智慧城市的功能与价值

2012-07-07北京邮电大学芦效峰上海交通大学李海俊同济大学程大章

智能建筑与智慧城市 2012年6期

文｜北京邮电大学芦效峰上海交通大学李海俊同济大学程大章

1 智慧城市的功能

“智慧城市”的理念把城市本身看成一个生态系统，城市中的市民、交通、能源、商业、通信、水资源构成了一个个子系统，这些子系统形成一个普遍联系、相互促进、彼此影响的整体。在过去的城市发展过程中，由于科技力量的不足，这些子系统之间的关系无法为城市发展提供整合的信息支持。而在未来，借助新一代的物联网、云计算、决策分析优化等信息技术，通过感知化、物联化、智能化的方式，可以将城市中的物理基础设施、信息基础设施、社会基础设施和商业基础设施连接起来，成为新一代的智慧化基础设施，使城市中各领域、各子系统之间的关系显现出来，就好像给城市装上网络神经系统，使之成为可以指挥决策、实时反应、协调运作的“系统之系统”。智慧的城市意味着在城市不同部门和系统之间实现信息共享和协同作业，更合理的利用资源、做出最好的城市发展和管理决策、及时预测和应对突发事件和灾害。如图1所示。

1.1 基础业务

基础业务是智慧城市的基础功能和应用，完成城市信息的实时获取，实施即时的城市管理。通过城市网格化管理，实现城市管理信息化、标准化、精细化和动态化，提高管理效率并且改善市容市貌和维护城市安全。

图1 智慧城市的功能

（1）数字城管。将城区划分一定面积为单位的网络状单元，应用物联网技术对违反市容规定的行为等进行实时监控和精确管理，明确管理责任人，实现分层、分级、全区域管理。

（2）平安城市。公安系统各级监控系统联网，整合安防监控系统、城市报警系统、电子警察系统等，构建城市安全的基础平台，为侦查犯罪与纠查违规行为提供及时充分的信息和分析支持。

1.2 行政业务

智慧城市的行政业务系统指构建综合电子政务平台、整合公共服务。将一系列行政事务进行整合和管理优化，主要系统功能有：

（1）并联审批。实现市（区）级社区横向联系，政府建立跨各职能部门的数据标准及交换体系。实现各类行政业务的共享。通过信息透明公开，加强社会监管，实现“阳光式”权力运行。

（2）建立网上虚拟电子政务大厅。实现“一站式”市政服务，精简政务流程，不仅降低了行政成本，而且让市民和企事业单位足不出户完成行政审批和其他政府服务，树立服务性政府为民办事的形象。

这两个业务层次虽然是智慧城市的低级应用，但可以有效提高管理效率和降低行政成本。

1.3 智慧服务

智慧服务针对城市面临的具体问题提出智慧解决方案。

（1）智慧城市交通

智慧城市交通整合公共汽车系统、出租车系统、城市捷运系统（MRT）、城市轻轨系统（LRT）、城市高速路监控信息系统（EMAS）、车速信息系统（TrafficScan）、电子收费系统（ERP）、道路信息管理系统（RIMS）、优化交通信号系统（GLIDE）、电子通信系统和车内导航系统信息，提供综合的实时信息服务，并对交通流量进行预测和智能判断。如果遇到突发事件可以优化应急方案，调动救援资源。如图2所示。

图2 智慧城市交通示意图

智慧城市交通还可以通过感知交通流量并进行预测和建立模型，提供智能的“拥堵费”收取系统、全市联网的停车管理系统，不仅能够充分使用城市交通基础设施，而且通过“收费”杠杆引导车流，有效缓解城市交通压力，缓解拥堵和污染问题。瑞典斯德哥尔摩建立的智慧交通体系，仅按照拥堵程度对交通车辆进行智能收费，使该市汽车使用量降低了25%，汽车碳排放降低14%。

（2）智慧城市医疗

智慧城市医疗关怀市民健康，通过建立“语义化个人健康电子病历”，使医疗机构间信息对接，医疗资源得以整合，解决社区医院、专科医院和大医院之间分工协作的问题。使得“小病进社区、大病进医院、康复回社区”成为现实，有助于解决“看病难、看病贵”的问题。在这样的模式下，还可以有效提升用药安全水平和临床诊疗水平。如图3所示。

图3 智慧医疗

（3）智慧家庭

融合家庭控制网络和多媒体信息网络于一体的家庭信息化平台，是在家庭范围内实现信息设备、通信设备、娱乐设备、家用数字家庭电器、自动化设备、照明设备、保安（监控）装置及水电气热表设备、家庭求助报警等设备互连和管理，以及数据和多媒体信息共享的系统。智慧家庭提高了家庭生活、学习、工作、娱乐的品质，是未来生活的愿景。尽管有多种模式与解决方案，但都包括信息、通信、娱乐和生活四大功能。交互式网络电视（IPTV）、电脑娱乐中心、网络家电以及智能家居等，都是智慧家庭的体现。如图4所示。

图4 智慧家庭

（4）智慧食品

近年来我国城市食品供应安全问题频发，引起国人的高度关注，如图5所示。智慧食品系统包括三个子系统：

①追踪系统。通过物联网技术对农、林、畜、牧、渔的食品原料生产、原料加工、物流运输环节和销售环节，再到餐桌上整个闭合圈全程监控，明确供应链上各个企业责任，控制风险。

②生产评估系统。原料企业、加工和深加工企业可以通过数学模型，把食品质量和工艺联系起来，分析工艺的风险程度，确保符合国家标准。

③食品行业应急机制。包括食品安全的早期预警和突发问题应急管理。当出现突发食品安全事故时，可以追踪事发点、当事人，并查明食品去向，把影响控制在最小范围。显然，智慧食品抓住了食品的生产安全和流通安全，对于诸如生猪产业的“放心肉工程”建设、“地沟油”控制以及乳制品突发事件的处置都会有很大帮助。

图5 基于物联网的猪肉安全溯源

（5）智慧水务管理

水资源越来越成为我国各城市发展的瓶颈，智慧水务系统试图实现水资源的优化利用，包括：

①实施日常监管工作，实时掌握水环境。对流域的整体分布、自然降水、水流、地下水、水质、人工蓄水、生活用水、工业农业用水和污水排放进行实时感知监控。

②分析数据快速响应，提高水资源使用效率。一方面，通过分析海量监测数据，合理规划水务部门、自来水公司、污水处理厂、市政建设部门流域取水和农田灌溉布局，科学决策调水、取水、污水排放、水再生、地下回灌等；另一方面，及时预知管网故障、水质、输水情况和水压等管网健康状况，进行维护、检修和建设。

③加强水污染和突发事件响应，一方面事前发出预警，另一方面污染事件发生后根据污染物、污染源和污染情况的监测数据分析，估计灾害波及程度和制定快速应对方案。

（6）智慧的城市规划

城市规划是对城市未来发展的预测和指导，对于今天城市化快速发展、城市面貌日新月异的中国来说，往往会陷入“规划赶不上变化”的困境。智慧城市规划的关键点在于，结合城市发展的经济、地理、人口、交通的历史和现状信息，对未来趋势进行科学预测，智慧布局交通道路、物流枢纽、中央商务区、工业园区、卫星城、警务、商业网点、医院、银行、公交站点、学校、娱乐设施、文体设施、博物馆、公园等城市规划项目，达到绿色、环保、以人为本的要求。智慧城市规划根据区域的社会与经济发展目标，提出城市功能的优化解决方案，比如老工业区的外迁和升级改造、老商业区和居住区的升级和功能再定位、城中村改造等。如图6所示。

图6 智慧的城市规划

智慧服务还包括工业园区和城市一体化平台、绿色供应链、智慧城市电力供应和社保决策系统等。随着城市运行中问题的不断涌现，智慧城市的智慧服务内容也将不断丰富。

1.4 智慧运行管理

（1）日常运行管理

智慧城市系统的综合运行，需要智慧城市的综合指挥指令中心来指挥协调，包括：

①促使智慧城市的运行和短、中、长期综合规划衔接，达到各时期目标。

②综合指挥中心，作为智慧城市的“总中心”，指挥协调各智慧服务系统的“分中心”，形成智慧城市系统的宏观运行。

③负责智慧城市系统日常维护和升级工作。如数据的储存、维护，软硬件设施的运转维护以及系统升级等。

（2）城市应急系统

在城市面临突发事件时，城市应急系统启动。突发事件是指自然灾害（地震、洪水、海啸、山洪、滑坡、冰雪等）、公共安全事件（污染物化学品泄露、突发不明传染病）以及群体性突发犯罪事件等。近年来我国开始逐步建立国家应急体系，中央和省市都设有应急办公室，以作为突发事件下的组织保证。

智慧应急系统有助于提高应急体系水平。科学地建立应急预案，使智慧的预案有较强的预见性（做出预警）、针对性，能对风险做出准确预计和分析并做好人员疏散、物资分配、救援和生产恢复计划，确定责任人和岗位责任。通过应急管理和指挥系统，利用物联网、互联网和计算机系统来准确地分析灾情进展，分析救灾物资需求数量和投放地点，察看应急物资储备和补给供应情况。以消防、交管、医疗等多部门协作，实施综合指挥，妥善处置灾情并力争灾后损失最小。

2 智慧城市的价值

“智慧城市”建设是促进新一代信息技术成长的一个重要发展契机，将会带动一大批具有广阔市场前景、资源消耗低、产业带动大、就业机会多、综合效益好的产业发展。把这一主题列为培育和发展国家战略性新兴产业的研究范畴，将会使国家和民众都受益，堪称“一把钥匙开多把锁”。对于宏观经济而言，将促进产业链升级和提高获利能力，催生出智慧社区、智慧家庭、智慧交通、智慧物流、智慧医疗、智慧银行、智慧电网、智慧政府、智慧学校、智慧农业、智慧环保、智慧建筑和跨行业智慧等对国民经济和社会发展具有直接拉动作用的、可持续发展的新兴产业。在后金融危机时代，对于扩大内需、拉动出口增长堪称是一匹黑马。除此之外，智慧城市还可以为地方政府管理城市、引导城市发展提供先进的手段，并客观上成为衡量城市科学发展水平的一把尺子。

2.1 智慧城市可以促进城市化模式的转变

城市化已经成为推动我国经济增长的重要引擎，城市化发展迅猛。但当前城市化模式是以巨额基础设施投入、大量拆迁更新建筑、耗用大量土地、滥用不可再生自然资源、能源密集消费以及破坏生存环境为代价的。“粗放型”、“外延式”的城市化模式越来越显示出其弊端，有些城市承载能力已经达到饱和，难以持续。以北京为例，2009年底常住人口近2000万，98%的能源需外地调入，交通、环保问题突出。依靠老模式，进一步扩宽道路、加大基础设施投入，其效果在逐步递减。水资源方面，2008年我国北方45%的地表水和38.7%的地下水被开采，城市水资源处于极度紧缺状况。水资源缺乏不仅仅是由于自然供应不足，更重要的原因是人为因素，如对水资源整体规划利用不当、管线跑冒滴漏、利用不科学等。

2008年我国城镇人口为6.07亿，乡村人口为7.21亿，据一般估算，未来十几年中，城镇人口每年增加3000万，将有3～4亿人涌入城市，出现约8个人口超千万的超级城市。与此同时，二三线城市发展迅速，“城市群”逐步崛起。我国城市化模式迫切需要转向“提高资源利用效率和优化生存环境”为导向的“集约型”和“内涵式”模式。智慧城市系统，从整体规划、系统综合运行到具体智慧服务，必须以整合、节约资源和创造宜居生活为宗旨，将成为我国城市化模式转型的重要平台。

2.2 智慧城市可以全面提高城市发展中政府提供公共服务的能力

高速城市化中，公共服务和社会管理压力加剧，政府承担的公共责任越来越大。智慧城市使政府信息化建设从传统的“电子政府”过渡到“整合的政府”、“无处不在的服务性政府”，最终达到“智慧政府”，从而大大地提高政府提供公共服务的能力。

（1）降低城市管理成本、提高行政效率。智慧城市的基础业务能实现低成本并及时准确对城市管理和公共安全做出响应；行政业务整合了各部门的行政资源，提高行政资源使用效率。

（2）公共服务层次深化。智慧服务可提供高层次的、细化的公共服务，深入到食品、医疗、教育、电力、供水、交通等，有一种公共服务如影相随、量身定制的感觉。

（3）促进政府职能转变。比传统的“管理与被管理”式的服务更进一步，智慧城市各项服务更加人性化，形成政府和被管理者的友好互动关系，最终促进政府职能从根本上转变。

2.3 智慧城市有助于城市治理模式的变革

智慧城市建设有助于对城市治理模式进行变革，这样的变革体现了“新公共管理（New Public Management，是指20世纪80年代以来发达国家所进行的公共行政改革实践）”的基本价值取向。

（1）公共权力透明化。物联化和全面的互通互联，使城市公共管理的信息共享；另一方面，以智慧城市的行政业务为代表，公共权力的决策和使用更加透明化，城市治理结构变得扁平。这都有助于实现新公共管理所要求的，诸如加强政府部门内部竞争，应用企业化的管理以及对公共管理进行监督和绩效考核等改革措施。

（2）城市管理出现“自治”特征。和传统的政府发号施令，市民、企业和组织服从这样的“他治”模式相比，智慧城市使得城市管理出现“自治”特征。在智慧交通中，出行者根据拥堵情况和停车位情况，自行决定是否出行和出行的方式，这种模式下，避免开车进入拥堵地段的决策是出行者自己做出的，每个人都是交通秩序的维护者。这种方式显然比诸如“尾号限行”这种行政方式更加有效。城市管理的自治机制，使得行政命令变成被管理者的自主选择，实现“自己管理自己”。自治模式体现了新公共管理所追求的，政府从“划桨”变成“掌舵”，公共服务的提供模式转变为政府主持、公民自治。

（3）实现城市管理的客体中心主义。智慧城市以城市管理客体为核心，完成了新公共管理要求的从“主体中心主义”向“客体中心主义”的转型。智慧城市的管理者和被管理者的良性互动关系，使得市政当局从发号施令的官僚机构，转型成为以人为本的，尊重“顾客”满意度的服务者。

2.4 智慧城市可以促进城市经济的发展

粗放式的城市化建设，建造了城市的“四肢”，智慧城市相当于建造城市的“神经系统和大脑”，对城市经济将起到较大的促进作用。如图7所示。

（1）智慧城市建设成为新的经济增长点。传感网、物联网、互联网更新、超级电子计算机以及数据处理、计算技术的研发、制造和应用，这些高科技资本密集产业会成为新的经济增长点和产业升级的引擎，极大地带动了相关产业。

（2）提升城市经济发展的质量。智慧城市使得城市系统升级换代，基于城市系统的财富创造活动也随之升级，促进整个城市经济向知识经济和创新经济转型，提升经济发展质量，达到高效、低耗、可持续发展的目标。

（3）激活民间投资、促进就业。首先，民间投资将得到大量政府采购订单、服务外包等业务机会，促进民间投资产业结构不断升级；其次，公共服务水平的提升、智慧基础设施和智慧服务，都为民间投资提供了良好的经营环境；最后，城市治理模式的变革，改进了政府和民营资本之间的关系，民营资本的创业和发展环境不断优化。在当前流动性过剩和就业形势紧张的背景下，激活民间投资和开启就业新领域，具有重要意义。