智慧城市顶层设计方法

智慧城市顶层设计方法摘要 :智慧城市建设已经成为我国新型城镇化建设、促进城市转型发展的重要战略，但目前尚未形成系统化的智慧城市顶层设计方法。

对现有的智慧城市架构设计研究进行了归纳，对智慧城市顶层设计的概念和方法进行了分析，重点分析了成熟的体系结构方法对智慧城市顶层设计的借鉴意义，从系统工程角度提出了智慧城市顶层设计的过程模型，并提出智慧城市顶层设计的几点建议，为形成智慧城市顶层设计方法体系提供参考。

关键词：智慧城市；顶层设计；系统工程；架构设计；应用系统架构目录一、引言 (3)二、智慧城市架构设计综述 (5)（一）基于通信技术视角的架构设计 (6)（二）基于数据视角的架构设计 (6)（三）基于概念域视角的架构设计 (6)（四）基于城市系统视角的架构设计 (7)（五）综合视角的架构设计 (8)三、智慧城市顶层设计概念 (10)（一）系统工程领域的顶层设计概念 (10)（二）宏观政策领域的顶层设计概念 (10)（三）对智慧城市顶层设计概念和方法的思考 (11)四、智慧城市顶层设计方法 (12)（一）顶层设计常见方法 (12)（二）几种成熟体系结构方法及其借鉴意义 (12)五、智慧城市顶层设计过程 (16)（一）智慧城市顶层设计应运用系统思维方法 (16)（二）系统工程常见方法论 (17)（三）智慧城市顶层设计过程模型 (18)六、启示 (19)（一）理性借鉴成熟体系结构方法 (19)（二）重视数据的作用和软环境建设 (20)（三）加强智慧城市的评价和反思 (20)七、参考文献： (22)一、引言智慧城市（Smart City）的概念最早由IBM在1992年提出[1]，2008年前后开始得到世界各国和地区的广泛关注，美国、欧盟、日本、韩国、新加坡、印度等先后开展智慧城市实践。

目前在实践中对智慧城市并无统一的定义，从信息技术、经济社会、城市动态发展等不同角度有不同的解读。

如Washburn等认为智慧城市是使用ICT技术使城市要素和城市服务更加智能、互联、高效；Harrison将智慧城市定义为感知化、互联化、智能化的城市[3]；Nam和Pardo认为，智慧城市是通过建立参与式治理，提高对人力资本、社会资本及IT基础设施的投资，来推动可持续发展和提升生活质量；Harrison和Donnelly[5]认为，智慧城市的本质是一个城市信息系统，在城市内部实现信息的产生、收集、传递、运用、反馈；Zygiaris[6]认为，智慧城市是对传统的城市特征和绿色、智能、开放、创新等新理念的概括，是以IT为基础的城市创新生态系统。

自2013年以来，我国政府通过一系列政策文件的发布，逐步构建了有关智慧城市的宏观政策体系（参见表1）。

2016年《政府工作报告》明确提出“打造智慧城市，改善人居环境”。

近年来，国务院及各部委相继出台的关于大数据、“互联网+”、物联网、云计算、宽带中国、电子商务、信息消费、信息惠民、智能制造、大众创业万众创新、PPP（公私合作）的政策文件，大多通过城市开展落地工作，使得智慧城市成为新时期政策红利形成叠加、集中释放的重要载体，为智慧城市的建设提供了新的发展视角和实现模式。

智慧城市是物联网、云计算、大数据、空间地理信息等新一代信息技术创新应用与城市转型发展的深度融合，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式，体现了城市走向绿色、低碳、可持续发展的本质需求。

[7]建设智慧城市既是我国主动适应经济新常态、提升城市承载能力、促进经济提质增效、提高市民生活品质的现实需要，也是积极引领经济新常态，走中国特色新型城镇化道路，协同推进新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化和绿色化的战略抉择[8]。

在国家政策鼓励和城市发展现实需求的双重推动下，我国越来越多的城市将智慧城市列入重点工作，截至2014年底，全国所有副省级及以上城市、89%的地级及以上城市、47%的县级及以上城市都提出要建设智慧城市[9]。

表1 我国智慧城市相关政策在智慧城市的建设热潮中，逐渐显现出“设计局限化、信息碎片化、建设空心化、安全脆弱化”的乱象。

部分城市信息化基础较弱，智慧建设成熟度不高，平台化意识不强，互联互通、信息共享、业务协同的模式并未完全形成，在传统电子政务建设中未能彻底解决的一些老大难问题仍未得到解决，而且在大数据时代背景下更加凸显，影响了智慧城市的应用成效。

这些问题的主要原因之一就是缺乏顶层设计和统一规划。

对于智慧城市这一复杂巨系统，需要有顶层设计作为建设的蓝图。

尽管“智慧城市”已成为世界公认的城市发展新理念，业界和学术界仍然少有研究对这一发展理念进行系统的思考[10]。

国内外对智慧城市顶层设计的理解各有侧重，且研究均处于起步阶段，尚未形成适用于我国国情的成熟的方法论体系。

本文从系统思维视角，从顶层设计的概念和特点出发，归纳现有体系结构方法，通过对国内外智慧城市顶层设计框架的概括和分析，梳理智慧城市顶层设计方法论的一般特点和现存问题，并提出了若干启示和思考，为我国智慧城市顶层设计的体系化提供参考。

二、智慧城市架构设计综述国内外城市对智慧城市架构设计的研究和实践众多，对智慧城市顶层设计有一定的借鉴意义，但大多数实际上是单一视角的框架设计而非顶层设计，且大都处在探索阶段，尚未出现成熟、通用的方法。

随着时间的推移，智慧城市的架构设计思路也在不断深化和扩展，可分为基于通信技术视角、基于数据视角、基于概念域视角、基于城市系统视角和综合视角等类别。

（一）基于通信技术视角的架构设计早期的智慧城市架构设计建立在ICT的基础上，主要聚焦技术架构，形式较为类似。

Komninos从技术角度提出智慧城市的三层架构，由下到上分别为数据层、应用层、用户接口层，另有一纵向管理层，为用户提供数据权限[15]。

Al-Hader等人提出智慧城市的五层金字塔架构，由下到上分别为基础设施层、数据资源层、智慧管理层、智慧接口层、智慧城市层（即系统集成层）[16]。

Anthopouos等人提出基于SOA的智慧城市五层架构，由下到上分别为信息层、基础设施层、业务层、服务层和用户层[17]。

Liu和Peng提出智慧城市的四层架构，由下到上分别为感知层、传输层、处理层和应用层。

（二）基于数据视角的架构设计数据在智慧城市中的作用日益受到重视。

Balakrishna提出智慧城市应用的三个基础构件，分别为城市基础设施、高速网络和智慧数据资源。

Rong等人提出智慧城市的六层架构，由下到上分别为数据获取层、数据传输层、数据可视化和存储层、支撑服务层、领域服务层、事件驱动的智慧应用层，标准、评价、安全和维护是重要的保障条件。

（三）基于概念域视角的架构设计基于概念域的探讨较为广泛，有些仅罗列了智慧城市的基本要素，有些对要素间的相互关系进行了分析，并提出了综合性的分析框架。

Giffinger和Gudrun提出智慧城市六要素，分别为经济、治理、环境、人、移动性、生活。

Nam和Pardo从智慧城市概念角度提出，技术、人和制度是智慧城市的关键组成部分，三者相互联系。

Nam和Pardo又从城市创新角度提出智慧城市的技术、组织、政策三要素，认为智慧城市不是一个城市“智慧”程度的状态，而是该城市使其自身变得“智慧”的努力[22]。

在此基础上，Chourabi和Nam等人提出智慧城市八要素并提出了一个综合性分析框架，其核心为技术、组织、政策，还包括治理、人群、经济、基础设施、自然环境。

Neirotti等人提出智慧城市七要素，分别为自然资源和能源、交通和移动性、建筑、生活、政府、经济、人。

Gil-Garcia和Pardo等人综合多种智慧城市要素，分析提出“一纵三横”的智慧城市概念域架构，纵向为技术和数据层，横向分别为物理环境层、社会层和政府层，其中，技术和数据层包括ICT等技术、数据和信息，物理环境层包括自然环境、生态可持续、城市基础设施，社会层包括知识经济、商业环境、人力资源和创新力、治理与合作，政府层包括制度法规、城市治理、公共服务。

（四）基于城市系统视角的架构设计Harrison和Donnelly从城市信息系统视角出发提出智慧城市的五层架构模型，由下到上分别为自然环境、基础建设、资源、服务、社会系统。

Zygiaris从城市生态系统视角提出智慧城市的七层城市创新生态系统模型，将经济、技术、社会问题相结合，由下到上分别为城市层、绿色城市层、互联层、智能设备层、开放整合层、应用层、创新层，通过关键绩效指标法对可持续性进行评定并反馈[6]。

张振刚等借鉴综合微观分析方法提出智慧城市系统的五维度模型，包括发展战略维度、社会活动维度、经济活动维度、基础支撑维度、城市空间维度，其中发展战略维度位于理念层，社会活动维度和经济活动维度位于活动层，基础支撑维度和城市空间维度位于物理层。

（五）综合视角的架构设计陆小敏等提出智慧城市六大体系的架构模型，包括三个横向体系——基础要素体系、运行管理体系、公共服务体系，两个纵向体系——技术支撑体系、法律保障体系，以及一个引导整体的评估体系。

孙亭和满青珊提出基于EA的智慧城市架构模型，由下到上为保障体系、运行体系、应用体系和产业体系、智慧城市领域，其中应用体系包括基础设施层和应用层，各体系间相互关联[27]。

甄峰和秦萧提出环状的智慧城市架构模型，由内到外为数据平台层、业务应用层、空间规划层、实施保障层[28]。

陈如明提出屋型智慧城市架构模型，由下到上为城市基础设施平台、信息支撑技术平台、城市要素、智慧化运营管理和综合决策、城市愿景，纵向支撑为保障机制、技术标准和指标指数测评体系。

三、智慧城市顶层设计概念（一）系统工程领域的顶层设计概念顶层设计（top-down design）概念由Niklaus Wirth于20世纪70年代提出，最初是一种大型程序的软件工程设计方法，主要采用“自顶向下逐步求精、分而治之”的原则进行设计。

其后逐步成为系统工程学领域一种有效的复杂应用系统的综合设计方法。

与之相对应的是自底向上设计（bottom-up design），两者相辅相成。

顶层设计方法强调复杂工程的整体性，注重规划设计与实际需求的紧密结合，从全局视角出发，自上而下逐层分解、分别细化，统筹考虑各个层次、各个要素，在系统总体框架约束下实现总体目标。

与自底向上设计相比，更加能够确保系统整体性，结果可控性更强，但对于复杂系统的操作难度较大。

（二）宏观政策领域的顶层设计概念近年来，顶层设计的概念已逐步扩展到社会科学、自然科学等各个领域。

2000年前后，顶层设计的概念被引入到我国电子政务网络建设中，以解决电子政务网络建设中各自为政、重复投资、信息孤岛等问题。

2010 年《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中提出“重视改革顶层设计和总体规划”，是我国国家层面政策文件中首次出现“顶层设计”概念。