智慧城市復(fù)雜巨系統(tǒng)分析

唐懷坤 劉德平

智慧城市是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)，它具有復(fù)雜系統(tǒng)的共同特征：復(fù)雜性、隨機(jī)性、結(jié)構(gòu)性、自組織性；在建設(shè)智慧城市的過程中，需要對其進(jìn)行降維分析，找出關(guān)鍵的維度和各維度分類，在智慧城市復(fù)雜、無序、熵增、非線性中找到“復(fù)雜吸引子”，并找到以數(shù)字孿生實施的顯性化載體，從時間維度、空間維度、服務(wù)對象維度關(guān)注智慧城市的長期演進(jìn)的方向。

一、引言

城市創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)價值，建設(shè)好智慧城市是發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)與重要任務(wù)，面對新基建大潮，在智慧城市建設(shè)中，傳統(tǒng)的線性、平面的信息化思維要向復(fù)雜巨系統(tǒng)思維轉(zhuǎn)變才能升級智慧城市的頂層設(shè)計版本。

二、傳統(tǒng)的智慧城市理論困境

《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014—2020年）》中詳細(xì)注明了中國城鎮(zhèn)化的目標(biāo)： 常住人口城鎮(zhèn)化率達(dá)到60%左右，如果按照14億人計算，有8.4億人在2020年將生活在城市，隨著城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資逐年增加，城市的“熵”也在不斷增加：環(huán)境污染問題、醫(yī)療與養(yǎng)老問題、交通問題、信息數(shù)據(jù)管理問題、財政赤字問題、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級問題等需要提升，由于城市要素中的個體在不斷增加，城市的無序程度正在增加。對于“智慧城市”這個概念來說，已經(jīng)提出來有10余年，這其中也表現(xiàn)出了各種不同的觀點，有觀點認(rèn)為發(fā)展智慧城市就是把信息化工作做好；有觀點認(rèn)為是做好大數(shù)據(jù)治理；還有觀點認(rèn)為智慧城市就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，等等。這些觀點總體來說服務(wù)的對象沒有變化：城市管理者、城市企事業(yè)、城市居民；發(fā)展的目標(biāo)沒有變化：城市的可持續(xù)發(fā)展。城市管理者就像企業(yè)的運(yùn)營管理人員，企業(yè)要有正收益，要城市各種友好指標(biāo)的向上；企業(yè)能夠獲得發(fā)展的良好投資環(huán)境、政商環(huán)境；個人能夠融入城市中，找到歸屬感、生活便利。以上這些觀點都是智慧城市發(fā)展的一部分，社會發(fā)展是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，城市要素也同樣非常復(fù)雜，也不可能從一個分類維度完全覆蓋。以至于對于智慧城市的頂層設(shè)計這一項任務(wù)只能是從多個維度泛泛而談，然后每年抓住一些關(guān)鍵的信息化項目即稱之為“智慧城市”。歷史上，從來還沒有哪那個系統(tǒng)像城市這樣復(fù)雜，從頂層來說，關(guān)于自然、社會、科學(xué)、技術(shù)、教育、哲學(xué)、政治、文化、經(jīng)濟(jì)、管理，幾乎無所不包。因此要發(fā)展好智慧城市、做好智慧城市的頂層規(guī)劃就要從系統(tǒng)的角度去考慮，才能從宏觀到微觀、從平面到立體、從靜態(tài)到動態(tài)去把握和推動智慧城市的發(fā)展。

三、智慧城市的復(fù)雜管理科學(xué)系統(tǒng)特征

復(fù)雜系統(tǒng)理論是一門不斷發(fā)展的科學(xué)，它嘗試以系統(tǒng)的角度去理解這個世界、探索世界、改變世界、推動發(fā)展，相繼發(fā)展出了系統(tǒng)論、信息論、控制論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、超循環(huán)理論、復(fù)雜科學(xué)管理等，其中又有多種分析模型，如多智能體、元胞自動機(jī)、蟻群計算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、無尺度網(wǎng)絡(luò)等。城市管理屬于公共管理范疇，基于復(fù)雜系統(tǒng)演進(jìn)的復(fù)雜科學(xué)管理是認(rèn)識和管理組織、群體行為一種理論體系和實用工具。

（一）復(fù)雜性

社會層面上的復(fù)雜系統(tǒng)是具有思維能力的人介入其中的復(fù)雜系統(tǒng)；智慧城市的介入主要是城市管理者、城市企事業(yè)單位、城市居民，各方的利益訴求不盡相同；一個大型城市涉及到了幾百種產(chǎn)業(yè)、行業(yè)互相影響；上千萬件基礎(chǔ)硬件設(shè)施、軟件設(shè)施；價值多元化，生活質(zhì)量價值、安全價值、文化價值、城市品質(zhì)、財政收入價值、稅收價值、生態(tài)價值、產(chǎn)業(yè)價值、土地價值、地區(qū)帶動價值等多種價值復(fù)雜交叉；政策、風(fēng)俗習(xí)慣、地方條例、規(guī)范、城市展階段等各種要素互相影響；同時城市的復(fù)雜系統(tǒng)不是孤立的，承接了黨的思想路線、國家政策法律、上級管理的指導(dǎo)意見和規(guī)劃等，與自然環(huán)境、相鄰地區(qū)不斷交換著能量和資源，這些復(fù)雜性是都是智慧城市巨系統(tǒng)要面臨的挑戰(zhàn)。復(fù)雜性決定了智慧城市需要有先降維再升維的思路解決智慧城市的建設(shè)問題。

（二）隨機(jī)性

城市系統(tǒng)中的所有個體，管理者、企事業(yè)單位、民間團(tuán)體組織、家庭、自然人個體行為均具有隨機(jī)性、不確定性和非線性；個體之間相互影響、不斷進(jìn)化；系統(tǒng)本身及其組成部分受環(huán)境影響，即隨環(huán)境的變化而變化；反過來，系統(tǒng)又影響環(huán)境。在這個數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代，信息傳播速度是秒級的，城市每天發(fā)生的事件都在互聯(lián)網(wǎng)會被快速傳播、放大。城市中所有自動化的軟、硬件設(shè)施可靠性也不是100%的，無論是5個9還是6個9，總有差錯概率，這些都是隨機(jī)性的源頭。并且隨機(jī)性發(fā)生的范圍、時間、地點不可知，智慧城市要面對的是如何將這種隨機(jī)性的影響降低到最小。城市管理的越有序，這種隨機(jī)的事件發(fā)生的概率、等級就會越小，使無序到有序的過程就是智慧城市的生產(chǎn)力。輿論事件、安全事件、污染事件、故障事件、交通事故等等都可以通過城市管理水平的提高而減少。城市內(nèi)要素發(fā)展的隨機(jī)性決定了城市要具備容錯機(jī)制。

（三）結(jié)構(gòu)性

復(fù)雜系統(tǒng)具有多層次結(jié)構(gòu)，城市也是如此，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、地區(qū)規(guī)劃結(jié)構(gòu)、發(fā)展次序結(jié)構(gòu)、管理結(jié)構(gòu)、城市大數(shù)據(jù)分布結(jié)構(gòu)等，每一種結(jié)構(gòu)從內(nèi)部看都有一定的線性關(guān)系，但是放在復(fù)雜系統(tǒng)又變成非線性關(guān)系；每個結(jié)構(gòu)層次的經(jīng)濟(jì)利益通常并不一致，需要協(xié)調(diào)。城市中有主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和支撐產(chǎn)業(yè)；城市企業(yè)有發(fā)展差異、居民有貧富差距；有繁華地帶也有落后的郊區(qū)；教育資源的不均衡，有學(xué)區(qū)房也有非學(xué)區(qū)房；有現(xiàn)代化的開發(fā)區(qū)也有破舊待升級的老城區(qū)；城市結(jié)構(gòu)特點決定了城市管理需要高度協(xié)同。

（四）自組織性

自組織是指系統(tǒng)中許多獨(dú)立的個體在沒有任何人為的策劃、組織、控制下，進(jìn)行的相互作用、相互影響、自然演化的自適應(yīng)過程。自適應(yīng)性是指復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)對變化的環(huán)境所進(jìn)行的自我調(diào)整，包括制定的法律、法規(guī)、規(guī)章制度、團(tuán)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、社會群體、有影響力公眾人物、具有社會責(zé)任感的企業(yè)等等。自組織性決定了智慧城市的建設(shè)需要采用眾包、公共資源采購、PPP、BOT等多種社會化建設(shè)與參與模式，通過市場化規(guī)則讓智慧城市建設(shè)這一項活動更加有生命力和可持續(xù)性。

四、智慧城市的復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（一）多維價值關(guān)系

前文提到，智慧城市具有復(fù)雜系統(tǒng)特點，因此需要降維，找出關(guān)鍵的維度和各維度分類。總體來說，城市首先要以人為本，滿足三類人群的需求：城市管者、企業(yè)法人、自然人；在時間序列上滿足工業(yè)經(jīng)濟(jì)時代、數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代、智能經(jīng)濟(jì)時代的可持續(xù)發(fā)展；空間要素上滿足地下空間、地面空間、上層空間的發(fā)展訴求；數(shù)據(jù)要素上滿足采集層、平臺層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層四層結(jié)構(gòu)。集中體現(xiàn)為生活價值、生產(chǎn)價值、文化價值、財政價值、產(chǎn)業(yè)價值、輻射價值，如表1所示。

（二）復(fù)雜“吸引子”

“吸引子”是微積分和系統(tǒng)科學(xué)論中的一個概念。一個系統(tǒng)有朝某個穩(wěn)態(tài)發(fā)展的趨勢，這個穩(wěn)態(tài)就叫做吸引子。吸引子分為平庸吸引子和奇異吸引子。對智慧城市來說，這個復(fù)雜巨系統(tǒng)實際上也就像混沌，復(fù)雜、無序、熵增、非線性。對于城市來說，一個世界500強(qiáng)的企業(yè)、一個國家級開發(fā)區(qū)、一個核心商圈就像混沌系統(tǒng)中的奇異吸引子。而新型智慧城市主要是以人為本的價值回歸，城市管理者關(guān)注的是財稅收入與決策執(zhí)行；企業(yè)法人關(guān)注的是營商環(huán)境和產(chǎn)業(yè)集聚；自然人關(guān)注的是城市服務(wù)和生活品質(zhì)；由此形成一定的吸引子和決定要素，分別形成不同的智慧城市系統(tǒng)重要組成部分：城市管理系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、生活系統(tǒng)，互相協(xié)同形成整體的智慧城市巨系統(tǒng)。當(dāng)前“城市大腦”、“智能城市”做的是城市管理系統(tǒng)，以交通管理為主；“智慧城市”主要以各個局、處、辦公室信息互通和分析為主；“市民一卡通”等主要是服務(wù)于生活系統(tǒng)；對于產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)很少涉及；但是從復(fù)雜科學(xué)吸引子的角度來說，大型企業(yè)集團(tuán)、產(chǎn)業(yè)集群更能帶動城市的發(fā)展，因為它們是最強(qiáng)吸引子，帶動地方財政收入、居民就業(yè)、交通等一系列價值的增值。

（三）未來10年城市發(fā)展路徑：在數(shù)字空間再造一個城市

在人工智能城市到來之前，智慧城市屬于數(shù)字經(jīng)濟(jì)范疇，還需要有10年的時間建設(shè)智慧城市，依靠數(shù)字孿生技術(shù)再造一個城市，具體實現(xiàn)路徑包括將物理世界的物體進(jìn)行數(shù)字化映射，如BIM、CIM、VR/AR等；將物理世界的活動程序進(jìn)行數(shù)字化映射，包括政務(wù)信息化、企業(yè)信息化、智慧城市。建立一個數(shù)字孿生的世界。在數(shù)字世界里的活動將是光速的，它將穿越時間和空間的限制，這與工業(yè)經(jīng)濟(jì)遵循經(jīng)典物理世界定律效率已完全不同。如果城市的經(jīng)濟(jì)總量是Q，當(dāng)這個Q在增加時，數(shù)字孿生世界的經(jīng)濟(jì)總量也在悄然增加，只不過我們只是用“數(shù)字經(jīng)濟(jì)”這個代稱，根據(jù)《中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報告2019》指出，2018年，中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)31.3萬億元，占GDP比重達(dá)34.8%，2020年預(yù)計這一指標(biāo)將超過40%，數(shù)字經(jīng)濟(jì)不是泡沫經(jīng)濟(jì)，它是實實在在的價值，帶來的是新的產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代與效率提升。而且對于數(shù)字孿生的世界創(chuàng)造的價值目前還沒有統(tǒng)計口徑，其實它也是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和資本增值的一種形式。

五、智慧城市巨系統(tǒng)框架與機(jī)制構(gòu)建

總體說來，智慧城市系統(tǒng)的復(fù)雜性在于技術(shù)經(jīng)濟(jì)演進(jìn)、城市價值、主體系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、政策承接與地區(qū)協(xié)同相互作用的復(fù)雜性，通過降維的思路可以總結(jié)為時間維度、價值維度和空間維度。時間維度就是城市演進(jìn)的方向是從工業(yè)化城市、數(shù)字孿生城市人工智能城市，價值維度是滿足三大主體的需求，空間維度就是城市三層空間的管理，從而形成了三大子系統(tǒng)，它們與復(fù)雜多變的環(huán)境系統(tǒng)建立約束與適應(yīng)關(guān)系，通過系統(tǒng)管控手段使各子系統(tǒng)達(dá)到各自目標(biāo)，最終實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

圍繞智慧城市復(fù)雜巨系統(tǒng)需要構(gòu)建相應(yīng)的實施機(jī)制，雖說是“一城一策”，但是智慧城市的總體發(fā)展方向和需求內(nèi)核是類似的，否則就失去了策略研究、標(biāo)準(zhǔn)化的意義，“一城一策”是權(quán)宜之計，基于本質(zhì)認(rèn)知的長遠(yuǎn)設(shè)想是城市發(fā)展的思想源泉。如果將城市比作為一個大型企業(yè)，企業(yè)的管理要經(jīng)歷計劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)、控制等管理環(huán)節(jié)，計劃層面來說是由智慧城市發(fā)展愿景、頂層設(shè)計、滾動規(guī)劃、年度任務(wù)組成的；組織層面是由所在城市的最高管理者組建的智慧城市建設(shè)指揮中心形成的一把手工程，明確主體責(zé)任；指揮層面依靠地方條例、指導(dǎo)意見、年度考核辦法等組成；協(xié)調(diào)依靠的是以建設(shè)項目需求為觸發(fā)點的各個部門之間的政令互通、流程協(xié)同、數(shù)據(jù)共享；控制包括規(guī)劃評估、智慧城市審計、項目后評估。要總體上要覆蓋以上三大系統(tǒng)。

總之，智慧城市復(fù)雜巨系統(tǒng)是一個循序漸進(jìn)發(fā)展的過程，掌握了其中的規(guī)律才能事半功倍。

作者單位：中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司