楊春立：基於數字孿生的智慧城市頂層設計探索與實踐

雷鋒網按：數字孿生連續兩年被列為當年十大戰略科技發展趨勢，也是賽迪網在2018年公布的智慧城市十大熱詞之一，數字孿生是一個集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的模擬過程，越多越多的城市建設者認為智慧城市的前提是將真實世界與虛擬世界一一映射，在虛擬空間中完成對城市的運營。

市場調研機構Gartner早在2017年就已經把數字孿生技術列入了當年十大戰略科技發展趨勢之中。在最近一次報告中，Gartner則是進一步預測，到2020年，互聯感測器與端點將超過200億，數字孿生將以數據為基礎，服務於數十億個物聯網設備。

楊春立認為，關於智慧城市有兩類頂層設計方法論。數字型是其中一種，這是院里評測中心軟體和集成電路評測中心2010年左右提出的智慧城市頂層設計方法論，主要的理念是按照統承的思想，採用「梳子模型」對城市的建設和規划進行系統的設計。另外他還提出「雙核一帶全覆蓋」五個功能區。

以下是他在現場的演講全文，雷鋒網（公眾號：雷鋒網）獲得授權，並做了不改變原意的編輯與整理：

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楊春立：尊敬的各位嘉賓下午好！非常高興參加本次論壇，今天想跟大家一塊探討智慧城市的頂層設計。剛才張總提了幾條我非常贊同：一是以人為本；二是一城一策；三是把時間維度和屬性維度添加進來我非常贊同。

智慧城市這個理念開始提出以來，經過十幾年的發展，我們可以看到城市在精細化管理、智能的運行甚至提高人們的生活品質方面發揮了很大的作用，這些作用集中體現在信息技術和城市發展在城市中的創新應用。

截止到目前，全球有1000多個城市都在積極的探索數字城市、無線城市、智慧城市，其實都在不同程度的探索。目前成為經濟社會創新發展的載體，但是我們說十幾年來智慧城市的建設成效是什麼向的？實際上不太樂觀，2017年發布的全球智慧城市戰略指數，只有19個城市超過了50分，我們國家2019年開始提新型智慧城市，2016年我們國家發改委對新型智慧城市進行評價，第一年的評價報告來看，成效也不太樂觀，平均分也不太及格，成熟分的城市為0，成長期的城市40個，超過17%的城市還是處於起步期，市民的體驗剛剛及格。

為什麼智慧城市經過這麼多年的建設，為什麼成效上存在不容樂觀的情況？比如說重硬輕軟，很多的市民溝通參與不夠、智慧城市的運營模式不成熟或是沒有成功，這裡面提了十個，都歸結為頂層設計，頂層設計方面存在或多或少的問題。

現在，我們頂層設計哪些方面存在難點和瓶頸？實際上現在很多的智慧城市在頂層設計的過程中，更多的是把它當成信息化的建設項目，信息技術的單純應用出來進行頂層設計。還有在智慧城市頂層設計過程中不太注重總體的架構和整個實現路徑，所以從目前來看，這些智慧城市的建設過程中又形成新一輪的信息孤島，這就是我們現在智慧城市頂層設計過程中存在的突出問題。使得很多的智慧城市存在千人一面的局面，我們怎麼對智慧城市進行頂層設計？

我們先來看看智慧城市頂層設計的演變，上面這張圖是賽迪顧問梳理2009年，我們國家開始進行智慧城市建設。一直到今天，不同程度出台的相關戰略文件，政策和相關的標準規範，有概念導入期和建設加速期、升級發展期，劃分了三個階段，不同的階段中，我們出現的智慧城市頂層設計的方法論主要有以下幾個方面：一是EA（企業架構），主要在企業信息化方面用到頂層設計方法，最大的特點是以業務驅動信息系統的建設；二是SOA（面向服務的架構），最大的特點就是實現了中立，把各個組件當成是服務的功能模塊，在介面上獨立於硬體、獨立於操作系統、獨立於編程語言；三是信息工程方法論，還有我們後面提到的Cobit IT治理，IT治理是國外的政府機構把IT的審計規則和相關的規範引入到智慧城市的設計理念來，最大的突出特點就是把智慧城市的構建目標和IT的審計規則有效的銜接起來，還有後面提到的信息技術或是IT服務論這套方法。還有共享服務的模式，非常契合今天我們提到的共享經濟理念，就是把很多的共性功能，以高效低成本的方式提供給各個相關的部門。

還有後面列舉的兩點，這個是今天重點跟大家探討的兩類頂層設計方法論：一是數字型，這是我們院里評測中心軟體和集成電路評測中心2010年左右提出的智慧城市頂層設計方法論，主要的理念是按照統承的思想，採用「梳子模型」對城市的建設和規划進行系統的設計。主要特點是採用的基於服務的SOA架構體系，功能模塊緊內聚又實現了松耦合，大家梳頭用的梳子大家都不陌生，他們可以拆卸，非常柔性、非常靈活的應用服務平台。

梳子上的一個一個的齒是多種多樣的應用，它是相對獨立存在的行業應用系統，與這些應用服務平台組裝在一起滿足智慧城市發展需求的各類應用。按照這種形式進行設計，可以從根本上消除信息的孤島，保證投資的連續性，也能夠對各類基礎設施的適應性、適配性大大的提升，實現各個應用系統的集成，實現真正的業務系統，實現信息的共享，這是我們2010年前後提出的智慧城市「梳子模式」。

我們採用這種方法對幾個城市進行了頂層設計，我們最早在北京市東城區開展的頂層設計，主要實現了「三化一體系」的發展戰略，推進城市管理的精細化、公共服務的個性化、服務經濟低碳化、構建政府服務各管理的支撐體系，整個架構包括五個，有一個網路基礎設施的支撐，再就是兩個服務，技術支撐的服務和綜合服務的框架。另外兩縱還包括網路安全和政策相關的標準規範。這是「梳子型」設計的頂層設計（如下圖）。

後來我們又參與到上海張江城智慧城市發展規劃，張江是作為上海國際科技創新中心核心功能承載區，是推進自由貿易區和自主創新示範區兩大國家戰略，實現「雙自聯動」的前沿陣地，我們提出「雙核一帶全覆蓋」五個功能區，雙核是指雲計算大數據中心和智慧城市的運營中心，「一帶」指南北創新劑科技信息服務帶。五個中心包括智慧政務、智慧科創服務、智慧社區、智慧樓宇、智慧交通。

重慶市智慧南岸頂層設計，我們提出五層架構，五層框架包括感知的終端層、網路設施層、信息資源層、共享交換層、智慧應用層。

我們和聯通共同做棗莊智慧城市架構，張總介紹中也能感受到數據量非常大，而且現在明顯的智慧城市發展的特徵就是以數據來跑路、以數據說明、以數據決策，整個智慧城市未來發展的重點也是以數據核心推動，智慧城市的建設中作用越來越突出。

我們基於「梳子型」頂層架構的方法論，我們提出三層的架構，第一層沒有變，基礎設施層；二是核心的賦能層，這一層主要解決城市裡面大數據資源體系的構建，在這裡面用數據資源層；三是釋放能量、賦予能量層，各類的應用在這裡。智慧城市是信息系統的大綜合、大集成、大協同。

我們的基礎設施、信息資源、應用服務、安全體系、體制機制、標準規範要實現綜合，智慧城市覆蓋的各個領域，經濟、社會、文化、政治、生態五位一體方面。應用信息系統不是簡單的堆積。它也是可以升級、演變的，這是我們當時認為的智慧城市，我們又形象構建了像一棵智慧樹一樣形成的智慧城市框架，底層的根基是基礎設施，枝葉部分是服務，樹榦、核心是城市生命線的智慧運行。各類應用和城市裡發展的各種產業，這是當時我們認為智慧城市是信息系統，大家可以看之前的這些頂層設計還是從信息系統維度進行頂層設計的，要做好智慧城市的頂層設計有三大原則：面向未來，有哪些問題、哪些需求，我們要面向服務的對象，面向有一定的前瞻和引領，要具有未來，而且還要考慮考慮服務的對象。

我們國家提新型智慧城市，智慧城市有建設的需求方，有提供解決方案方，有需求、有供給，對於這些需求和供給來說是不是智慧城市的主角？這些主角對城市的發展有什麼樣的智慧需求？追求經濟增長、追求管理和追求服務的便捷性，解決方案提供商最終的關注點在哪裡？這些都是我們在新型智慧城市頂層設計中需要重點考慮和解決的維度。新型智慧城市的目的、手段又在哪裡？新型體現在哪些方面？新型智慧城市體現在以人為本，體現在新型智慧城市的建設，頂層設計、建設、應用過程中要有系統化的思維，它是一個系統工程。智慧城市這麼多年的發展是不斷的完善、不斷升級、不斷演進的過程，而且我們說新型智慧城市一定要有專業的服務在裡面。當然這些智慧也在不斷的演進升級，不同的時代內部的含義不一樣，就是因為我們應用到了不同的以後，技術在演進、技術在不斷的突破、不斷的創新，推動智慧的層級在不斷提升。

居住在城市裡的居民、企業、政府，這些是城市服務的主體，對於城市來說服務的主體考慮到城市的可持續發展能力，城市的治理能力，這些是智慧城市今天所要考慮構建的目的和實驗的技術手段，原來追求土地空間的發展，從這種模式中解脫出來。要把政府、企業和居民作為新型智慧城市建設中缺一不可的主體，明確各方承擔的職責，特別要把居民主人公的意識激發出來，共建共治共享共惠的局面，數據是在自由的流動，是否合理的開發利用，可以合理的追蹤責任和動態的分配利益。

當然，新型智慧城市也要體現我們時代的特色，政府層面要簡政放權、放管結合、優化服務，要進行深層次的改革，基於新型智慧城市的考慮，我們在探索，是不是在原來智慧城市頂層設計的理念中，探索數字孿生加上數據模型CIM的方法構建新型智慧城市。

剛才主持人介紹了數字孿生大家都不陌生，最早起源於CAD軟體，主要應於製造業領域的產品研發設計，其實到了今天，數字孿生仍然沒有得到大規模的推廣，最初是在輪船、飛機這種極端複雜的產品，在虛擬模擬領域應用比較多。今天，新型智慧城市建設過程中，在新型智慧城市的頂層設計里應該把數字孿生的這套技術、這套方法論引進來，所以我們提了數字孿生加城市信息模型構建新型智慧城市的這套方法論，核心就是以城市的信息數據為基礎建立起三維城市的空間模型，和城市的信息形成有機的綜合體。範圍上來講是一個大場景的GIS，地理信息空間數據加上一個小場景的BIM，CIM是在BIM的基礎上進行提升，加上新興的技術，物聯網、人工智慧和大數據有機結合在一起。技術上講，就是數字孿生加上BIM形成的，好處是自動調動流程中各種信息。現實中有一個實體正在建設的城市，對應我們的軟體裡面，我們信息系統里有一個和它一模一樣的模型。

CIM的前身是BIM，主要是起源於建築信息模型，同時基於這些數字模型對項目進行設計、建造和運營管理，BIM的特點和建築本身的全生命周期作為對象進行管理、設計、施工和維護。CIM基於BIM構建建築物的輪轂、主體結構和物理設施的設計，實現建築物各類資源的優化和應急方案預演以及對各個建築群之間資源進行動態的優化和配置。從本質上來看，CIM就是由計算機三維模型的資料庫創建建築的信息，容納設計、建成、使用甚至到後期的維護，全生命周期、全過程的信息。

數字孿生、BIM、CIM的本質思想是集成、並行、迭代，所有的應用程序和業務都是基於數據流，還有一個關鍵就是場景，把一個一個劃分成相對獨立的場景解決人和各個參與主體之間的業務關係。我們說基於數字孿生和城市信息模型構建的頂層設計，主要遵從幾個理念：一是遵循大的視野，凸重點、重實效。立足以人為本，落腳智慧化建設，民生的需求，城市的功能定位出發，分析整個城市的核心優勢和面臨的短板，明確智慧城市的需求、分級、分類建設智慧城市。既注重新技術又注重信息安全。二是數據驅動，智慧城市更多的是數據的自由流動，數據來說話，數據跑路、數據決策，把城市的數據能夠進行集成和動態分析。形成城市運行全生命周期動態管理，提升管理水平。三是注重多方的協同，通過參與主體多元利益相關交互參與，改變政府主導單一建設模式，從今天來看，越來越多的智慧城市，從政府主導的模式向社會共同參與，聯合建設運營的多元化模式，很多城市都在向這些方面探索。

總體來看，隨著今天技術的發展，CIM的這套方法論已經在技術上不存在任何障礙。基於這套方法論我們提出新型智慧城市的SMART模型，主要是由三層構成：

1、投入層，為實現戰略目標所做的資源、技術的投入。

2、產出層，建設產生的應用平台、業務系統。

3、績效層，是智慧城市將來運營成敗最關鍵的一層。

新型智慧城市框架是什麼樣的？有一個通用的平台、開放的應用體系、共用基礎的一張網、高效的城市運行指揮中心，明顯的幾個特徵是基礎設施層面強化共用，核心平台層又稱之為操作系統層，最大的特點是能整合、通用，應用服務層是智慧城市成敗的關鍵，最大的特點就是開放。

CIM的應用呈現，不同的呈現不管是智慧社區還是虛擬巡邏，管線的布控，都是劃分成典型的應用場景。新型智慧城市和頂層設計方面的探索和應用，說到數字孿生，雄安新區這是在應用頂層設計方法論在構建，有物理實體的雄安在建設，系統裡面也有跟它相對應的模型在構建，這套方法論最大的好處是通過數字模型模擬就能知道未來幾年，比如說未來城市發展成什麼樣？假如說我引進產業、引進龍頭企業能夠帶動多少就業，能夠產生多大的產出，這是這套模型最大的好處，能夠提前引領性的預示出未來新型智慧城市的發展格局。

當然國外也在積極的探索，比如說新加坡就有虛擬新加坡，他們已經在用這套方法論在構建。法國也有相應的城市在用這套方法論探索。

這是賽迪在智慧城市實踐中一些案例，我們現在的實踐是規劃、建設、評估三方分離進行構建。

上午有演講嘉賓提到諾貝爾獎獲得者斯帝·格利茨提出影響21世紀兩件事：一是美國的新技術革命；二是中國的城鎮化。我們國家的城鎮化，特別是新型智慧城市的建設承擔了這個重任，承擔了推動全球經濟發展的重任。

我今天的演講就到這裡，謝謝大家！

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