钱学森智库纵论智慧城市

◎薛惠锋

坚守“智慧之愿”——惠民、善政、开放、绿色、安全

当前，中国经济发展进入新常态，我国城市发展也迈入了量质并举的新阶段。 2017年2月，国家统计局权威发布：2016年中国城镇化率已达到57.35%（国家统计局，2017），城市化对国民经济和社会发展的促进作用明显增强。与此同时，人口膨胀、环境污染、资源短缺、交通堵塞等城市病已逐渐成为制约我国城市发展的主要问题。为实现城市的可持续繁荣，一方面需要进一步顺应城市发展全球化、多样化、社会化和协同化的趋势，建立新型的城市发展模式；另一方面需要借助新技术革命强大的驱动力，奠定新型城市发展模式的基础。在此背景下，智慧城市作为工业化、信息化、城镇化和农业现代化交汇融合的概念正在被越来越多的人接受，为加快城市现代化进程和产业结构升级提供了新的思路和模式。

综合国内外对智慧城市的研究来看，尽管定义有所不同，但大都认为智慧城市应该有以下特点：一是智慧城市建设以信息和通信技术（Information Communication Technology， ICT）应用为支撑；二是智慧城市是一个复杂的、相互作用的系统；三是智慧城市建设的目的是让城市更加宜居、宜业。简单来说，智慧城市是城市发展的高级阶段，以信息和通信技术为支撑，让城市更聪明、人类生活更便捷。

随着国家治理体系和治理能力现代化的不断推进，随着创新、协调、绿色、开放、共享发展理念的全面贯彻，随着网络强国战略、国家大数据战略等的实施，智慧城市被赋予了新的内涵和新的要求，可以概括为以下5个方面。

惠民。以人为本，是现代城市建设和治理的原点。坚持信息惠民作为智慧城市发展的核心，提升公共服务效能，通过释放数字红利，实现无处不在的惠民服务，提高人们生活的便捷感、安全感、获得感、公平感、幸福感，建设和谐、宜居、富有活力的现代化城市。

善政。推进政府决策科学化、社会治理精准化、公共服务高效化，用信息化手段更好地感知社会态势、畅通沟通渠道、辅助决策施政。

开放。有效开放公共空间和公共资源，充分体现社会管理与服务能力的融合、社会管理与服务资源的融合。

绿色。通过城市精细化和智能化管理技术手段，减少资源消耗，降低环境污染，建设环保、低碳的城市生态环境。

安全。智慧城市是具有良好公共安全的城市，具有抵御自然灾害和处理人为灾害的能力。

综上所述，智慧城市是以为民服务全程全时、城市治理高效有序、数据开放共融共享、经济发展绿色开源、网络空间安全清朗为主要目标，通过体系规划、信息主导、改革创新，推进新一代信息技术与城市现代化深度融合、迭代演进，实现国家与城市协调发展的新生态。

破解“智慧之困”——开放的复杂巨系统理论

现代文明的发祥地在西方，起源于欧洲的文艺复兴运动。文艺复兴把人从神的束缚中解放出来，把生产力从封建社会的束缚中解放出来，引领西欧走出中世纪的蒙昧，迎来了现代文明的曙光。文艺复兴推动了以资本主义生产方式为基础的早期现代化进程，并逐渐形成以全球一体化和世界市场为基础的现代文明，这一现代化进程的一个重要标志即是现代城市的兴起。

自18世纪工业革命以来，随着大工业生产对劳动力、原材料、能源、消费市场的巨大需求，欧美各国先后开始了现代城市的建设历程，在人口聚集、工商业发达的地理区域，成立现代城市行政管理机构，建立治安执法机关，大规模修建厂房、商业大楼、住宅、医院、学校、道路、桥梁，完善给排水地下管网，铺设电力、通信线路，从而形成了由众多公用设施、市政工程等专业系统构成的城市大系统。随着城市规模的不断扩张，人口数量和用地猛增，城市发展同时表现出两种倾向：一方面城市各种先进的公用设施与市政工程，逐步出现并迅速普及，促进了城市发展；另一方面出现了“城市病”，人口无序集聚，能源、资源紧张，生态环境恶化，交通拥堵严重，房价居高不下，安全形势严峻，城乡对立且差距拉大，人们面临城市无序发展带来的“智慧之困”。

母猪在进入产房前必须进行消毒。消毒方法包括：冬季用温水以及夏季用冷水清洗猪体全身，然后用百毒杀或来苏儿对猪体进行消毒，要特别注意母猪的外阴以及乳房的消毒。在冬季约0.5 h猪被彻底晒干后，经消毒通道转移到产房。

上述“智慧之困”的逻辑根源在于还原论思想。现代西方文明的建立，以还原论为思想基础，就是将复杂系统不断分解为简单系统，将全局问题不断分解为局部问题去解决，很大程度上忽视了系统的整体性、系统要素间的相互关联性，“头痛医头，脚痛医脚”，从而引发了深层次矛盾和弊端。第一次文艺复兴后，还原论引发的一系列科学、技术、产业、社会革命已遇到瓶颈，体现在世界、国家、城市治理上，体现为不平等、不平衡和不可持续。因此，现代城市要摆脱“智慧之困”的束缚，急需一种新的思想、新的方法论。

人类文明已走到量变到质变的临界点，一场新的文明转型呼之欲出。早在20世纪80年代战略科学家钱学森即认为，人类文明迫切需要一次新的文明转型，就是综合西方的还原论、东方的整体论，形成系统论的思想，以定性到定量的综合集成为基本方法，开创“第二次文艺复兴”。钱学森认为，中国将发挥“第二次文艺复兴”的主战场作用，通过系统论的发展应用，实现把握客观规律、改造客观世界能力的跨越式提升，把第五次、第六次、第七次产业革命不断向纵深推进，达到“整个社会形态的飞跃”，带动世界、国家、城市治理手段和模式的颠覆性创新。

按照系统论的思想，智慧城市是个开放的复杂巨系统。智慧城市功能繁复、结构庞大、系统层次多，与周边、全国以至世界联系广泛，具备着典型的开放复杂巨系统的特性。

（1）开放性

城市是区域性乃至全国性的政治、经济、文化、教育、科技中心。与生命系统类似，一个城市要保持正常有序运转，必须不间断地进行新陈代谢，其各种物理系统必然与周边地区、全国和全球进行物质、能量、信息、人员等交换活动。

（2）动态性

智慧城市要为政府、企业、市民等服务主体提供智慧化服务，要做到政令贯通、经济发展、文化先进、教育提升、科技创新、人居环境改善、交通环保治理、人文自然和谐、治安消防保障、灾害及破坏的预防及预警，其组成单元必然时时刻刻与这些服务主体进行频繁的交互，这些相互作用导致智慧城市的系统状态一直处于不断的剧烈变化之中。

（3）复杂性

智慧城市结构高度交错繁复，其发展变化受到自然、社会、经济、文化、政治、法律等多种因素的影响，服务触角深入到社会经济、政府治理、科教文化、社会民生、环境生态、人本文明等各个领域，需要建立数量巨大、层级众多、纵横交错、关联复杂的智慧城市分系统，这些分系统的组件繁多、时空交叠，其系统结构通常采用复杂性的构造——层级结构，以适应智慧城市复杂环境和功能的需求。

（4）整体性

（5）自组织性

由于各种不可预见的自然、社会等因素的影响，在城市治理的实践中，不可避免地会遇到原规划、正常程序中无预案的亟待解决的问题。为应对此类问题，智慧城市具备一定程度的自组织性和自适应性就十分必要。因此，从城市的功能和发展前景出发，智慧城市中各类综合性系统，特别是支持应急、决策和适时发展的系统，必须具备人机结合的学习功能，通过学习程序，把自组织、自适应所取得的经验和范例，在人机结合的综合智慧系统中得到近于最优化的储备方案，这样才能呈现优选的自组织性和高阶的适应性。这也正是智慧城市综合系统的整体优势和生命力的表现。

综合智慧城市的上述特点，不难发现，智慧城市的系统中组成单元数量众多，这些组成单元在时空、作用及状态之间交互，并随系统行为演化派生，系统组件时空交叠、角色各异，但宏观上表现为整体行为；系统层次众多、组成模式多种多样；系统与环境间存在能量、物质、信息交换，可以动态连续适应环境变化，这些均为开放性、复杂性和巨系统的特征。所以，智慧城市是一类开放的复杂巨系统。

由于对“智慧城市是一类开放的复杂巨系统”的本质特征认识不足，人们在智慧城市建设过程中出现了许许多多的问题，如没有从城市整体目标、发展战略、自身特点和面临的实际问题出发进行总体规划、顶层设计，相同或相似服务功能的系统重复建设，缺乏总体的系统整合，出于自身利益等方面的考虑，各部门、各行业和各地域间的信息，彼此相互孤立和隔离，未能实现充分的信息共享和数据融合，无法实现各智慧子系统的业务协同，城市智慧化徒有虚名，缺乏统一的标准体系，部门组织制订的标准之间不协调、多而杂乱，缺乏科学、实用的协同实践。

物理城市到智慧城市的四级提升

要解决智慧城市建设所面临的开放的复杂巨系统问题，在方法上，我们应运用钱学森提出的《系统工程综合集成方法论》来指导、规划、设计、建造智慧城市，实现系统应用和功能。在路径上，我们要运用钱学森智库体系构建智慧城市的智慧之核——总体设计部，从更高起点去布局，以定性到定量的综合集成为基本方法，利用信息革命的最新成果，打造“从定性到定量的综合集成研讨厅体系”，构筑钱学森智库“六大体系、两个平台”，为实现物理—数据—信息—智能—智慧的多级跃升，为解决智慧城市面临的开放的复杂巨系统问题，提供科学有效的方法支撑和工具支持，真正实现从不可能到可能、从不满意到满意的综合提升。

20世纪80年代末到90年代初，结合现代信息技术的发展，钱学森先后提出从定性到定量综合集成方法及其实践形式——从定性到定量综合集成研讨厅体系，使总体设计部有了一套可以操作且行之有效的方法体系和实践方式。从方法和技术层次上看，它是“人机结合、人网结合、以人为主”的信息、知识、智慧的综合集成技术。这套体系，使得智库发挥的作用不再是写几篇文章，而是使跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨行业、跨领域的综合集成与统筹设计成为可能，进而实现各类系统从不满意状态到最满意状态的综合提升，这是钱学森智库的核心所在，也是重塑城市竞争优势、提升政府治理能力的“钥匙”。

搭建“智慧之体”——未来城市“十智”模型

智慧城市是一个复杂的、相互作用的系统。在这个系统中，信息技术与其他资源要素优化配置并共同发生作用，新兴信息技术与城市系统相结合构建智能化的城市系统，人的智慧与智能化城市相互作用耦合，形成具有“智慧”特征的城市系统。

钱学森在1981年发表的文章《系统科学、思维科学与人体科学》中指出：“人-机工程是一门非常重要的应用人体科学技术。对于有些自动化系统，人们发现，如果能让人对系统做出适时、适当的干预，比全不要人参与要好。这也就是让人发挥综合形势、权衡多方面利弊、作出判断的长处，也让机器发挥大功率、高速度、精确运动的长处。就在电子计算机的运算过程中，也会有人干预计算而缩短计算过程的情况。人-机工程是人体科学和机械科学、电子科学的结合，是今天发展很快的一门技术。”从智慧城市的基本特征分析，智慧城市是典型的人机结合、人网结合、以人为主的复杂巨系统。从系统工程的角度，如何实现人的智慧与现有智能城市结合，以人类的智慧制定城市发展运行的战略规划，对城市的运行发展进行规划、组织、引领和实施，从而使智能城市实现智慧涌现，达到智慧提升，智慧发展的目标。这个命题是智慧城市建设过程中要解决的核心问题之一，也是智慧城市是否真正具有“智慧”的关键问题。

为更加清晰地辨析智慧城市这一复杂系统中要素的作用及关系，本书提出了智慧城市系统模型——“十智”模型，以描述智慧城市系统要素之间的关系构建。

智慧城市系统模型——“十智”模型

“十智”模型是由智魂、智脑、智心、智脉和智眼的五智协同架构，以及智政、智业、智惠、智美和智环五位一体的应用架构组成。其中五智协同架构中，智魂贯穿智慧城市系统模型始终，通过综合集成到综合提升的理论方法，实现从物理城市到智慧城市的提升，这是我们建设智慧城市的战略目标。智脑位于智慧城市系统模型的最高层，是通过思想体系、数据体系、网信体系、模型体系、专家体系和决策体系，以明确的愿景、科学的规划、有力的执行来推动智慧城市系统呈现“智慧”的重要手段和工具，发挥着大脑指挥全局的作用。智心是智慧城市系统模型中数据驱动的核心，是智慧城市系统的数据及服务支撑层，实现数据和信息的感应、传输、存储、计算和分析功能。智脉是智慧城市系统中网络及信息安全保障基础设施，依托天空地一体化网络基础设施，及可靠的信息安全保障措施，实现数据信息的采集和传输。智眼通过感知技术、通信及网络技术，实现物理城市中资源和环境的智能化连接和感知。五智协同架构中各要素互相作用、耦合构成了智慧城市系统的基础平台架构。

五位一体的应用架构是按照中国特色社会主义五位一体总体布局来构建智慧应用的五类应用，涵盖了经济建设、政治建设、文化建设、社会建设、生态文明建设。其中智政主要包括智慧政府、智慧公共服务和智慧城市监管等。智业主要面向经济建设领域，包括智能制造、智慧园区、智慧能源等。智惠主要面向社会民生领域，包括智慧社区、智慧医疗、智慧交通等。智美主要面向文化建设领域，包括智慧教育、智慧旅游、智慧文娱等。智环主要面向生态文明建设领域，包括智慧环保、循环经济、海绵城市、智慧环卫等应用。

“十智”模型中各要素相互联系、相互依存、相互作用，共同构建了智慧城市的系统模型。