文／苑皓銘 青島理工大學(xué)建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院 碩士研究生（通訊作者）

楊仕尚 青島理工大學(xué)建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院 碩士研究生

1 概述

今天的中國城市，正在疾步躍進(jìn)智慧時代。我國智慧城市的建設(shè)，得到了政府、企業(yè)、社會等多方面力量的參與。智慧城市的本質(zhì)是利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)將已建成的真實(shí)城市物理環(huán)境與數(shù)字系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代城市的科學(xué)化管理與智慧化運(yùn)行，促進(jìn)城市的高速發(fā)展。因此，智慧城市的建設(shè)需要多個子系統(tǒng)的相互配合及支持[1]，離不開以數(shù)字化工具為引擎的物理基礎(chǔ)、計算基礎(chǔ)、關(guān)系基礎(chǔ)、社會基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的支撐，每一個基礎(chǔ)的發(fā)展，都會促進(jìn)整個城市系統(tǒng)的進(jìn)步。

2 基于數(shù)字化的智慧城市基礎(chǔ)構(gòu)成

對城市進(jìn)行數(shù)字化是智慧城市建設(shè)的前提，因而數(shù)字城市可以看作是智慧城市建設(shè)的物理基礎(chǔ)；城市信息模型（CIM）作為模擬智慧城市運(yùn)行的載體，構(gòu)成智慧城市的計算基礎(chǔ)；第五代移動通信技術(shù)（5G）作為關(guān)系基礎(chǔ)能夠為各種信息的傳遞提供可能性；人工智能（AI）作為快速處理各種信息的社會基礎(chǔ)，成為管理智慧城市的得力助手；中國人民銀行電子貨幣（DCEP）的研究與發(fā)展將進(jìn)一步促進(jìn)城市的良性運(yùn)轉(zhuǎn)，成為智慧城市不可或缺的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。

2.1 物理基礎(chǔ)——數(shù)字城市

數(shù)字城市利用傳統(tǒng)電子信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)真實(shí)城市的數(shù)字化，將城市信息儲存于計算機(jī)上。數(shù)字城市的建設(shè)為實(shí)現(xiàn)城市信息共享和互聯(lián)提供了基礎(chǔ)[2]。而智慧城市在使用傳統(tǒng)電子信息技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)為支撐，依靠數(shù)據(jù)中心、泛在網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施為物理引擎，逐步實(shí)現(xiàn)城市的“感知化”“互聯(lián)化”和“智能化”。一般來講，智慧城市被認(rèn)為是依托數(shù)字城市對城市信息的數(shù)字化和無線城市對城市信息的網(wǎng)絡(luò)化所建設(shè)的城市發(fā)展第三階段，即依托前兩階段實(shí)現(xiàn)對智慧應(yīng)用的展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)的智能化。

從目前的發(fā)展來看，數(shù)字城市只是簡單地實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)城市在網(wǎng)絡(luò)信息中的虛擬，而未真正地實(shí)現(xiàn)人和城市的感知與互動。而智慧城市建設(shè)的目標(biāo)，就是要以數(shù)字城市為依托，充分運(yùn)用新一代數(shù)字化工具，實(shí)現(xiàn)人與城市、機(jī)器的高效互聯(lián)，提升城市的服務(wù)質(zhì)量。此外，數(shù)字城市只是整合了各行業(yè)之內(nèi)的信息，依托互聯(lián)網(wǎng)形成業(yè)務(wù)的初步協(xié)同以促進(jìn)社會生產(chǎn)率，并未達(dá)到城市級之間的信息融合。而智慧城市在城市信息數(shù)字化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對城市的全面感知，依托各種泛在網(wǎng)絡(luò)、移動技術(shù)的支持，促進(jìn)市場、社會等各方面力量的支持，從而沖破行業(yè)界限，實(shí)現(xiàn)各行業(yè)之間的協(xié)同發(fā)展，建設(shè)更加開放、完善的城市信息化基礎(chǔ)，促進(jìn)信息對城市發(fā)展的服務(wù)能力。

我們認(rèn)為，數(shù)字城市是智慧城市的物理基礎(chǔ)。智慧城市就是在數(shù)字城市這一基礎(chǔ)之上，通過利用各種信息技術(shù)感知城市生活中各個參與者的動態(tài)，傳遞給數(shù)字城市這一具備超級計算能力的物理基礎(chǔ)，然后借助云計算等新興技術(shù)實(shí)現(xiàn)對萬物互聯(lián)的整合，從而實(shí)現(xiàn)對城市資源的有效整合。通過智慧城市，最終實(shí)現(xiàn)對數(shù)字城市的深度利用[3]。

2.2 計算基礎(chǔ)——CIM

CIM 由地理信息系統(tǒng)（GIS）、建筑信息模型（BIM）和物聯(lián)網(wǎng)（LOT）三部分組成。BIM是單個或一組建筑的信息管理者，而CIM 作為更高一級的信息承載者，能夠?qū)崿F(xiàn)城市海量數(shù)據(jù)的存儲。伴隨著多學(xué)科的融合，CIM 也逐漸與云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對城市資源的深度計算。

GIS 作為城市的“4D”模型能夠以時間為軸線記錄城市的演變過程，指導(dǎo)城市的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對城市發(fā)展的有效管理和科學(xué)規(guī)劃；同時，作為各種數(shù)據(jù)的承載基礎(chǔ)，將各個資源庫所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理與表達(dá)，實(shí)現(xiàn)“多圖合一”；此外，作為真實(shí)空間位置點(diǎn)的“記錄儀”，GIS在位置引導(dǎo)、位置關(guān)系計算、路徑分析等與大眾生活息息相關(guān)的服務(wù)中發(fā)揮著不可或缺的作用。BIM 作為儲存建筑數(shù)據(jù)的基本單元，是CIM 最為直接的基礎(chǔ)組成，通過與GIS 這一宏觀層面數(shù)據(jù)平臺的聯(lián)合，將進(jìn)一步推動智慧城市的建設(shè)。例如，由Autodesk 開發(fā)的Infraworks 就實(shí)現(xiàn)了GIS與BIM的合作，GIS實(shí)現(xiàn)對項目的規(guī)劃、審批、運(yùn)營等服務(wù)，BIM 完成對項目的設(shè)計、建造、施工等管理。LOT 作為一個開放的平臺，容納所有的數(shù)據(jù)并呈現(xiàn)各單元的實(shí)時狀態(tài)，離不開設(shè)備與設(shè)備之間的信息融合與交換，而這一目的的實(shí)現(xiàn)，首先需要將各種設(shè)備與建筑實(shí)體相連接，然后借助移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)進(jìn)行信息傳遞，最終實(shí)現(xiàn)LOT 與BIM 的深度融合。

在CIM 這一計算基礎(chǔ)平臺之上，可以定義城市與建筑的空間關(guān)系，感知城市的多源數(shù)據(jù)并進(jìn)行共享，從而實(shí)現(xiàn)智慧城市的可視化；同時，CIM 作為城市運(yùn)維的支撐系統(tǒng)，能夠清楚地表達(dá)城市的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，加快城市的反應(yīng)能力。

2.3 關(guān)系基礎(chǔ)——5G

5G 是目前為止最新一代的蜂窩移動通信技術(shù)，具有高傳輸速率、低延遲、高容量、多設(shè)備連接的特點(diǎn)[4]。智慧城市的建設(shè)及運(yùn)行，需要大量設(shè)備之間信息的快速交換以實(shí)現(xiàn)資源的有效整合及分配，從而提高城市的管理及服務(wù)水平。從信息技術(shù)的角度來看，4G 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足諸多領(lǐng)域的需求，而5G 的出現(xiàn)，在無人駕駛、電視直播、手術(shù)會診、能源管控等方面展現(xiàn)出信息傳遞的可靠性和實(shí)時性。

5G 在智慧交通建設(shè)中具有重要的作用。智慧城市的道路系統(tǒng)中，交通的調(diào)控將更加高效合理，這一目的的實(shí)現(xiàn)，離不開全方位大面積的道路信息監(jiān)測系統(tǒng)，而這些密集的傳感器，需要可靠、穩(wěn)定、高效的連接，目前來看，5G 使得這一目標(biāo)成為可能。其次，5G 能夠滿足車輛信息、公交運(yùn)營、出租錄像錄音等數(shù)據(jù)的傳輸要求，縮短監(jiān)控視頻的回傳時間，提升交通運(yùn)營的管理水平。最后，5G 技術(shù)下的多數(shù)據(jù)在線傳輸，為無人駕駛、車路協(xié)同等交互式場景提供了更多的可能性，從而驅(qū)動交通行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

5G也將在智慧能源的建設(shè)中發(fā)揮重要作用。以智慧電網(wǎng)為例：首先，5G 將更好地檢測電網(wǎng)的能源消耗，預(yù)測未來的使用需求，節(jié)省停電檢修的時間，提高輸送及使用效率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的互動；其次，5G 將對饋線自動化的發(fā)展產(chǎn)生推動，而這也將進(jìn)一步促進(jìn)多種能源電網(wǎng)的合并，實(shí)現(xiàn)對異常信息的及時感知，達(dá)到精準(zhǔn)快速的電網(wǎng)控制。

5G 還將在智慧安防建設(shè)中發(fā)揮重要作用。目前，攝像技術(shù)正在向4K 分辨率監(jiān)控的方向發(fā)展，高幀率、超高清的攝像技術(shù)，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)流量，而5G 的出現(xiàn)，與AI 及云儲存的融合，將會在滿足基本監(jiān)控的基礎(chǔ)上提供高清的實(shí)時信息，甚至在公安系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)針對罪犯追蹤的面部識別。此外，通過5G 與無線傳感器的廣泛連接進(jìn)行自然災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的部署，能夠在龍卷風(fēng)、地震、洪災(zāi)等自然災(zāi)害事件中及時進(jìn)行預(yù)測及信息傳遞，減少由此帶來的人員傷亡或經(jīng)濟(jì)損失。

移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，為全行業(yè)的數(shù)字化融合提供可能。而5G 的出現(xiàn)，還將在其他諸多領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用，在智能制造、智慧醫(yī)療、智慧家居、個人AI 輔助等方面整合以往難以解決的問題，促進(jìn)各行業(yè)之間信息的快速交流。因此我們認(rèn)為，5G 是智慧城市建設(shè)的關(guān)系基礎(chǔ)。5G 作為全新的跨時代技術(shù)，在智慧城市的建設(shè)中將成為城市、機(jī)器、人的連接體，為萬物互聯(lián)提供可能，從而支撐更多業(yè)務(wù)的發(fā)展，有效促進(jìn)智慧城市的建設(shè)[5]。

2.4 社會基礎(chǔ)——AI

從2019 年起，AI 的不斷發(fā)展正逐漸刷新人們對于科技的認(rèn)知，初級的AI 產(chǎn)品（如天貓精靈、小愛同學(xué)等）已經(jīng)走進(jìn)我們的日常工作與生活中，而對于整個智慧城市的建設(shè)來說，AI 的重要性將不僅局限于智能產(chǎn)品的研發(fā)，其將根據(jù)需要結(jié)合各類現(xiàn)代技術(shù)成為智慧城市的又一基礎(chǔ)。目前AI在教育、金融等領(lǐng)域均有所實(shí)踐，未來智慧城市中，AI 將依靠強(qiáng)大的“學(xué)習(xí)辨識”能力，從源源不斷的城市海量數(shù)據(jù)中汲取知識，實(shí)現(xiàn)不斷地演進(jìn)與發(fā)展。

AI 首先在物流中發(fā)揮出重要的作用。電商的快速發(fā)展需要物流行業(yè)提供線下的支持。隨著AI技術(shù)在物流行業(yè)中的應(yīng)用逐漸增多，在貨物分揀、配送等多個方面為工作人員帶來極大的幫助。AI在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用也逐漸變得廣泛，在幫助人們解決氣候變化、生物多樣性、水資源及農(nóng)業(yè)問題等方面起到重要的作用。我國北京市環(huán)保局與IBM 于2014 年合作推出的“綠色地平線”項目，就是以AI 為基礎(chǔ)依托，計算分析氣象衛(wèi)星及空間監(jiān)測站傳來的實(shí)時數(shù)據(jù)，提供高精度的空氣質(zhì)量預(yù)報。同時，憑借AI 的學(xué)習(xí)能力，對比分析預(yù)測與真實(shí)環(huán)境狀況的差異，以期提供更加準(zhǔn)確的預(yù)測。

除此之外，AI 還在語言和圖像理解、智能搜索、自動規(guī)劃、遺傳編程、博弈等方面展現(xiàn)出超強(qiáng)的思維能力，因此我們認(rèn)為，AI 是智慧城市建設(shè)的社會基礎(chǔ)。正是因為AI 超強(qiáng)的計算能力和學(xué)習(xí)能力，才會在與云計算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)結(jié)合的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步促進(jìn)城市高效快速的發(fā)展。

2.5 經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)——DCEP

數(shù)字貨幣是基于部分環(huán)節(jié)采用區(qū)塊鏈所形成的全新系統(tǒng)架構(gòu)，它的出現(xiàn)及使用將會改變貨幣的供給和管理方式。DCEP 是中國人民銀行正在研究中的法定數(shù)字貨幣，與人們?nèi)粘Ｉ钪兴褂玫募垘偶坝矌乓粯泳哂袊倚庞?，是“?shù)字化形態(tài)的”的法定貨幣。

DCEP 支付的優(yōu)勢是無須建立賬戶就可以實(shí)現(xiàn)價值轉(zhuǎn)移。目前已經(jīng)被人們廣泛使用的支付寶及微信支付僅僅是一種使用方式的轉(zhuǎn)變，其前提是需要綁定一個銀行賬戶來進(jìn)行交易。雖然二者都有余額錢包的存在，但前提是進(jìn)行銀行卡綁定完成實(shí)名認(rèn)證，且支付寶或微信支付的使用，受到大量公司及機(jī)關(guān)單位的限制，甚至?xí)獾揭恍〢pp 的禁用。而DCEP 的流通將不受銀行品牌和公司的限制，只要在可以進(jìn)行傳統(tǒng)貨幣交易的場所，都可以使用DCEP進(jìn)行交易，實(shí)現(xiàn)無障礙支付。

DCEP與傳統(tǒng)貨幣相比，還有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，DCEP 支持“雙離線支付”，即不受手機(jī)信號影響，只要有電就可以完成交易；且因為取消了“找零”這一環(huán)節(jié)，DCEP 的使用將會比紙鈔更加便捷。其次，DCEP 的使用，將不再依賴大量銀行的實(shí)體店和人工服務(wù)，減少人們對于紙幣的兌換，方便人們對貨幣的攜帶，進(jìn)一步提升安全性與便利性，節(jié)約大量的人力及物力成本。最后，資金的可追溯性、多終端的選擇性等優(yōu)點(diǎn)將在反腐、反洗錢、精準(zhǔn)扶貧等方面為政府提供強(qiáng)有力的管控能力。

由于數(shù)字貨幣所擁有的種種屬性，DCEP 的發(fā)展也將是一個漫長的過程。2020 年8 月14 日，商務(wù)部網(wǎng)站刊發(fā)的《商務(wù)部關(guān)于印發(fā)全面深化服務(wù)貿(mào)易創(chuàng)新發(fā)展試點(diǎn)總體方案的通知》中指出京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)及中西部具備試點(diǎn)的地區(qū)將開展數(shù)字人民幣試點(diǎn)，為DCEP 的全面深化試點(diǎn)及推廣奠定了基礎(chǔ)[6]。DCEP 未來的使用也將逐步與傳統(tǒng)貨幣之間相互配合、相互發(fā)展。

我們相信，在不遠(yuǎn)的未來，DCEP 將作為智慧城市的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，在消費(fèi)過程、財富管理、金融政策等方面對國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響，同時在貨幣監(jiān)管、打擊犯罪等方面提高政府的管控能力。數(shù)字貨幣作為未來貨幣發(fā)展的重要趨勢，將促進(jìn)政治、經(jīng)濟(jì)、文化等領(lǐng)域的良性發(fā)展，推動一系列智慧場景的實(shí)現(xiàn)，對智慧城市的建設(shè)與深化產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。

結(jié)語

以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能為代表的新一代科學(xué)技術(shù)正在帶動新一輪的科技和產(chǎn)業(yè)革命，由此帶來的數(shù)字孿生、共享經(jīng)濟(jì)等理念也逐步得到人們的關(guān)注。智慧城市的建設(shè)，首先會在數(shù)字城市這一物理基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)萬物感知；其次依托計算基礎(chǔ)與關(guān)系基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，最后將借助社會基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)等實(shí)現(xiàn)人與城市互動的美好愿景。2020 年新冠疫情的防控足以讓我們了解到發(fā)展新技術(shù)的必要性，借助物理基礎(chǔ)和計算基礎(chǔ)具備更強(qiáng)的計算能力，借助經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)促進(jìn)智慧城市的深度應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)智慧城市感知、互聯(lián)、智能的建設(shè)目標(biāo)。

城市設(shè)計視角下的研究更加清楚地展示了數(shù)字化工具對于智慧城市建設(shè)的重要作用，提出基于數(shù)字化工具的智慧城市建設(shè)五大基礎(chǔ)。由于文章主要針對數(shù)字化工具的運(yùn)用，因而對全方位智慧城市建設(shè)基礎(chǔ)的深入研究亟待展開；由于電子信息科技受到外國的保密，文章主要圍繞數(shù)字化工具在我國智慧城市建設(shè)中的現(xiàn)狀展開，需要結(jié)合國際環(huán)境進(jìn)行深化。

智慧城市的建設(shè)和發(fā)展給人們帶來了很多便利，隨著城市管理水平的提升，城市各方面的協(xié)同能力也會越來越完善，人們對于城市服務(wù)的要求也會越來越高，而這些都將進(jìn)一步促進(jìn)城市的建設(shè)和發(fā)展。智慧城市是未來城市的發(fā)展趨勢，只有更好地認(rèn)識智慧城市的各個基礎(chǔ)構(gòu)成，讓數(shù)字化工具及其技術(shù)為智慧城市系統(tǒng)提供更多進(jìn)步的可能性，才能讓城市和人們的生活更加美好。