基于城市特征分析模型的智慧城市建設需求分析——以新鄉市為例

◎ 張 凡

一、引言

“智慧城市”是信息時代一種全新的城市形態，是城市信息化的高級階段，其本質是借助新一代的物聯網、云計算、決策優化、大數據等信息技術，通過感知、物聯、集約、智能的方式，將城市中客觀存在的物理系統與人類社會有機地結合起來。“智慧城市”的目的是為了解決目前城市發展過程中出現的環境惡化、交通擁堵等“城市病”，創造宜居、便捷的城市生活環境，是一次促進城市管理模式轉變、推動城市可持續發展的重要嘗試。

自2008年IBM提出“智慧城市”概念后，世界范圍內迅速掀起了一股“智慧城市”建設的熱潮。亞洲國家相繼出臺了國家戰略層面的“智慧城市”建設計劃，其中具有代表性的是日本的i-Japan計劃和新加坡的智慧國建設計劃。荷蘭、瑞典等歐洲國家也進行了智慧城市試點。

我國在智慧城市建設領域也取得了不小的進展。目前已經開展或申請智慧城市試點建設的城市超過190個，這些城市地域分布跨度大，在經濟結構、管理水平、創新能力等方面具有較大差異，因此各城市在進行“智慧城市”建設時要了解城市實際狀況，總結智慧城市建設需求，明確城市未來發展方向，這就需要使用城市特征分析模型對城市進行分析。

二、城市特征分析模型的構建

IBM公司在《智慧的城市在中國》白皮書中提出了現代城市核心系統構成模型。模型認為現代城市通常是由人（people）、商業（business）、通信（communication）、交通運輸（transport）、供水（water）、能源（energy）六大核心系統構成的，這六大系統也就成為智慧城市的主要建設方向。各個系統間的相互關系見圖1。

圖1 城市核心系統之間的關系

IBM公司提出的現代城市核心系統構成模型僅是一個描述性的框架，由于不能直接用于對城市類型及現狀進行分析，因此對城市進行智慧城市建設的指導作用有限。基于這一情況，本文構建了城市特征分析模型。城市特征分析模型是一個比較分析模型，旨在通過目標城市與其他城市主要指標的比較，最大限度地反映城市特征，并通過對這些特征的分析制定有針對性的智慧城市發展策略。模型選取人口、經濟規模、交通狀況、工業實力、服務業實力和創新能力作為城市特征的比較方面。理由在于：

人口是用來度量一個城市中人的數量的。人口的多少在一定程度上顯示了城市的規模，同時城市中的一切活動都與人有關而人又反過來影響著城市中的活動，智慧城市建設也是為了更好地為人服務，因此本文將人口作為衡量城市特征的一個主要方面。

經濟規模度量的是城市經濟發展的狀況，它與人口相結合，可以更全面地展現一個城市的規模。經濟是發展的基礎，也是智慧城市建設的基礎，因此經濟規模顯然也是城市的一個重要特征。

交通狀況即指交通運輸狀況。這里交通狀況包含了兩層含義：交通運輸既完成人在不同地點之間的傳送，也完成了物在不同地點之間的傳送。交通對經濟活動有著重要影響，其中貨物運輸情況反映了城市各類物資進出的情況和交換能力，對經濟的影響大于旅客的周轉能力，因此模型中的交通狀況可以理解為貨物的交通運輸能力。

工業與服務業都是城市經濟規模的一個細分，之所以要將它們與經濟規模放在并列的模型中，是因為工業直接反映了城市工業產業的總量規模，將工業與服務業進行比較還可以反映城市的工業化進程，這是城市顯著的標志性特征。

創新能力是城市科技進步活力的一個表現方面，同時也在一定程度上反映了城市的科學技術水平。通過不斷的創新，城市實現了科學技術的更新，同時也有助于外來技術的本地化，這對智慧城市建設具有積極的影響，因此本文將創新能力列為城市特征分析模型的一個重要比較方面。

圖2 城市特征分析模型

圖2為城市特征分析模型，模型中的人口特征用人口數量來衡量；經濟規模用地區生產總值衡量；交通狀況可用貨物周轉量或旅客周轉量衡量；工業實力可用工業增加值或第二產業增加值衡量；服務實力用第三產業增加值衡量；創新能力可用發明授權量或科技發明授權量衡量。圖中的數值為選定城市某個指標與一定數量的比較對象城市該指標平均值的比值，因此圖中1.00即平均值的圖形。

圖3 指針型分析結果示例

圖4 均衡型分析結果示例

根據分析結果在模型中反映出的不同形狀，分析結果可分為指針型與均衡型兩類。指針型的特點十分明確，智慧城市建設的需求主要來自指針指向的點，指向人口的結果意味著人口數量突出，智慧城市建設需要更加關注民生問題；指向交通狀況的結果意味著城市交通運輸能力優勢明顯，在進行智慧城市建設時應加強智慧交通的建設；指向工業實力、服務業實力的結果意味著城市工業實力雄厚、服務業發達，在智慧城市建設時應考慮從強化優勢產業入手，上馬相應的項目；指向創新能力的結果說明城市創新能力突出，這一點對智慧城市建設具有積極的影響，有利于符合城市自身特點的智慧城市應用的開發。

與指針型分析結果相反，均衡型分析結果的特點并不突出，這就需要通過進一步細分比對指標進行具體分析，找到智慧城市建設的切入點，從而達到借助智慧城市建設實現城市某一方面的突破或繼續保持城市在某一方面的優勢。在均衡型結果中，對指標的細分是指在原有的六大指標中尋找二級指標，作為分析智慧城市需求的方向。論文將對如何在均衡結果情況下，將一級指標進行細化進行簡要說明。

在一級指標中人口反映了城市的人口數量，在對其細分時應從人口的結構入手，因此人口指標可分解為受高等教育人群比例，這是因為智慧城市應用的管理與操作需要人們具有一定的知識水平。一級指標中的經濟規模反映的是城市的經濟總量，在對其進行細分時應著重考慮經濟增長的質量，因此經濟規模可分解為扣除環境污染的地區生產總值即“綠色GDP”；一級指標中的工業實力反映的是城市第二產業的總量，在分解時應從工業結構及工業技術含量角度入手，將高技術制造業比例作為衡量指標；一級目標中的服務業實力的分解方式與工業實力類似，可分解為信息服務業比例；創新能力可細化為發明性專利授權量。

三、城市特征分析模型在新鄉市的運用

（一）新鄉市概況

新鄉是河南省第三大城市，豫北的經濟、文化、教育、交通中心，國家級交通樞紐城市，中原城市群核心區重要城市，現有市區人口120萬，市區面積422平方公里，建成區180平方公里，現轄12個縣市區（四區兩市六縣）、兩個國家級開發區（新鄉高新技術產業開發區和新鄉經濟技術開發區）、一個城市新區平原新區。2012年新鄉市生產總值1618.93億元，位列河南省第三位。為全面推進中原經濟區信息化水平，配合“中部崛起”戰略，加快中原地區經濟發展，2012年9月，河南省開始進行“智慧河南”建設，為配合河南省“智慧河南”的順利實現，新鄉市在2013年申請并獲批成為工信部智慧城市試點城市。

（二）新鄉市與30個地級市試點智慧城市對比

1.比對城市的選擇

由于城市特征分析模型是一個比對模型，因此在運用模型對城市進行分析時，選擇比較對象十分關鍵，比較對象選擇是否合理，直接影響到模型結果的正確性和有效性。為確保模型對新鄉市智慧城市建設需求分析結果的正確性和準確性，在比對城市的選擇上，應該注意以下幾點：

首先，要選取與新鄉市同一行政級別的城市作為比對城市。由于不同行政級別的城市往往處于不同的城市發展階段，且不同行政級別的城市在城市規模、經濟水平方面存在較大差距，各自城市建設過程中面臨的問題也有很大差異，這就造成了不同行政級別的城市不具有可比性。目前，我國城市行政級別共有7級，新鄉市屬于第5級即一般地級市，因此所選擇的比對城市也應是一般地級市。

其次，在選取比對城市時要兼顧東西部城市發展差距。由于現階段我國經濟發展不平衡現象明顯，西部內陸地區與東部沿海地區經濟差距較大，城市發展水平也存在較大差距。新鄉市地處中原地區，是東部沿海發達地區向西部欠發達地區的過渡地帶，因此單一的選取東部地區城市或西部地區城市與新鄉市進行比對分析，勢必會產生不同的結果，這就影響了模型的準確性。所以在選取比對城市與新鄉市進行比較分析時就需要兼顧東部與西部城市發展的實際情況，既要與西部城市進行比對，又要與東部城市進行比對。

再次，要有足夠數量的比對城市與新鄉市進行比較。由于城市特征分析模型是一個比對模型，且目標城市是與比對城市數據的平均值進行比較，而平均值的取值與樣本數量有著直接的關系，樣本數量越大，平均值參考價值越高，所以本文選擇了30個城市與新鄉市進行比對。

最后，要減少比對城市間的相似性。隨著經濟的不斷發展，現代城市呈現出集群發展的模式，在某一經濟地區往往形成城市帶或城市群，城市帶與城市群中的城市在經濟規模、發展水平、產業結構等方面具有很高的相似度。為降低比對城市數據中的相似度，在選取比對城市時要在同一城市帶或城市群中應選擇少數具有代表性的城市而非全部城市進行比對。根據我國“十二五”規劃綱要中對“實施區域發展總體戰略”的描述，目前我國的城市群可分為長江三角洲城市群、環渤海地區城市群、東北老工業基地城市群、太原城市群、中原城市群、珠江三角洲城市群、長江中游地區城市群、成渝城市群、皖江城市帶、關中-天水城市群、滇中城市群、東隴海城市帶、海峽兩岸城市群。

根據上述原則，本文最終選擇了處于不同城市群的、具有代表性的30個地級智慧城市試點城市作為新鄉市的比對城市，具體城市見表1。

2.新鄉市與其他智慧城市建設需求比較分析

表2中給出了2012年新鄉市及30個比對城市六項比對指標的數據，其中的數據大部分來自30個比對城市2012年國民經濟和社會發展統計公報。表2中增加值指生產過程創造的新增價值和固定資產的轉移價值；貨物周轉量是貨物數量與運輸距離的乘積。

對于表2中所列出的數據還需做出如下解釋：常州市貨物周轉量是由公路貨物周轉量、鐵路貨物周轉量、航空貨物周轉量求和所得；東營貨物周轉量是由公路貨物周轉量與水路貨物周轉量求和所得；威海貨物周轉量為公路貨物周轉量、鐵路貨物周轉量和海運貨物周轉量相加所得；牡丹江市的統計數據中包含了綏芬河市的數據，雖然綏芬河市屬于計劃單列市，享受地級市經濟權限，但在行政上部分政務仍由牡丹江市管轄。

表1 比對城市名單

表2 30個城市主要比對指標數值

將表2中六項數據的平均值與新鄉市對應數據進行比較，就得出了新鄉市城市特征分析圖。

圖5 新鄉市城市特征分析圖

從圖5中可以看出，新鄉市城市特征分析圖呈指針型，指針指向了人口指標，這說明新鄉市的人口數量在比對城市中處于較高水平，因而，智慧新鄉的建設需要更多的關注民生類的智慧應用，利用智慧應用緩解由于人口數量過多帶來的城市公共服務壓力，提高公共服務效率。同時，新鄉市交通狀況這一指標也明顯高于比對城市的平均值，這說明新鄉市的交通運輸能力較強，是其發展的優勢所在，因此在智慧新鄉建設中，也需要關注交通運輸智能化建設需求，通過建設有助于交通運輸能力提升的智慧交通及配套項目，進一步發揮新鄉市交通運輸優勢。

通過對圖5的分析還可發現，新鄉市在經濟規模、工業實力、服務業實力和創新能力三個方面發展水平尚未達到比對城市的平均水平。

經濟規模反映了城市經濟水平，工業實力與服務業實力的比較結果在反映了新鄉市的工業化進程同時也在一定程度上反映了新鄉市產業高端化水平，這三者共同反映出新鄉市整體經濟基礎。良好的經濟基礎是智慧城市建設的重要保障，同時通過智慧城市建設促進城市經濟發展、優化城市產業結構也是智慧城市建設的重要目標之一。新鄉市2012年實現地區生產總值597.32億元，略低于比對城市的平均水平，其工業與服務業實力也略低于比對城市的平均值，因此新鄉市在進行智慧城市建設過程中對于借助信息化手段推進工業智能化、服務業智能化領域有著較大需求，同時從提升新鄉市整體經濟實力的角度看，新鄉市更為關注如何通過落地智慧產業推動城市經濟實力整體發展。

其中，新鄉市的科技創新能力與其他試點城市相比更為薄弱，這一點對智慧新鄉的建設尤為不利。智慧城市建設從本質上講是城市管理模式的一種創新，也是將現代信息技術與城市更為緊密結合的一次重大嘗試，因此創新能力在智慧城市建設過程中的作用十分重要，而城市本地創新能力的高低對智慧城市建設有著直接的影響，因此為了更好地開展智慧新鄉建設，新鄉市在城市創新能力培育方面具有明顯的需求。

四、新鄉市智慧城市建設的建議

（一）借助原有電子政務基礎，構建智慧政務，強化城市管理能力

新鄉市人口眾多，截至2012年全市總人口已達到597.31萬人，龐大的人口數量加劇了政府在社會管理與公共服務提供方面的壓力，這既減緩了政府的行政效率又降低了政府對城市的管理能力，雖然新鄉市在前期通過建設“平安城市”已經大幅提升政府信息化程度，但是隨著新鄉市城市化進程的加速、人口數量的增長，原有的電子政務水平已不能滿足政府對城市管理的需求。

智慧政務是智慧城市建設的重要組成部分，也是城市進行其他智慧應用建設的基礎。智慧政務在新鄉城市各政府部門原有的政務外網、信息平臺的基礎上，通過建設統一的政務外網、基于地理信息系統的城市基礎信息管理平臺，配合智慧城管、呼叫中心智能化改造等專項應用建設，促使新鄉市政府從原有的“電子政府”升級成為行政效率高、城市管理成本低的“智慧政府”。

（二）構建智慧社區，提升公共服務提供能力，增強居民感知程度

智慧城市建設的目的是為城市居民建立宜居的生活環境與便捷的生活方式，那么如何使每一位市民，特別是新鄉市這樣人口眾多的城市中的每一位市民享受到智慧城市建設的成果呢？這就需要借助智慧社區建設，將智慧城市中的便民應用，以社區服務的方式提供給居民。

智慧社區是以城市中客觀存在的居民社區為單元，通過提供遠程教學、在線公共服務、數字民主、電子商務、智慧醫療等服務，同時結合社區內門禁、照明、公共衛生等基礎設施的智能化改造，在社區范圍內形成較為完整、獨立的社區應用體系，使得社區居民享受全面、綜合的社會公共服務，這有效地提升了社區提供公共服務的能力與質量。

智慧社區的建設需要一定的基礎和條件，如：相對封閉式的管理、較高的居民素質等。因此新鄉市在進行智慧社區建設時應選取若干基礎良好、條件滿足的社區進行試點，根據實際實施效果，有針對性的調整智慧社區提供的公共服務種類，進而在全市范圍內進行推廣，增強居民對智慧城市的感知程度。

（三）借助智慧交通與智慧物流，強化新鄉市交通優勢

新鄉市是豫北地區唯一的國家級交通運輸樞紐城市，鐵路南北大動脈京廣鐵路和太石鐵路在此交匯，京廣高鐵也已開通，新月二線正在建設；公路方面，107國道及京港澳、大廣、濟東高速穿境而過，新晉高速、鶴輝高速正在建設之中。為了進一步加強新鄉市交通優勢，提高新鄉市對交通樞紐的管理能力，增強市內交通的通行與調度能力，有必要在新鄉市開展智慧交通與智慧物流的建設。

從智慧交通角度看，新鄉市應加快交通基礎設施的智能化改造，實現車流量、車速、車型等交通信息的實時監控，交通信號燈的智能控制和路況信息的動態發布，有效提高新鄉市內高速公路、主干道的運行效率，緩解新鄉市內道路的擁堵情況，最大限度地提高新鄉市路網的通行能力。同時，為了方便居民出行，增強旅客周轉能力，新鄉市還應大力推廣市內智能公交站臺建設，對城際公路客運實施BRT、ETC改造，并積極與周邊城市開展一卡通平臺的互聯互通。

從智慧物流角度看，新鄉市應推動物聯網技術在城市現代物流領域的應用，加快推進新鄉市成為豫北、中原地區的重要物流中心。通過建設立足新鄉市、面向全河南、服務大中原的現代物流信息平臺，為新鄉建設成為中原地區物流中心提供有力的技術支持和信息服務；通過信息化手段整合新鄉市鐵路與公路運輸資源，結合RFID、北斗衛星定位導航等技術，實現物資的高效快速傳遞，并打造出一條全程可追溯的物流鏈條。

（四）引入外部智慧，培育新鄉本地創新能力

創新能力在智慧城市建設過程中具有很強的影響作用，擁有較強的自主創新能力有助于城市開發出更多符合城市實際需求的智慧應用，也有利于智慧城市的不斷自我升級與完善。新鄉市目前擁有兩個國家級開發區，即新鄉高新技術產業開發區和新鄉經濟技術開發區，并擁有河南師范大學、新鄉科技學院等一批高等院校，為進一步增強新鄉市創新能力，更好地為智慧新鄉建設服務，新鄉市應大力引入外部智慧，加快本地創新能力的培育。建議如下：

1．加快智慧產業企業在新鄉高新技術產業開發區和新鄉經濟技術開發區的落戶。通過與國內外知名企業在智慧城市軟件研發與推廣、物聯網研發、IT人才培育等方面開展合作，將新鄉市高新技術產業開發區和新鄉經濟技術開發區打造成智慧城市應用方案解決中心、智慧城市軟件及技術推廣基地、智慧服務業示范推廣基地、智慧企業總部基地。

2．出臺人才引進政策，鼓勵外來人才落戶新鄉。通過給予外來人才住房、稅收等方面的優惠，積極吸引外來人才落戶新鄉，為智慧新鄉建設提供更多的智力支持。

3．積極開展教育合作，促使新鄉本地高校成為智慧城市專項人才培養基地。受經濟發展水平因素的制約，新鄉市各高校獲得的教育資源有限，雖然部分高校在與智慧城市相關領域擁有一定的學科優勢，如工業自動化、農業技術，但整體水平有限。通過與國內其他高校展開交流與合作，積極推進新鄉市各院校開展智慧城市領域的相關研究與學科建設，強化已有的優勢學科，促使高校成為智慧城市專項人才的培育基地。

（五）建設專項智慧應用，促進新鄉市產業升級

所謂專項智慧應用是指面向農業、工業和服務業專門設計的，旨在提升行業生產效率、節約生產成本、增加產值的各類具體應用。在智慧新鄉的建設過程中，合理的使用專項智慧應用有助于提高產業的科技附加值，實現新鄉市的產業升級。

從農業方面看，通過建設大棚小氣候管理系統、農產品追溯平臺、智慧農田管理系統等專項應用，有助于新鄉市農業實現精細化、集約化、產業化經營，實現從傳統農業到現代農業的升級；從工業方面看，通過建設能源監測網，有助于新鄉市加強對工業企業能耗的監督，及時關停、整頓能耗產出比較低的企業，優化資源配置，合理布局生產力。

五、結語

頂層設計是智慧城市建設的宏觀規劃，而做好需求分析是做好頂層設計的基礎，城市千差萬別，如何對一個城市進行有效的、符合城市實際情況的需求分析是智慧城市建設者和頂層設計者關注的問題。論文提出的基于城市特征分析模型的智慧城市需求分析方法，可以有效地找出城市的主要特征，并根據這些特征展開需求分析，進而適配合理的智慧應用。文中運用城市特征分析模型對新鄉市智慧城市建設進行了需求分析，并在此基礎上提出了一些建議，這有助于新鄉市更好地完成智慧城市建設，同時也可以作為智慧新鄉建設團隊進行頂層設計和需求分析時的重要參考。

智慧城市建設是一項復雜的系統工程，針對城市的客觀需求適配具體的智慧應用是完成這一工程的基本原則，運用城市特征分析模型對城市在智慧城市建設中的需求進行分析符合這一基本原則，但其也存在著一定的局限性。首先，城市特征分析模型選取的分析方面有限，沒有考慮到城市基礎設施狀況、資源狀況、環境水平、政策導向等智慧城市建設中可能涉及到的因素；其次，城市特征分析模型在比對城市的選取上具有較大的隨意性，而選擇不同的比對對象對模型結果可能會產生不同的影響；最后，本文在使用城市特征分析模型時只選取了30個地級市一年的統計數據進行了比對分析，由于城市經濟可能受到短期宏觀經濟環境的影響造成某一城市的相關統計數據明顯高于或低于其往年正常水平，為了消除短期宏觀環境波動對城市特征分析模型的影響，在未來使用這一模型時可以選取同一組比對城市5至10年的長期數據的平均值進行分析，增加模型分析結果的準確性。

為了使得智慧城市建設需求更符合城市的實際發展需要，單純運用城市特征分析模型是不夠的，在運用這一模型進行分析時還應當做到模型分析結果與實地調研結果相結合，同時還要做到模型分析結果與城市發展規劃相結合，以達到建設具有區域特色、符合實際需要的智慧城市建設目標。

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