重新定义智慧城市顶层设计

2014-12-21胡小明

中国信息化 2014年9期

关键词：顶层效益智慧

胡小明

一、以控制为中心的顶层设计

1.1 盲目的顶层设计热

顶层设计已经成为智慧城市的热门词汇，人们强调“顶层设计”的重要性却极少讨论“顶层设计”的准确含义，不严谨的“顶层设计”热会带来智慧城市建设的许多问题。

顶层设计热原因之一是“顶层”一词具有迷惑性，人们以为凡事只要能从“顶层”考虑就万无一失，有专家将信息化诸多失误都归因于缺乏“顶层设计”，似乎靠“顶层设计”便可解决诸多问题，这种论点正在极大地误人子弟。

迄今为止专家们对“顶层设计”的精确含义还没有形成共识，人们按各自的想象去理解智慧城市顶层设计，从不深究顶层设计的含义、作用与局限是什么，在基本概念尚未清晰之前急忙宣布其重要性没有道理。为此反省智慧城市顶层设计的基本概念十分必要。

1.2 信息工程学的方法

顶层设计的概念来自于信息工程学，本来是一种软件工程的设计方法，在软件工程的发展中发挥了很大作用。随着软件的复杂性越来越大，程序员随意性的编程方法已无法适应，人们对软件开发过程进行了一系列工程化改造，从结构化编程到面向目标的软件工具，自顶向下的软件设计方法也是其中的一项重要内容。顶层设计正是在这样的大背景下发展起来的。

上世纪80年代，信息化建设规模已越来越大，连接的系统越来越多，由此产生了系统集成的概念，信息化建设项目的系统可行性分析日益重要，顶层设计成为复杂应用系统的综合设计方法，它超越了软件思维层次，从系统结构的层次上进行自顶向下的分析，确保系统可行性，詹姆斯·马丁是这种思维方式的集大成者，在信息系统工程中，其理论仍旧有着很大影响。

1.3 精确控制的思维模式

计算机的应用极大地提高了人们的信息处理能力，成为人们提高工作效率的有力工具，而工具的成功也反过来会影响着人们的思维方式，使人们热衷于精确控制的管理模式。

精确控制是计算机效用的核心，计算机的逻辑基础是图灵机，在数学家眼光中计算、逻辑推理、精确控制都是等价的概念，软件就是一种精确设计，对就是对，错就是错，程序中的错误若不能准确纠正绝不会自己消失。总之程序编写是极为严谨的工作，不容半点马虎。

信息系统工程设计是软件精确思维的延伸，信息系统连接本质上仍是软件逻辑，对错分明不得含糊。信息系统顶层设计延续着精确控制的理念，精确控制是信息工程学的思想核心。

1.4 精确控制的局限

精确控制在信息工程中应用是成功的，但是在信息工程工程之外并不一定成功。有些领域可以精确设计，有些领域则不行。人们可以精确设计大楼，却不能精确控制农作物生长。生活中大部分问题都无法精确设计，如天气、环保、商业、健康、孩子的学习成绩。人们必须识别什么可以精确设计、可以直接控制，什么不能这样做，不能直接控制的任务需要采取间接的方法。

能够精确设计、精确控制的环境必须是确定性环境，其信息必须是完备的，没有含糊不清的问题，这在早期机构实行信息化应用中是能够满足的，此时的信息化解决方案也是精确的，可以用信息工程的逻辑设计出来。

如果面对的不是确定性问题，那么精确控制的方法是无效的，很遗憾，智慧城市面对的是不确定性问题。智慧城市一直没有严格的定义，每个人都按照自己对“智慧”与“城市”的理解构筑自己的智慧城市概念，但是有一点是共同的，即智慧城市是高于数字城市的新阶段，其复杂性远远超过单个的信息系统工程，因此我们不能把信息工程的顶层设计搬到智慧城市的设计中来。

二、确定性与不确定性

2.1 确定性问题有明确答案

精确控制的思维逻辑前提是确定性环境，对确定性环境采取控制措施的效果是可准确预计的，应用需求在执行过程中是明确而稳定的，不能含糊不清或动荡不定，确定性问题本身有着明确的答案，解决问题的信息是完备的。

确定性问题通常是人们曾经解决过的问题，对这类问题人们已经进行了充分研究，有着规范的解决办法，问题可以很复杂，但是存在着正确的答案，问题的解决如同解数学题一样，靠的是严谨的逻辑推理。

2.2 不确定性问题没有明确答案

不确定性问题没有明确的答案，如同艺术创作，没有对错只有优劣，甚至优劣标准也含糊不清，且因人而异。计算机没有审美观，其能力只是计算，只能解决确定性问题，不确定性问题的解决需要靠价值观、审美观进行评价与选择，计算机系统不具有解决不确定系统的能力。

不确定性问题通常都是新问题，难以归纳出规范的解决办法，很多问题本身就没有一致性答案，更多问题还在摸索之中，很多目标没有直接控制的办法，需要以间接办法来处理，政府决策、企业管理、市场经营面对的都是不确定性问题，其解决办法更像是一种艺术，而不是规范的工程技术。

2.3 确定性与不确定性的互变

确定性与不确定性的区别不是绝对的，如同用直线段去拟合曲线一样，整体拟合误差太大时可采取分段拟合，曲线切分得越细越接近于直线。对不确定性环境分析时选择的时空范围越窄确定性越强，越容易理出规律，越容易预测与控制；反之，观察的范围越广、时间越长，其不确定性就强，预测与控制就越困难，如同天气预报，时间越长越难预测。

智慧城市设计之所以困难正是因为其涉及的范围广、效益关注的时间长，使得智慧城市处于不确定性环境中，没有现成的办法可循。诸多确定性工程汇集的效果也是不确定的，不知道能否有效配套、会不会产生资源冲突，分不清什么项目更重要应当先做，同样，服务期限的延长也会增添不确定性，短期效益容易设计，长期效益很难保证，很多暂时看不出作用的因素长期则会产生影响，增加设计的难度。

2.4 智慧城市与信息工程思维方式不同

信息工程面对的是确定性环境的复杂性，智慧城市面对不确定性环境的复杂性，复杂性性质不同其设计方法也必须不同。

信息系统工程面对的是确定性环境的复杂性，尽管也有困难，但是它有着规范的答案，答案包含在前提条件之中，解决方法是严格的逻辑推理，或者说是一种计算，信息工程推演出的解决方案是精确的，可被称为硬科学。

智慧城市面对的是不确定环境的复杂性，如信息化建设的效益问题、资源的统筹与协调问题、如何形成城市特色问题及如何提高城市价值与竞争力问题，这些不确定性问题不能用计算与推理解决，只有靠选择、比较、创新与决策来解决，需要高层次的管理艺术，这是信息工程顶层设计不能理解的。

三、智慧城市的思维层次

3.1 思维的层次

爱因斯坦说：我们不能在产生问题的层次上去思考解决问题的办法，需要在更高的层次上去思考。智慧城市的设计思维必须在正确的层次上进行。

没有经过思维训练的人不关注思维的层次，想到哪里算哪里，如同一位新手下围棋，整体布局与局部走子是分不清的，高手不是这样思维，高手清楚各种局部定式，定式走子不用动脑筋，其精力集中用于没有定式的新问题。同样，领导的精力要聚焦于新出现的大问题（不确定性问题），而将例行问题（确定性问题）交给下属去完成。

重视思维层次可以使思维更清晰，合理的层次抽象可以防止底层（确定性层次）的思考干扰高层次（不确定性层次）的思维。软件系统设计阶段不会去考虑细节程序如何编写，小说构思阶段不会考虑句法是否合理，智慧城市的总体规划也不能在信息工程层次上开始，它需要在高层次上启动。

3.2 信息化是社会的组织行为

具体业务的信息化是一个局部性问题，带来的效果主要是本项目单位的效益提高，未必能产生全局性的影响，但一个城市的信息化就不同了，它会产生一种前所未有的整体性效果，需要从组织的视角对之进行认识。

维纳说“通信是连接社会的混凝土”，组织是靠通信连接的，组织化是一种相互约束的建立，是一种秩序的建立，组织化是一种信息行为。

《国富论》认为：分工合作是提高社会生产力的主要渠道，现代通信技术的大发展提高了社会组织化的效率，降低了全社会的交易成本，促成了全球大范围的经济合作，信息化通过优化社会分工合作机制的方式提高了社会生产力。

3.3 新层次的涌现

当分散的成员组织为整体合作机构之时，会产生意想不到的新机制，这种价值来源于节点之间产生的新链接，网络的价值与节点数目的平方成正比是因为大大增加了节点间相互连接。极大丰富的互联环境形成了一种新层次，网络增添的价值在新层次是产生，新层次是一种信息化涌现，超出了原来的层次。

从总体视角观察信息技术普及的贡献，看到的不止是一项项单独业务的效率改进，而是社会整体合作新环境的出现。全球范围的电子商务、电子政务的机会环境是过去从来没有过的，它是是信息技术与通信环境普及到每一个人的结果，新环境是一种信息化涌现。使得企业与政府的服务能够通过网络直达家庭、直达个人，电子商务、电子政务都是在新层次上的应用繁荣。

城市智慧是信息化项目与城市社会、经济、文化项目相互作用的综合效果，智慧城市是城市组织化的涌现，我们需要从新层次上去想象它、理解他。

四、自组织逻辑

4.1 自组织产生秩序

并非所有的秩序都是人为安排的，很多秩序是自组织形成，并无外部直接控制。在市场经济中，参与者按照自己的利益需求自由选择交易合作对象，将会形成自然的产业联盟、供应链，形成规范的市场秩序，这是一种市场的自组织，这种自组织产生的市场经济往往会比按计划经济建立的商业模式更为有效。自组织涌现新秩序是“协同论”现象，在一定的约束环境下，分立的元素相互连接形成新秩序，如同冬天窗户上的冰花一样，新秩序是一种创新，是在节点层次上想不到的。

全球互联网就是在TCP/IP协议下自组织形成的，企业与个人进入互联网合作模式是自主的选择，没有外力强迫，但是每个网络节点成员的自由选择会形成一种新秩序，这种新秩序符合节点的利益要求，新秩序是节点意愿凝聚的结果。

4.2 自组织与智慧积累

在信息化建设过程中，政府会积极建设一些面向市场服务的信息系统，但是这些系统的可持续生存经常发生问题，官办的物流中心、电子商务中心经常难以生存，而通过市场机制自组织形成的系统往往比政府组织的系统更有生命力，究竟是什么原因造成这种差距呢？

机构内部系统是经常采用它组织模式，它组织模式能够体现领导者意志，其是否成功取决于筹划者的智慧。但社会合作系统则需要考虑自组织机制，筹划者不可能了解所有信息，不可能兼顾到各合作方的利益，因而很难产生效率高的方案，即使通过行政手段进行组织，也很难保证可持续性，参与者总会伺机逃离对自己无利的系统。

自组织机制最大的优点是兼顾了参与者的利益，参与者是否加入本合作是经过自主选择的，选择是一种智慧行为，自组织成为智慧积累的过程，参与者依自己的利益决策，大量商业选择形成的系统聚集了合作成员的智慧与利益，使之比计划系统更容易生存，自组织系统反映了群体智慧。

4.3 自组织约束与自由选择

自组织并不是没有约束，没有约束资源无法聚集，自组织也无法产生，自组织有着基本的连接规则，组织成员按照这种规则相互连接，形成新组织结构，互联网就是按照TCP/IP的协议连接起来的。但在此规则之外，自组织允许组织成员有着多种多样的选择，组织成员可以依据网络的整体状况决定自己的定位，这种定位选择的自由度以及新成员对整体状况的感觉帮助新成员找到自己在涌现状态中的合理定位，也促进了涌现秩序的成长。

自组织涌现新秩序，这种新秩序、新状态是过去未曾出现过的，它是新层次的创新，不是原来层次上能够想象的。在社会发展领域，新秩序并不是人们能预料的，它是成员自由组合的结果。统一的规则与自由选择提升了成员对合作连接的适应性，加快了协同效应，推动了组合创新。

4.4 以松耦合替代直接控制

松耦合与紧耦合是信息系统设计中的两种系统组合方式，紧耦合系统通常是集中设计的结果，总体设计完全控制分系统的设计，由于主系统与子系统联系太紧密，分系统或子系统没有自由度，系统只能集中设计。紧耦合系统在特定的环境下会有比较高的效率，但是缺少灵活性，容易牵一发而动全身，在功能调整时会碰到更多的困难。

松耦合采取设计标准接口协议等办法替代直接的控制，以协议代替直接控制提高了系统连接的灵活性，子系统可以与主系统分别研发，能够大大提高整体系统的研发进度，维护也容易得多。标准化协议限制了复杂性的传递，使系统的扩展与维护更加容易，松耦合给分系统以更多的选择自由度，有助于分系统进行智慧选择，使得创新性涌现更容易发生。

在不确定性环境中，松耦合模式会比集中控制更有效，其原因在于松耦合给参与方留出了更大的自由空间，可以因地制宜地进行适当调整，提高了参与方适配能力与新组织秩序的吸引力，加快了自组织适配机制的运转效率。增加参与方的选择是在增加整体系统的智慧，这是集中控制思维所无法提供的。

4.5 控制思维的终结

采取什么思路进行系统设计取决于系统本身的确定性。对于简单的确定性系统，直接控制最快、最省事，但是碰到需要许多人共同开发的系统过于集中的统一控制往往并不可行，将所有的问题集中到一个头脑来处理负担太重，难以胜任；很多问题只有现场参与者才能理解，让一线人员处理更为合理，此时授权是提高效率、提高质量的重要方法，松耦合机制也是一种授权处理的机制。

过于集中的系统很难产生创新，因为集中设计的系统反映的是独家智慧，反映的是节点层次的思维，无法产生信息化涌现，大量创新产生在更高层次，是节点层次想不到的，创新涌现是集体智慧的产物，在自组织环境中才可能出现。减少控制，增加自组织空间，将产生更多创新。谷歌允许其员工用15% 的时间去做自己有兴趣的任何事情，就是出于这种理念。

控制思维适用于确定性环境，局部的、短时期的信息化项目有着更多的确定性。长期以来政府信息化主要任务是业务系统的自动化，都是确定性任务，形成了政府以控制为中心的思维方式，但智慧城市不同，智慧城市是不确定性任务，采用控制思维不可行，必须更换思想方法，利用自组织思维设计自组织机制，给公众、参与各方以更大的自由度，采用协议标准等松耦合方式进行间接管理。

五、设计自适应机制

5.1 效益规划导向

城市规划应当是效益导向，智慧城市规划者容易过早进入信息工程设计，信息工程只是智慧城市发展的手段。手段要为目标服务，目标规划应当在信息化工程设计之前进行，效益目标决定IT设计方向。

智慧城市规划不能工程导向，效益目标不明确的项目会造成巨大的浪费，目标选择是高于手段层次的思维，有更大的不确定性，影响效益的因素很多，信息技术的应用只是因素之一，智慧城市高度注重长期效益，尤其认真研究影响效益的长期因素。

信息系统的可行性能够快速发挥作用的因素，系统可行性容易评定，但技术合理并不能保证效益，服务环境的稳定性、维护改进的效率、外部配套往往更加重要，智慧城市的效益目标与效益机制应是智慧城市规划更重要的任务。

5.2 长期效益自适应机制

一次性服务的效益问题可以一次设计好功能，但是长期的服务的系统无法一次成功，因为长期服务要碰到许多意想不到的因素影响效益，它是一个持续改进的过程，要求设计出来的系统必须有长期的生命力，能够自动调整改进，以适应不断变化的外部环境。

政府业务系统自动化项目因其业务成熟，有政府业务需求支撑，效益的长期性还能够保证，然而政府提出的面向市场服务的新业务出发点很好，却难以生存，其原因不在于系统设计不好，而是没有合理的运行机制，究竟是企业机制还是政府机制都未搞清楚，运行机制为设计好自然难以保证长远效益。

长期效益的获取需要自适应机制，自适应机制的设计是高于直接效益目标设计的，它是一种生命力设计，重点是设计发展的基因，使得智慧城市的相关服务能够自动地去发现问题、自动改进，使得发展成为可持续的事业。

5.3 反馈改进与激励机制

使长远目标发挥作用的机制是反馈改进，反馈是自适应机制的关键，日常生活中，市场环境中的企业经常靠自适应机制来提高竞争力，企业高度关注其客户的反映，及时改进服务，从而提高其竞争力，对用户意见反映迟钝的企业将被淘汰出局。

通常政府机制改进的效率要慢于企业机制，这是因为在市场环境中，价格、利润是强有力的反馈信号来推动企业改进工作，服务得好收益就高，服务得差，收益就低，企业就会被淘汰。企业比政府感受外部压力更直接，反馈信号传递更有效，所以企业的服务能力提高得更快。政府服务改进慢的主要原因是反馈改进的途径不通畅，改进激励力度不足，政府公务员的工资与效益相关程度很小，干部提升主要靠上级提携，与工作效果相关性不足。

为了改进智慧城市建设的自适应性，改进智慧城市建设效果的反馈监督机制是重要的，智慧城市的效益目标是让全体居民受益，提高居民反馈监督机制的有效性十分关键，智慧城市的规划要公开化，要有代表居民意见反馈的组织者，智慧城市建设的公开化是提高政府智慧城市效益的重要措施。

六、在大格局中定位

6.1 独善其身的城市易被边缘化

很多智慧城市规划局限于城市范围内思维，很少关注城市与外部的相互制约关系，如规划本市的智慧产业、云计算中心、智慧交通等等，但是一些影响这些规划效果的因素往往是本市不可控的，如智慧产业就是相互关联、相互竞争的，各地都发展智慧产业，产业只会向最有利之地集中，集中地非本市可控，地区竞争使智慧产业规划变得不可行，统一云计算中心也有同样的问题，国家不需要那么多云中心，太多的云中心很难并存。

智慧城市是一个社会重组织的工程，智慧国家不是每个城市独善其身的结果，而是城市相互合作形成更有效的组织形态，城市智慧不在于自身的完善，而在于在整体合作大格局中发挥了独特的作用，背离区域合作大格局的城市是被边缘化的城市，边缘化是城市发展的失败。因此独善其身的城市规划缺乏智慧，合理的智慧城市规划要在区域经济合作的大背景下进行，如在中央的京津冀一体化的大格局之下规划北京、天津、河北的智慧城市发展。

6.2 正确定位，顺势而为

一个城市的智慧发展不全是城市内部建设的完善，还是是城市与城市之间合作关系的建设，如果一个城市没能在大格局中找好自己的地位，其结果一定会失去其重要性，一定会被边缘化，准确的定位是智慧城市发展的关键。

城市定位是一个比较优势发现、选择、培育与利用的问题，在今天交通、通信高度发展，资源流动性大大增强的时代，从区域经济合作的视角去研究城市未来的分工合作机制是极为重要的，要看到马太效应在优势分配形成的过程中发挥的巨大作用，要选择易于在本地聚集的优势顺势而为，发展比较优势，强化本市特色，提升城市竞争力。正确定位，顺势而为是更最有效的策略。

6.3 超出IT视野，多样化发展

城市智慧并不是信息技术之后才产生的，人类历史上就有许多了不起的城市，其文化、智慧、艺术的沉淀与积累让人们流连忘返，这些城市的特色智慧跨越历史地展现出不朽的光辉，城市不是GDP的竞技场，城市的文化特色有着更持久的智慧魅力。

智慧城市规划应当有更广阔的视野，要超出信息技术应用领域，要有区域经济、全国经济、全球经济的整体视角，视野要扩展到文化、艺术领域，要有百年思维。城市要适合居民的全面发展，其文化艺术氛围的建设十分重要，没有特色的城市在区域合作中会找不到自己的价值，是最容易被边缘化的城市，艺术优势将增长城市的魅力，随着生产力的过剩，艺术魅力将成为影响城市地位的首要因素。从城市的长远发展考虑，智慧城市的规划切不能搞千篇一律的信息化模式，城市发展模式同构化是在封锁智慧发展的道路，多样化提升城市合作的价值。

七、智慧城市的实施路径

7.1 智慧城市路径规划

规划中最容易做的是列出一系列想要达到的目标，而最难做的事情是提出可操作执行的方案，能够确保目标的实现。智慧城市设计方向不应当再列出更多、更全面的目标需求，而应当认真研究规划实施的可行性。

目前多数智慧城市规划都是向大而全的方向发展，大而全的城市规划并不体现水平，而是缺少判断力的体现。发达国家智慧城市规划往往是聚焦于一些很具体的项目，如推动自行车上下班，改善城市垃圾处理、建立电动汽车充电系统等等，没有如国内某些城市那样规划覆盖全市的大一统智慧体系。

在中国这样缺乏经验、缺乏资金的环境下，系统规划得越大越脱离实际、越不可行，说明智慧城市想要什么已经没有多大意义，说明先要什么后要什么才有价值，重要的是要什么这种需求怎样与城市发展诸多需求协调才是重要的，要考虑城市资源的平衡，使事情成为可执行的。

7.2 城市信息化可用资源

在智慧城市规划中，确定合理的资源使用范围是被经常忽略的问题，有些规划者认为资源的平衡、分配是超出智慧城市顶层设计的事情，是审批机构与上层领导的工作自己不用考虑，这是一种不负责任的态度。

城市的发展有许多工作需要做，不仅仅是智慧城市建设一项，如何平衡各种需求是十分重要的，作为智慧城市的规划者必须考虑资源使用的合理性，对于效益没有把握的事情应当放一放，资源统筹不仅要考虑资金还要考虑其它配套资源，通常资金容易解决，而人才、技术与工作人员的精力配套十分困难，部门不宜承接多个项目，应集中精力把关键事情做深做透。

规划者还要注意，行政资源也不能滥用，什么事情都要一把手挂帅也是不合理的，以为一把手挂帅能解决一切问题是幼稚的，我们需要的是科学的资源分配，资源要留意余地，让重点任务更有把握地完成。

7.3 多则惑，少则得

目前太多智慧城市规划热衷于尽量多地列项目，增添项目很容易，而真正困难的是如何筛选项目。很多规划列出的项目远远超出城市资源的支持能力，资金短缺还不至于造成重大损失，资金够而知识与人才缺才是最可怕的，它就造成比没有还坏的低劣工程，带来无穷无尽的损失。

发达国家智慧城市建设经常是集中资源去做一两个重点项目，不像我们这样好大喜功，一届政府做好一两件事情就行了，项目越多效果越差，决策者要敢于做得少，规划者要尽力选出少而精的项目。老子的“多则惑，少则得”应当成为智慧城市顶层设计的基本原则。

八、重新定义智慧城市顶层设计

8.1 重新定义智慧城市顶层设计

在智慧城市的讨论中，概念的准确非常重要，没有准确的概念就没有准确的交流，准确定义智慧城市顶层设计概念非常关键。

中国文字常常用简单词汇拼起来形成新名词，如智慧 + 城市 = 智慧城市，顶层 + 设计 =顶层设计，电子 + 政务 = 电子政务等等，这种组建新名词的办法很方便，易于让人猜想新名词的含义，然而正是这个特点使人满足于望文生义而不去深究新名词的含义，实际上新名词的含义远不是望文生义能够解释的，望文生义的习惯损害了思维的严谨性。

顶层设计是信息工程学的词汇，适合于确定性环境，不适合智慧城市的规划，但是“智慧城市顶层设计”已经流行了，只能在前面加以限定：以战略顶层设计、策略顶层设计来强调此顶层设计不同于彼顶层设计。限定后的概念强调思维的层次，不同层次有不同层次的顶层设计，从而提升语言的严谨性。

8.2 战略层次的顶层设计

战略层顶层设计是在城市发展的整体视角上对城市未来的规划。这是城市领导层首先要想清楚的问题，如城市在大格局中的定位，城市未来的特色，长远发展的方向等等。在战略层顶层设计思维中，“智慧”概念是超出信息化范围的，囊括城市的可持续发展、社会文化建设、城市竞争力、产业政策、公共服务与民生等诸多领域，是广泛含义的大智慧。

国内往往把智慧城市的理解信息化建设，在发达国家的智慧城市概念并不局限于信息化，巴黎智慧城市重点是推广自行车上下班，德国智慧城市聚焦城市电动汽车充电网，国际先进的智慧城市总是集中精力做一两件事情。

国内智慧城市规划常见问题是战略层顶层设计不足，城市定位没有特色，以信息化规划替代战略规划，导致项目多无重点。一届政府能做的事情有限，战略层顶层设计目标不是大而全的IT系统，而是选择对城市发展最有价值的目标集中精力去实现，战略层顶层设计的灵魂是对目标的大胆取舍。