智慧城市建設中定性到定量綜合集成法的應用

曾劍秋　賈山召

摘 要：在全球信息化浪潮的推動下，智慧城市已經成為城市發展的新方向。錢學森提出的從定性到定量的綜合集成方法，在指導系統工程研究中取得了巨大成功。在分析當前智慧城市研究與建設中存在的局限性的基礎上，把從定性到定量的綜合集成的工程方法引入到智慧城市建設中來。剖析智慧城市的開放復雜巨系統的特征，分析從定性到定量綜合集成方法在智慧城市建設中的可行性，構建從定性到定量綜合集成方法在智慧城市建設中的應用模型，對當前中國智慧城市的建設提出建議。

關鍵詞：智慧城市；從定性到定量的綜合集成方法；開放復雜巨系統

中圖分類號：F293.1 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2016）16-0095-05

在信息化技術快速發展的現代，智慧城市已成為多數城市實現自身發展，轉變經濟發展方式，促進產業升級，改善民生的宏偉目標的戰略選擇。智慧城市區別于傳統的數字城市及智能城市，目前國內的智慧城市建設與評價仍然較多地停留在技術應用的智能層次上，而人本導向的信息技術的綜合運用才是智慧城市的本質要求。

一、概述

世界范圍內城市化進程的加快，對城市建設提出了更高的要求，智慧城市作為新的發展趨勢受到越來越多的國家的重視。智慧城市（Smart City）是由IBM在“智慧地球”理念下提出的，并將其定義為：能夠充分運用信息和通信技術手段感測、分析、整合城市運營核心系統的各項關鍵信息，從而對包括民生、環保、公共安全、城市服務、工商業活動在內的各種需求做出智能的響應，為人類創造更美好的城市生活[1]。豪爾（R. E. HALL，2000）等人認為，智慧城市是監控并整合城市所有關鍵設施的狀況，包括道路、機場、水、能源能，最優化資源分配和活動計劃，在為市民提供最優服務的同時關注城市安全[2]。哈里森（Harrison C.，2010）認為智慧城市是應用傳感器、個人設備、智能手機等獲取城市生活的現時數據，將這些數據整合到計算平臺通過綜合分析、模型等形象化城市運行狀況指導運行決策[3]。王世福（2012）認為，現有研究對智慧城市本身的科學定義和內涵缺乏理性認識，指標體系構建的主觀性強，缺乏科學的論證和分析，廣義的智慧城市是以物聯網為重要基礎之一的以先進信息技術、智能技術和多網融合為依托，以智慧技術、智慧產業、智慧服務、智慧管理、智慧人文、智慧生活為重要內容的城市發展新模式和新形態[4]。狹義是使用各種先進的技術手段尤其是信息技術手段改善城市狀況，提升城市品質，可以理解為智能城市。袁文蔚、鄭磊（2012）認為，智慧城市既是一個創新型城市，它通過鼓勵發展物聯網、云計算技術等高新技術產業推動創新與研發，也是一個學習型城市，它通過優質的高等教育、終生學習的社會文化氛圍培育智慧的公民，最終創建以知識為導向的知識型城市[5]。宋剛、鄔倫（2012）年認為，智慧城市應強調服務導向、以人為本，為城市及生活其間的市民塑造公共價值并創造獨特價值[6]。因此，智慧城市是高新技術范疇與人本范疇的完美整合，代表著城市發展的新形態。當前，政府及學者對智慧城市的理解仍偏向于信息化建設的技術層面，尚未達到信息化建設的最終目的“智慧”，智能設備對信息和數據的智能處理只是智慧城市的基礎，而信息化技術的人本應用，從而帶來城市生活的便利與進步，才能稱為“智慧”。

在智慧城市建設過程中，IBM認為智慧城市建設的重點在于信息通信技術在城市生活中的運用，目的是以數據為中心建設城市“物聯網”，在融合“物聯網”與互聯網的基礎上，整合城市運行的各個系統，從而達到城市運行的最佳狀態[7]。其認為智慧城市發展策略是：在城市發展過程中，在其管轄的環境、公用事業、城市服務、公民和本地產業發展中，充分利用信息通信技術（ICT），智慧的感知、分析、集成和應對地方政府在行使經濟調節、市場監管、社會管理和公共服務政府職能的過程中的相關活動與需求，創造一個更好的生活、工作、休息和娛樂環境。認為城市系統運行和發展的核心因素是：組織（人），商業、政務，交通，通訊，水和能源，必須看到整個系統的整體性。泰武（Taewoo Nam，2011）等認為，智慧城市建設應該綜合關注技術、居民及制度三個方面，社會因素是智慧城市建設的核心內容，要充分考慮城市的社會因素、技術因素與物理環境的復雜性與關聯性[8]。逄金玉（2011）認為智慧城市應該包括基礎設施建設、信息平臺建設兩大類核心應用，需要具備四大特征：全面物聯、充分整合、激勵創新和協同運作；認為各地應該選擇適合當地城市規模、管理方式與信息化發展程度相適應的模式[9]。王世福（2012）認為智慧城市建設應是盡可能優化整合各種資源，讓生活在其中的人可以心情愉快而不是壓力重重，即適合人的全面發展的城市，是一種對理想城市的新思考，是一種超越技術狹義的思考，使用軟系統方法論，智慧城市研究模型的建構關鍵點在于對城市社會系統和智慧城市系統進行特征定義。多學科相互交融的協同研究是開展智慧城市研究的要求[4]。王思雪、鄭磊（2013）對國內外五個代表性的智慧城市指標評價體系（IBM、歐盟、臺灣、南京、浦東）進行了比較分析，結果顯示目前國內的智慧城市更注重信息化建設的技術層面，沒有達到“智慧”的要求，應該在智慧城市戰略制定時，提升評估體系的全面性，在靜態評估的基礎上關注動態評估并要在一定程度上體現城市特色[10]。

二、從定性到定量綜合集成方法論

從定性到定量綜合集成方法是錢學森于20世紀80年代末提出的，得益于現代信息技術的發展，是把還原論方法與整體論方法結合起來的系統論方法的具體化，在1990年《自然雜志》第一期上“一個科學新領域—開放的復雜巨系統及其方法論”首次做出系統、完整的闡述。在此文中，錢學森把社會主義文明建設，即物質文明建設、政治文明建設和精神文明建設的協調發展定義為社會系統工程，具有開創性意義[11]。其實質是把專家體系、數據與信息體系以及計算機體系有機結合起來，構成一個高度智能化的人、機結合系統。把人的思維、思維成果、經驗、知識、智慧以及各種情報、資料和信息集成起來，從多方面的定性認識上升到定量認識，從而發揮整個系統的綜合優勢、整體優勢和智能優勢。

綜合集成方法是研究復雜系統和復雜巨系統（包括社會系統）的方法論。通過人、機結合，人、網結合，實現信息、知識和智慧的綜合集成。信息的綜合集成獲得知識，信息、知識的綜合集成獲得智慧。綜合集成方法適用于系統科學、軟科學、管理科學、復雜性科學等學科的問題研究。

定性與定量綜合集成方法具有以下特點：（1）根據開放的復雜巨系統的復雜機制和變量眾多的特點，把定性與定量研究有機結合起來從多方面的定性認識上升到定量認識；（2）由于系統的復雜性，要把科學理論與經驗知識結合起來，把人對客觀事物的星星點點知識綜合起來，解決問題；（3）根據系統思想，把多種學科結合起來進行研究；（4）根據復雜巨系統的特點，把宏觀研究與微觀研究統一起來。上述這些特點，使得此方法具有解決開放的復雜巨系統中復雜問題的能力。

三、智慧城市建設的從定性到定量綜合集成方法研究

（一）智慧城市評價體系分析

目前，國內外眾多城市都已經進行了智慧城市專項規劃，并部署了智慧城市建設的戰略目標并建立了各自的評價體系對戰略目標進行評價。在IBM智慧城市評估要素與標準中，其評價體系分為城市服務、市民、商業、交通、通信、供水、能源七個系統。由于IBM作為信息技術和業務解決方案公司，在其評價方法中每一個領域都有對于基礎設施投入和信息管理系統的評估，體現了IBM在最初提出此概念的出發點在于運用信息技術為新一代城市發展提供解決方案[10]。而在國內的智慧南京評價指標體現中包括網絡互聯、智慧產業、智慧服務、智慧人文4個一級指標，在4個一級指標下設立了21個二級指標，并且在該指標體系中有一項為“國際性文化和體育交流活動評價”體現了城市特色[12]。在上海浦東《智慧城市評價指標體系2.0》把評價體系分為基礎設施、公共管理和服務、信息服務經濟發展、人文科學素養、市民主觀感知及軟環境建設六個維度，包括18個要素，37個指標，強調了城市居民感知在智慧城市建設中的重要地位[13]。縱觀全球各個已經制定的評價指標體系，各個指標體系都反映出其制定機構對智慧城市內涵的理解，但由于其認識的主觀性，均存在一定的局限性，因此很難對具體城市的戰略實施進行有效的評價，中國內地相對更偏重于基礎設施與技術發展的信息化建設層面，沒有突出智慧城市的最終目的智慧的要求。其原因主要集中在以下幾個方面：（1）對智慧城市的定義不清晰，智慧城市區別于傳統的數字城市、智能城市，不僅僅是現代信息技術的應用，更多的是以數據為中心的萬物互聯的城市建設從而達到各系統之間的協調運作達到城市生活的巨大改善；（2）城市間差異顯著，中國作為后起工業化國家，受國家和區域宏觀經濟政策的影響，城市經濟從東向西呈階梯型分布，城市前期發展水平的差異，導致信息化基礎設施建設水平的差異，從客觀上很難統一智慧城市建設進程的標準；（3）民俗差異性，中國的多民族融合決定了各城市居民認知上的區別，加上生活水平的高低不同從而形成了差異性的生活觀與消費觀，而智慧城市的最終要求為城市居民生活體驗的巨大改善，因此各智慧城市的建設在以人為本方面必然存在較強的特色性。

（二）智慧城市的開放復雜巨系統特征

周干峙院士最早從建筑科學發展的視角提出城市及其區域是一個典型的開放的復雜巨系統[14]。戴汝為院士從系統科學的觀點出發進一步論述了信息時代下的數字城市也是一類開放的復雜巨系統[15]。智慧城市作為信息時代城市發展的潮流方向，本身不僅與周圍地區有不斷的物質、能量交換，應該在信息、管理等方面實時地對國家乃至全球動態做出及時應對，更應該體現現代信息技術對人類生活的巨大改善作用，所以是開放的；同時智慧城市所包含的單元和子系統眾多，以信息服務系統為中心，包括政務、商務、醫療、教育、交通、消防、環境等多個子系統，且各個子系統層次較多，相互之間又存在交叉，形成了多層級交互式的層級系統；作為一個城市整體，智慧城市的要求所有系統最終構成經濟有活力，文化繁榮，人民生活安康便捷，人與環境和諧的整體協調發展，而不是各個子系統之間的簡單整合，因此具備了復雜巨系統的特征：具有聯系緊密的層次及系統，總系統的整體作用大于各個子系統的簡單和，大系統決定性地影響小系統，有一定的邊界且與更大的系統和旁系統進行交換，具有自組織和自適應性，復雜性和運行的非穩定性，因此將智慧城市作為復雜巨系統進行研究具有較強的科學性，適合引入從定性到定量的綜合集成方法。

（三）模型構建

對于智慧城市建設來說，由于其跨學科、跨領域的特點，其所蘊含的知識量是巨大的。綜合集成的思想認為，知識是來自于系統化、組織化的信息綜合集成；而智慧是對知識的綜合及應用，是知識的綜合集成。建立在人—機交互體系基礎上的綜合集成方法，首先通過信息與數據挖掘得到客觀的理性知識，而后由不同領域、不同學科的專家，發揮群體的智慧，依照不同領域的科學理論、經驗性知識與感性知識、對智慧城市建設問題提出初步的假設與判斷。

然而要證明初步假設與判斷是否正確，由于社會系統的復雜性，不確定性導致不能以邏輯推理方式的方法進行證明，而社會系統也不能進行試驗，這里需要人機結合以人為主的研究方式，計算機運用各種能用的數學方法和工具，再次結合不同領域、不同學科的科學理論進行綜合集成的驗證、通過人機交互、反復比較、逐次逼近、實現從定性到定量上的認識轉變，對經驗性假設的正確與否做出明確的結論，在智慧城市建設過程中，由于城市的動態變化和認識上的進步，可以不斷提出新的經驗性假設，不斷由定性上升到定量的認識。

定性到定量綜合集成方法在智慧城市建設中的應用主要步驟如下：

1.初步假設與判斷的提出：城市生活各個方面的信息數據被傳感器收集上傳到計算機系統進行信息化處理后，形成理性知識，結合各個行業領域專家的感性知識與經驗性知識，并根據城市的發展階段與特點，形成智慧城市建設的初步假設與判斷，構建初步的智慧城市建設戰略體系。

2.結合初步假設與判斷，對數據信息進行數據分析、系統仿真與模型試驗，驗證初步假設與判斷的正確性，由于智慧城市建設的長期性，會不斷有新的信息，新的認識的加入，不斷融入新的實時動態，對初步假設與判斷與模型進行不斷的比較與修正，專家體系在此過程中也不間斷的發揮作用。

3.多領域專家對系統仿真與試驗結果進行分析，通過人機一體化的反復比對，逐次逼近，直至形成可信的定量分析結果，如果此時的分析結果存在與最初的初步假設與判斷不符，就形成對智慧城市建設的新理解。

4.在新理解的基礎上，得到針對當前智慧城市建設階段的新的結論與建議，反饋到智慧城市建設的決策部門，用新的結論與建議指導當前的智慧城市建設，微調智慧城市建設的方向，及時提出新的建設目標，以適應大環境與本城市的發展趨勢。

5.在智慧城市建設過程中監測當前的建設狀況，評價建設進度與建設成果，找出在建設中存在的問題，與建設目標相偏離的部分，反饋到決策部門，形成匯總意見，結合新的動態與數據信息，回到定性到定量的綜合集成方法的循環中。

四、結論與建議

本文通過對比國內外智慧城市的定義得出當前對智慧城市的認知仍偏向于技術層面，由于認識的不充分進一步導致了智慧城市評價體系的主觀性、建設過程中的局限性。將錢學森提出的定向到定量綜合集成的工程方法引入到智慧城市建設中來，剖析了智慧城市的開放復雜巨系統的特征，認為從定性到定量綜合集成方法在智慧城市建設中具有較強的可行性，構建出了從定性到定量綜合集成方法在智慧城市建設中的應用模型，用人機結合、以人為主的方法指導智慧城市建設，在模型的循環中不斷修正戰略方向。本文的研究成果，可以為智慧城市戰略制定與建設實踐提供理論和方法支持。在此基礎上，對當前中國智慧城市的建設提出建議如下：

（一）結合城市發展現狀，明確智慧城市建設目標

智慧城市建設是在對當前城市狀況充分認知的基礎上，與城市經濟、社會、文化、政務等各個系統緊密結合在一起的。經濟、文化、資源、社會規范的不同會對智慧城市實際實踐產生巨大影響，其戰略規劃應考慮城市的整體利益、根本利益、長期利益，確定未來一定時期內智慧城市建設的方向和目標。智慧城市建設的定位和目標必須體現城市自身的發展定位，實現信息化與城市社會經濟發展的互動，推動城市經濟與人民生活的同步協調發展，促進城市生活的全面進步。

（二）利用定向到定量的綜合集成方法，選擇合適的發展模式

將智慧城市的建設目標應與當前城市信息化發展現狀與信息化戰略相結合，融合城市的區位特點，經濟特色等因素，在定向到定量綜合集成理論方法的指導下，在實踐中不斷摸索，反復糾正智慧城市建設中方向與方法上的錯誤，應強調企業、市民的參與，反映公眾的社會訴求與價值追求，形成具有特色的智慧城市發展模式。

（三）引入市場機制，培育信息消費環境

智慧城市作為一項復雜的系統工程，單純由政府主導不足以支撐投資需求，需要跟多市場力量、社會力量的共同參與，將市場機制引入智慧城市建設是必然選擇。信息消費作為當代高科技，高文化發展的產物，具有鮮明的時代特征，其與智慧城市的發展是相互推進的，有利于優化消費結構，在智慧城市建設與管理中，信息消費環境的培育建立在不斷提高的信息化基礎建設水平的基礎上，要求不斷增加信息產品供給能力，這與智慧城市建設的過程與目標相一致，提升民生領域的信息服務水平，實現公共信息資源的共享，有利于增強信息產品的供給能力，反過來推動智慧城市的建設與管理水平，保證智慧城市建設與管理的可持續發展。