李文秋，仝冰潔

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司 天津 300381）

0 引 言

數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、新架構對智慧城市建設進行深入探索，營造全社會共同關注、積極參與的智慧城市建設新形勢。

智慧城市面向政府、市民、社會和企業(yè)4個對象，從城市治理、產業(yè)促進、民生服務等多個維度提出了對城市建設和管理方面的要求。隨著技術的不斷改進和創(chuàng)新，中國的智慧城市建設已經從分散式建設模式走向新型智慧城市建設模式。

“新型智慧城市”是數字中國、智慧社會的核心載體［1］。隨著新的國務院機構改革方案的實施，組建了國家數據局，必將促使智慧城市建設更加注重頂層設計和數據治理，在推進城市智能設施的統(tǒng)籌布局和基礎平臺的搭建上也會加快城市數字化升級。

1 智慧城市建設新方法

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性、生長性、系統(tǒng)性、應激性等生命特征，也包含呼吸、消化、運動、神經等生命系統(tǒng)。這一生命體的順利運轉依賴其外在功能和內在機能的協(xié)調運行，城市良好的外在功能需要健康的內在機能來保障，城市內在機能又由眾多的城市機能子系統(tǒng)來支撐，這些子系統(tǒng)既獨立運行、自成體系，又高度關聯、相互作用，能夠維持城市肌體平穩(wěn)運行和保障城市發(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；信息網絡相當于神經網絡，將信息進行傳輸；而“城市大腦”負責對數據進行加工和對信號進行反饋，統(tǒng)一指揮決策。智慧城市是政府高效治理的基礎，是實現城市各要素之間信息聯動、支撐政府科學決策的關鍵［2］。

1.2 城市大腦新模型

智慧城市的發(fā)展已經步入“能聽見、能看見、能感知”的感知智能新階段。面對技術的迭代和需求的更新，需要打造具備自生長、自學習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“神經系統(tǒng)”的重要組成部分，包含城市中樞神經、城市感知神經、城市運動神經、城市神經纖維等在內的城市級類腦智能復雜巨系統(tǒng)［3］的新型基礎設施，具備自生長、自學習的特征，能夠融合匯集城市運行信息，以及支撐和引領城市可持續(xù)發(fā)展。

城市大腦的輻射范圍和受益人數具有規(guī)模性，城市大腦的本質是數據建設，融合新技術、新算法、新應用，打造城市大腦開放式平臺，快速響應不斷更新的業(yè)務需求，以迭代式開發(fā)持續(xù)升級，助力城市治理數字化。

1.3 智慧城市新體系

評價是智慧城市建設過程中不可缺少的一環(huán)，尤其是以量化方式評估智慧城市的建設效果。根據《新型智慧城市評價指標》（GB/T 33356—2022），按照“以人為本、成效引導、客觀規(guī)范、成熟可測、注重時效”的原則，規(guī)定了面向地級及以上城市的新型智慧城市評價指標體系框架。主觀指標通過向市民發(fā)放體驗調查問卷的形式進行，得分占比40%，客觀指標分為8個一級指標，涉及惠民服務、精準治理、生態(tài)宜居、信息基礎設施、信息資源、產業(yè)發(fā)展、信息安全、創(chuàng)新發(fā)展8個方面，得分占比60%。

應用智慧城市評價新體系，通過以評促建，推動城市自我演進、自我生長，讓城市在有生命的基礎上構建智慧城市。這一體系通過新技術支撐城市管理及整體業(yè)務應用，科學衡量智慧城市建設成效，助力新時期新型智慧城市高質量發(fā)展。

1.4 智慧城市新架構

基于企業(yè)信息架構（EA），以評價指標為引領，融入建設運營、發(fā)展環(huán)境等軟環(huán)境建設內容，智慧城市頂層設計體系架構如圖1所示。

圖1 智慧城市頂層設計架構圖Fig.1 Top-level design architecture diagram of smart cities

打造智慧城市頂層設計新架構，貫通數據流轉全生命周期，支撐信息資源之間的關聯、整合、協(xié)同與應用，梳理智慧城市運行管理全流程，讓城市發(fā)展更有質量。

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)領域的特點，高效的建設運營模式可以有效緩解建設前期資金壓力，調集社會資源加速推進智慧城市建設。當前智慧城市運營模式主要分為政府獨營和市場運作，其中平臺化運維是智慧城市建設運營模式的新趨勢。

平臺化運維模式以平臺為中心，參與者越多，平臺越具有價值。平臺化運維注重規(guī)劃可持續(xù)發(fā)展和公眾體驗與反饋，關注應用、技術、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，確保良性運營與發(fā)展。

2 體系架構

智慧城市建設需要著眼全局，兼顧過去資源、現實問題和未來規(guī)劃，以頂層思維制定智慧城市的體系架構。

2.1 體系架構要素

智慧城市頂層設計體系架構要素包括技術體系和非技術體系，技術體系要素分為業(yè)務架構、應用架構、數據架構、基礎設施架構；非技術架構包括評價體系、標準體系、建設運營架構、發(fā)展環(huán)境架構，如圖2所示。

圖2 智慧城市頂層設計體系架構要素組成Fig.2 Top-level design system architecture elements of smart cities

其中業(yè)務架構通過業(yè)務驅動應用架構，應用架構和數據架構交互影響，基礎設施架構為應用架構和數據架構提供統(tǒng)籌支撐；在非技術體系中，評價體系指引智慧城市的建設方向，標準體系約束智慧城市的統(tǒng)一建設，建設運營架構引導智慧城市的持續(xù)運營，發(fā)展環(huán)境架構提供配套機制的支撐。

2.2 總體架構

智慧城市頂層設計總體架構結構為“三橫四縱”，其中“三橫”包括新型基礎設施、智能運行中樞、智慧應用，“四縱”包括建設運營架構、發(fā)展環(huán)境架構、標準體系和評價體系，如圖3所示。

圖3 智慧城市頂層設計總體架構Fig.3 Overall framework of smart city top-level design

①基礎設施架構是智慧城市運行與發(fā)展的基礎，賦予城市資源要素數字化、智能化和智慧化，促進城市運行全方位與功能要素結合和協(xié)調。

②數據架構是智慧城市建設發(fā)展的核心，通過打通數據采集、數據共享交換、數據存儲、數據分析、服務支撐、數據開放的各個環(huán)節(jié)，構建信息化供應鏈全環(huán)節(jié)的協(xié)調融合應用體系。

③應用架構是智慧城市建設成效的體現，基于基礎設施架構和數據架構的支撐，圍繞政府、市民、社會和企業(yè)四大主體的業(yè)務需求，實現智慧城市的資源整合和融合應用。

④標準架構和評價架構是智慧城市規(guī)范建設的約束，在參照國家標準及相關評價的基礎上，結合智慧城市的實際需求和特點，引導城市向差異化、多層次、最優(yōu)化發(fā)展的方向前進。

⑤建設運營架構和發(fā)展環(huán)境架構是智慧城市持續(xù)發(fā)展的保障，充分考慮政府的職能、運營商及其他企業(yè)與機構建設運營的運作方式，確保智慧城市頂層設計的落地及相關項目的順利實施［4］。

2.3 評價體系分類

根據《新型智慧城市評價指標》（GB/T 33356—2022），對評價指標中的8個一級指標進行深入分析，將其融入到總體架構的“三橫四縱”體系架構要素中，如圖4所示。其中惠民服務、精準治理、生態(tài)宜居、產業(yè)發(fā)展指標對應應用架構，信息基礎設施指標對應基礎設施架構，信息資源指標對應數據架構，信息安全指標和創(chuàng)新發(fā)展指標則貫穿所有架構?；诟黧w系架構的建設情況，多維度對智慧城市進行評定，各地政府部門能夠分頭開展相關工作，減少人力、財力的重復投入。

圖4 智慧城市評價體系分類Fig.4 Evaluation system classification of smart cities

2.4 基礎設施架構

基礎設施架構中體現評價指標中對信息基礎設施的要求，信息化基礎設施為城市運行提供基本保障。基礎設施架構主要包括城市網絡基礎設施、網絡安全基礎設施、云基礎設施等內容，如圖5所示。

圖5 智慧城市基礎設施架構Fig.5 Infrastructure architecture of smart cities

通過分析現狀、應用、數據及發(fā)展建設需求，依據“集約建設、資源共享、適度超前”的原則，支撐城市形成設施互聯、精確感知、信息互通、數據共享的“城市大腦”和“神經網絡”。

2.5 數據架構

數據架構中體現的評價指標中對信息資源的要求是智慧城市建設發(fā)展的核心。數據架構由數據共享交換、物聯網運行管理、網絡爬蟲、資源目錄、大數據服務、應用支撐能力、統(tǒng)一數據開放構成，如圖6所示。

圖6 智慧城市數據架構Fig.6 Data architecture of smart cities

數據資源的融合共享和開發(fā)利用是關鍵，大數據將驅動智慧城市變革［5］。通過對各類數據現狀與需求的整理、對多元異構數據的融合及深入的挖掘，構建統(tǒng)一、匯聚、清晰、真實、高質、安全的數據資源體系，并在此基礎上進行數據采集、存儲、共享交換、分析挖掘等數據服務，進而構建數據架構。

數據架構通過打通信息化供應鏈的全周期節(jié)點，具備數據資源和數據服務能力，助力智慧城市的集約高效建設，實現城市數字化到城市智慧化的轉變。同時，還需關注評價指標中對數據開放共享的要求，這也是新型智慧城市區(qū)別于傳統(tǒng)智慧城市的一個方面。

2.6 業(yè)務架構

業(yè)務架構依據新型智慧城市評價指標，構建包含城市治理、產業(yè)促進、民生服務三大業(yè)務域的業(yè)務架構，囊括精準治理、生態(tài)宜居、產業(yè)促進、產業(yè)發(fā)展、惠民服務等城市發(fā)展與管理的主要業(yè)務，如圖7所示。

基于城市發(fā)展需求，通過對城市的現狀、業(yè)務、發(fā)展戰(zhàn)略的梳理，充分分析政府、市民、社會和企業(yè)等各方業(yè)務及相互關系，打造智能共享的城市治理領域，建設創(chuàng)新升級的產業(yè)促進領域，提供保障生活的民生服務領域。同時，在政府層面上也要重點關注上級政府及政府中各委辦局的業(yè)務需求。

2.7 應用架構

應用架構中體現評價指標中對民生、產業(yè)、政府的要求，由基礎層應用、平臺層應用和各領域智慧應用3個部分構成，具備橫向協(xié)同、共建共享、靈活管控、易于迭代的特點，如圖8所示。

基礎層應用為最底層，通過信息化基礎設施構建通信網絡、城市云、政務云等云服務和物聯感知系統(tǒng)等，為城市提供基礎數據來源和計算存儲能力。

平臺層應用搭建智慧城市基礎平臺，為城市提供大數據分析、自學習自感知、物聯網數據采集和基于CIM的時空數據匯聚展示能力，支撐各領域專項應用的實施與落地。其中CIM基礎平臺實現國產、自主、安全、可控的數據體系、標準體系和基礎設施部署，以BIM、GIS、IoT等技術為核心，呈現城市級數字孿生和全要素數字表達、大數據模型驅動與反向智能控制特征，增強核心平臺能力，搭建市、縣、區(qū)等多層級一體化應用體系，真正做到全行業(yè)、全領域、全周期深層應用。

各領域智慧應用由城市治理、民生服務和產業(yè)促進領域應用構成，基于基礎層和平臺層提供的網絡支撐、算力支撐、數字化技術支撐，構建現代化基礎設施體系和運營環(huán)境，為政府、市民、社會和企業(yè)提供惠民、宜居、創(chuàng)新的社會環(huán)境。

2.8 標準體系

標準體系的搭建結合城市建設特點，注重實踐經驗的固化。以國家基礎標準為依據，根據本地區(qū)建設特點，編制地方性行業(yè)級規(guī)范類標準、應用級技術類標準，形成一套統(tǒng)一的標準體系，如圖9所示。

圖9 智慧城市標準體系架構Fig.9 Standard system architecture of smart cities

智慧城市是一項系統(tǒng)工程，建設周期長，需要跨部門、跨行業(yè)協(xié)同建設。采用統(tǒng)一的標準體系可有效促進面向業(yè)務智慧應用的共享、交換、協(xié)作和開放，能夠避免“信息孤島”。

2.9 保障措施

智慧城市建設過程中往往會在信息整合、管理機制、資金投入、標準規(guī)范等幾方面遇到瓶頸。為避免瓶頸的出現，應注重組織管理、人才建設、制度保障、資金投入、品牌宣傳、安全意識等方面的保障措施。

3 結 論

智慧城市建設的出發(fā)點是解決城市中的實際問題，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，建設城市生命體“神經系統(tǒng)”。其中新理念基于“城市是有機的生命體”，抓住城市生命體“神經系統(tǒng)”本質特征，創(chuàng)建自組織、自學習、有智慧的數字孿生；新模型是基于城市大腦新型基礎設施，具備自學習、自生長的決策模型系統(tǒng)；新體系基于智慧城市評價新體系，以評促建，推動城市自我演進、自我生長；新架構基于企業(yè)信息架構（EA）的理念，搭建自主、安全、可控的基礎設施架構、數據架構、業(yè)務架構、應用架構和標準架構，提高智慧城市的頂層約束能力；新模式基于互聯網思維，在平臺化模式中融合創(chuàng)新，著眼于整個產業(yè)鏈的控制和整合，達到經濟效益和社會效益的平衡，最終支撐智慧城市建設的健康運行。

智慧城市建設需要整體均衡、頂層驅動，有序推進重點示范項目，釋放信息資源在城市治理、產業(yè)促進、民生服務等方面的潛在價值，結合城市發(fā)展戰(zhàn)略，構建特色鮮明的智慧城市應用體系。同時，積極適應智慧城市發(fā)展的新常態(tài)，緊跟新趨勢，注重新方法、新體系架構的扁平開放，提高標準體系、評估體系的頂層約束能力和智慧城市應用實效。