主要體現(xiàn)為對信息進行加工并由此進行決策和行動的能力，而智慧則在通常的智能之上還更進一步包含直覺與洞察力，以及價值觀、倫理與審美等方面。因此，發(fā)展城市的“智慧”是比發(fā)展城市“智能”更高的目標(biāo)。城市的發(fā)展應(yīng)是由智能化逐步過渡到智慧化，智慧城市是在智能城市之上的進一步發(fā)展。這樣，本文贊同中國工程院研究報告[3]的觀點，在城市智慧化的當(dāng)前階段，“智能城市”是更為確切的提法。在這一“智能城市”階段，建設(shè)重點是通過三種智能的共同提升及彼此融合來增強解決城市現(xiàn)實問題的直接能力。當(dāng)然，在智能城市建設(shè)的同時還應(yīng)對城市“智慧化”有所兼顧；而當(dāng)智能城市發(fā)展到較為成熟的階段之后，則應(yīng)把中心工作逐步轉(zhuǎn)向城市“智慧化”建設(shè)。這樣的智慧化建設(shè)在發(fā)展顯在的“智能”的同時還尤為注重價值觀、倫理、審美等更內(nèi)在的智慧元素在城市“梅塔人”中的滲透，特別是在其“社會智能”中的滲透，從而使得城市具備更為和諧的自我完善的能力?？梢杂脙蓚€例子來說明城市從長期看需要培育超越顯在智能的智慧。一是前面提及的“生態(tài)智慧”[55]，推動城市的可持續(xù)性和自然與社會的長期和諧發(fā)展不僅僅需要通常的“智能”，還需要更多的“智慧”的成分。另一個例子是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和利用問題，從“智慧”的視角下，應(yīng)注意到科學(xué)技術(shù)的利用具有“雙刃劍”的效應(yīng)，一些科學(xué)技術(shù)在給人類帶來極大便利的同時也可能產(chǎn)生負面作用，這就需要更大的“智慧”來審慎對待科學(xué)技術(shù)(特別是可能帶來負面效應(yīng)的科學(xué)技術(shù))的推廣與應(yīng)用。當(dāng)前人們對人工智能發(fā)展可能對社會帶來的負面影響的擔(dān)心正是對科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的“雙刃劍”效應(yīng)的一種反映。

總之，智慧城市是在新一代信息技術(shù)推動及城市可持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展以及社會治理創(chuàng)新等發(fā)展需求的拉動下興起的，其本質(zhì)內(nèi)涵是拓展城市的三重耦合的廣義信息空間并提升作用于其上的“整體諧生智能”。通過提升整體諧生智能，智慧城市建設(shè)的現(xiàn)實目標(biāo)是推動城市在經(jīng)濟、社會、生態(tài)諸方面的全面發(fā)展，增進城市整體宜居度(Livability)[59]。

四、對智慧城市建設(shè)與研究的啟示

前面對智慧城市內(nèi)涵的分析為現(xiàn)實的智慧城市建設(shè)及關(guān)于智慧城市的研究具有一定啟示意義。

首先，本文所闡述的核心理念是不應(yīng)把智慧城市建設(shè)局限于信息與通信技術(shù)(ICT)基礎(chǔ)設(shè)施、平臺及構(gòu)建于其上的各類信息系統(tǒng)，而應(yīng)著眼于把城市作為復(fù)雜的“物理—信息—社會系統(tǒng)”并發(fā)展其整體智能。這樣，ICT設(shè)施、平臺與系統(tǒng)建設(shè)是當(dāng)前多數(shù)智慧城市建設(shè)的重要任務(wù)，但這方面的建設(shè)還應(yīng)與智慧城市的長期目標(biāo)——發(fā)展城市整體諧生智能以更好地解決城市面臨的問題并提高城市的可持續(xù)性、創(chuàng)造創(chuàng)新能力及宜居度——結(jié)合起來。特別是，從城市的廣義信息空間看，當(dāng)前圍繞物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等系列技術(shù)所形成的智慧城市建設(shè)的一個重要議題是促進物理信息空間和賽博空間的貫通，把城市作為一類“賽博—物理系統(tǒng)”(CPS)加以發(fā)展，促進這一系統(tǒng)中人工智能與生理智能的融合及整體提升。這無疑是智慧城市建設(shè)的重要內(nèi)容；但從更長遠看，在智慧城市建設(shè)中更有賴于社會心智空間的拓展以及三個空間進一步貫通，從而使得作用于這三個空間的三種智能更好地相互配合、協(xié)同發(fā)展。這就要求在實際的智慧城市建設(shè)中，不僅應(yīng)注重數(shù)字城市和靈巧城市(Smarter City)的建設(shè)來促進城市運作與管理效率的提升及經(jīng)濟與社會發(fā)展質(zhì)量的提高，還應(yīng)該重視城市創(chuàng)造創(chuàng)新能力的長期培養(yǎng)和持續(xù)提升。換言之，“知識與創(chuàng)造力城市”的建設(shè)是城市智慧化進程中更為深遠的主題。其中，“創(chuàng)造力城市”這個提法來自于Landry與 Bianchini[28]及Florida[27]等學(xué)者，他們關(guān)注的重點是城市文化創(chuàng)意能力和文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這里我們所提的城市創(chuàng)造與創(chuàng)新能力既包括文化創(chuàng)意能力，也包括科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)造創(chuàng)新及成果轉(zhuǎn)化能力，還包括科技與文化融合的能力。在此我們建議使用 “創(chuàng)造力”(Creativity)一詞加以概括[60]。進一步看，城市創(chuàng)造力涉及科學(xué)創(chuàng)造力、技術(shù)創(chuàng)造力、經(jīng)濟創(chuàng)造力、文化創(chuàng)造力、社會創(chuàng)造力等五個方面；城市創(chuàng)造力的培養(yǎng)在根本上需把城市的教育與人才、科技、文化等諸方面綜合起來，提升城市的“軟”實力[61]。

其次，如前所述，智慧城市建設(shè)的實質(zhì)是城市智慧程度持續(xù)提升的過程而不應(yīng)將其設(shè)定為“建成智慧城市”這樣的目標(biāo)模式。進一步從過程的視角看智慧城市建設(shè)，則應(yīng)把城市智慧化的過程看作一個智能型開放復(fù)雜巨系統(tǒng)以自組織和他組織結(jié)合的方式進行的演化過程，而非單純的工程化的建設(shè)過程。城市智慧化過程本質(zhì)上是城市的物理系統(tǒng)、社會系統(tǒng)和信息技術(shù)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展過程，特別是賽博系統(tǒng)逐步融入物理系統(tǒng)和社會系統(tǒng)的過程。因此，應(yīng)把城市視為由人和機器融合的“超有機體”的思路規(guī)劃這一復(fù)雜的演化發(fā)展過程。同時，城市智慧化涉及多方面的相關(guān)主體(例如政府部門、企事業(yè)單位、社會團體、及居民等)，不同的主體對智慧城市的需求是不盡相同的。因此，智慧城市建設(shè)過程還涉及多方利益的協(xié)調(diào)，城市智慧化過程從而也是城市治理體系的革新過程。而從城市可持續(xù)發(fā)展和智慧成長的角度看，城市智慧化過程還需考慮城市的社會系統(tǒng)與所依存自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。這樣，城市智慧化在根本上是一個具有顯著的內(nèi)生復(fù)雜性的過程，應(yīng)按照復(fù)雜系統(tǒng)工程(Complex System Engineering)或演化工程(Evolutionary Engineering)[62-63]的思路進行建設(shè)。

第三，智慧城市建設(shè)的具體內(nèi)容包含城市系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的方方面面，從底層的城市基礎(chǔ)設(shè)施到上層的城市治理。從系統(tǒng)工程的角度看，城市不僅是一個系統(tǒng)，更是一個由多個相對獨立的系統(tǒng)集成而成的“系統(tǒng)的系統(tǒng)”(System of Systems)。對此應(yīng)按照“系統(tǒng)的系統(tǒng)工程”(System-of-Systems Engineering，SOSE)或體系工程(Architecture Engineering)的思路來開展智慧城市的規(guī)劃與建設(shè)[37]。從系統(tǒng)的系統(tǒng)角度來看城市，城市的水、電、通信、道路等基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)構(gòu)成城市系統(tǒng)的最為基礎(chǔ)的成員系統(tǒng)，在此之上圍繞社會民生、經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)和城市治理等眾多成員系統(tǒng)各自相對獨立運轉(zhuǎn)而又彼此綜合集成，形成城市整體系統(tǒng)。在數(shù)字城市和智慧城市的視野下，城市的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施、平臺和應(yīng)用系統(tǒng)又是連接各個成員系統(tǒng)的重要紐帶。這樣，按照系統(tǒng)的系統(tǒng)工程理念來實施智慧城市建設(shè)，一方面應(yīng)從包括信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的各個城市基礎(chǔ)設(shè)施成員系統(tǒng)的智慧化建設(shè)為主要入手點，另一方面應(yīng)從整體層面綜合考慮各個成員系統(tǒng)的智慧化建設(shè)的彼此協(xié)調(diào)和整合。把前面所述的演化工程的思路和系統(tǒng)的系統(tǒng)工程思路二者相結(jié)合，這應(yīng)成為推動城市智慧化的持續(xù)發(fā)展的整體思路。

最后，從本文前面的分析還可引申出關(guān)于智慧城市的一個值得關(guān)注的研究方向，可以將其歸納為：基于城市大數(shù)據(jù)及“城市計算”(Urban Computing)的“城市復(fù)雜性”(Urban Complexity)與“城市智能”(Urban Intelligence)。城市智慧化的過程實質(zhì)是人與機器融合的超有機體的發(fā)展演化過程。這樣，要更好地理解智慧城市、并進而更好地發(fā)展智慧城市，有必要對信息技術(shù)(特別是以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算等為代表的新一代信息技術(shù))支持下的城市運轉(zhuǎn)模式與規(guī)律進行深入研究。近年來，隨著大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)的興起，“城市大數(shù)據(jù)”與“城市計算”日益引發(fā)學(xué)界的關(guān)注，其實質(zhì)是構(gòu)建從城市活動數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)管理到數(shù)據(jù)分析及服務(wù)提供的方法、技術(shù)和應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)[64-65]。城市計算方法和技術(shù)對信息技術(shù)支持下的城市運轉(zhuǎn)模式和規(guī)律的研究提供了有力的武器，近年來學(xué)界對城市大數(shù)據(jù)情景下的各類復(fù)雜的集體行為動力學(xué)(例如交通出行的模式與規(guī)律)等問題開展了不少有益的研究和探索[66]。這是一條值得進一步探索的研究路線。其根本意義在于有望通過這些研究深入探索城市作為復(fù)雜的“信息—物理—社會融合系統(tǒng)”的內(nèi)在運作機理，從而更為深刻地把握城市整體智能的作用機制。這樣的機理與機制研究可促進對更好地支持城市規(guī)劃、管理和日常運轉(zhuǎn)的信息技術(shù)和應(yīng)用的進一步探索，同時亦對智慧城市建設(shè)的規(guī)劃與管理具有良好的促進作用。這里值得指出的是，上述的研究路線應(yīng)重點著眼于城市復(fù)雜性和城市智能問題上。即力求通過城市計算技術(shù)和工具把握城市自身(尤其是城市的整體智能)的復(fù)雜性本質(zhì)，從而反過來推動智慧城市建設(shè)的實踐。

五、結(jié)論

城市首先是自然意義下(物理、空間地理乃至生物與生態(tài)系統(tǒng)意義下)的一類實在物，即城市物理系統(tǒng)；人類在此之上構(gòu)筑了城市社會系統(tǒng)；而當(dāng)今的城市正日益密切地和現(xiàn)代信息技術(shù)緊密結(jié)合，今天的城市正經(jīng)歷信息化特別是數(shù)字化的進程。因此，現(xiàn)代城市在根本上是由三個系統(tǒng)彼此貫通耦合而形成的“賽博—物理—社會系統(tǒng)”。與之相對應(yīng)，城市的“智能”或“智慧”表現(xiàn)為對由三個子空間耦合而成的廣義信息空間中的信息加以處理并解決相關(guān)問題的能力，這一能力由“生理智能”、“社會智能”和廣義“人工智能”彼此耦合而成并逐漸走向“融合”狀態(tài)，本文稱之為“整體諧生智能”。這樣，智慧城市建設(shè)的本質(zhì)是發(fā)展這種“整體諧生智能”。基于這一“整體諧生智能”的認識，本文由此擴展了IBM對智慧城市的“3I”理解，即把社會系統(tǒng)和信息技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展結(jié)合起來推進更為全面的“感知、互聯(lián)和智能”，發(fā)展城市的整體“神經(jīng)系統(tǒng)”。這一理解下的城市“整體諧生智能”同近年來王飛躍等學(xué)者所倡導(dǎo)的現(xiàn)實與人工“平行系統(tǒng)”理論[67-68]在概念上亦是相通的。

這樣，本文的分析試圖建立對智慧城市概念內(nèi)涵的一種理解，以求從更為綜合的視角考察智慧城市和智慧城市建設(shè)。本文解釋了“智慧城市”內(nèi)在的“三位一體”，即智慧城市是對城市信息化(從數(shù)字城市到“靈巧城市”)、城市智慧成長與可持續(xù)發(fā)展、以及知識與創(chuàng)造力城市等三方面發(fā)展思潮的綜合。相應(yīng)地，城市智慧化的實施不應(yīng)僅局限于信息技術(shù)平臺和系統(tǒng)的建設(shè)，而是需要采用復(fù)雜系統(tǒng)工程的思路，按照適應(yīng)性演化的方式推動城市本身的持續(xù)提升和全面發(fā)展，增進其宜居度。以上對智慧城市和智慧城市建設(shè)的認識總體上還是較為粗淺的。筆者不憚于將這些階段性的不完善的思考結(jié)果整理出來，是希望就正于方家以求獲得對這一問題更為深入的理解，更希冀本文的思考能引發(fā)關(guān)于智慧城市的本質(zhì)內(nèi)涵和建設(shè)方略的進一步討論、對于當(dāng)前方興未艾的智慧城市建設(shè)能提供一些思路上的借鑒。

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(本文責(zé)編：王延芳)

Systemic Thinking on Smart Cities

XIA Hao-xiang, WANG Zhong-tuo

(InstituteofSystemsEngineering,DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)

Smart cities have been widely concerned by both academic researchers and practitioners. The development of smart cities, however, is commonly considered as the construction of platforms and systems that are based on emerging information and communication technologies (ICT). This view does not convey all aspects of smart cities. Thus, from the perspective of systems engineering, the nature of smart cities is explored in this paper through a systemic analysis of cities. It’s pointed out that modern city is essentially a “cyber-physical-social” system that is coupled by three systems; consequently, the intelligence or wisdom of the city is the “holistic co-evolutionary intelligence” that is a fusion of “physiological intelligence”, “societal intelligence”, and “artificial intelligence” in broad sense. Therefore, the development of smart cities in essence corresponds to the advances of such holistic co-evolutionary intelligence. Through the prior analysis, this paper provides an explanation on the intrinsic “urban trinity” of smart cities, regarding the concept of “smart city” as the comprehension of the city digitalization, the smart growth and sustainable development, and the knowledge and creative city. The aim of this paper is to shed light on further researches and practical developments of smart cities.

smart city；holistic co-evolutionary intelligence；digital city；smart growth；creative city

2017-03-30

2017-06-30

國家自然科學(xué)基金項目(71371040)，2014.1-2017.12；中國工程院重大咨詢研究項目“中國智能城市建設(shè)與推進戰(zhàn)略研究”。

夏昊翔(1972-)， 男，浙江新昌人，大連理工大學(xué)教授，博士學(xué)位，研究方向：復(fù)雜系統(tǒng)。通訊作者：王眾托(1928-)，男，湖南平江人，大連理工大學(xué)教授/知識科學(xué)與技術(shù)研究中心主任，中國工程院院士，研究方向：系統(tǒng)工程。

G303

A

1002-9753(2017)07-0066-15