智慧城市中枢系统的顶层设计与建设运营
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2021-09-01 14:59
【摘要】智慧城市中枢系统是城市的新一代数字基础设施，也是城市治理现代化和服务的智能中枢。随着信息技术的发展，智慧城市中枢系统趋于成熟智能，成为打通数据壁垒、丰富应用场景的重要支撑，为数据资源治理、能力汇聚开放、联动调度智慧、科学决策支撑起到关键作用。未来，健全智慧城市中枢系统建设需强化统筹协调机制、科学制定顶层设计、激活多元主体活力、完善配套支持政策，从而有效推进智慧城市中枢系统建设实施，保障智慧城市可持续发展。
智慧城市中枢系统的雏形可追溯至2015年底国家信息中心智慧城市发展研究中心研究编制《沈阳市智慧城市总体规划（2016～2020年）》和《苏州工业园区信息化建设发展“十三五”规划》时提出的“智心—智脑”概念，通过构建城市大数据，利用人工智能等技术构建城市模型，推动跨部门协同和城市协同治理。2016年，阿里巴巴正式提出“城市大脑”概念，并与杭州政府合力推动杭州城市大脑项目落地实施，完成智慧城市中枢系统的具象化和产品化。当前，业界对于智慧城市中枢系统尚无统一定义，不同主体从不同角度分别对其进行了界定和命名（见表1），但本质上仍存在一定共性特征，即智慧城市中枢系统是面向城市治理体系和治理能力现代化需求，利用云计算、大数据、物联网、人工智能、区块链、数字孪生等新一代信息技术，推动城市数据资源汇聚融合和运行态势全域感知，驱动业务流程优化和再造，实现城市治理能力提升、产业结构优化和管理模式创新的复杂系统。
通过对各地智慧城市中枢系统的功能分析，可以总结出智慧城市中枢系统至少要具备全域感知能力、数据融合能力、智能赋能能力和全景洞察能力这四大基本能力。
资料来源：《城市大脑建设目标选择、方法与路径——城市大脑规划建设与应用研究报告2020》（国家信息中心信息化和产业发展部、佳都新太科技股份有限公司）
第一，全域感知能力。通过连接各类物联感知终端，实时获取城市的精细化运行参数，实现对城市全面、立体的感知能力，形成从物理城市到数字孪生城市的精准映射。第二，数据融合能力。全面归集城市各类政府数据，引入社会数据，对多源异构数据进行梳理、清洗、关联、比对，在融合分析中激发数据价值，为数据资源的活化应用奠定坚实基础。第三，智能赋能能力。集成应用大数据、人工智能、区块链等新一代信息技术，提供共性的、智能的支撑组件，通过开放平台赋能产业经济、城市治理、生活环境、公共服务等城市各领域的智慧应用。第四，全景洞察能力。通过创新优化信息化统筹协调的体制机制，推进“三融五跨”，挖掘城市运行全景的内在逻辑和客观规律，实现运行监测、形势预判、联合调度、科学决策等。
通过智慧城市中枢系统的全面感知能力，可以全面汇聚城市物联感知设备采集的数据、从互联网采集的数据、各部门政务系统的非涉密数据等。利用数据融合能力形成城市大数据，与智慧城市建设的跨部门、跨领域的智慧应用进行数据共享，全面支撑智慧城市的数据需求。利用智能赋能、全景洞察等能力为智慧城市的智慧应用提供能力支撑，助力科学决策迈上新台阶。
数据资源治理中枢。新型智慧城市建设需要以数据共享为纽带，以“技术融合、数据融合、业务融合”和“跨部门、跨业务、跨系统、跨地域、跨层级”要求为根本。目前，城市在数据资源治理中的“信息孤岛”“条块分割”等问题依然存在，政府部门之间“数据垄断”和“数据打架”等现象屡见不鲜，政府部门之间信息共享、业务协同无法通过传统电子政务手段来实现。为此，智慧城市亟需通过建设中枢系统来取得突破。一要建立智慧城市中枢系统的数据采集汇聚体系，规范数据采集、汇聚、接口等标准，建设基础数据库和主题数据库建设。二要建立智慧城市中枢系统的数据共享交换机制，建设统一数据共享交换平台，并建立配套的体制机制和工作机制。三要通过智慧城市中枢系统推动数据资源的开发利用，鼓励商业机构、社会组织和个人利用智慧城市中枢系统的数据资源与数据处理能力，释放数据红利。
能力汇聚开放中枢。当前，以物联网、云计算、大数据、移动互联网为代表的新一代信息技术迅猛发展，加速融入经济、社会发展的各个领域，推动生产方式、生活方式、政府治理模式发生前所未有的深刻变革，城市的各行业各领域都已经认识到数字化转型的重要意义，并开始探索尝试。然而，数字化转型是一项周期长、投资大的复杂系统工程，从软硬件搭建、技术要素购买到系统开发运行，都需要专业的能力和持续的资金投入，构建统一的共性赋能平台，不仅可以避免各行业各领域重复建设、浪费资金，还有助于推动各方数据资源的共享和业务系统的联动。一要增强汇聚共性的数据、业务和技术赋能能力，有效支撑智慧应用对于城市大数据资源、城市模型、大数据分析处理工具、智能算法等方面的需求。二要提供城市级的大型平台，开放城市公共数据、领域模型、算法工具等，吸引创新创业要素资源汇聚，推进信息互通、资源共享，为技术创新到成果转化全过程提供良好的平台环境。
联动调度指挥中枢。“十三五”以来，我国通过统筹政务信息化工程建设、推动政务信息系统整合共享等举措，在城市局部领域的业务联动取得了积极成效，但未能从全局上和根本上解决长期以来困扰我国城市信息化建设“条块分割、烟囱林立”的问题。通过建设智慧城市中枢系统，接入或集成各领域的信息化平台系统，尤其是各级各部门指挥调度和综合运行类系统及相关数据资源，实现横向上领域互联、纵向上各级贯通，打造一体化的联动调度指挥中枢，集综合指挥调度、数据汇聚应用、风险防范预警、事件应对处置、服务科学决策等功能于一体，及时掌控城市各层级、各方面重要动态和突发状况，为多部门联动工作，统一指挥、统一行动、统一资源调配提供支撑，实现跨层级、跨地域、跨部门的指挥调度。
科学决策支撑中枢。近年来，各地市深入贯彻落实中央各项决策部署，我国城镇化进程加快，城市人居环境显著改善，城市承载力大幅提升，但部分城市的发展方式较为粗放，治理体制机制不健全，公共资源供需矛盾日趋紧张，城市风貌特色不鲜明，交通拥堵、街区内涝等“城市病”逐步显现。传统的电子政务架构和信息化应用无法有效支撑城市指挥调度和城市精准化治理的需求，亟需通过智慧城市中枢系统建设，对数据进行多维度、多角度、精准化展现，将可视分析与各领域业务决策需求分析相结合，制定多个专题应用场景和解决方案，充分挖掘和呈现数据背后隐藏的关键特征、关联关系和发展趋势等，及时发现经济社会发展中的问题，对问题的发展态势进行精确预测和描绘，让事件识别更快速、问题发现更容易、数据展现更直观，助力决策者理解数据并作出精准判断。
基础设施趋于智能化。智能计算中心作为承载智能计算需求的算力中心，成为技术发展和需求变化的必然趋势。随着人工智能的快速发展，传统面向通用计算负载的CPU架构已经无法完全满足海量数据的并行计算需求，可提供异构计算、加速计算、可编程计算等人工智能并行计算需求的智能计算中心获得了巨大的发展机遇。由于智算中心对数字化、网络化、智能化融合发展的重要支撑作用，以及对以信息化、智能化为杠杆培育新动能的带动作用，智算中心已经被越来越多的地方政府所重视并布局，推动我国云计算服务向平台化、规模化、智能化升级发展。
末梢神经趋向成熟。随着以边缘计算为特点的嵌入式人工智能技术的快速发展，智慧城市中枢系统的类脑视觉、听觉、躯体感觉、运动神经等系统将不断趋向成熟，AI+芯片技术将赋予传感器、摄像头、智能终端、智能汽车、智能制造设备、楼房建筑、工业机器人等现场端装置、网关更多更强的AI能力。计算与分析模型逐渐成熟、落地，无须再将所有数据发回云端，装置设备在网络端点或接近网络端点地方的计算和分析能力显著增强，使现场装置更加智能敏捷，使智慧城市中枢系统的感觉神经系统、运动神经系统的末梢控制变得更为智能和健壮。
数据供给更加重要。城市各领域智慧应用都建立在海量鲜活数据资源的基础之上。当前，通过统一平台安全提供数据和相应的能力支撑，以此激发数据要素价值、促进创新创业已经成为一种趋势。浙江、贵州、上海等省市走在前列，在数据开放中已经率先提出了数据“可用不可见”“数据见面模型不见面”等数据+能力输出的服务模式。智慧城市中枢系统作为城市“要素数字化、数字要素化”的核心平台，整合了城市算力、算法、数据等重要资源，其作为促进数字经济创新发展的平台型基础设施潜力巨大。
应用场景逐步丰富。智慧城市中枢系统促进了开放共享发展，融汇各类数据资源，借助智能算法和自我学习，从现阶段的“感知”“态势”“优化”扩展到精细化的城市管理、全天候的指尖政务服务、便捷化的出行信息服务、“一站式”旅游在途体验、数字化网络空间学习环境、普惠化在线医疗服务、智能化在线养老体验、无时空的网络社交娱乐、智能化的工厂/车间等生产生活的方方面面，未来逐步将走向“预测”“干预”“决策”“规划”。数据转换将作为科学合理的业务模型，让数据帮助城市来作思考、决策和运营，实现城市精细化管理和社会治理，解决城市管理难题，促进国家、区域、城乡、人群等的协调、开放和共享发展。
建设模式走向平台化。在开放、共享的经济发展趋势下，智慧城市中枢系统平台化建设趋势越来越明显。新型智慧城市建设中的智慧城市中枢系统建设，将会吸引更多的主体参与，共享智慧城市领域的相关技术及数据，更快、更容易地建立产业链上下游的生态伙伴，构成庞大的关系链，形成一个快速迭代的生态闭环。
实现路径。《国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》中指出，要“吸引民间资本加大信息基础设施投资力度”，“通过投资补助、基金注资、担保补贴、贷款贴息等方式，支持社会资本参与重点领域建设”。国家发展改革委随后发布了在基础设施等领域首批推出80个鼓励社会资本参与的示范项目，将新一代信息基础设施作为专门的投资开发领域，鼓励和吸引社会资本，特别是民间投资，以合资、独资、特许经营等方式参与建设及运营。近几年，国务院、国家发展改革委、财政部连续发文，进一步规范政府和社会资本合作项目投融资操作，为智慧城市优化投融资环境、规范资金使用、提高资金利用效率、解决建设资金问题提供了新的途径和思路。
智慧城市中枢系统是城市的新型基础设施，建设重点以信息技术的广泛应用为基础，强调系统、数据资源、应用服务以及数据资源的增值利用。与传统意义的“铁公基”建设相比，单个工程规模较小，更加注重项目的后期运营，及系统与政务、交通、医疗、教育、养老、社区、环保、应急、公共安全等众多领域的互联互通，需要避免因软硬件设备配置、接口、系统不兼容等因素造成的重复建设、“信息孤岛”等现象。同时，智慧城市中枢系统建设需要大量资金投入，单纯依靠财政投入将给政府造成较大压力，也不利于系统可持续运行。采用政府和社会资本合作模式拓宽投融资渠道，以财政资金引导社会资本参与智慧城市中枢系统建设，有利于优化资金配置、降低融资成本、促进产业发展、创新商业模式，保障智慧城市中枢系统顺利落地和有效实施。因此，在智慧城市建设过程中，由政府出资方和社会资本方共同投资成立项目公司来具体操作智慧城市中枢系统的投融资、建设和运营逐渐成为目前的主要模式（见表2）。
重要意义。在智慧城市中枢系统的建设中创新投融资模式具有以下重要意义。
（1）优化政企资源配置。投融资是市场经济条件下配置资源的重要手段，也是供给侧和需求侧两端发力的重要引擎。通过理顺政府与市场的关系，引入社会资本，开展政企协作，明晰政府社会资本在项目运营、提供社会公共服务过程中的责权利，由政府承担政策风险、社会资本承担技术风险，依据风险最小化和利益最大化的原则，将使项目在整个运营期风险最小，使社会公众利益最大化。建立公平开放透明的市场规则，建设统一开放、竞争有序的市场体系，将促进优化资源配置，让市场在公共资源的配置中发挥更大作用，缓解企业融资难、融资贵的问题，提高投融资的运行效率和效益，形成健康高效的投融资体系。
（2）优化建设资金构成。引入社会资金，引导形成财政投资、银行贷款、债券融资和社会资本为主的多层次资金来源体系，将有效减轻政府公共财政的举债压力。多种形式的资金结合项目特点统筹安排，将改变以往依赖财政资金的单一融资模式和粗放式资金投入方式，减轻政府财政投入负担，增强政府的短期投资能力，扩大政府财政支出的“乘数效应”，形成智慧城市建设长期资金和短期资金互补的格局，破解智慧城市建设的资金瓶颈，激发民间资本活力，拓展企业发展空间，提升经济增长动力，促进经济结构调整和转型升级。
（3）优化公共服务质量。智慧城市建设投融资将政府战略规划、市场监管、行政服务、公共服务和社会资本的管理效率与技术创新有机结合在一起，有利于从投资项目服务管理、创新融资机制、畅通投资项目融资渠道等多方面促进体制机制和管理流程的创新；有利于厘清政府和市场边界，减少政府对微观事务的参与，提升政府的法律意识、契约意识和市场意识，更好地推进简政放权、履行公共职能；有利于形成投资、建设、运营一体化，有效提升公共产品供给效率和公共服务水平。
实现路径。智慧城市运行中产生的海量数据是城市的重要资产，通过创新运营模式，按照“以平台运营为基础、以数据运营和产业投资为主业，统筹城市运营为最终目标”的发展路线图，对平台、数据、产业、城市进行统筹运营，可实现“资源—资产—资本”的递升。在智慧城市中枢系统的建设过程中明确商业模式，使得可以开展运营的内容实现充分的商业化运作，能够提升智慧城市建设活力，并为智慧城市的长期运营提供充足的资金支持。
“数据运营+生态合作”以成立国资的大数据运营公司为抓手，在政府授权下引入优质社会资本，代表政府与社会力量开展战略合作，执行投融资、建设管理、运营维护和产业生态培育，是一种智慧城市中枢系统的运营实现路径。大数据运营公司负责智慧城市中枢系统、智慧城市基础设施和其他智慧城市项目的建设与运营，以智慧城市中枢系统为核心，围绕大数据技术、产业、应用及服务等创新，开展数据应用与共性服务平台建设，以及信息系统集成服务等。大数据运营公司也可作为城市政务数据的管理和运营主体，提供数据信息资源挖掘、数据产品开发、数据资产增值、大数据产业发展、信息咨询服务，构建数据产业基础，促进数据创新应用，助力政务、行业、企业等各领域数据资源开发与资产化，负责充分提升城市自身“造血能力”，探索多元化、可持续的运营模式（见图1）。
推进步骤。智慧城市中枢系统应根据自身城市发展战略、城市治理现代化和发展数字经济需求，遵循“需求导向、示范先行，顶层设计、有序展开，注重实效、壮大产业”的思路稳步推进，避免贪大求快、半途而废。考虑到智慧城市中枢系统投资规模巨大，规划建设周期可细分为项目筹备、推广应用、全面应用和建设完成四个主要阶段，各阶段建设重点不同。
（1）项目筹备阶段。一是确定智慧城市中枢系统的投资、建设、运营基本模式。二是组建产业联盟，盘活智慧城市中枢系统建设有关资源，激发相关企业及社会资本参与智慧城市中枢系统的建设热情。三是组建由国有城市基础设施建设头部企业控股、民营本地龙头企业参股的大数据运营公司，并由其在政府指导下牵头智慧城市中枢系统建设。四是编制智慧城市中枢系统顶层设计。结合城市实际选择适合自身需要的建设目标与路径。五是结合城市发展需要，选择需求迫切、应用效果明显的项目作为切入点，启动先试示范应用项目建设。六是同步开展通信网络基础设施、数据中心和算力基础设施等信息基础设施建设。
（2）推广应用阶段。一是基本完成信息基础设施任务，初步形成一个高速、移动、安全、泛在的城市信息化基础设施网络。二是完成重要标准规范编制，为智慧城市中枢系统统一接入、统一管理、统一应用等奠定必要基础。三是启动数据资源治理、能力汇聚开放、联动调度智慧和科学决策支撑等系统的全面建设。四是启动网络空间安全保障与综合治理体系建设。
（3）全面应用阶段。以平台、重点系统的应用为核心，基本完成数据资源治理、能力汇聚开放、联动调度智慧和科学决策支撑等系统的建设并投入使用，基本完成城市各项管理和服务应用系统的建设。完成网络空间安全保障与综合治理体系建设。健全各项标准规范、技术指南及管理办法。
（4）建设完成阶段。全面完成智慧城市中枢系统建设，完善城市各项管理和服务应用系统，并投入使用。
“十四五”时期，智慧城市建设将持续稳步发展，成为数字政府、数字社会、数字经济建设的重要载体。有效推进智慧城市中枢系统建设实施，保障智慧城市可持续发展，可从以下方面着力。
强化统筹协调机制。健全智慧城市中枢系统建设运营的组织体系，形成由智慧城市建设牵头部门和相关行业主管部门协同共建的工作机制。建立健全部门之间、区域之间的协同联动衔接机制，强化规划制定、系统设计、项目实施等关键环节的沟通协调，确保互联互通和数据共享。强化项目和资金统筹监管，加强项目审批、项目建设、成果验收等关键环节的审查和监管。强化与项目建设运营单位的沟通协调，及时掌握全市各个项目建设情况，及时协调解决项目建设中出现的各类问题。
科学制定顶层设计。综合考虑上级智慧城市中枢系统建设现状和政策导向、本级智慧城市中枢系统建设基础、下级智慧城市中枢系统应用需求，结合城市规模、经济社会发展水平和能力、信息基础设施与信息化应用所处阶段和城市发展需求，研判智慧城市中枢建设需求。科学制定智慧城市中枢系统规划，合理选择目标功能、应用场景、投融资模式和实施路径，避免盲目投资。结合城市未来发展需求和技术高速迭代形势，适度超前规划，强化设施配套，加快5G、物联网、工业互联网、空天地一体化网络等信息基础设施，以及云计算、边缘计算等算力平台的建设应用。
激活多元主体活力。采取政府主导和社会资本充分参与的投资建设模式，合理选择市场化合作伙伴，提升投资环节的市场化程度和资源配置效率。一是遴选城市级合作伙伴，选择有实力、有经验、有长期合作意愿、安全可靠的社会资本方作为城市级合作伙伴，负责整体项目群建设，协商政府与社会资本间的权利和义务，明确补贴模式。二是遴选项目级合作伙伴，针对项目具体特征，由智慧城市建设牵头部门、行业主管部门和城市级运营公司共同选择领域内经验丰富、专业性强的社会资本方作为项目级合作伙伴，根据项目性质确定补贴模式。
完善配套支持政策。一是财政政策，要综合评估财政状况，制定有针对性的财政优惠政策，通过投资补助、基金参股、前期费用补贴、担保补贴、贷款贴息等方式给予相关扶持。二是金融政策，要鼓励金融机构探索适合智慧城市中枢系统项目特点的信贷产品和贷款模式，在授信额度、质押融资、保函业务等方面提供融资服务，支持项目公司依照国家有关规定通过债券市场筹措投资资金。三是审批政策，要明确市场准入标准、服务质量和监管细则，强化对政府和社会资本合作的评估论证、执行监管、绩效评价等工作。四是数据管理政策，要加强数据分类管理和共享开放，推动打破数据垄断，在数据保护、人工智能、关键信息基础设施等领域强化法规制度建设。
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