我国智慧城市产业基础布局研究

□张 桦

一、前言

智慧城市，根据国际标准化组织的定义，是指在已建环境中，对物理系统、数字系统、人类系统进行有效整合，从而为市民提供一个可持续的、繁荣的、包容性的综合环境系统。自2008年IBM提出“智慧地球”理念后，引发了全球智慧城市建设的热潮。我国自2012年试点智慧城市建设以来，从开始的90个试点城市，到2020年已累计达749个[1]，平均每年保持80%以上的增长率，我国智慧城市建设经历了快速发展期。2021年12月，信通院发布的《新型智慧城市产业图谱研究报告（2021年）》[2]指出，2020年我国智慧城市建设投资总规模约2.4万亿元，地方开始将智慧城市产业作为重要产业领域进行培育。随着数字经济的来临，世界经济发展急需新的发展动力，转产业、调结构、寻求新的增长点，成为各国各地区的共识。各国对智慧城市建设促进当地发展抱有厚望，并因此争相开启了新一轮产业革命[3]。在这轮产业结构革命中，各国都争相开展以高端制造业和高端信息技术为核心突破口，特别是融入了通用性高端芯片研发制造、物联网、大数据、云计算、人工智能等新技术为代表的高端制造业，直接成为当前智慧城市生产力的来源和驱动力。姚冲、甄峰等[4]在总结了近十年来我国智慧城市研究的四个角度：地理信息科学角度、城市科学角度、公共管理学角度和系统工程学角度时认为，四个角度都离不开新一代信息技术，这表明智慧城市建设对新一代信息技术高度依赖的内在逻辑，已经成为当今研究智慧城市的范式。

基于这种研究范式，学者们主要集中于智慧城市理论层面和宏观城市层面，在智慧城市的空间设施、全要素生产率、产业结构，城市创新，经济增长动能等方面进行了深入探讨。在新一轮产业革命和智慧城市建设中，随着广泛的信息化、网络化和智能化需求，智慧城市的城市级基础功能性需求和产业基础性支撑，将是决定智慧城市建设，乃至城市高质量发展的关键。而当前对于智慧城市城市级产业基础布局和实现路径的探讨，则略有不足。因此，融合城市产业布局理论和智慧城市产业基础需求，探索智慧城市产业基础布局的架构和路径，已成为当前智慧城市建设必不可少的内容之一。

二、智慧城市产业布局理论述评

（一）智慧城市及产业布局的研究现状

在智慧城市的研究中，许欢、杨慧[5]认为智慧城市应该产城融合：一个没有产业支撑的城市即使再智慧也会成为“死城”；而缺乏智慧化服务供给的城市，产业哪怕再创新也只能“空转”。智慧城市学者从城市的空间设施[6]、全要素生产率[7，8]、产业结构[9，10，11，12]、城市创新[13]、经济增长动能[14]等多角度，研究了智慧城市建设在加速地区产业结构优化升级、助推城市创新和技术进步、吸引外资、促进城市绿色发展等方面的效益。刘伟丽、刘宏楠[15]站在智慧城市建设对高质量发展影响的角度，研究了智慧城市建设对企业高质量发展的影响特征及其内在机理，得出智慧城市建设可以显著促进企业高质量发展，并指出当前针对智慧城市的研究主要集中在理论层面和宏观城市层面，并逐步向企业和个人等微观个体的实证研究发展。在智慧城市理论层面和宏观城市层面，缺乏将智慧城市作为一个整体，探讨智慧城市应该具有的一种公共、基础属性，为各产业建设、发展提供基础的研究。即缺乏为智慧城市谋划基础的产业布局，并使得这种产业布局能为城市各产业提供公共、基础属性和纽带，打造出智慧城市的产业基础架构，使得城市各产业都能在这个产业基础的架构上获得通用的功能和服务，从而助力智慧城市的建设和城市高质量发展。

此外，在产业布局的诸多研究中，学者们主要从产业布局的理论及范式[16，17，18]、产业布局对专业化[19，20，21]、产业转移[22，23]、空间聚集[24，25，26，27]、具体某类产业布局[28-33]等方面，研究了城市产业布局、作用机理及影响等。对智慧城市的产业基础布局，即以城市视角，研究什么样的城市产业基础布局才能为城市各产业提供公共基础功能和服务的研究比较缺乏。因此，本文在智慧城市建设依赖新一代信息技术逻辑的范式中，结合智慧城市、城市级功能性需求和产业布局理论，试图融合城市产业布局的SML框架理论和智慧城市产业基础需求，探索构建智慧城市产业基础布局的架构和路径。

（二）城市产业布局SML框架理论的引入

产业布局一般是研究产业在空间的分布规律。产业布局理论形成于19世纪初—20世纪中叶，最具代表的是杜能的农业区位理论，杜能因此被称为产业布局学的鼻祖。杜能认为：级差地租在农业布局上起决定作用。随后，阿尔弗雷德·韦伯提出了工业区位理论，认为运输费用对工业布局起决定作用。后来，产业布局理论进入快速发展阶段，相继产生了成本学派理论、市场学派理论、成本—市场学派理论、增长板理论和点轴理论等。成本学派理论以生产成本最低为准则来确定产业的最优区位。市场学派理论则认为市场因素（追求利润最大化）是产业布局必须充分考虑市场因素。成本—市场学派理论则是成本学派理论和市场学派理论的综合和发展。增长板理论则认为以增长迅速且有显著经济效益的产业企业为主导，形成“增长极”从而对临近地区经济发展带来辐射作用。点轴理论则在增长板理论的基础上进一步延伸，认为随着“增长极”的点越来越多，点与点之间经济联系加强，必然会形成线路联系，即为轴。轴线形成，从而由点到轴，由轴带面，最终促进整个区域经济的发展。随着信息化、网络化和智能化的发展，信息化、网络化和智能化已经消除了空间障碍，突破了传统产业布局对于空间、区位的依赖。

在突破空间依赖的研究中，李晓华[27]研究了科技革命对产业布局的影响，认为第一次工业革命推动产业向动力源周围聚集、第二次工业革命时期铁路极大扩展了产业的分布范围、第三次工业革命推动生产链在全球范围内的片段化分布，正在兴起的第四次工业革命呈现出数据驱动的“大分散、小聚集”、“实分散、虚集中”等特征。胡安俊[16]等从突破空间不可能定理角度，研究了产业布局的范式，在第二研究范式的引入外部经济中，主要阐述了Duranton和Puga的SML框架布局理论。SML框架从共享（Sharing）、匹配（Matching）和学习（Learning）三个方面对产业聚集进行阐释，认为产业关联，能减少运输成本和交流成本，从而形成产业关联效应，增加了劳动力匹配机会与匹配质量，提高了配置效率，技术溢出拉近了技术交流与信任。

在数字经济背景下，随着信息化和网络化的深入，已进入智能化的历程。突破传统产业布局对于空间和区位的依赖，将更加显现。现代网络技术可以不考虑空域限制，为智慧城市提供便捷的沟通和信息交流渠道。信息化在位置类领域的发展，产生了各种基于位置服务的空间地理信息系统，为智慧城市人、物的匹配突破了空间限制，提高配置效率优势显著。“物”智能化的学习，为智慧城市提供智慧决策的交流与信任。突破空间不可能定理的引入外部经济研究范式——SML框架布局理论，在产业连接、资源配置和学习行动方面的架构模式，为信息化、网络化和智能化的数字经济时代，智慧城市建设产业基础布局提供了可借鉴的理论来源。

三、基于SML框架理论的智慧城市基础产业布局

信息、网络和智能技术是数字化时代建设智慧城市的主要技术依赖，发挥基础和支撑作用。以互联网、物联网、网络物理系统、大数据、云计算、人工智能等为代表的新一代信息技术，是各产业高质量发展的重要基础技术，正在成为各国发展的制高点和各国政府争相扶持的对象。但怎么串联这些信息技术，从智慧城市层面构建城市的基础产业，为城市各产业提供基础支撑的布局，是各国正在积极探索的问题。在解决这个问题过程中，不难通过分析各种产业布局理论发现，在数字经济时代，信息化、网络化和智能化，已经打破了传统产业布局的空间限制，信息成本在产业布局中发挥着越来越显著的作用。在数字经济时代，对于智慧城市产业的基础布局，本文尝试基于SML框架的布局理论，以技术逻辑的研究范式进行探讨。

由SML框架布局理论的连接、共享出发，通过网络（包括泛在连接技术）技术为主要实现支撑，发展SML框架的共享内涵，构建智慧城市产业基础的“沟通基础”；由SML框架的劳动力和质量匹配出发，发展SML框架的匹配内涵，构建智慧城市产业基础的“空间基础”；由SML框架的学习交流技术溢出出发，发展SML框架的学习内涵，构建智慧城市产业基础的“行动基础”。笔者试图在智慧城市建设过程中，通过构建智慧城市的城市级公共产业基础，为各产业提供城市级基础支撑，从而促进城市产业发展和智慧城市自身建设，为数字经济时代智慧城市建设寻求建设框架和路径。

（一）基于“共享”视角构建智慧城市的“沟通基础”

互联网、物联网、5G技术、网络物理系统以及泛在网络等的迅猛发展，为万物互联奠定了基础。网络系统的互联，突破了万物的空间限制，打通了产业之间、产业内部、行业之间、行业内部、企业之间、企业内部人与人、人与物、物与物之间的“沟通”桥梁，降低了关联、共享、沟通成本。数字经济时代，各产业之间、内部，与上下游供应商、消费者之间，“沟通”、连接的需求是普遍和广泛的，其“沟通”、连接的成本，直接决定智慧城市产业的发展水平和状态。从智慧城市建设，布局城市级的基础产业，为智慧城市及智慧城市各产业提供城市级的基础支撑角度，把具有普遍、基础的需求和功能，予以抽取、整合，是打造成智慧城市的基础产业布局必不可少的途径。

根据互联网、物联网、5G技术、网络物理系统以及泛在网络技术逻辑，发展SML框架布局理论共享（Sharing）内涵，构建智慧城市万物互联的“沟通基础”，如图1所示。该基础架构以当前网络技术逻辑为架构，以构建的智慧城市功能性为目标。“沟通”的核心和基础以互联网为骨干，本质是在互联网主干上延伸和扩展网络系统，把整个城市的各种网络系统连接起来，使得城市各产业之间、内部，从用户端延伸和扩展到任何人与人、人与物、物与物之间，实现信息关联、交换和通信，把整个城市产业人和物，置于一个泛在的网络和“沟通”系统中，从而构架起万物互联的“沟通基础”。值得说明的是，各技术依赖之间既有包含关系也有并列重合部分，它们通过各种不同的方式接入到主干的互联网，最终都通过各种网络技术在泛在网络中，连接到主干的互联网。

图1“沟通基础”构建示意图

（二）基于“匹配”视角构建智慧城市的“空间基础”

随着全球卫星定位技术、高分辨率对地观测技术、海量空间地理信息处理技术、无人机技术、移动互联网、云计算、智能终端等高新技术的融合和发展，使世界各国认识到空间地理信息在未来信息革命中的重要作用，全球40多个国家都制定了本国的国家空间数据基础设施建设的相关计划[34]。我国于2014年将空间地理信息产业纳入7大战略性新兴产业，给空间信息产业迎来飞速发展的良好历史机遇。特别是我国拥有自主产权的、世界第四个卫星导航定位系统[35]——北斗系统，全面覆盖全球服务能力的建设，带动了空间地理信息产业的飞速发展。

空间信息产业关联效应强，全球新兴科技领域如商业航天、卫星遥感、自动驾驶、人工智能、物联网、智慧城市应用等，都与空间信息科技息息相关。产业应用范围涵盖国防、城市规划、国土、城管、公安、交通、工商、税务、环保、房产、卫生等30多个领域，渗透于社会经济生活的方方面面，市场发展潜力巨大。而物联网、自动驾驶、智慧城市、精准农业等新兴领域的发展，更扩大了空间地理信息产业的需求。在数字经济时代，万物的空间地理信息需求愈发突出，对于时空、定位、导航等需求愈发具有普遍性，智慧城市在空间地理信息方面的产业基础布局凸显。

SML框架布局理论的“匹配”，虽是劳动力的搜寻与匹配，指的是供需双方的搜寻成本，旨在增加劳动力的搜寻、匹配机会与匹配质量。但在数字经济时代，随着智能化的发展，各个承载着某种功能的“物”是“劳动力”的主体。它们的供需搜寻与匹配，没有空间地理信息基础，必然缺乏“物”的“匹配”基础。

发展SML框架的“匹配”布局理论，构建智慧城市空间地理信息的“空间基础”，如图2所示。智慧城市产业基础布局的“空间基础”部分，主要解决智慧城市产业布局中，各产业之间、产业内部，人与人、人与物、物与物生产力的供需搜寻与匹配问题。这种搜寻与匹配对于智慧城市，是智能化的“物”以空间位置属性来完成的搜寻与匹配。根据空间地理信息技术逻辑，智慧城市“空间基础”，主要从空间地理信息技术构成予以构建，由太空、空中、地面和室内几部分组成。

图2“空间基础”构建示意图

太空部分主要是以各种卫星的研发、制造、发射和运营为内容，是“空间基础”中提供数据采集能力的公共基础设施。空中部分是以无人机、航空等为主要内容的航空摄影空间信息的采集、提取。地面部分主要集中于空间信息信号的接收、处理。室内部分主要是地面室内、封闭、遮挡环境下“空间基础”对各个产业提供各种空间信息服务的部分。

（三）基于“学习”视角构建智慧城市的“行动基础”

数字经济时代，信息产业呈现出前所未有的繁荣，新的互联网技术不断涌现。从传统互联网的PC终端，到移动互联网的智能手机，再到物联网传感器，技术革新使数据生产能力呈指数级提升。中国科学院院士陈国良指出[17]，我们正处在一个由大数据、云计算和人工智能推动的巨大数字转型期，这也是市场转型的巨大动力。智慧城市的“沟通基础”和“空间基础”为城市产业提供了生产、积累大量数据的载体。大数据技术打破了传统计算处理方法，催生了云计算技术的产生。云计算为大数据的处理提供了弹性的、可调度的大量资源。有了数据和计算平台，采取什么样智能算法、使其拥有自主决策的能力，全量样本的数据处理催生人工智能的爆发。近年来人工智能、特别是深度学习领域取得了突破性的进展，引领了机器学习的研究、应用热潮。机器学习能够自动化越来越多机器化人的脑力劳动，使得机器“物”的智能生产成为工业时代无人自动智能化生产体系的建立成为可能。

SML框架布局理论的学习方面，强调的是知识、技术的溢出效应。而在信息化、网络化，打破产业布局的空间限制之后，智能化加速知识、技术溢出效应，表现为“物”的自主决策和行动能力，成为产业重要的公共基础，是信息成本决定产业布局的重要因素。

数字经济时代，由云计算、大数据和人工智能的技术逻辑，和城市产业公共基础无人自动智能化生产体系建立的普遍需求，构建智慧城市产业基础的“行动基础”，如图3所示。“行动基础”旨在智慧城市基础产业布局中解决为各产业自动自主智能决策、生产体系的建立提供城市级的公共基础服务。大数据提供“行动基础”的数据来源，云计算提供“行动基础”的算力支撑，AI提供“行动基础”的算法，产生自主决策和行动能力。

图3“行动基础”构建示意图

人工智能、大数据、云计算现在正表现出“三位一体”式的深入融合发展。大数据的开发和应用离不开云计算的强大支持，云计算的发展和大数据的积累是人工智能快速发展的基础，是实现实质性突破的关键。通过发展大数据、云计算和人工智能为核心技术产业，构建智慧城市基础产业布局的“行动基础”，即构建智慧城市的自主决策行为基础。在“行动基础”中，“数据”和“算力”是资源，“算法”完成自主决策。数据+算力+算法共同构筑了“行动基础”的框架。

概言之，围绕数字经济时代，信息成本是城市产业布局的重要参考因素，基于SML框架布局理论，构建了智慧城市产业基础布局的“三大基础”框架：“沟通基础”、“空间基础”和“行动基础”。该框架基于SML框架的共享、匹配和学习三方面，分别从城市产业“物”的关联、“物”的空间搜寻与匹配和“物”的自主决策能力三方面予以构建，如图4所示。

图4 智慧城市基础产业布局框架示意图

“沟通基础”是SML布局框架中共享、关联方面，在数字经济时代，产业信息化、网络化和智能化的丰富和发展，以智慧城市视角构建城市级“沟通”基础公共服务，为各产业共享、关联提供城市级产业基础布局。“空间基础”是SML布局框架中劳动力匹配，在数字经济时代，无人自动化、智能化生产体系建立，以智慧城市视角满足城市级各产业“物”的生产力搜寻与匹配需求和发展，而构建的城市级产业基础布局。“行动基础”是SML布局框架中学习方面，在数字经济时代，各产业“物”的无人自动化、智能化生产体系中自主决策行为的需求和发展，而构建的城市级产业基础布局。智慧城市产业基础布局，以“三大基础”：“沟通基础”、“空间基础”和“行动基础”为框架和实现路径。

四、智慧城市基础产业布局的实现路径

物联网、空间地理信息、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术是数字经济时代智慧城市产业基础布局的技术支撑，构建以“沟通基础”、“空间基础”和“行动基础”的智慧城市产业基础布局，搭建智慧城市城市级各产业“物”的连接、匹配和学习的城市智慧产业基础支撑功能。每个基础产业可划分为硬件制造层、产业平台层、产业数据层和产业应用层四个层面的建设，如图5所示。

图5 智慧城市基础产业四层建设模型示意图

硬件制造层，主要是智慧城市产业基础的硬件制造，表现为产业基础、公共、核心的装备制造。该层涉及大量产业的数控加工、工业机器人、嵌入式芯片等各种高端制造的核心零部件以及这些部件中随机的各种基础软件，是源头和底层支撑。当前这些大多掌握在国外，我国主要依赖进口。有研究显示[36]，我国近90%的芯片、80%的高档数控机床和80%以上的核心工业软件以及70%的工业机器人等依赖进口。这造成国内这些产业的企业竞争力低下、产品范围受限，处于整个产业链的低端状况急需转变。

产业平台层，主要是产业制造层制造硬件的软件或平台，是硬件制造层的灵魂。当前，在制造层面各个企业硬件设备的随机软件没有对外API输出标准，有的甚至没有或不支持对外API接口，以至于软件平台层面就严格绑定了设备。硬件层和软件平台层的绑定，使得软件层面容易出现“信息孤岛”或在软件层面需要增加企业较大的软件改造成本。因此，在软件平台层面，打破各个产业信息系统的隔离，是“沟通基础”的基础，是降低社会成本、避免重复建设、挖掘新的经济增长点的所在。

产业数据层，主要是产业平台软件产生的数据及其处理，包括平台数据的生产、存储、消费及管理等。当前，由于各产业软件平台层面的隔离，各产业企业在硬件层面，所用设备限定了数据来源，其数据扩展，亦来源于软件平台层面和硬件层面投入的不断扩大，难以跟其他产业企业或软件平台共享信息，导致了产业企业数据积累的单一化，单体量急剧增加，单一数据量“大”而不“全”。这种数据结构性矛盾突出，数据价值量不高。

产业应用层，是产业提供功能和服务的接口。当前，产业企业和用户的个性化应用不断增强，新的产业应用需求日益增多，在物联网、云计算、大数据、人工智能背景下，智能化的应用将是产业智能化的输出。但由于我国软件平台层和数据层面的互通和共享问题，导致了很多企业有成效的AI输出效果不明显，其巨大的社会经济价值还有待进一步发展。

智慧城市产业基础布局建设的“层次”建设模型，是对城市基础产业的一种分层建设框架，是“高内聚、低耦合”思想在城市产业基础建设的运用。“三大基础”的智慧城市产业基础布局框架，旨在寻求智慧城市产业基础布局共有属性。但各地智慧城市产业基础布局实际情况千差万别，即使是同一个行业不同企业需要解决的问题也千差万别，对于一个城市的智慧城市产业基础布局，很难找到“放之四海而皆准”的普适路径。各个城市在智慧城市产业基础布局的过程中，一定要结合自身优势，可以参考比较优势布局理论和点轴理论，从自身的核心优势出发，择“三大基础”的任何一个“基础”优先予以构建。但优先发展优势产业、优势部分，逐步直击痛点、直至短板全无，却是各地需要结合自身的情况需要予以考虑的所在。根据实际情况，在合理且有延续性的整体规划与顶层设计的基础上，沿着产业智能化构成要素、产业智能化能力建设、产业智能系统建设的发展方向演进。

“三大基础”框架在“沟通基础”方面，我国5G技术在国际上处于领先地位，5G的推广应用将开启“万物互联、万物可控”的新时代。5G技术与生俱来的可移动、低延迟、高可靠性、高宽带等特性很好的迎合了智慧医疗、云化机器人、工业AR、物流追踪等应用场景的需要。5G技术的成熟，为智慧城市产业基础布局建立良好的“沟通基础”迈出一大步，使得“人与人”、“人与物”、“物与物”感知信息、获取信息、传递信息、交流信息的广泛实现成为可能。广东省5G技术走在全国前列，深圳是全球5G“第一城”，5G基站密度全国第一，是全国首个5G独立组网全覆盖的城市，5G标准必要专利总量全球领先，5G产业规模、5G基站和终端出货量全球第一，易以5G技术和应用为先导、带动整个物联网产业的发展、构建城市产业基础布局的“沟通基础”。

“三大基础”框架在“空间基础”方面，我国北斗系统作为中国自行研制的全球卫星导航系统，和美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）以及欧盟“伽利略”（GALILEO），共同成为联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的全球卫星导航系统。无论是国家还是民众对卫星导航定位的位置服务需求，无处不在。我国的北斗系统经过几十年的发展，产业链已经完备。国家大力支持北斗基础产品研发和行业应用推广。随着物联网、大数据、AI技术的发展，大众消费市场已经来临，“空间基础”以北斗系统大众消费市场为突破口，市场潜力巨大，辐射带动范围广，重在抢先布局。广东省于2006年全国第一个建成覆盖全省的连续运行卫星定位服务系统（GDCORS），为全省提供实时各种精度（米级、亚米级、厘米级）的定位服务，且GDCORS系统中心落地广州，已积累了多达16年的位置服务经验，这为广州智慧城市基础布局的“空间基础”提供了先决条件，又同其他城市避免同时期错位发展、同质竞争提供了机遇。

“三大基础”框架在“行动基础”方面，我国的大数据、云计算、AI应用层面是强项，而这些技术的应用领域众多，市场前景广阔。2019年以来，我国先后成立了上海、深圳、济南、北京、天津、杭州、广州、成都八大人工智能创新应用先导区，坚持应用牵引，开放场景带动产业落地，在2021人工智能计算大会上发布的《2021-2022中国人工智能计算力发展评估报告》，人工智能城市排名的前10中，这八大人工智能创新应用先导区占据7席，其中北京排名第一，广东广州、深圳两市均进入前十。可见采取以应用层为先导，成绩显著。这八大先导区易以继续以应用层为突破口，带动技术层、基础层、芯片层面的发展，构建智慧城市基础产业布局的“行动基础”。

五、小结

概言之，正确适时的智慧城市产业基础布局是当前我国经济高质量发展的必由之路，也是我国产业发展在全球产业链中从资源输出型向技术输出型转变的重大机遇。在智慧城市产业基础布局中，需有明确的产业发展目标，本文提出了构建智慧城市产业基础布局的三大基础框架：沟通基础、空间基础和行动基础，探讨了智慧城市产业基础布局的架构和路径。从存在的问题看，我国产业的短板是关键装备、核心零部件、关键基础性随机软件，短期内难以完全补足这些短板，但要加快补足的步伐与广度。比较优势布局理论和点轴理论告诉我们，补足这些产业短板，可以从最擅长的层面为带动点，来获得市场和利润，把优势层面站稳的市场和利润传导到产业的短板层，给短板层面注入发展所需的资源和人力。集中力量加大科技创新和科技应用力度，加快产业基础研发，对涉及面广的卡脖子关键问题（比如各类芯片制造和核心工业基础软件），加强顶层设计和集体攻关来予以解决。就当前我国智慧城市建设的普遍情况来看，以5G技术为突破，加快智慧城市产业基础布局的“沟通基础”建设；依托自主产权的北斗导航定位系统为突破口，加快智慧城市产业基础布局的“空间基础”建设；以大数据、云计算、AI技术等信息技术为基础，加快智慧城市产业基础布局的“行动基础”建设，共同为城市各产业构筑智慧城市级的产业基础，是我国当下智慧城市建设的突破点和实现路径。