中國智慧城市發展能力比較及優化

王 旭 程 金

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 概述

改革開放40年來，我國城市不斷向前發展，尤其是中心城市以自身強大資源聚集優勢，吸引著周邊人口不斷涌入。我國在城市化進程中，主要體現為大量人口從農村地區遷移到城市地區[1]。為滿足不斷增加的城市居民人口需求，保護城市環境，提高資源的利用效率，城市必須采取更先進的方案以使之管理更加智能，發展更加可持續。

日益凸顯的城市問題，迫切需要相應的緩解方案。2008年，IBM(國際商業機器公司)提出“智慧的地球”[2]這一全新的概念。基于城市變量的智能決策、側重于異構數據集指數增長的潛在趨勢預測以及隨時隨地獲取信息的能力促成了智慧城市的出現[3]。2012年，我國住房城鄉建設部啟動智慧城市建設的試點工作[4]其中包括所有省級以上城市和89%的地級城市。然而各地市自身的規模、發展狀態、地理文化等要素稟賦，疲于達到預期效果，不能對資源有效的管理，導致不同城市的發展情況必然存在差異。

2 智慧城市指標體系的構建

2.1 智慧城市

本文推演的發展建設過程本質上就是一個地區不斷城市化的過程，通過發揮信息及通訊技術的優勢，整合城市發展的可利用資源，在保證可持續發展前提下，將城市居民體驗置于考察重點，以提高城市在不同職能方面的競爭力[5]。實時收集計算分析各方數據，從生態系統的角度出發，著手優化智慧經濟、智慧移動技術、智慧環境、智慧居民、智慧生活與智慧治理六個方面之間的耦合關系，在技術改革、環境制約與居民生活之間尋找平衡點[6]。提高城市居民參與度，注重人與環境的交互體驗是打造智慧城市，實現經濟發展、科技進步、社會平等的關鍵所在。

2.2 智慧城市的相關評價

近年來，智慧城市的發展績效評價日益受到學者廣泛關注。約翰·埃爾金頓[7]為評價智慧城市提供了新思路，參考他的三重底線原則，嘗試從社會績效、經濟發展和生態環境三個維度對目標城市進行對比評價。Ritala[8]從社會、經濟和環境三個層面對城市可持續發展模式進行評估，印證了在城市可持續發展評估中運用三重底線原則的可行性[9]。

從本質上看，目前針對智慧城市評價的討論，主要從兩個方面進行：一種評價方法以信息通訊技術產業的發展為導向評價智慧城市，另一種著重關注城市居民依托ICT技術所實現生活狀態,評價方法過于主觀。考慮到城市間的區域特征，基礎設施及經濟基礎的差異性，缺乏對具體城市相關舉措的實證研究，提出的改進措施不具有說服力。

綜合已發表的研究成果，筆者對智慧城市各種評價工具的屬性已有初步了解。Fietkiewicz等[10]采用評價電子政務成熟度的量化標準模型，實證分析了31個智慧城市的政府官方網站信息體系結構的平均質量。Girardi[11]借助KPI(關鍵績效指標)定性并定量的估計，技術創新對城市等經濟，環境及社會領域帶來的潛在可智能性的影響程度。Anand[12]使用模糊層次分析法權衡城市可持續發展情況。

不難發現，現有評價體系或是很難應對我國智慧城市的現狀，或是過重關注國家層面的指標要求，而忽略了城市居民的生活感受,并且忽略了區域城市發展特色，缺乏對已有城市群建設發展情況的橫、縱向比較，這就很難兼顧城市結構因素、經濟基礎差異、信息通信技術落實現狀幾大主要方面對智慧城市建設的協同影響情況。

2.3 智慧城市評價指標體系

智慧城市的發展建設評價是一個高度復雜和系統化的工程，不光要考慮以智慧城市建設為導向的指標設置，即以產出為導向的指標建立，還要關注智能化產業應用水平對衡量城市建設的影響效果，即以投入為導向的指標建立[13]。參照中國國情，兼顧2016年頒布的國家新型智慧城市評價指標[14]。表1列出評價系統所涉及的具體范圍，并延伸至要素指標層面，且對每一要素加以解釋說明，本文計劃從創新驅動、智慧經濟、智慧基礎設施、智慧政務、智慧民生五個方面綜合分析智慧城市的發展能力。

表1 智慧城市發展模式評價指標體系

因素層“創新驅動”包含兩層指標，分別體現了城市對創新研發的投入情況，城市信息通訊行業的發展潛力，創新產業發展情況；因素層“智慧經濟”包含三層指標，分別體現城市經濟的可持續性發展水平，創新產業的集聚程度，以及城市對外貿易的發展程度；“因素層”智慧基礎設施包含兩層指標，分別體現城市移動互聯網、云計算、移動應用服務以及大數據的產業發展情況；“因素層”智慧政務包含兩層指標，分別體現城市電子政務的實現水平及所在地區的信息通訊環境；“因素層”智慧民生包含三層指標，體現居民生活環境建設、改善程度及交通便利水平。

3 評價方法及數據的選取

3.1 主成分分析

主成分分析(Principal Component Analysis)作為一種廣泛應用的處理技術，能夠挖掘原始矩陣數據內在的線性組合特征。利用協方差矩陣的特征向量和對應的特征值，識別各個主要影響成分。選取對應最大特征值的分量作為第一個主成分，該變量對其他數據的變異性影響最大，代表沿著描述最大擴散軸的原始數據分布方向。以此類推，可以逐步確定出第n個主成分，這些主成分之間互不相關，且方差遞減。本文將成分按照對應方差從大到小排列，當選取所有主成分的方差累計貢獻率達到80%時，則認為選取的主成分可以較好的表述原數據矩陣，這樣就達到既減少了變量數目又抓住了主要矛盾的目的。

3.2 智慧城市可持續發展能力的實例研究

本文選取2017年中國大陸12個主要城市的面板數據，分別為北京、上海、廣州、杭州、天津、南京、重慶、西安、武漢、濟南、沈陽、哈爾濱等12個城市，數據源自各地2018年統計年鑒，《2017中國大數據城市發展報告》《中國開放數林指數2017》《中國地方政府數據開放報告(2017)》《省級政府網上政務能力調查評估報告(2017)》《第43次中國互聯網絡發展情況統計報告》《大數據城市網絡安全指數報告2017》，中國環境檢測總站，《互聯網+政務報告》《2017年度中國最主要城市交通分析報告》等。評估從目標城市的可持續發展模式與城市發展智慧程度出發，針對城市現存的發展模式，整合出標準化的評估模式，表2為12座城市的統計性描述。

表2 智慧城市因素指標的描述性統計

為了保證分析變量內在相關性，要事先分析數據矩陣的信度與效度。數據矩陣效度高，則信度一定可靠。本文分析采用IBM SPSS Statistic 22軟件，測定樣本KMO值為0.635，原始變量數據適用于主成分分析法。如表3所示，前6個主成分的方差累計貢獻率達到83.8%。

3.3 實證結構及分析

本文基于智慧城市評價系統模型收集并整理了我國4個主要直轄市及12座省會城市2017年的主要數據，針對部分缺失數據，根據往年的數據合理推斷。建立基于信息通信技術的社會、經濟和環境層面的12×17評估矩陣，并分析其中主要成分。應用主成分分析方法，求得主要成分特征值、方差貢獻率和累計貢獻率，如表3所示。

表3 樣本主要成分的特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率

前6個主成分的因子載荷情況如表4所示。第一主成分主要與高新技術制造業產值(X13)、人均地區生產總值(X21)、年末寬帶接入用戶數(X32)、“互聯網+”城市服務滲透系數(X53)、城市擁堵指數(X54)有關。第二主成分主要與研究用于實驗發展(R&D)經費內部支出相當于地區生產總值比例(X12)、第三產業占地區生產總值之比(X22)、政府數據開放水平(X41)有關。第三主成分主要與電子政務能力水平(X42)有關。第四主成分主要與外商直接投資項目個數(X24)有關。第五主成分主要與科學研究和技術服務業單位數(X23)、空氣質量指數(X51)有關。第六主成分主要與信息傳輸、軟件和信息技術服務業人口占比(X11)、移動電話普及率(X31)、所在省(市區)大數據產業發展情況(X33)有關。計算分析得出樣本城市的主成分得分矩陣，各城市的綜合得分情況也在表5中反映。

表4 前6個主成分的載荷矩陣

表5 樣本城市主成分的得分情況

研究結果表明，我國不同城市在智慧城市的發展模式上存在差異。很明顯，創新技術和智慧經濟是反映城市智慧發展能力的兩個重要組成部分，方差累計貢獻率達到55.6%。北京在所有主要成分中得分均具有明顯優勢，城市經濟發展已逐漸從要素驅動轉型為創新驅動，北京憑借其得天獨厚的國內資源及國際貿易地位，發展勢頭強勁，高新產業開發區帶動著北京的智慧經濟發展形式顯現。從知識溢出的角度來看，北京依靠自身優勢不斷吸引外部資源，而上海則依靠反哺模式發展，廣州與杭州等地采取多元一體化模式，全方位補齊城市發展短板。上海地理優勢顯著，與外資企業溝通便利，政府鼓勵對外貿易的同時，對外貿易也在刺激城市不同結構產業的活躍度，高新技術制造業完善了地區的經濟貿易績效短板，居民生活便利程度在“互聯網+”的高度推廣下顯著提升。廣州與武漢均依托自身高新技術制造業的高質量發展，成功吸引大量外部資源落地合作。政務開放水平與自身的社會生產活躍程度協調性較差，資源消耗可能在未來制約城市發展。相比而言，杭州的地區信息通訊技術發達水平突出，政府對企業的扶持力度明顯，兩方面的相互促進，有效緩解了城市資源配置不靈的尷尬局面。

4 結論及優化討論

本文構建了智能城市可持續發展能力評價模型，采用主成分分析方法，對我國12個樣本數據進行評價。通過提取分析成分的特征值評價城市的發展績效，借此識別城市現有發展模式的薄弱點。從整體上看，大部分城市已經從要素驅動逐步轉為創新驅動的發展模式，盡管大部分城市的智慧設施建設水平較低，但城市建設邊際效益仍呈現遞增趨勢。信息通訊企業與高科技制造業的可持續生產力，都對城市的經濟發展起到促進作用。大多數城市仍處于智慧基礎設施建設的初級階段，現有狀態還不能有效滿足居民需求。盡管大多數城市在空間及數據的共享性方面的改善可觀，但是城市交通情況并不能令人滿意。

智慧城市的發展過程中，創新是技術發展的根本驅動力，不同城市也在逐年重視創新產業的發展。當城市不具備類似北京等地的先天優勢時，將發展重點分散到利益相關的各個產業，促進不同產業間的協同發展，堅實行業的整體發展基礎，同樣能夠達到城市發展勢頭迅猛的局面。政府應鼓勵企業加大在民生類的通訊產品的開發投資，這樣能夠有效提升公眾參與度。