賽迪研究院楊春立：數(shù)字孿生城市的頂層設(shè)計(jì) | CCF-GAIR 2019

記者按：7 月 12 日-7 月 14 日，2019 第四屆全球人工智能與機(jī)器人峰會(huì)（CCF-GAIR 2019）于深圳正式召開。峰會(huì)由中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（CCF）主辦，記者(公眾號：記者)、香港中文大學(xué)（深圳）承辦，深圳市人工智能與機(jī)器人研究院協(xié)辦，得到了深圳市政府的大力指導(dǎo)，是國內(nèi)人工智能和機(jī)器人學(xué)術(shù)界、工業(yè)界及投資界三大領(lǐng)域的頂級交流博覽盛會(huì)，旨在打造國內(nèi)人工智能領(lǐng)域極具實(shí)力的跨界交流合作平臺。

智慧城市作為復(fù)雜巨系統(tǒng)，一直是近十幾年來產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界重點(diǎn)研判的話題。在 7 月 14 日下午的 CCF-GAIR 2019「智慧城市專場」上，中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院（賽迪）軟件與集成電路評測中心副主任楊春立博士帶來了相關(guān)演講，演講主題為《基于數(shù)字孿生的智慧城市頂層設(shè)計(jì)探索與實(shí)踐》。

演講中，楊春立表示，盡管中國已經(jīng)成為全球建設(shè)智慧城市數(shù)量最多的國家，但成效卻不容樂觀。她提到，目前中國建設(shè)智慧城市存在 10 大共性問題，包括軟硬件設(shè)施的建設(shè)忽視了市民參與、關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的建設(shè)也被納入城市項(xiàng)目、大而全卻落地難等。同時(shí)，她也提出的這些問題的根本原因是智慧城市的頂層設(shè)計(jì)失靈。

那么，如何對智慧城市進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)呢？ 2013 年，賽迪研究院提出了梳子型頂層設(shè)計(jì)，按照統(tǒng)籌的思想來進(jìn)行智慧城市的頂層設(shè)計(jì)，并且這套方法論曾應(yīng)用到北京市東城區(qū)、上海張江科學(xué)城等地。

技術(shù)上，數(shù)字孿生+CIM（城市信息模型）是最被看好的方式。目前在制造領(lǐng)域（大飛機(jī)、大輪船、高鐵等）極端復(fù)雜的產(chǎn)品里面都用到了數(shù)字孿生，它的核心就是構(gòu)建了一個(gè)物理和信息交互的模型。

楊春立強(qiáng)調(diào)，新型智慧城市要從盲目追求土地空間的城市發(fā)展舊模式中解脫出來，要把政府、企業(yè)、居民作為新型智慧城市建設(shè)中缺一不可的主體，明確各方需要承擔(dān)的職責(zé)，建立“讓數(shù)據(jù)能依法交換流動(dòng)、可依法開發(fā)利用、可精準(zhǔn)追溯責(zé)任、可動(dòng)態(tài)分配利益的體制”。

以下是楊春立在 CCF-GAIR 大會(huì)上的演講內(nèi)容，記者對其進(jìn)行了不改變原意的編輯整理：

尊敬的各位嘉賓下午好，今天我主要想跟大家探討一下智慧城市的頂層設(shè)計(jì)。

從智慧城市建設(shè)來看，它的頂層設(shè)計(jì)起了非常關(guān)鍵的作用。自“智慧城市”理念提出以來，世界各國都在積極探索，現(xiàn)在有 1000 多個(gè)城市在建設(shè)智慧城市，數(shù)字城市、無線城市。比如說，歐盟提出來要積極探索綠色智慧城市；美國是智慧城市先驅(qū)；日本、韓國也在從國家層面進(jìn)行積極的探索和實(shí)踐。在這些探索和實(shí)踐過程之中，我們國家成為全球建設(shè)智慧城市數(shù)量最多的國家。

這是國內(nèi)智慧城市的分布圖，五角星代表著智慧城市試點(diǎn)示范。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國有多個(gè)城市提出要建設(shè)智慧城市：省級和副省級城市智慧城市建設(shè)比例達(dá)到 100%，地市級城市是 74%，一些縣級城市建設(shè)的比例也達(dá)到了三分之一。但是，盡管這么多的城市在建設(shè)，成效卻是不容樂觀的。

羅蘭貝格 2018 年發(fā)布了一個(gè)關(guān)于智慧城市的報(bào)告。以全球視角來看，選了三類指標(biāo)：基礎(chǔ)設(shè)施、戰(zhàn)略規(guī)劃，行動(dòng)領(lǐng)域，其實(shí)這個(gè)平均分?jǐn)?shù)很低。我們國家發(fā)改委也發(fā)布對新型智慧城市的評估，評估結(jié)果的平均分還不到 60 分，70% 的城市還處于一個(gè)初步建設(shè)的階段。

為什么智慧城市建設(shè)成效沒有達(dá)到預(yù)期？我們歸納了 10 大問題，比如硬件設(shè)施的建設(shè)；忽視了市民，城市居住者的參與；跨部門協(xié)同不夠等等。這 10 個(gè)問題都指向了一條最根本的原因：智慧城市的頂層設(shè)計(jì)失靈。

從地方來看，智慧城市的主導(dǎo)者，在推進(jìn)智慧城市的建設(shè)過程中，以前把智慧城市當(dāng)做一個(gè)項(xiàng)目來建設(shè)和實(shí)施，更關(guān)注信息技術(shù)和單個(gè)項(xiàng)目，而不注重智慧城市整體的架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)的路徑。所以在智慧城市建設(shè)的過程中，就可能形成了新一輪的信息孤島。

那么，如何對智慧城市進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)呢？我們梳理了從 2009 年開始的國家智慧城市發(fā)展的各個(gè)階段。

2009 年到 2012 年主要是概念的導(dǎo)入期，這個(gè)時(shí)候社會(huì)各界都在圍繞著“智慧城市到底是什么；智慧城市的內(nèi)涵和外延；智慧城市到底由什么要素來構(gòu)成等”進(jìn)行研究。

到了 2013 年到 2016 年這個(gè)階段，這個(gè)時(shí)候主要是智慧城市一個(gè)非常加速的建設(shè)期。各地發(fā)布了十二五規(guī)劃綱要，把智慧城市建設(shè)作為一個(gè)非常重要的內(nèi)容。

到了 2016 年，國家提出來要打造新型智慧城市建設(shè)目標(biāo)，打造一批新型智慧城市的試點(diǎn)示范。

在這三個(gè)階段過程中，智慧城市的頂層設(shè)計(jì)在逐漸地迭代和完善。早期，我們按照企業(yè)架構(gòu)的模式，按照 SOA、IEM 這些工程方法論，IT 治理的模式等推動(dòng)智慧城市的頂層設(shè)計(jì)。到今天，我們按照梳子型，數(shù)字孿生的一些頂層設(shè)計(jì)方法去推動(dòng)。

2013 年，我們提出了智慧城市梳子型頂層設(shè)計(jì)，按照系統(tǒng)統(tǒng)籌的思想來進(jìn)行智慧城市的頂層設(shè)計(jì)，中間是由若干個(gè)平臺構(gòu)成，相當(dāng)于梳頭用的背；上面的豎齒是每一個(gè)智慧城市的應(yīng)用。

這個(gè)是更典型、更形象的梳子型架構(gòu)，基于 SOA 的理念。其中，最重要的一個(gè)特點(diǎn)是這個(gè)梳子背部是由多個(gè)平臺構(gòu)成的，可以拆裝，容易組件，像一個(gè)個(gè)模塊或者積木一樣。還有，梳子上的齒——一個(gè)個(gè)豎起來的應(yīng)用系統(tǒng)也是根據(jù)需要進(jìn)行搭建的。所以說，智慧梳子型的體系架構(gòu)在當(dāng)時(shí)滿足了很多城市要求的柔性、靈活，解決了信息孤島，解決了跨部門之間的協(xié)同問題。

梳子型智慧城市頂層設(shè)計(jì)方法論在北京市東城區(qū)、上海張江、重慶南岸等地進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用。2017 年，山東的棗莊提出來的頂層架構(gòu)是把數(shù)據(jù)資源作為一個(gè)特別核心的要素嵌入到每層里面，第一層是基礎(chǔ)設(shè)施聚能層；第二層是數(shù)據(jù)核心賦能層；第三層就是應(yīng)用的層面——智慧釋能層。

由此來看，智慧城市是什么，是信息系統(tǒng)的大綜合、大集成、大協(xié)同。從結(jié)構(gòu)上看，大綜合主要是六要素；從領(lǐng)域上看，主要是涵蓋五位一體。大集成就是各領(lǐng)域信息系統(tǒng)不是簡單堆積，而是采用科學(xué)的系統(tǒng)集成方法，實(shí)現(xiàn)同構(gòu)、異構(gòu)系統(tǒng)的有效銜接，互聯(lián)互通，各個(gè)部門之間能夠協(xié)同合作。

所以，從這個(gè)層面來看，智慧城市很像一棵智慧樹，根部是基礎(chǔ)設(shè)施；樹干是城市的運(yùn)行、運(yùn)營；樹葉就是智慧城市各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，包括產(chǎn)業(yè)。

智慧城市的頂層設(shè)計(jì)要考慮三個(gè)要素，第一要面向?qū)ο螅腔鄢鞘蟹?wù)的對象，參與建設(shè)的對象都是誰，都需要考慮。第二個(gè)就是智慧城市要解決什么問題，有的人說智慧城市建設(shè)是為了解決大城市的城市病。到底要解決什么問題？要有堅(jiān)持需求和問題導(dǎo)向。第三個(gè)是面向未來，智慧城市的建設(shè)還要有一定的前瞻性和引領(lǐng)性。

智慧城市參與的主角和主導(dǎo)到底是誰？用戶對智慧城市有什么樣的訴求？智慧城市建設(shè)的目標(biāo)是什么？誰是智慧城市最終的推動(dòng)力量？這些都是需要在頂層設(shè)計(jì)的過程中需要去著重考慮。

智慧城市頂層設(shè)計(jì)還需要考慮智慧城市建設(shè)的目的和實(shí)現(xiàn)的手段，還有實(shí)施的路徑。新型智慧城市建設(shè)要以人為本、要?jiǎng)討B(tài)迭代、要按照系統(tǒng)思維去建設(shè)。智慧主要是體現(xiàn)在新技術(shù)的應(yīng)用，比如說人工智能、區(qū)塊鏈，最終目的都是為了服務(wù)城市。

所以說，新型智慧城市要從盲目追求土地空間的城市發(fā)展等的舊模式中解脫出來，要把政府、企業(yè)、居民作為新型智慧城市建設(shè)中缺一不可的主體，明確各方需要承擔(dān)的職責(zé)，構(gòu)建政企民“共建、共創(chuàng)、共享、共惠”的新局面。

智慧城市的核心要素是里面的數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)資源，所以需要構(gòu)建讓數(shù)據(jù)能夠依法交換流動(dòng)，可以依法開發(fā)利用，可以精準(zhǔn)追溯責(zé)任，可動(dòng)態(tài)分配利益的一套體制。

正如我們國家這幾年在推動(dòng)的，新型智慧城市要深化“簡政放權(quán)、放管結(jié)合、優(yōu)化服務(wù)”的改革。此前，我去過數(shù)字廣東做過調(diào)研和考察。實(shí)際上，數(shù)字廣東是結(jié)合了簡政放權(quán)、放管結(jié)合、優(yōu)化服務(wù)的理念，來進(jìn)行的重大機(jī)構(gòu)改革。

為了解決這些問題、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，我們這幾年開始在探索“以數(shù)字孿生加城市信息模型（CIM）來推進(jìn)、實(shí)施智慧城市”的頂層設(shè)計(jì)。

在制造領(lǐng)域中，比如飛機(jī)、大輪船、高鐵等，都用到了數(shù)字孿生，它的核心就是構(gòu)建一個(gè)物理和信息的模型，在空間里面不斷地去對模型進(jìn)行優(yōu)化和迭代。

從產(chǎn)品來講，原本是必須要生產(chǎn)出真實(shí)的原型產(chǎn)品，進(jìn)行不斷地測試和驗(yàn)證。現(xiàn)在應(yīng)用了數(shù)字孿生技術(shù)后，可以在軟件里面就不斷地優(yōu)化、測試和驗(yàn)證，縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期，提高了效率。

在智慧城市的建設(shè)中，比如說正在構(gòu)建智慧綠色的雄安，有一個(gè)物理的、肉眼可見的雄安；背后的物理系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)里面，還有一個(gè)和它一一對應(yīng)的數(shù)字孿生的雄安的模型。

實(shí)際上，如果從范圍上來看，CIM 的核心就是面向應(yīng)用場景，就是 GIS 加上 BIM，再加上新興的人工智能。從技術(shù)上看，CIM 就是數(shù)字孿生技術(shù)加上 BIM；更進(jìn)一步來講，CIM 就是數(shù)據(jù)模型加上算法。

CIM 的前身是 BIM，很多搞建筑的從業(yè)人員都用到了 BIM 的技術(shù)手段。CIM 的本質(zhì)是集成、并行、迭代；核心是數(shù)據(jù)的共享和交換。構(gòu)建這樣基于數(shù)據(jù)自由流的一套業(yè)務(wù)體系，關(guān)鍵就是場景，由一個(gè)具體的應(yīng)用場景來實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器的多方協(xié)作的關(guān)系。

基于數(shù)字孿生+城市信息模型（CIM）的新型智慧城市建設(shè)方法論最大的優(yōu)點(diǎn)就是遵循一個(gè)特別大的視野，凸顯重點(diǎn)，注重實(shí)效。

注重以人為本，落腳智慧城市的建設(shè)。從民生的需求和城市的功能定位出發(fā)，來構(gòu)建這樣的模型。

它特別強(qiáng)調(diào)城市里面的各個(gè)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)之間的協(xié)同協(xié)作。一個(gè)城市的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)肯定是城市發(fā)展生存離不開的一個(gè)重要的功能，在這個(gè)理念里面，它把各個(gè)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)，甚至和保障體系結(jié)合在一起。

重視新的技術(shù)應(yīng)用，不斷完善和優(yōu)化。由實(shí)踐力、創(chuàng)造力、吸引力協(xié)同來推動(dòng)整個(gè)智慧城市的可持續(xù)發(fā)展。

CIM 背后的本質(zhì)就是數(shù)據(jù)模型加算法，整套方法論都是由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，它是城市數(shù)據(jù)的集成和動(dòng)態(tài)的分析。圖中的數(shù)據(jù)將各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)收集在一起進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和優(yōu)化，最終把原來靜態(tài)的分階段的物質(zhì)性的智慧城市提升為動(dòng)態(tài)的、以人為本的一套運(yùn)營模式。

這套頂層設(shè)計(jì)注重協(xié)同，通過多元利益相關(guān)主體交互參與，改變政府主導(dǎo)的單一建設(shè)模式。比如說，智慧城市一開始是由政府來主導(dǎo)，構(gòu)建的一個(gè)單一的模式，之后出現(xiàn)了很多模式，比如服務(wù)外包、由政府和企業(yè)共建一個(gè)公司、甚至完全采用了商業(yè)模式。

實(shí)際上，基于城市信息模型（CIM）的新型智慧城市建設(shè)方法論（MBE）用到了一些核心技術(shù)，包括 BIM、CIM、GIS，包括物聯(lián)網(wǎng)還有人工智能、大數(shù)據(jù)等等。

這個(gè)是基于這套方法論構(gòu)建的一個(gè)“SMART”模型： S 是服務(wù)，M 是管理，A 是應(yīng)用，R 是資源，T 是技術(shù)。這 5 個(gè)部分里面又構(gòu)成了三層，R 和 T 主要是投入層，主要是技術(shù)、資源的投入。A 是產(chǎn)出層，建設(shè)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)用平臺和業(yè)務(wù)系統(tǒng)；S 層和 M 層是績效層，面向城市服務(wù)去推進(jìn)。

這個(gè)是新型智慧城市的體系框架，第一層是用強(qiáng)化公用的思維理念來構(gòu)建一個(gè)公用的基礎(chǔ)設(shè)施，能形成共用基礎(chǔ)的“一張網(wǎng)”。第二層是整合通用，構(gòu)建一個(gè)通用層，構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源體系，形成一個(gè)通用功能平臺。第三層非常強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，在應(yīng)用的前面又加了開放，形成一個(gè)開放、應(yīng)用的生態(tài)體系。

這是 CIM 的一些應(yīng)用的呈現(xiàn)，包括 CIM 在建筑、生產(chǎn)制造里面應(yīng)用的場景，三維效果圖、智慧社區(qū)、智慧工廠等。

對賽迪來說，我們一直在追尋一個(gè)理念：智慧城市的規(guī)劃、建設(shè)、評估三方分離。我們主要是在智慧城市的頂層設(shè)計(jì)、規(guī)劃和后期評估這三個(gè)方面承擔(dān)了一些地方的重點(diǎn)課題。同時(shí)，在整個(gè)建設(shè)的過程中遵循“四控三管一協(xié)調(diào)”的理念。

最后引用一句話，諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者、美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家斯蒂格利茨說過，“影響21世紀(jì)人類社會(huì)進(jìn)程最深刻的兩件事，第一是以美國為首的新技術(shù)革命，第二是中國的城市化?！?/p>

現(xiàn)在智慧城市又到了新一輪的爆發(fā)期，也希望在座的各位為了我們整個(gè)國家智慧城市的高效、科學(xué)、可持續(xù)發(fā)展，能夠積極探索有效的、科學(xué)的頂層設(shè)計(jì)。以上就是我今天做的一些分享，謝謝大家。

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