智慧城市建设中定性到定量综合集成法的应用

摘 要：在全球信息化浪潮的推动下，智慧城市已经成为城市发展的新方向。钱学森提出的从定性到定量的综合集成方法，在指导系统工程研究中取得了巨大成功。在分析当前智慧城市研究与建设中存在的局限性的基础上，把从定性到定量的综合集成的工程方法引入到智慧城市建设中来。剖析智慧城市的开放复杂巨系统的特征，分析从定性到定量综合集成方法在智慧城市建设中的可行性，构建从定性到定量综合集成方法在智慧城市建设中的应用模型，对当前中国智慧城市的建设提出建议。

关键词：智慧城市；从定性到定量的综合集成方法；开放复杂巨系统

中图分类号：F293.1 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2016）16-0095-05

在信息化技术快速发展的现代，智慧城市已成为多数城市实现自身发展，转变经济发展方式，促进产业升级，改善民生的宏伟目标的战略选择。智慧城市区别于传统的数字城市及智能城市，目前国内的智慧城市建设与评价仍然较多地停留在技术应用的智能层次上，而人本导向的信息技术的综合运用才是智慧城市的本质要求。

一、概述

世界范围内城市化进程的加快，对城市建设提出了更高的要求，智慧城市作为新的发展趋势受到越来越多的国家的重视。智慧城市（Smart City）是由IBM在“智慧地球”理念下提出的，并将其定义为：能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运营核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能的响应，为人类创造更美好的城市生活[1]。豪尔（R. E. HALL，2000）等人认为，智慧城市是监控并整合城市所有关键设施的状况，包括道路、机场、水、能源能，最优化资源分配和活动计划，在为市民提供最优服务的同时关注城市安全[2]。哈里森（Harrison C.，2010）认为智慧城市是应用传感器、个人设备、智能手机等获取城市生活的现时数据，将这些数据整合到计算平台通过综合分析、模型等形象化城市运行状况指导运行决策[3]。王世福（2012）认为，现有研究对智慧城市本身的科学定义和内涵缺乏理性认识，指标体系构建的主观性强，缺乏科学的论证和分析，广义的智慧城市是以物联网为重要基础之一的以先进信息技术、智能技术和多网融合为依托，以智慧技术、智慧产业、智慧服务、智慧管理、智慧人文、智慧生活为重要内容的城市发展新模式和新形态[4]。狭义是使用各种先进的技术手段尤其是信息技术手段改善城市状况，提升城市品质，可以理解为智能城市。袁文蔚、郑磊（2012）认为，智慧城市既是一个创新型城市，它通过鼓励发展物联网、云计算技术等高新技术产业推动创新与研发，也是一个学习型城市，它通过优质的高等教育、终生学习的社会文化氛围培育智慧的公民，最终创建以知识为导向的知识型城市[5]。宋刚、邬伦（2012）年认为，智慧城市应强调服务导向、以人为本，为城市及生活其间的市民塑造公共价值并创造独特价值[6]。因此，智慧城市是高新技术范畴与人本范畴的完美整合，代表着城市发展的新形态。当前，政府及学者对智慧城市的理解仍偏向于信息化建设的技术层面，尚未达到信息化建设的最终目的“智慧”，智能设备对信息和数据的智能处理只是智慧城市的基础，而信息化技术的人本应用，从而带来城市生活的便利与进步，才能称为“智慧”。

在智慧城市建设过程中，IBM认为智慧城市建设的重点在于信息通信技术在城市生活中的运用，目的是以数据为中心建设城市“物联网”，在融合“物联网”与互联网的基础上，整合城市运行的各个系统，从而达到城市运行的最佳状态[7]。其认为智慧城市发展策略是：在城市发展过程中，在其管辖的环境、公用事业、城市服务、公民和本地产业发展中，充分利用信息通信技术（ICT），智慧的感知、分析、集成和应对地方政府在行使经济调节、市场监管、社会管理和公共服务政府职能的过程中的相关活动与需求，创造一个更好的生活、工作、休息和娱乐环境。认为城市系统运行和发展的核心因素是：组织（人），商业、政务，交通，通讯，水和能源，必须看到整个系统的整体性。泰武（Taewoo Nam，2011）等认为，智慧城市建设应该综合关注技术、居民及制度三个方面，社会因素是智慧城市建设的核心内容，要充分考虑城市的社会因素、技术因素与物理环境的复杂性与关联性[8]。逄金玉（2011）认为智慧城市应该包括基础设施建设、信息平台建设两大类核心应用，需要具备四大特征：全面物联、充分整合、激励创新和协同运作；认为各地应该选择适合当地城市规模、管理方式与信息化发展程度相适应的模式[9]。王世福（2012）认为智慧城市建设应是尽可能优化整合各种资源，让生活在其中的人可以心情愉快而不是压力重重，即适合人的全面发展的城市，是一种对理想城市的新思考，是一种超越技术狭义的思考，使用软系统方法论，智慧城市研究模型的建构关键点在于对城市社会系统和智慧城市系统进行特征定义。多学科相互交融的协同研究是开展智慧城市研究的要求[4]。王思雪、郑磊（2013）对国内外五个代表性的智慧城市指标评价体系（IBM、欧盟、台湾、南京、浦东）进行了比较分析，结果显示目前国内的智慧城市更注重信息化建设的技术层面，没有达到“智慧”的要求，应该在智慧城市战略制定时，提升评估体系的全面性，在静态评估的基础上关注动态评估并要在一定程度上体现城市特色[10]。

二、从定性到定量综合集成方法论

从定性到定量综合集成方法是钱学森于20世纪80年代末提出的，得益于现代信息技术的发展，是把还原论方法与整体论方法结合起来的系统论方法的具体化，在1990年《自然杂志》第一期上“一个科学新领域—开放的复杂巨系统及其方法论”首次做出系统、完整的阐述。在此文中，钱学森把社会主义文明建设，即物质文明建设、政治文明建设和精神文明建设的协调发展定义为社会系统工程，具有开创性意义[11]。其实质是把专家体系、数据与信息体系以及计算机体系有机结合起来，构成一个高度智能化的人、机结合系统。把人的思维、思维成果、经验、知识、智慧以及各种情报、资料和信息集成起来，从多方面的定性认识上升到定量认识，从而发挥整个系统的综合优势、整体优势和智能优势。

综合集成方法是研究复杂系统和复杂巨系统（包括社会系统）的方法论。通过人、机结合，人、网结合，实现信息、知识和智慧的综合集成。信息的综合集成获得知识，信息、知识的综合集成获得智慧。综合集成方法适用于系统科学、软科学、管理科学、复杂性科学等学科的问题研究。

定性与定量综合集成方法具有以下特点：（1）根据开放的复杂巨系统的复杂机制和变量众多的特点，把定性与定量研究有机结合起来从多方面的定性认识上升到定量认识；（2）由于系统的复杂性，要把科学理论与经验知识结合起来，把人对客观事物的星星点点知识综合起来，解决问题；（3）根据系统思想，把多种学科结合起来进行研究；（4）根据复杂巨系统的特点，把宏观研究与微观研究统一起来。上述这些特点，使得此方法具有解决开放的复杂巨系统中复杂问题的能力。

三、智慧城市建设的从定性到定量综合集成方法研究

（一）智慧城市评价体系分析

目前，国内外众多城市都已经进行了智慧城市专项规划，并部署了智慧城市建设的战略目标并建立了各自的评价体系对战略目标进行评价。在IBM智慧城市评估要素与标准中，其评价体系分为城市服务、市民、商业、交通、通信、供水、能源七个系统。由于IBM作为信息技术和业务解决方案公司，在其评价方法中每一个领域都有对于基础设施投入和信息管理系统的评估，体现了IBM在最初提出此概念的出发点在于运用信息技术为新一代城市发展提供解决方案[10]。而在国内的智慧南京评价指标体现中包括网络互联、智慧产业、智慧服务、智慧人文4个一级指标，在4个一级指标下设立了21个二级指标，并且在该指标体系中有一项为“国际性文化和体育交流活动评价”体现了城市特色[12]。在上海浦东《智慧城市评价指标体系2.0》把评价体系分为基础设施、公共管理和服务、信息服务经济发展、人文科学素养、市民主观感知及软环境建设六个维度，包括18个要素，37个指标，强调了城市居民感知在智慧城市建设中的重要地位[13]。纵观全球各个已经制定的评价指标体系，各个指标体系都反映出其制定机构对智慧城市内涵的理解，但由于其认识的主观性，均存在一定的局限性，因此很难对具体城市的战略实施进行有效的评价，中国内地相对更偏重于基础设施与技术发展的信息化建设层面，没有突出智慧城市的最终目的智慧的要求。其原因主要集中在以下几个方面：（1）对智慧城市的定义不清晰，智慧城市区别于传统的数字城市、智能城市，不仅仅是现代信息技术的应用，更多的是以数据为中心的万物互联的城市建设从而达到各系统之间的协调运作达到城市生活的巨大改善；（2）城市间差异显著，中国作为后起工业化国家，受国家和区域宏观经济政策的影响，城市经济从东向西呈阶梯型分布，城市前期发展水平的差异，导致信息化基础设施建设水平的差异，从客观上很难统一智慧城市建设进程的标准；（3）民俗差异性，中国的多民族融合决定了各城市居民认知上的区别，加上生活水平的高低不同从而形成了差异性的生活观与消费观，而智慧城市的最终要求为城市居民生活体验的巨大改善，因此各智慧城市的建设在以人为本方面必然存在较强的特色性。

（二）智慧城市的开放复杂巨系统特征

周干峙院士最早从建筑科学发展的视角提出城市及其区域是一个典型的开放的复杂巨系统[14]。戴汝为院士从系统科学的观点出发进一步论述了信息时代下的数字城市也是一类开放的复杂巨系统[15]。智慧城市作为信息时代城市发展的潮流方向，本身不仅与周围地区有不断的物质、能量交换，应该在信息、管理等方面实时地对国家乃至全球动态做出及时应对，更应该体现现代信息技术对人类生活的巨大改善作用，所以是开放的；同时智慧城市所包含的单元和子系统众多，以信息服务系统为中心，包括政务、商务、医疗、教育、交通、消防、环境等多个子系统，且各个子系统层次较多，相互之间又存在交叉，形成了多层级交互式的层级系统；作为一个城市整体，智慧城市的要求所有系统最终构成经济有活力，文化繁荣，人民生活安康便捷，人与环境和谐的整体协调发展，而不是各个子系统之间的简单整合，因此具备了复杂巨系统的特征：具有联系紧密的层次及系统，总系统的整体作用大于各个子系统的简单和，大系统决定性地影响小系统，有一定的边界且与更大的系统和旁系统进行交换，具有自组织和自适应性，复杂性和运行的非稳定性，因此将智慧城市作为复杂巨系统进行研究具有较强的科学性，适合引入从定性到定量的综合集成方法。

（三）模型构建

对于智慧城市建设来说，由于其跨学科、跨领域的特点，其所蕴含的知识量是巨大的。综合集成的思想认为，知识是来自于系统化、组织化的信息综合集成；而智慧是对知识的综合及应用，是知识的综合集成。建立在人—机交互体系基础上的综合集成方法，首先通过信息与数据挖掘得到客观的理性知识，而后由不同领域、不同学科的专家，发挥群体的智慧，依照不同领域的科学理论、经验性知识与感性知识、对智慧城市建设问题提出初步的假设与判断。

然而要证明初步假设与判断是否正确，由于社会系统的复杂性，不确定性导致不能以逻辑推理方式的方法进行证明，而社会系统也不能进行试验，这里需要人机结合以人为主的研究方式，计算机运用各种能用的数学方法和工具，再次结合不同领域、不同学科的科学理论进行综合集成的验证、通过人机交互、反复比较、逐次逼近、实现从定性到定量上的认识转变，对经验性假设的正确与否做出明确的结论，在智慧城市建设过程中，由于城市的动态变化和认识上的进步，可以不断提出新的经验性假设，不断由定性上升到定量的认识。

定性到定量综合集成方法在智慧城市建设中的应用主要步骤如下：

1.初步假设与判断的提出：城市生活各个方面的信息数据被传感器收集上传到计算机系统进行信息化处理后，形成理性知识，结合各个行业领域专家的感性知识与经验性知识，并根据城市的发展阶段与特点，形成智慧城市建设的初步假设与判断，构建初步的智慧城市建设战略体系。

2.结合初步假设与判断，对数据信息进行数据分析、系统仿真与模型试验，验证初步假设与判断的正确性，由于智慧城市建设的长期性，会不断有新的信息，新的认识的加入，不断融入新的实时动态，对初步假设与判断与模型进行不断的比较与修正，专家体系在此过程中也不间断的发挥作用。

3.多领域专家对系统仿真与试验结果进行分析，通过人机一体化的反复比对，逐次逼近，直至形成可信的定量分析结果，如果此时的分析结果存在与最初的初步假设与判断不符，就形成对智慧城市建设的新理解。

4.在新理解的基础上，得到针对当前智慧城市建设阶段的新的结论与建议，反馈到智慧城市建设的决策部门，用新的结论与建议指导当前的智慧城市建设，微调智慧城市建设的方向，及时提出新的建设目标，以适应大环境与本城市的发展趋势。

5.在智慧城市建设过程中监测当前的建设状况，评价建设进度与建设成果，找出在建设中存在的问题，与建设目标相偏离的部分，反馈到决策部门，形成汇总意见，结合新的动态与数据信息，回到定性到定量的综合集成方法的循环中。

四、结论与建议

本文通过对比国内外智慧城市的定义得出当前对智慧城市的认知仍偏向于技术层面，由于认识的不充分进一步导致了智慧城市评价体系的主观性、建设过程中的局限性。将钱学森提出的定向到定量综合集成的工程方法引入到智慧城市建设中来，剖析了智慧城市的开放复杂巨系统的特征，认为从定性到定量综合集成方法在智慧城市建设中具有较强的可行性，构建出了从定性到定量综合集成方法在智慧城市建设中的应用模型，用人机结合、以人为主的方法指导智慧城市建设，在模型的循环中不断修正战略方向。本文的研究成果，可以为智慧城市战略制定与建设实践提供理论和方法支持。在此基础上，对当前中国智慧城市的建设提出建议如下：

（一）结合城市发展现状，明确智慧城市建设目标

智慧城市建设是在对当前城市状况充分认知的基础上，与城市经济、社会、文化、政务等各个系统紧密结合在一起的。经济、文化、资源、社会规范的不同会对智慧城市实际实践产生巨大影响，其战略规划应考虑城市的整体利益、根本利益、长期利益，确定未来一定时期内智慧城市建设的方向和目标。智慧城市建设的定位和目标必须体现城市自身的发展定位，实现信息化与城市社会经济发展的互动，推动城市经济与人民生活的同步协调发展，促进城市生活的全面进步。

（二）利用定向到定量的综合集成方法，选择合适的发展模式

将智慧城市的建设目标应与当前城市信息化发展现状与信息化战略相结合，融合城市的区位特点，经济特色等因素，在定向到定量综合集成理论方法的指导下，在实践中不断摸索，反复纠正智慧城市建设中方向与方法上的错误，应强调企业、市民的参与，反映公众的社会诉求与价值追求，形成具有特色的智慧城市发展模式。

（三）引入市场机制，培育信息消费环境

智慧城市作为一项复杂的系统工程，单纯由政府主导不足以支撑投资需求，需要跟多市场力量、社会力量的共同参与，将市场机制引入智慧城市建设是必然选择。信息消费作为当代高科技，高文化发展的产物，具有鲜明的时代特征，其与智慧城市的发展是相互推进的，有利于优化消费结构，在智慧城市建设与管理中，信息消费环境的培育建立在不断提高的信息化基础建设水平的基础上，要求不断增加信息产品供给能力，这与智慧城市建设的过程与目标相一致，提升民生领域的信息服务水平，实现公共信息资源的共享，有利于增强信息产品的供给能力，反过来推动智慧城市的建设与管理水平，保证智慧城市建设与管理的可持续发展。