傳統基礎設施的數字化轉型研究
——以農業和工業為例

■ 楊國梁

中國科學院科技戰略咨詢研究院 北京 100190

0 引言

2018年12月的中央經濟工作會議上，我國提出加強新型基礎設施建設，并發布了一系列相關政策。“十四五”規劃提出：系統布局新型基礎設施，加快第五代移動通信、工業互聯網、大數據中心等建設。

按照國家發展改革委員會的分類，新型基礎設施建設主要包括3個方面：信息基礎設施、融合基礎設施和創新基礎設施。其中，信息基礎設施主要是指基于新一代信息技術演化生成的基礎設施，如通信網絡基礎設施、算力基礎設施等。融合基礎設施主要是指深入應用互聯網、大數據、人工智能等技術，支撐傳統基礎設施轉型升級，進而形成的基礎設施。創新基礎設施主要是指支撐科學研究、技術開發和產品研制的具有公益屬性的基礎設施，如重大科技基礎設施、科教基礎設施、產業技術創新基礎設施等。相應地，信息基礎設施是數字化基礎設施本身；融合基礎設施是傳統基礎設施的數字化；創新基礎設施是科技領域的數字基礎設施（資料來源：http://www.mofcom.gov.cn/article/i/jyjl/e/202004/20200402957398.shtml）。

傳統基礎設施數字化是新型基礎設施建設中的融合基礎設施，完成傳統基礎設施數字化轉型升級是我國新型基礎設施建設的重要內容。改革開放以來，通過多年的大規模投資建設，我國的基礎設施生產能力和水平有了很大提高（資料來源：http://www.gov.cn/gzdt/2009-09/15/content_1417876.htm）。農業領域和工業領域的傳統基礎設施體量相對較大，具備進行融合基礎設施建設的基礎。

1 傳統基礎設施數字化的理論及實踐綜述

基礎設施是指為社會生產和居民生活提供基礎性公共服務的大型設施。基礎設施一般具基礎性、完整性和一般公共物品的特性。需要指出的是，本文所涉及的傳統基礎設施并非都是嚴格意義上的公共物品，或者說基礎設施本身是公共物品，附著在其上的其他物品或服務卻有可能并非公共物品或服務，很多為準公共物品[1]。

在傳統基礎設施數字化的內涵和特征中，主要涉及3個關鍵點：一是傳統基礎設施：已經建設的農業、工業、能源、交通等領域的傳統基礎設施。二是數字化技術：數字化技術主要包括5G、大數據、人工智能、工業互聯網等能夠為傳統基礎設施賦能的技術。三是升級改造的內容：一方面是通過數字化技術提高傳統基礎設施的管理效率；另一方面是提高傳統基礎設施本身的數字化、智能化和網絡化。

我國出臺了一系列政策加強傳統基礎設施數字化建設。政策強調傳統基礎設施的重要地位和作用，同時提出改造和升級傳統基礎設施是新型基礎設施建設的重要內容，要使其更加智能化、數字化，以更好地發揮對社會和經濟發展的支撐作用，相關政策及內容如表1 所示（資料來源：①http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201705/t20170525_231994.html；②https://baijiahao.baidu.com/s?id=1660817153818338654&wfr=spider&for=pc；③https://www. ndrc. gov. cn/xwdt/ztzl/fkyqfgwzxdzt/fkgjdt/fgfc/202004/t20200410_1225542.html）。

一方面，我國的傳統基礎設施基數很大，但是基礎設施管理和服務的質量均有較大提升空間。大量的基礎設施完成建設以后，后續的運營管理管理和使用過程中仍存在一些問題。尤其是在數字化、智能化、網絡化的趨勢下，一些傳統基礎設施的管理與服務水平難以匹配需求。利用數字化技術“盤活”現有的大量傳統基礎設施，實現對傳統基礎設施的智能化管理，充分挖掘其為經濟社會發展服務的潛能，將傳統基礎設施變為新型基礎設施，已成為當務之急。因此，應該加強統籌規劃、總體布局，形成多方參與，共享共建的格局。以實現高質量發展為目標，促成新技術與傳統設施、信息系統與物理系統的深度融合，將數字化、智能化技術導入傳統基礎設施中，提升其服務和管理效率。整合傳統基礎設施，形成服務體系，大力發展可用于傳統基礎設施改造的數字化技術，同時提供政策、資金、人才、信息基礎設施等資源，保障傳統基礎設施的數字化進程。

另一方面，傳統基礎設施的數字化轉型和升級具有重要意義：有助于改善傳統基礎設施的運營管理水平；提高傳統基礎設施服務的質量和效率；幫助開辟新的經濟機會，創造就業機會，提高經濟發展的質量。（1）提高傳統基礎設施運營管理水平。應用數字化技術，可以大大提高傳統基礎設施的管理水平。比如利用相關技術監測工業和農業領域基礎設施的狀態，實時掌控其需要維護或者維修的數據，并根據數據，高效完成維修工作，從而大大降低維修費用和人工成本，同時有助于提高設備使用的安全性。（2）提高傳統基礎設施服務的質量和效率。融入數字化智能化技術，將有助于提高傳統基礎設施服務的質量和效率。比如，數字化改造之后的工業和農業基礎設施也將會帶來更好的服務效果和體驗。（3）開啟了新的經濟機會，創造就業，提高經濟質量。基礎設施與經濟發展存在正相關關系，可以為經濟發展帶來規模效應、空間配置效應、結構效應與福利效應[2]。時值我國供給側結構性改革進入關鍵期，經濟增長受到疫情帶來的影響，傳統基礎設施數字化契合我國經濟社會轉型發展的大趨勢，對于穩定投資、促進產業升級、促進消費有重要基礎作用。

基于以上論述，我國傳統基礎設施數字化已經具備一定的基礎，并且已經成為在我國當前高質量發展階段，勢在必行的舉措。傳統基礎設施的數字化改造，是促進傳統產業升級的重要手段。

2 農業和工業領域傳統基礎設施數字化的國內實踐

2.1 農業基礎設施數字化的國內實踐

農業基礎設施一般是指在農業生產環節發揮作用的要素，通常包括物質基礎設施和社會基礎設施。農業物質基礎設施一般包括農田水利、交通、能源、通信等農業基礎設施。農業社會基礎設施一般是指農業社會的服務、制度等。本文主要討論的是農業物質基礎設施。傳統農業基礎設施一般包括道路設施、水利設施、通信設施、能源設施等。農業基礎設施數字化是將數字化、智能化、網絡化技術應用到傳統農業基礎設施中，對傳統農業基礎設施進行升級改造的過程，旨在提升其管理或者農業生產服務水平。

邁入“十四五”開局之年，我國傳統農業基礎設施建設仍然不夠完善，農業現代化和信息技術水平均有待提高。此外，與工業、服務業等其他領域相比，我國農業基礎設施數字化的發展相對滯后。一方面傳統的農業基礎設施建設還不夠完善，另一方面，數字技術在農業領域的應用也不夠充分。但是，經過多年的發展，我國已經具備農業基礎設施數字化的基礎。據《數字農業農村發展規劃（2019—2025年）》披露，全國行政村通光纖和通4G 比例均超過98%；農業遙感、導航和通信衛星應用體系初步建立；物聯網監測設施加快推廣，農機深松整地作業累計應用面積超過1.5 億畝[3]。

針對農業領域的數字化轉型發展，我國發布了一系列政策規劃，其中對傳統農業基礎設施數字化轉型的相關內容多有提及，如表2所示（資料來源：①http://www.gov.cn/zhengce/2018-02/04/content_5263807.htm；http://www.gov.cn/gongbao/content/2018/content_5331958.htm；②http://www.xinhuanet.com/politics/2019-05/16/c_1124504231.htm；③http://www.moa.gov.cn/gk/ghjh_1/202001/t20200120_6336316.htm）。關于農業基礎設施的數字化轉型，規劃的主要目標為在發展數字農業的大背景下，推動農業生產生活與信息技術的融合，從而實現基礎設施的數字化、智能化轉型。同時，在推進農業基礎設施數字化轉型的進程中，仍然重視傳統農業基礎設施本身的建設和升級，為數字化轉型奠定基礎。

表2 農業基礎設施數字化的相關政策內容

2.2 工業基礎設施數字化的國內實踐

工業基礎設施范圍較廣，一般理解為與工業生產相關的各種基礎設施的總稱。由于本文的分類論述（能源、交通基礎設施單列一類），本部分主要探討的傳統工業基礎設施包括倉儲、物流和配送、工廠、設備、園區等相關基礎設施。工業基礎設施數字化是指將數字化、智能化、網絡化技術應用于傳統工業基礎設施，對傳統工業基礎設施進行升級改造，以改善其管理或者工業生產服務水平的過程。根據《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》《中國制造2025》等中央綱領性文件，我國對傳統工業基礎設施的改造以工業互聯網技術為核心，鏈接傳統工業基礎設施，加快傳統工業基礎設施的數字化轉型，并將傳統基礎設施納入智能制造、智慧物流、智慧園區等建設中[4]。

據國際貨幣基金組織數據顯示，我國傳統基礎設施建設體系完備，體量巨大，2017年基建存量居于世界第一位[5]。據世界銀行數據，我國已成為擁有相對完整的制造業體系，2010年制造業的規模也已經是世界首位[6]，已經建立起門類齊全、獨立完整的制造體系，在制造業與信息技術融合方面也取得了一定成效。根據國家工業信息安全發展研究中心發布的《中國兩化融合發展數據地圖（2019）》，2019年我國工業兩化融合發展水平達到了55.1%，顯著領先于農業和服務業。但是，截至2018年底，我國制造業企業底層設備數字化、網絡化尚未全面普及，工業基礎設施的數字化轉型仍在進行中[7]。同時，我國還面臨著關鍵共性技術和核心裝備尚不能完全掌握，智能制造的基礎和模式還不夠成熟，缺乏系統解決方案等問題[8]。

工業基礎設施數字化的規劃目標。針對工業領域的數字化轉型發展，我國發布了一系列政策措施，促進制造業與互聯網、傳統產業與數字技術融合，發展工業互聯網和數字經濟，具體如表3所示（資料來源：①http://www.gov.cn/zhengce/content/2016-05/20/content_5075099.htm；②http://www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/n3757018/c5406111/content.html；③http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-11/27/content_5242582.htm?trs=1；http://www.gov.cn/premier/2019-03/16/content_5374314.htm；④https://www.ndrc. gov. cn/xwdt/ztzl/fkyqfgwzxdzt/fkgjdt/fgfc/202004/t20200410_1225542.html）。

表3 工業基礎設施數字化的相關政策內容

3 農業和工業領域傳統基礎設施數字化的國際實踐

3.1 農業基礎設施數字化的國際實踐

3.1.1 美國的農業基礎設施數字化實踐

美國非常重視農業基礎設施的建設投入，政府是農業基礎設施建設的投入主體，美國政府大力修建了農村道路設施、水利設施、通信設施、能源設施。到了20世紀70年代后期，美國已經建成了相對完善的州際公路系統，用于農產品的運輸。同時，各種水利資源開發項目帶動了水利基礎設施的發展，還建有聯通政府部門、高校和農業企業的農業計算機網絡系統“AGNET”。20世紀40年代，電力已經在美國的農場得到廣泛應用[9]。美國同時重視發揮科技在農業中的作用，聯邦政府支持建立了廣大農村地區的互聯網寬帶，力促互聯網技術與農業生產基礎合力發揮作用[10]。計算機、通信、人工智能等技術的廣泛應用，以及與農業技術深度融合，助推了美國傳統基礎設施的數字化改造進程。美國政府建立起全球衛星定位系統，通過該系統，農戶可以獲得關于土地的多種數據。同時，全球衛星定位系統還和地理信息系統、遙感技術一起，被應用到農業基礎設施當中，實現對農業數據的精準收集和利用[11]。物聯網技術也在美國的農業生產中得到了很好的應用，其在大農場中的應用率已經達到80%[12]。

3.1.2 日本的農業基礎設施數字化實踐

日本十分重視農業基礎設施建設，在財政部門對農業投資中，農業基礎設施建設占據了較大的比重。日本農業信息網絡十分普及，為農業基礎設施數字化建設提供了良好的基礎[13]。同時，日本致力于發展智慧農業，將機器人、信息、互聯網等技術運用到農業生產中，應用傳感器裝備基礎設施，或直接用于收集數據，結合大數據技術，對農業生產進行智能化精細化管理。此外，物聯網技術也在農業產品的生產和銷售環節發揮了重要作用[14]。

3.1.3 德國的農業基礎設施數字化實踐

德國非常重視農業的信息化建設，努力發展數字化農業，傳感器技術、通信技術得以充分運用到農業基礎設施和大型農業機械當中。值得注意的是，這些技術還和德國工業4.0 技術緊密結合，共同促成實現德國農業生產過程的自動化管理[15]。德國還同時提出了農業4.0的概念，利用遙感技術、互聯網技術、物聯網技術、大數據技術等促成農業生產各個環節的智能化和精準化，將采集到的數據形成農業信息數據庫，供農業生產者調用[16]。

3.2 工業基礎設施數字化的國際實踐

3.2.1 美國工業基礎設施數字化的國際實踐

美國于2012年發布了《先進制造業國家戰略計劃》，目標之一即為提高基礎設施使用效率，增加制造業基礎設施投入，增加對先進制造業技術的投資。美國同時成立相關研究機構，對工業領域的數字化生產技術和流程加以研究：成立數字制造和設計技術創新研究所研究工程和制造領域的數字化的技術和流程；成立智能制造的清潔能源制造創新研究所，致力于研究傳感器和控制技術，達成生產流程的數據驅動目標[17]。

為重新建立起美國的制造業競爭優勢，美國大力推進工業與互聯網融合，對工業互聯網進行了戰略層面的頂層設計。2012年，美國的工業互聯網戰略上升為國家戰略，大力推進在工業制造領域的基礎設施和設備上植入傳感器等，實現物理空間的互聯，進而通過數據收集和計算，提高工業生產效率，促成工業生產領域的數字化轉型，同時通過人工智能技術推進工業互聯網的進一步應用[18]。

3.2.2 德國工業基礎設施數字化的國際實踐

作為在工業領域最強大的國家之一，德國在其傳統制造業的優勢基礎之上，對其工業領域進行數字化改造，主要依循“互聯網+制造業”的路徑，將實體設施設備互相聯通，再通過網絡打造數據鏈條[19]。德國率先推出了工業4.0 戰略，旨在實現德國工業生產的網絡化和智能化，在擴大基礎設施建設的同時，注重配備相應的數字技術（區塊鏈、大數據、物聯網等）。德國致力于打造智能工廠，在設施設備中部署傳感元件，進而完成數據的采集與處理，實現生產過程與管理的數字化[20]；數據用于構建設施設備狀態的模型，在設備發生故障之前進行必要的維護，實現智能化維修[21]。

3.2.3 日本工業基礎設施數字化的國際實踐

日本一直致力于構建一個新型的數字化產業社會。日本政府于2017年提出了“互聯工業”的概念，“互聯工業”強調人與設施設備、設施設備之間，以及人與技術之間的互相聯通和協同。在頂層設計中，日本政府制定了相應的法律法規和戰略性政策來推進工業領域的數字化進程：制定了相關的人才能力認定及技術標準；物聯網、人工智能技術推進政策，制造業智能化轉型政策等[22]。在工業領域，日本將如何有效利用物聯網、大數據、傳感器等技術提高生產、維修能力作為重要課題，具體的舉措包括：推動企業的數字化轉型、推進傳統基礎設施改造、加強數據基礎設施建設等[23]。

4 對我國農業和工業領域傳統技術設施數字化的建議

4.1 對我國農業基礎設施數字化的建議

4.1.1 促成數字化技術在農業基礎設施中的深度應用

加強5G、云計算、物聯網、人工智能、互聯網+等技術在農業基礎設施經營管理中的運用。將傳統農業基礎設施數字化改造融入“數字鄉村”“數字農場”的建設過程，推進農業領域道路設施、水利設施、通信設施、能源設施等的智慧升級。建立地區農業基礎設施綜合監管平臺，動態監測農業基礎設施的建設和運營情況，及時修復水利、路網或者電網等基礎設施故障。

4.1.2 推動農業基礎設施數據共享和使用

找到大數據與農業融合的切入點，尤其是定準與農業中的新業態（認養農業、觀光農業等）的融合點，充分利用傳感器等技術，助力現有農業基礎設施的數字化改造，形成全方位的監控網絡，提高數據收集準確度，實現現有使用情況的數據實時上傳存儲和共享，掌握現有農業基礎設施的使用情況，進而應用大數據技術，打造智慧農業，使農業基礎設施更好地為智慧農業生產服務。

4.2 對我國工業基礎設施數字化的建議

4.2.1 變兩化融合為多元融合

除了信息技術與工業技術的兩化融合外，還要促進工業技術與互聯網技術、人工智能技術、大數據技術等的多元深度融合，大力發展并應用工業互聯網技術，增加傳感器的布置，同時提高計算機的計算能力和存儲性能，以此改造升級傳統工業基礎設施，助力高端制造業發展。

加強工業互聯相關標準的制定和對接，實現傳統基礎設施的互聯互通、智能協調和共享，提高傳統工業基礎設施的使用效率。傳統基礎設施在對現有服務進行數字化改造的基礎上，將同樣產生標準化的數據，與新型數據基礎設施對接，為整個工業制造體系和服務體系的數字化轉型提供數據支撐，為工業云和大數據應用建設提供數據基礎，提高傳統工業基礎設施的管理能力。

4.2.2 依托智慧工業園區建設，升級改造傳統基礎設施

打造集成傳統基礎設施的智慧工業園區，實現園區內的網絡互聯和信息互通，將升級改造后的傳統基礎設施用于共同打造園區內的智慧工廠、智能制造基地，和智慧物流等。

對傳統基礎設施的數字化改造工作應融入智慧工業園區建設的整體規劃中，以完成新舊銜接，統籌協同。使經過改造的傳統基礎設施更好融入園區數字化管理的流程中，成為智能生產、智能倉儲、智能訂單平臺、智能配送一體化服務中的一環。

新型基礎設施建設是我國在新的社會、經濟、科技發展背景下提出的新舉措。社會各界對其在提振經濟、改善生產生活狀況、促進科技發展等方面寄予了厚望。在新型基礎設施建設中對傳統基礎設施進行數字化改造是激活原有基礎設施，提高其管理和服務水平的重要手段。本文主要論述傳統基礎設施數字化的概念、范圍、現狀，同時針對農業和工業兩個領域的傳統基礎設施數字化發展現狀、國際實踐和規劃目標，提出兩個領域傳統基礎設施數字化改造和升級的建議。由于較難清晰界定范圍，本文研究以舉例的形式論述兩個領域的傳統基礎設施；有待在接下來的研究中進一步清晰界定這兩個領域的基礎設施涵蓋范圍，同時將進一步關注其他領域的傳統基礎設施數字化研究。