賽迪研究院楊春立：數字孿生城市的頂層設計 | CCF-GAIR 2019

雷鋒網按：7 月 12 日-7 月 14 日，2019 第四屆全球人工智能與機器人峰會（CCF-GAIR 2019）于深圳正式召開。峰會由中國計算機學會（CCF）主辦，雷鋒網、香港中文大學（深圳）承辦，深圳市人工智能與機器人研究院協辦，得到了深圳市政府的大力指導，是國內人工智能和機器人學術界、工業界及投資界三大領域的頂級交流博覽盛會，旨在打造國內人工智能領域極具實力的跨界交流合作平臺。

智慧城市作為復雜巨系統，一直是近十幾年來產業界、學術界重點研判的話題。在 7 月 14 日下午的 CCF-GAIR 2019「智慧城市專場」上，中國電子信息產業發展研究院（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演講，演講主題為《基于數字孿生的智慧城市頂層設計探索與實踐》。

演講中，楊春立表示，盡管中國已經成為全球建設智慧城市數量最多的國家，但成效卻不容樂觀。她提到，目前中國建設智慧城市存在 10 大共性問題，包括軟硬件設施的建設忽視了市民參與、關聯性不強的建設也被納入城市項目、大而全卻落地難等。同時，她也提出的這些問題的根本原因是智慧城市的頂層設計失靈。

那么，如何對智慧城市進行頂層設計呢？ 2013 年，賽迪研究院提出了梳子型頂層設計，按照統籌的思想來進行智慧城市的頂層設計，并且這套方法論曾應用到北京市東城區、上海張江科學城等地。

技術上，數字孿生+CIM（城市信息模型）是最被看好的方式。目前在制造領域（大飛機、大輪船、高鐵等）極端復雜的產品里面都用到了數字孿生，它的核心就是構建了一個物理和信息交互的模型。

楊春立強調，新型智慧城市要從盲目追求土地空間的城市發展舊模式中解脫出來，要把政府、企業、居民作為新型智慧城市建設中缺一不可的主體，明確各方需要承擔的職責，建立“讓數據能依法交換流動、可依法開發利用、可精準追溯責任、可動態分配利益的體制”。

以下是楊春立在 CCF-GAIR 大會上的演講內容，雷鋒網對其進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計。

從智慧城市建設來看，它的頂層設計起了非常關鍵的作用。自“智慧城市”理念提出以來，世界各國都在積極探索，現在有 1000 多個城市在建設智慧城市，數字城市、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；日本、韓國也在從國家層面進行積極的探索和實踐。在這些探索和實踐過程之中，我們國家成為全球建設智慧城市數量最多的國家。

這是國內智慧城市的分布圖，五角星代表著智慧城市試點示范。據不完全統計，我國有多個城市提出要建設智慧城市：省級和副省級城市智慧城市建設比例達到 100%，地市級城市是 74%，一些縣級城市建設的比例也達到了三分之一。但是，盡管這么多的城市在建設，成效卻是不容樂觀的。

羅蘭貝格 2018 年發布了一個關于智慧城市的報告。以全球視角來看，選了三類指標：基礎設施、戰略規劃，行動領域，其實這個平均分數很低。我們國家發改委也發布對新型智慧城市的評估，評估結果的平均分還不到 60 分，70% 的城市還處于一個初步建設的階段。

為什么智慧城市建設成效沒有達到預期？我們歸納了 10 大問題，比如硬件設施的建設；忽視了市民，城市居住者的參與；跨部門協同不夠等等。這 10 個問題都指向了一條最根本的原因：智慧城市的頂層設計失靈。

從地方來看，智慧城市的主導者，在推進智慧城市的建設過程中，以前把智慧城市當做一個項目來建設和實施，更關注信息技術和單個項目，而不注重智慧城市整體的架構和實現的路徑。所以在智慧城市建設的過程中，就可能形成了新一輪的信息孤島。

 

那么，如何對智慧城市進行頂層設計呢？我們梳理了從 2009 年開始的國家智慧城市發展的各個階段。

• 2009 年到 2012 年主要是概念的導入期，這個時候社會各界都在圍繞著“智慧城市到底是什么；智慧城市的內涵和外延；智慧城市到底由什么要素來構成等”進行研究。

• 到了 2013 年到 2016 年這個階段，這個時候主要是智慧城市一個非常加速的建設期。各地發布了十二五規劃綱要，把智慧城市建設作為一個非常重要的內容。

• 到了 2016 年，國家提出來要打造新型智慧城市建設目標，打造一批新型智慧城市的試點示范。

在這三個階段過程中，智慧城市的頂層設計在逐漸地迭代和完善。早期，我們按照企業架構的模式，按照 SOA、IEM 這些工程方法論，IT 治理的模式等推動智慧城市的頂層設計。到今天，我們按照梳子型，數字孿生的一些頂層設計方法去推動。

2013 年，我們提出了智慧城市梳子型頂層設計，按照系統統籌的思想來進行智慧城市的頂層設計，中間是由若干個平臺構成，相當于梳頭用的背；上面的豎齒是每一個智慧城市的應用。

這個是更典型、更形象的梳子型架構，基于 SOA 的理念。其中，最重要的一個特點是這個梳子背部是由多個平臺構成的，可以拆裝，容易組件，像一個個模塊或者積木一樣。還有，梳子上的齒——一個個豎起來的應用系統也是根據需要進行搭建的。所以說，智慧梳子型的體系架構在當時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同問題。

梳子型智慧城市頂層設計方法論在北京市東城區、上海張江、重慶南岸等地進行了實踐應用。2017 年，山東的棗莊提出來的頂層架構是把數據資源作為一個特別核心的要素嵌入到每層里面，第一層是基礎設施聚能層；第二層是數據核心賦能層；第三層就是應用的層面——智慧釋能層。

由此來看，智慧城市是什么，是信息系統的大綜合、大集成、大協同。從結構上看，大綜合主要是六要素；從領域上看，主要是涵蓋五位一體。大集成就是各領域信息系統不是簡單堆積，而是采用科學的系統集成方法，實現同構、異構系統的有效銜接，互聯互通，各個部門之間能夠協同合作。

所以，從這個層面來看，智慧城市很像一棵智慧樹，根部是基礎設施；樹干是城市的運行、運營；樹葉就是智慧城市各個領域的應用，包括產業。

智慧城市的頂層設計要考慮三個要素，第一要面向對象，智慧城市服務的對象，參與建設的對象都是誰，都需要考慮。第二個就是智慧城市要解決什么問題，有的人說智慧城市建設是為了解決大城市的城市病。到底要解決什么問題？要有堅持需求和問題導向。第三個是面向未來，智慧城市的建設還要有一定的前瞻性和引領性。

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

智慧城市頂層設計還需要考慮智慧城市建設的目的和實現的手段，還有實施的路徑。新型智慧城市建設要以人為本、要動態迭代、要按照系統思維去建設。智慧主要是體現在新技術的應用，比如說人工智能、區塊鏈，最終目的都是為了服務城市。

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

智慧城市的核心要素是里面的數據流、數據資源，所以需要構建讓數據能夠依法交換流動，可以依法開發利用，可以精準追溯責任，可動態分配利益的一套體制。

正如我們國家這幾年在推動的，新型智慧城市要深化“簡政放權、放管結合、優化服務”的改革。此前，我去過數字廣東做過調研和考察。實際上，數字廣東是結合了簡政放權、放管結合、優化服務的理念，來進行的重大機構改革。

為了解決這些問題、實現目標，我們這幾年開始在探索“以數字孿生加城市信息模型（CIM）來推進、實施智慧城市”的頂層設計。

在制造領域中，比如飛機、大輪船、高鐵等，都用到了數字孿生，它的核心就是構建一個物理和信息的模型，在空間里面不斷地去對模型進行優化和迭代。

從產品來講，原本是必須要生產出真實的原型產品，進行不斷地測試和驗證。現在應用了數字孿生技術后，可以在軟件里面就不斷地優化、測試和驗證，縮短產品開發的周期，提高了效率。

在智慧城市的建設中，比如說正在構建智慧綠色的雄安，有一個物理的、肉眼可見的雄安；背后的物理系統、軟件系統里面，還有一個和它一一對應的數字孿生的雄安的模型。

實際上，如果從范圍上來看，CIM 的核心就是面向應用場景，就是 GIS 加上 BIM，再加上新興的人工智能。從技術上看，CIM 就是數字孿生技術加上 BIM；更進一步來講，CIM 就是數據模型加上算法。

CIM 的前身是 BIM，很多搞建筑的從業人員都用到了 BIM 的技術手段。CIM 的本質是集成、并行、迭代；核心是數據的共享和交換。構建這樣基于數據自由流的一套業務體系，關鍵就是場景，由一個具體的應用場景來實現人和機器的多方協作的關系。

基于數字孿生+城市信息模型（CIM）的新型智慧城市建設方法論最大的優點就是遵循一個特別大的視野，凸顯重點，注重實效。

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

2. 它特別強調城市里面的各個應用和產業之間的協同協作。一個城市的發展，產業肯定是城市發展生存離不開的一個重要的功能，在這個理念里面，它把各個應用和產業，甚至和保障體系結合在一起。

3. 重視新的技術應用，不斷完善和優化。由實踐力、創造力、吸引力協同來推動整個智慧城市的可持續發展。

CIM 背后的本質就是數據模型加算法，整套方法論都是由數據驅動的，它是城市數據的集成和動態的分析。圖中的數據將各個領域、各個行業收集在一起進行動態分析和優化，最終把原來靜態的分階段的物質性的智慧城市提升為動態的、以人為本的一套運營模式。

這套頂層設計注重協同，通過多元利益相關主體交互參與，改變政府主導的單一建設模式。比如說，智慧城市一開始是由政府來主導，構建的一個單一的模式，之后出現了很多模式，比如服務外包、由政府和企業共建一個公司、甚至完全采用了商業模式。

實際上，基于城市信息模型（CIM）的新型智慧城市建設方法論（MBE）用到了一些核心技術，包括 BIM、CIM、GIS，包括物聯網還有人工智能、大數據等等。

這個是基于這套方法論構建的一個“SMART”模型： S 是服務，M 是管理，A 是應用，R 是資源，T 是技術。這 5 個部分里面又構成了三層，R 和 T 主要是投入層，主要是技術、資源的投入。A 是產出層，建設產生相應的應用平臺和業務系統；S 層和 M 層是績效層，面向城市服務去推進。

這個是新型智慧城市的體系框架，第一層是用強化公用的思維理念來構建一個公用的基礎設施，能形成共用基礎的“一張網”。第二層是整合通用，構建一個通用層，構建一個統一的數據資源體系，形成一個通用功能平臺。第三層非常強調應用，在應用的前面又加了開放，形成一個開放、應用的生態體系。

這是 CIM 的一些應用的呈現，包括 CIM 在建筑、生產制造里面應用的場景，三維效果圖、智慧社區、智慧工廠等。

對賽迪來說，我們一直在追尋一個理念：智慧城市的規劃、建設、評估三方分離。我們主要是在智慧城市的頂層設計、規劃和后期評估這三個方面承擔了一些地方的重點課題。同時，在整個建設的過程中遵循“四控三管一協調”的理念。

最后引用一句話，諾貝爾經濟學獎獲得者、美國經濟學家斯蒂格利茨說過，“影響21世紀人類社會進程最深刻的兩件事，第一是以美國為首的新技術革命，第二是中國的城市化。”

現在智慧城市又到了新一輪的爆發期，也希望在座的各位為了我們整個國家智慧城市的高效、科學、可持續發展，能夠積極探索有效的、科學的頂層設計。以上就是我今天做的一些分享，謝謝大家。

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