从系统视角对智慧城市的若干思考

夏昊翔，王众托

(大连理工大学 系统工程研究所，辽宁 大连 116024)



从系统视角对智慧城市的若干思考

夏昊翔，王众托

(大连理工大学 系统工程研究所，辽宁 大连 116024)

智慧城市近年来引发了学界的广泛研究关注，并已成为城市建设的热点课题。但目前学界和业界主要从信息与通信技术的视角出发来来认识智慧城市。这一认识有一定片面性。对此，本文从系统工程的观点出发，由对城市系统的分析入手来阐释智慧城市的内涵。论文提出，现代城市在根本上是由三个系统彼此贯通耦合而形成的“赛博—物理—社会系统”，从而城市的“智慧”表现为由“生理智能”、“社会智能”和广义“人工智能”等三种智能形式综合形成的“整体谐生智能”。这一整体谐生智能的演化发展过程对应于智慧城市的发展过程。本文的分析由此解释了“智慧城市”内在的“三位一体”，即智慧城市是对城市信息化、城市智慧成长与可持续发展、以及知识与创造力城市等三方面发展思潮的综合。笔者希望本文能为进一步的智慧城市研究和建设工作提供一定启示。

智慧城市；整体谐生智能；数字城市；智慧成长；创造力城市

一、引言

新世纪以来，特别是IBM公司提出以“感知—互联—智能”为核心的 “智慧地球”(Smarter Planet)构想以来[1]，智慧城市在全球范围内引起了很大的关注。一方面，学界对智慧城市或智能城市开展了很多研究和探讨；另一方面，全球很多城市实际开展了智慧城市的规划与建设。在我国很多城市，智慧城市的建设工作也正如火如荼。然而，智慧城市的建设是一个涉及面很宽的问题，当前人们对智慧城市整体图景的认识还不尽相同。其中，近年来不少信息与通信技术(Information and communication technologies，ICT)企业着眼于从ICT视角探讨智慧城市建设。他们所秉承的ICT理念对智慧城市建设(特别是我国不少地区的智慧城市建设)的思路产生了很大影响。这一理念的实质是把智慧城市建设的根本着眼点定位于城市信息技术基础设施与信息处理平台的构筑，即利用云计算、物联网等新兴信息技术构筑城市硬件、软件和数据基础设施，提升城市政府管理、交通、能源、健康医疗、公共安全等各个子系统的灵巧性(Smartness)和智能性(Intelligence)[2]。ICT平台与体系的构筑固然是智慧城市建设中极为重要和基础的方面，但如仅从这一ICT视角来认识智慧城市并实施智慧城市建设，则具有一定片面性。智慧城市建设的根本目标应着力于解决或缓解城市面临的各种问题，并实现城市增长模式的改进和城市品质的提升。这样，智慧城市建设的出发点和根本着眼点应在于“城市”本身而不仅仅是城市中的信息技术平台与体系。从这一“城市”的角度看，智慧城市的建设应理解为推动城市的整体发展及“智慧化”的一系列活动与过程。由于城市的复杂性和系统特性，智慧城市建设应理解为一类典型的系统工程。应从系统工程视角出发来理解智慧城市的建设工作。

2012年中国工程院开展了针对“中国智能城市建设与推进战略研究”项目的研究工作。在该项目中，笔者提出应从物理空间—社会心智空间—赛博空间等三个空间协调发展的角度认识智慧城市(智能城市)。这一观点得到了项目组的认同，并采用“三元空间”的提法写入项目结题总报告之中[3]。但还有必要进一步对这一观点加以阐发和说明，以求获得对智慧城市的更为深入的认识。

因此，本文试图从系统工程的观点出发，通过分析城市系统的基本特征来把握“智慧城市”的概念内涵。本文的基本观点是：当代城市在根本上是一类由物理系统、社会系统和信息技术系统耦合而成的开放式复杂巨系统；与之相应，城市的“智能”与“智慧”表现在对与这三个系统相对应的三个信息子空间(即前述报告中所提的“三元空间”)中数据、信息和知识处理的能力，从而智慧城市的建设应着眼于这一总体能力的提升。本文将从对智慧城市的概念源流的梳理出发，阐述智慧城市应是“数字城市”、“可持续城市”以及“知识与创造力城市”的统一；进而，通过对城市系统的分析，深化对智慧城市概念内涵的认识，并由此提出对智慧城市的整体认识以及对智慧城市研究与实践工作的一些启示。最后，结论部分将总结全文。

二、智慧城市的概念源流分析

如前所述，在ICT企业的影响下，当前智慧城市的建设常被定位于ICT平台与系统的建设及应用，其本质是通过信息与通信技术与应用同城市的深度融合来提升城市运转的灵巧性及城市规划与决策的智能性。在这一ICT视角下的智慧城市实质是“数字城市”(Digital City)及“灵巧城市”(Smarter City)。诚然，智慧城市建设离不开ICT的应用；但如果仅从ICT应用的角度来看待智慧城市则有一定的片面性，并不能涵盖智慧城市的全部内涵。除了前述的基于ICT的视角之外，人们对智慧城市的探讨还另有两个主要的视角。其一是着眼于城市的“智慧成长”(Smart Growth)，其主要内容是发展“可持续城市”、“生态城市”及“宜居城市”等；其二则着眼于城市创造与创新能力的发展，其核心理念是“知识城市”(Knowledge City)与“创造力城市”(Creative City)。这三个视角分别对应了智慧城市的三方面的驱动因素；而智慧城市在总体上应是这三个视角的综合。从这三个视角出发，本节从对相关文献的分析入手来探求智慧城市的实质内涵。

ICT的飞速发展和广泛应用是当前智慧城市建设的显见驱动因素。从ICT视角看，智慧城市或“灵巧城市”在概念上承接了1990年代以来人们探讨的“数字城市”(Digital City)。数字城市的核心理念是利用信息与通信技术整合城市信息资源、在实体的城市之上构筑一个“虚拟城市”(Virtual City)，从而“创建一个新的城市维度使得人、关系与服务虚拟化地共享和整合形成更灵敏的社区”[4]。在1990年代和2000年代前期，对数字城市的关注焦点集中于运用遥感遥测、地理信息系统、全球定位系统、虚拟现实等技术构建城市空间地理信息平台，并与互联网环境下的信息存储、传输和处理技术结合，构建支持城市运转和决策的各类数字化服务系统。与之相应，相关的研究和实践工作主要围绕城市空间地理信息基础设施与平台、电子政务服务、数字化社区等主题开展[5-8]。近年来，随着ICT的进一步发展，特别是随着物联网、云计算、大数据、普适计算等技术的涌现，数字城市被赋予了更多的内涵。在这一背景下，部分学者继续使用“数字城市”的提法；另有学者和机构则使用新的提法，典型如“灵巧城市”(Smarter City)[2]与“无处不有的城市”(Ubiquitous City)[9-10]等。这些新提法反映了当前人们对智慧城市的主流看法。在ICT视角看，智慧城市可认为是数字城市在新一代信息与通信技术条件下的进一步发展，突出体现于以下方面：(1)通过物联网实现赛博空间和实际物理空间的更直接的贯通；(2)通过大数据和新一代智能分析技术提供更为强大和智能的计算和分析能力；(3)通过普适计算实现更为方便的“无处不有”(Ubiquitous)的服务提供能力。按照IBM的提法[11]，智慧城市建设的核心是实现城市更透彻的感知(Instrumented)、更全面的互联(Interconnected)和更深入的智能(Intelligent)，即“3I”。李德仁等[12]认为：“智慧城市是在城市全面数字化基础之上建立的可视、可量测、可感知、可分析、可控制的智能化城市管理与运营机制，包括城市的网络、传感器、计算资源等基础设施，以及在此基础上通过对实时信息和数据的分析而建立的城市信息管理与综合决策支撑等平台”。

城市的“智慧成长”和可持续发展理念是人们探讨智慧城市的另一主要源流。智慧增长是1990年代以来产生广泛影响的城市规划思潮，主张通过紧凑集约型用地、鼓励公交和非机动车出行、保护城市开放空间和周边农业用地等措施来促进城市的可持续和公平发展[13]。这一思潮同1970年代以来引起广泛关注的“可持续发展”(Sustainable Development)[14-15]思想一脉相承。基于可持续发展的理念，人们在“可持续城市”(Sustainable City)[16-17]、“生态城市”(Ecological City 或Eco-city)[18-19]、“绿色城市”(Green City)[20]、“低碳城市”[21-22]等彼此交叠的概念下对考虑经济、社会、生态协调发展的城市发展模式与路径开展了大量的研究与实践。上述智慧成长和可持续发展的理念对于2000年代以后关于“智慧城市”的探索起了极大的推动作用。在这一理念下，“智慧城市”主要着眼于缓解城市化带来的“城市病”，使得城市更为高效(Efficient)、可持续(Sustainable)、公平(Equitable)、宜居(Livable)。Giffinger等[23]提出智慧城市的六个维度，即：智慧经济(smart economy)、智慧出行(smart mobility)、智慧环境(smart environment)、智慧民众(smart people)、智慧生活(smart living)、及智慧治理(smart governance)；基于这一智慧成长理念，Caragliu等[24]把智慧城市界定为：“通过对人力和社会资本的投资以及传统与现代通信基础设施来推进城市可持续的经济发展和高质量的生活，同时通过参与式的治理实现睿智的自然资源管理”。在这一理解下，ICT的应用是智慧城市建设的重要内容，但ICT的作用是从属于城市本身的高效、可持续和宜居等“智慧成长”目标的。除了人和自然的和谐与资源与生态意义下的城市可持续，城市的“智慧成长”还蕴含改善城市社会治理结构、促进社会良治(Good Governance)与公平的内涵。这也是从智慧成长维度提出的智慧城市建设的重要方面。例如，李重照与刘淑华[25]认为，“智慧城市是对现代城市治理理念的创新，是在充分合理利用ICT的基础上，将物联网与互联网系统完全连接和融合；在缩小数字鸿沟、促进信息共享的基础上，通过参与式治理，让决策者更智慧地管理城市、保护环境，更合理地利用和分配人力资本、社会资本和自然资源。促进城市经济增长和维持城市的可持续发展，提供更完善的公共服务，不断提升居民生活的质量，促进社会各阶层的平等”。

智慧城市的第三个主要驱动因素和探究视角是知识经济(Knowledge Economy)与创造力经济(Creative Economy)。1990年以来，特别是OECD提出“基于知识的经济”报告[26]以来，人们日益重视知识与创造创新能力对于经济发展和社会进步的重要作用。在中国，创新驱动发展成为重要的国家战略。这一思路也反映到城市的发展战略、规划、建设与管理上，人们越来越关注城市知识资源及人的创造创新能力对城市进步的根本性作用，关注城市“软基础设施”(Soft Infrastructure)——如知识网络、公益组织、良好的治安环境、及休闲娱乐设施与氛围的建设[27]。这样，人们在“创造力城市”(Creative City)[27-28]*“Creative City”与前面所提的“Creative Economy”通常翻译为“创意城市”及“创意经济”。在最初的含义下，这两个概念也是着重于强调发展城市和经济体的文化创意能力。但“Creative City”并非仅局限于文化创意型一种类型，特别是在当前科技和文化的融合日益紧密的背景下，“创造力城市”和“创造力经济”的提法能更好地涵盖这两个概念的内涵，特别是兼顾文化创意和科技创新两个方面及二者的融合。因此本文采用“创造力城市”和“创造力经济”的提法。、创新城市(Innovative City)[29-30]、知识城市(Knowledge City)[31]等提法下开展了很多理论探讨与实践试验。Komninos[32-33]采用 “智能城市”(Intelligent City)的提法，且其探讨兼顾了前面所述的ICT及智慧成长视角，但他的核心关注点还是在于城市创新体系的建设。宋刚与邬伦[34]也主要从创新的角度来理解智慧城市，他们认为：“智慧城市是新一代信息技术支撑、知识社会下一代创新(创新2.0) 环境下的城市形态。它基于全面透彻的感知、宽带泛在的互联以及智能融合的应用，构建有利于创新涌现的制度环境与生态，实现以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的以人为本可持续创新，塑造城市公共价值并为生活其间的每一位市民创造独特价值，实现城市与区域可持续发展。”

从上面的简述可以看到，尽管相关学者的提法不尽相同，但上述三个方面共同构成了人们对智慧城市探讨的主体。智慧城市在根本上是上述三方面的深化与综合。近年来，一些学者从以上三方面综合的视野来认识智慧城市。Abdoullaev[35]认为，一个真正可持续的社区(城市、区域、国家)是在数字化意义上灵敏(Digitally Smart)、社会意义上智能(Socially Intelligent)、及生态意义上可持续(Ecologically Sustainable)的地理实体。从而，他认为智慧城市是“信息赛博城市”(Information Cyber City)、“智能/知识城市”(Intelligent/Knowledge City)及“生态/清洁城市”(Ecological/Clean City)的“三位一体的城市结构”(Urban Trinity)。Nam与Pardo[36]提出智慧城市存在三个维度，分别是：(1)“技术”——对应于ICT视角下的智慧城市，(2)“机构”(Institutional)——跟城市的智慧成长理念紧密相关；以及(3)“人”，对应于知识、学习与创新视角下的智慧城市。Chourabi 等[37]则从技术、组织和政策三个方面理解智慧城市，这一理解同Abdoullaev及Nam&Pardo的理解在思想实质上是一致的。可以借用Abdoullaev的提法把上述对智慧城市的综合理解称之为“三位一体”理解。这一 “三位一体”理解较为准确地反映了智慧城市的实质内涵，并为进一步深化对智慧城市的认识奠定了基础。基于此，下文将在这一“三位一体”认识的基础上进一步分析智慧城市的实质。

三、从系统角度认识智慧城市

(一)城市的三重耦合结构

上节基于文献的分析表明：智慧城市在根本上是数字城市、生态可持续城市及知识与创造力城市三方面的统一。这种“三位一体”结构反映了对智慧城市的较为完备的认识，其根本原因在于现代城市内在地蕴涵彼此紧密关联的三个系统，即物理系统、社会系统、以及信息技术系统。本节从这三个系统出发对智慧城市的本质加以进一步分析。

首先，城市所包含的实存物质的全体构成城市的物理系统。这既包括作为城市存在与发展基础的地理场所及自然物质和资源，也包括在实在意义下栖居于城市的人类群体以及城市中实存的所有人造事物。可以把这一物理系统称为“物理城市”，亦即物理、空间地理以及生物与生态系统意义下的城市。城市物理系统是城市存在的物理基础，也是将要讨论的城市社会系统及信息技术系统的依托。

其次，在这一“物理城市”之上，人和人之间通过各种社会关系彼此关联，形成一个“社会系统”。这一社会系统以“物理城市”中人及与人相关联的事物为物理载体(可称为“社会实体”)；在社会实体的基础上，以各种社会关系为纽带，依循法律、规章、规范、伦理、文化等运转，创造、转移、利用各类物质和意识产品，形成一类“人类活动系统”(Human Activity System)[38]。这一城市社会系统依托于社会实体，而以社会实体之上涌现产生的社会关系、社会结构、社会活动、社会意识等为本质内涵。因此，在城市社会系统的视角下，城市所蕴含的社会关系、结构、活动、意识等构成“社会城市”这一形态。“社会城市”并非自外于物理城市的独立存在的实体，而是依托于“物理载体”融入“物理城市”，从而城市的物理系统和社会系统彼此紧密关联成为一类“物理—社会融合系统”(Physical-Social System)。物理城市和社会城市的融合是自城市出现以来所有城市的共同本质特征。

进而，随着当代ICT的飞速发展和广泛应用，当代城市的运营和决策越来越依赖城市的各类信息技术平台和系统。为阐述的方便，本文把这些信息技术平台和系统统称为“城市信息技术系统”。与城市社会系统类似，城市信息技术系统依托于城市的物理系统，特别是构筑信息系统的硬件设施直接隶属于“物理城市”；但其内核是其软件和数据部分，营造了城市的虚拟“赛博空间”[39]。这一赛博空间是物理系统和社会系统在虚拟数字世界中的“映像”。这样，依托于城市信息技术系统，当前的城市在“物理城市”和“社会城市”之外还在虚拟的赛博空间中形成“数字城市”这一新形态。这一“数字城市”通过信息技术硬件设施与“物理城市”相贯通，特别是随着嵌入式系统和物联网等系列技术的日益成熟使得城市信息技术系统直接作用于城市物理系统。二者结合使得信息技术支持下的城市本质上属于一类“赛博—物理系统”(Cyber-Physical System，CPS)[40]。从另一视角看，城市信息技术系统在根本上又是服务于城市社会系统的，赛博空间中的信息和信息处理过程本质上是社会系统中相关信息及社会活动与过程在赛博空间中的映像，并支持与改进社会系统的运转。因此，“数字城市”又同“社会城市”相互耦合、紧密依存。

综上所述，在现代信息与通信技术条件下，城市本质上是由城市物理系统、城市社会系统及城市信息技术系统彼此贯通耦合(Coupling)乃至融合(Convergence)而成的系统。这样的系统应视为一类“赛博—物理—社会系统”(Cyber-Physical-Social System，CPSS)[41-42]。与之相应，从这三个系统的视角，城市分别呈现“物理城市”、“社会城市”及“数字城市”三种形态；城市整体呈现“物理城市—社会城市—数字城市”的三重耦合结构，如图1所示。

这里需要说明的是，人是贯通物理系统、社会系统和信息技术系统的关键“桥梁”。一方面，人同时属于物理系统和社会系统，“社会系统”是因为人而从“物理系统”中“生长”出来，又以人为关键纽带融入“物理系统”。而城市信息技术系统则在根本上服务于人且通过人的作用同城市物理和社会系统相耦合。总体看来，城市系统可视为一类“身心系统”，其中“物理城市”展现的是城市的“躯体”，“社会城市”反映城市的“心智”，而数字城市是“心智”在赛博空间的映像和延伸。“心智”依托于“躯体”并作用于“躯体”，“身”与“心”在城市整体层面上融汇统一。

可以用智能交通(Intelligent Transportation)计算机应用系统支持下的城市交通系统为实例说明城市的这种三重融合结构暨城市“身心系统”，如图2所示。

图1 城市的三重耦合结构

图2 以城市交通系统为例说明“三个城市”的耦合关系

从“物理城市”、“社会城市”和“数字城市”角度看，城市的交通系统分别呈现三种形态，即“物理城市”形态下的交通系统(“物理交通系统”)、“社会城市”形态下的交通系统(“社会交通系统”)以及“数字城市”形态下的交通系统(“数字交通系统”)。首先，从物理城市角度看，在城市中由人(出行者、管理者、规划者等)、车辆、道路以及智能交通计算机支持系统等共同构成在现实世界中运转的“物理城市”的组成部分——“物理交通系统”。这一物理形态下的系统构成城市交通系统的“躯体”部分。其次，从社会城市角度看，这一物理交通系统(“躯体”)中内在蕴含一个社会性的“心智系统”，其“心智”是由各种参与者(出行者、管理者与规划者等)的个体心智以及与交通相关的社会法规、规范、习俗等综合而成的“社会心智”。这一“社会心智”依托于城市交通系统的物理“躯体”而存在，并反过来通过“心智”的作用维持物理交通系统的运转、解决物理交通系统中出现的各类问题。第三，在ICT的支持下，交通系统还存在“数字交通系统”形态，其内核是支持交通系统运转的ICT系统的软件和数据部分。这一“数字交通系统”同样依托于物理交通系统并作用于物理交通系统，其本质又是对城市交通系统的“社会心智”的映像和延伸。智慧城市的发展在交通系统的突出体现正在于“物理交通系统”、“社会交通系统”、及“数字交通系统”的日益深入的融合。例如，当前智能网联汽车的发展使得城市道路交通日益呈现 “人”(驾驶员和交通管理人员)、交通设施(车辆、道路等)与ICT系统三者深度贯通与融合的态势。城市交通系统呈现清晰的“物理”、“社会”、“数字”三重形态，且三者彼此又紧密耦合。这样的交通系统正是城市“三重耦合”结构的一个缩影。

基于对城市的上述理解，发展智慧城市的实质是提升它的“心智”。下一小节对城市的“心智”进一步进行分析。

(二)智慧城市的“整体谐生智能”

前述城市的三重耦合特性为综合理解城市的“智能”提供了一个分析的基点。智能在根本上表现为主体进行信息加工(Information Processing)、并根据信息加工的结果获得相关知识及进行决策的能力[43]。因此，智慧城市的智慧或智能也表现为其信息加工能力。与城市“物理城市—社会城市—数字城市”三重耦合结构相对应，城市的信息加工实质上是在广义信息的三个子空间中进行的，即物理信息空间(Infosphere)、“社会心智空间”(Noo-sphere)、以及“赛博空间”(Cyberspace)[44]，如图3所示。

图3 作用于广义信息空间的城市“整体谐生智能”

在广义信息的三个子空间中，“物理信息空间”是信息在现实物理世界中流动而形成的“空间”；在城市的情景下，这一物理信息空间与物理城市相对应。这一物理信息空间是其他两个空间的基础。广义而言，信息是反映现实世界运动、发展和变化状态与模式的信号与消息[45]。针对这一“物理信息空间”中的信息进行加工处理、并相应进行判断与决策的能力是智能的最为基础的形态。这种智能为智慧生物所拥有，可以称之为 “生物智能”(Biological Intelligence)。针对智慧城市，生物智能主要是指人的“生理智能”(Physiological Intelligence)，即个人和群体作用于物理信息空间、解决现实物理世界问题的认知和行为能力。这里，“生理智能”这一提法泛指生物意义上的人的智能的全体，既包含“脑的智能”(Brain Intelligence)，也包含“身体智能”(Body Intelligence)。

“社会心智空间”和“赛博空间”从“物理信息空间”派生而形成。其中，“社会心智空间”附着于人类社会而存在，这一空间是在人类社会中流动并由社会中的人进行加工处理的各种数据、信息与知识的全集。在人类社会中，人利用“社会心智空间”中的数据、信息与知识进行信息加工、问题求解及决策，并由此产生各种社会活动。反过来，这些数据、信息与知识在社会活动中得以扩充，人类的社会活动推动“社会心智空间”的发展。因此，社会心智空间同其所在的社会系统相互依存，共同发展。在城市的情景下， “社会心智空间”对应于“社会城市”。

社会心智空间中的智能以人的“生理智能”为基础。人是“社会心智空间”中智能的主要载体。但是，作用于社会心智空间的智能并非单纯生物意义上的智能，而是跟“社会心智空间”本身紧密耦合、不可分离，是社会系统的整体智能。特别是，“社会心智空间”中不仅包含数据和信息，同时还包含社会系统所创造、获取与拥有的各类知识、技能和诀窍等。这其中既有可归于波普尔所言的“客观知识”(Objective Knowledge)[46]范畴的成分，亦有属于集体和组织的“隐性知识”(Organizational Tacit Knowledge)[47]的成分。这些知识、技能与诀窍既是社会系统的知识与智能活动的产物，同时又是社会系统的智能的重要组成部分，在社会系统的知识传递、传承及各类问题的解决处理中起很大作用。正因如此，应把社会系统及所关联的“社会心智空间”整体看作一个智能化的系统，其智能可称之为“社会智能”(Societal Intelligence)。这种社会智能的本质是在社会系统中涌现产生的超越生物个体的集体“心智”，这种集体心智主要内蕴于“社会心智空间”之中。这也是我们把社会系统所关联的信息子空间称为社会心智空间的根本原因。可以用云计算系统对生理智能和社会智能的关系加以比拟。生理智能可比作云计算系统中的单个计算机和部分计算机集群，而社会智能则是背后的虚拟态的整体计算“云”。

广义信息的第三个子空间是“赛博空间”。在城市的情景下，这一“赛博空间”直接对应于“数字城市”。现代信息与通信技术的发展促使大量数据、信息与知识在“赛博空间”的汇聚；由于各类计算机信息系统发展和广泛互联，“赛博空间”日益成为相对独立的信息子空间。与之相应，各类基于计算机的系统通过对“赛博空间”中数据和信息的加工处理、并据此辅助解决现实物理世界中问题的能力构成广义的“人工智能”(Artificial Intelligence)。这种广义人工智能在概念上比通常理解的人工智能更宽泛，既包含传统意义下基于神经网络、机器学习和专家系统等技术的人工智能，也包含基于软计算与进化计算的“计算智能”(Computational Intelligence)[48]。通过数值计算、仿真模拟以及计算机辅助设计、制造等技术手段来辅助人们解决现实问题的各类计算技术也属于这里广义“人工智能”的范畴。近年来大数据技术的兴起为广义人工智能的发展提供了新的驱动力。

根据以上的简述，智慧城市的智能是在广义信息的三个子空间进行信息加工处理的能力，具体而言，通过分别依存于三个信息子空间的“生理智能”、“社会智能”与“人工智能”三种智能而展现。进而，这三种智能并非各自独立作用于相应的信息子空间，而是呈现彼此间的交叉渗透。

首先，在人类社会中，生物人的“生理智能”和社会人的“社会智能”实际是密不可分且互相促进的。一方面，社会智能通过拥有生理智能的人的活动而产生与发展——“社会”作为 “超有机体”(Superorganism)不断将生理智能的成果吸纳汇入社会心智空间，成为社会智能的组成部分。另一方面，在社会中，“生理智能”又在很大程度上被社会智能所塑造，社会范围内的知识与技能的传承和扩散又是“生理智能”发展的重要源泉。从这一意义上讲，“智能在根本上是社会的”[49]。

第二，从人工智能和生理智能的关系看，人工智能在现实中是通过辅助人的问题求解来发挥其作用的。虽然随着计算机科学与技术的持续进步，人工智能在一定范围内实现了对人的智力活动的替代，但至少从当前的人工智能发展水平上看，人工智能在根本上起的是辅助和增强人的“生理智能”的作用。从而，生理智能和人工智能综合集成起来形成更为强大的智能系统。近年来，随着普适计算的发展，更为直接地嵌入并作用于现实物理世界的“周遭智能”(Ambient Intelligence)成为人工智能的新前沿[50]。周遭智能的发展反映了赛博空间向物理信息空间的渗透以及相应的广义人工智能与生理智能更为深入的综合。

第三，人工智能与社会智能的关系亦呈现交叉融合、彼此促进的态势。自1980年人们开发协同工作支持系统暨群件以来，对群体的支持一直是信息技术的重要发展方向；在当前的社会万维网(Social Web)[51]及社交媒体(Social Media)[52]环境下，群体支持系统的功能进一步扩展到对全社会范围内工作、生活、及社会交往的支持。这类系统的发展推动了赛博空间与社会心智空间之间的交叉渗透。这一方面使得社会智能的作用空间日益拓展到赛博空间[53]。另一方面，这类系统反过来也通过智能化的信息处理技术更好地实现了对现实社会系统运作与决策的支持，广义人工智能的作用空间也更为深入地深入到社会心智空间。同时，随着普适计算、物联网、大数据等系列技术的发展，人类群体的线下活动的海量数据也日益可利用计算机系统加以分析处理[54]，这进一步深化了人工智能和社会智能的融合。

总之，与广义信息的三个子空间的彼此渗透相应，三种智能的实际作用空间往往跨越其各自依存与直接作用的信息子空间，从而以相互配合、耦合乃至融合的方式进行对现实问题的处理和求解。因此，城市的智能不仅仅是前述三种智能及其简单加和，而是通过三者的综合集成所形成的更高层次的智能。可以把这种综合性的智能称为“整体谐生智能”(Holistic Co-evolutionary Intelligence)。其中，人的生理智能是实现三种智能的综合集成的关键纽带——社会智能通常需要依托于生理智能才能实现其解决实际问题的能力；同样，当前技术条件下，人工智能亦是与生理智能综合，通过形成人机集成系统来解决现实问题的。

这样的“整体谐生智能”是智慧城市的“使能器”(Enabler)。智慧城市建设的本质从而是通过发展整体谐生智能来推动“物理城市—社会城市—数字城市”的协调发展，通过提升城市的整体“心智”来促进城市“身心系统”的持续改善。

(三)对智慧城市的整体理解

基于前面的分析，城市在根本上是一类复杂的“赛博—物理—社会系统”(CPSS)，其“智能”是由三种智能综合而形成的“整体谐生智能”。与之相应，亦应从提升这一“赛博—物理—社会融合系统”的“整体谐生智能”的角度理解智慧城市建设。

第一，从CPSS和整体谐生智能的观念出发可对信息技术视角下的智慧城市或灵巧城市加以审视。无论是在数字城市、灵巧城市还是普适城市的提法下，其深层的理念都在于发展用于支持城市运转和决策的广义人工智能，其基本着眼点在于城市三重耦合结构中的“数字城市”。特别是当前一些ICT企业与人士所倡导下的“智慧城市”(实质是灵巧城市)关注的焦点是在城市数字化建设的基础上利用物联网等技术实现“数字城市”和“物理城市”的进一步贯通。这些工作无疑应是智慧城市建设的重要内容。但如将其作为智慧城市建设的全部，则这样的认识具有一定片面性。智慧城市建设固然应重视人工智能的提升，同时还应致力于生理智能与社会智能的发展、以及三种智能的配合、耦合乃至融合。智慧城市不单是智慧技术支持下的城市，而更应是拥有“整体谐生智能”并能实现其内生发展的城市。这样，城市信息技术系统的建设不应单纯地追求提升性能、普适性以及信息分析能力来取代人的智能，相反，应把重点放在人的智能、社会的智能和机器的智能的彼此渗透和融合发展，以更为强大的整体谐生智能来推动城市运行效能的提升。在这一理念下，城市信息技术系统内置于城市物理系统和社会系统，并在根本上为社会系统服务；应从三个系统综合的整体视角来规划并实施城市信息技术系统的建设。

第二，从城市“整体谐生智能”的观点出发可以更深入地理解前面所提的“数字城市—生态可持续城市—知识与创造力城市”三位一体。数字城市着重于城市赛博空间的发展和广义人工智能的提升，从而间接地推动生理智能和社会智能的发展。知识与创造力城市则重点着眼于发展社会心智空间，从而推动人的生理智能以及社会智能的提升。而生态可持续城市则着重于人和自然的关系，其根本目标在于提升人类社会对于所依存的自然环境的物理信息的加工处理能力，这种加工处理能力的提升需要生理智能、社会智能和人工智能的相互协同，从而提升维持城市可持续发展的能力，即“生态智慧”(Ecological Wisdom)[55-56]。这种生态智慧是城市的整体谐生智能在处理城市可持续发展和智慧成长问题上的体现。而智慧城市建设综合了上述各个方面，着力于广义信息三个子空间的拓展和彼此贯通，从“赛博—物理—社会系统”的视角推动城市整体谐生智能的提升。这样，智慧城市的“三位一体”实质是城市整体智能的发展与当前城市发展实际情景结合的产物，推动“数字城市”、“生态可持续城市”及“知识与创造力城市”的综合发展是当前智慧城市建设的现实目标，即通过城市广义信息空间的拓展以及三种智能的融合和整体提升来提高城市运行和决策的效能、增进城市的可持续性。

第三，与“整体谐生智能”观点相对应，智慧城市再进一步看则为Stock[57]所言的“梅塔人”(Metaman)在城市情景下的具体化，即城市是由人和机器深度融合而形成的“超有机体”(Superorganism)。在这一比喻下，智慧城市建设的核心工作是发展城市“梅塔人”的“神经系统”。这一神经系统首先是基于城市社会系统而实现其功能的。其中，各类人员个体在城市生活中常常起到“神经末梢”的作用。城市热点事件的自媒体报道者可以视为“感知神经末梢”的例子，而进行生产作业的企业工人则可视为城市的“运动神经末梢”的例子。其次，以人际之间的关系以及交互活动为纽带而形成的各类社会网络可比作社会系统中的神经系统“传导网络”；大量的数据、信息与知识通过这些社会网络在城市社会系统中流动。各类决策者及人类专家(如管理机构、决策咨询机构与智库等)则起到社会系统中的“神经中枢”的作用。在此基础上，信息技术系统日益融入基于社会系统的城市“神经系统”。由此观之，当前从信息技术视角出发的“数字城市”和“灵巧城市”建设的本质正在于用信息技术融入基于社会系统的“神经系统”并增强其信息感知、传输及加工处理与决策执行能力。从城市信息技术系统角度看，各类传感器和执行器(Sensors and actuators)可理解为现代信息技术支持下的城市“神经末梢”，互联网和物联网等构建的数字化通信网络扩充了“周围神经系统”的传导网络，而各类计算机信息处理与分析平台则是对城市“神经中枢”的辅助与补充。

综合起来看，城市的“神经系统”由内置于社会系统的“神经系统”和基于信息技术系统的“神经系统”两部分彼此结合而成，其基本形态如图4所示。

图4 城市“神经系统”的组成示意图

对城市“神经系统”的上述理解要求在智慧城市建设中应把社会系统建设和信息技术系统建设综合起来发展城市的“整体谐生智能”。IBM等企业提出3I即“感知—互联—智能”恰是分别从“神经末梢”、“传导网络”及“神经中枢”三个部分概括了智慧城市建设中的信息技术系统建设的任务。而在本文的理解下，应从信息技术系统和社会系统两方面综合起来发展“神经末梢”、“传导网络”及“神经中枢”。其中，“神经末梢”部分，作为“末梢”的人和信息技术设施在信息感知上起相互补充的作用，二者在一些情景下也彼此耦合增强整个系统的感知和执行能力。一个典型的例子是基于位置的服务(Location-Based Services, LBS)，人和感知设施终端(例如移动电话)结合起来完成感知功能。智慧城市的整体神经系统“传导网络”则应围绕社会网络和通信技术网络所形成的二重耦合网络来加以建设。对于智慧城市的“神经中枢”建设，则应着眼于各类计算机信息处理系统的“人工智能”融入以人为中心的“生理智能”与“社会智能”，实现人机综合集成的智能处理系统。这样，本文也认为智慧城市建设应围绕三个“I”(“感知—互联—智能”)而开展，但对这三个“I”的理解不应只局限于信息技术系统，而应是针对更为综合的城市“神经系统”。

第四，上述对智慧城市——发展城市“神经系统”和城市“整体谐生智能”——的认识进一步蕴含了智慧城市建设的过程化认识。即，在今天人们提出建设智慧城市之前，城市“梅塔人”及其“智慧”既已存在；而城市“智慧”的发展也理应是一个持续提升的长期过程，因而很难绝对化地界定某一城市已经建成了“智慧城市”而另一城市还不是“智慧城市”。这样，智慧城市建设的更为确切的提法应是“城市智慧化”。这一点本文与潘云鹤院士在中国智能城市建设与推荐战略研究项目中提出的观点是一致的[3]。

从过程视角看，城市智慧化应是城市的三种智能逐步从彼此“配合”(Complementing)与“耦合”(Coupling)发展到“融合”(Convergence)的过程。笔者认为，“配合”、“耦合”和“融合”是多个系统集成的三种基本形式与阶段[58]。其中，“配合”是指系统和系统之间起相互补充的作用，但各个系统各自独立运转、独立起作用；“耦合”是指系统之间在结构和功能上出现交叠，彼此之间的关联较“配合”更为紧密；而“融合”则是指系统之间呈现我中有你、你中有我的“水乳交融”的紧密集成态势。由此观之，当前的城市中，三种智能之间大体还处于彼此配合和一定程度“耦合”的阶段。城市智慧化的核心恰是逐步实现三种智能“融合”的过程，特别是人工智能逐步同生理智能和社会智能融合的过程。在理想情形下，未来成熟的智慧城市应呈现人工智能弥散式地渗入城市物理系统和社会系统的形态。对城市智慧化的这一理解也是我们把城市的整体智能称之为“谐生”(coevolutionary)智能的原因——三种智能共同演化，逐步交汇形成整体层面的“融合”式的智能。与“整体谐生智能”的逐步融合进程相对应，智慧城市的发展过程亦是物理城市、社会城市与数字城市这“三个城市”的逐步融合过程，特别是数字城市日益深入地融入城市社会系统的过程。

从城市整体谐生智能及智慧城市的过程观点出发，还应该对“智慧城市”和“智能城市”这两种提法加以一定区分。智能主要体现为对信息进行加工并由此进行决策和行动的能力，而智慧则在通常的智能之上还更进一步包含直觉与洞察力，以及价值观、伦理与审美等方面。因此，发展城市的“智慧”是比发展城市“智能”更高的目标。城市的发展应是由智能化逐步过渡到智慧化，智慧城市是在智能城市之上的进一步发展。这样，本文赞同中国工程院研究报告[3]的观点，在城市智慧化的当前阶段，“智能城市”是更为确切的提法。在这一“智能城市”阶段，建设重点是通过三种智能的共同提升及彼此融合来增强解决城市现实问题的直接能力。当然，在智能城市建设的同时还应对城市“智慧化”有所兼顾；而当智能城市发展到较为成熟的阶段之后，则应把中心工作逐步转向城市“智慧化”建设。这样的智慧化建设在发展显在的“智能”的同时还尤为注重价值观、伦理、审美等更内在的智慧元素在城市“梅塔人”中的渗透，特别是在其“社会智能”中的渗透，从而使得城市具备更为和谐的自我完善的能力。可以用两个例子来说明城市从长期看需要培育超越显在智能的智慧。一是前面提及的“生态智慧”[55]，推动城市的可持续性和自然与社会的长期和谐发展不仅仅需要通常的“智能”，还需要更多的“智慧”的成分。另一个例子是科学技术的发展和利用问题，从“智慧”的视角下，应注意到科学技术的利用具有“双刃剑”的效应，一些科学技术在给人类带来极大便利的同时也可能产生负面作用，这就需要更大的“智慧”来审慎对待科学技术(特别是可能带来负面效应的科学技术)的推广与应用。当前人们对人工智能发展可能对社会带来的负面影响的担心正是对科学技术应用的“双刃剑”效应的一种反映。

总之，智慧城市是在新一代信息技术推动及城市可持续发展、创新驱动发展以及社会治理创新等发展需求的拉动下兴起的，其本质内涵是拓展城市的三重耦合的广义信息空间并提升作用于其上的“整体谐生智能”。通过提升整体谐生智能，智慧城市建设的现实目标是推动城市在经济、社会、生态诸方面的全面发展，增进城市整体宜居度(Livability)[59]。

四、对智慧城市建设与研究的启示

前面对智慧城市内涵的分析为现实的智慧城市建设及关于智慧城市的研究具有一定启示意义。

首先，本文所阐述的核心理念是不应把智慧城市建设局限于信息与通信技术(ICT)基础设施、平台及构建于其上的各类信息系统，而应着眼于把城市作为复杂的“物理—信息—社会系统”并发展其整体智能。这样，ICT设施、平台与系统建设是当前多数智慧城市建设的重要任务，但这方面的建设还应与智慧城市的长期目标——发展城市整体谐生智能以更好地解决城市面临的问题并提高城市的可持续性、创造创新能力及宜居度——结合起来。特别是，从城市的广义信息空间看，当前围绕物联网、大数据、云计算等系列技术所形成的智慧城市建设的一个重要议题是促进物理信息空间和赛博空间的贯通，把城市作为一类“赛博—物理系统”(CPS)加以发展，促进这一系统中人工智能与生理智能的融合及整体提升。这无疑是智慧城市建设的重要内容；但从更长远看，在智慧城市建设中更有赖于社会心智空间的拓展以及三个空间进一步贯通，从而使得作用于这三个空间的三种智能更好地相互配合、协同发展。这就要求在实际的智慧城市建设中，不仅应注重数字城市和灵巧城市(Smarter City)的建设来促进城市运作与管理效率的提升及经济与社会发展质量的提高，还应该重视城市创造创新能力的长期培养和持续提升。换言之，“知识与创造力城市”的建设是城市智慧化进程中更为深远的主题。其中，“创造力城市”这个提法来自于Landry与 Bianchini[28]及Florida[27]等学者，他们关注的重点是城市文化创意能力和文化创意产业的发展。这里我们所提的城市创造与创新能力既包括文化创意能力，也包括科学技术的创造创新及成果转化能力，还包括科技与文化融合的能力。在此我们建议使用 “创造力”(Creativity)一词加以概括[60]。进一步看，城市创造力涉及科学创造力、技术创造力、经济创造力、文化创造力、社会创造力等五个方面；城市创造力的培养在根本上需把城市的教育与人才、科技、文化等诸方面综合起来，提升城市的“软”实力[61]。

其次，如前所述，智慧城市建设的实质是城市智慧程度持续提升的过程而不应将其设定为“建成智慧城市”这样的目标模式。进一步从过程的视角看智慧城市建设，则应把城市智慧化的过程看作一个智能型开放复杂巨系统以自组织和他组织结合的方式进行的演化过程，而非单纯的工程化的建设过程。城市智慧化过程本质上是城市的物理系统、社会系统和信息技术系统的协调发展过程，特别是赛博系统逐步融入物理系统和社会系统的过程。因此，应把城市视为由人和机器融合的“超有机体”的思路规划这一复杂的演化发展过程。同时，城市智慧化涉及多方面的相关主体(例如政府部门、企事业单位、社会团体、及居民等)，不同的主体对智慧城市的需求是不尽相同的。因此，智慧城市建设过程还涉及多方利益的协调，城市智慧化过程从而也是城市治理体系的革新过程。而从城市可持续发展和智慧成长的角度看，城市智慧化过程还需考虑城市的社会系统与所依存自然环境的协调发展。这样，城市智慧化在根本上是一个具有显著的内生复杂性的过程，应按照复杂系统工程(Complex System Engineering)或演化工程(Evolutionary Engineering)[62-63]的思路进行建设。

第三，智慧城市建设的具体内容包含城市系统运转的方方面面，从底层的城市基础设施到上层的城市治理。从系统工程的角度看，城市不仅是一个系统，更是一个由多个相对独立的系统集成而成的“系统的系统”(System of Systems)。对此应按照“系统的系统工程”(System-of-Systems Engineering，SOSE)或体系工程(Architecture Engineering)的思路来开展智慧城市的规划与建设[37]。从系统的系统角度来看城市，城市的水、电、通信、道路等基础设施系统构成城市系统的最为基础的成员系统，在此之上围绕社会民生、经济产业和城市治理等众多成员系统各自相对独立运转而又彼此综合集成，形成城市整体系统。在数字城市和智慧城市的视野下，城市的信息技术基础设施、平台和应用系统又是连接各个成员系统的重要纽带。这样，按照系统的系统工程理念来实施智慧城市建设，一方面应从包括信息技术基础设施在内的各个城市基础设施成员系统的智慧化建设为主要入手点，另一方面应从整体层面综合考虑各个成员系统的智慧化建设的彼此协调和整合。把前面所述的演化工程的思路和系统的系统工程思路二者相结合，这应成为推动城市智慧化的持续发展的整体思路。

最后，从本文前面的分析还可引申出关于智慧城市的一个值得关注的研究方向，可以将其归纳为：基于城市大数据及“城市计算”(Urban Computing)的“城市复杂性”(Urban Complexity)与“城市智能”(Urban Intelligence)。城市智慧化的过程实质是人与机器融合的超有机体的发展演化过程。这样，要更好地理解智慧城市、并进而更好地发展智慧城市，有必要对信息技术(特别是以物联网、大数据和云计算等为代表的新一代信息技术)支持下的城市运转模式与规律进行深入研究。近年来，随着大数据相关技术的兴起，“城市大数据”与“城市计算”日益引发学界的关注，其实质是构建从城市活动数据获取、数据管理到数据分析及服务提供的方法、技术和应用体系结构[64-65]。城市计算方法和技术对信息技术支持下的城市运转模式和规律的研究提供了有力的武器，近年来学界对城市大数据情景下的各类复杂的集体行为动力学(例如交通出行的模式与规律)等问题开展了不少有益的研究和探索[66]。这是一条值得进一步探索的研究路线。其根本意义在于有望通过这些研究深入探索城市作为复杂的“信息—物理—社会融合系统”的内在运作机理，从而更为深刻地把握城市整体智能的作用机制。这样的机理与机制研究可促进对更好地支持城市规划、管理和日常运转的信息技术和应用的进一步探索，同时亦对智慧城市建设的规划与管理具有良好的促进作用。这里值得指出的是，上述的研究路线应重点着眼于城市复杂性和城市智能问题上。即力求通过城市计算技术和工具把握城市自身(尤其是城市的整体智能)的复杂性本质，从而反过来推动智慧城市建设的实践。

五、结论

城市首先是自然意义下(物理、空间地理乃至生物与生态系统意义下)的一类实在物，即城市物理系统；人类在此之上构筑了城市社会系统；而当今的城市正日益密切地和现代信息技术紧密结合，今天的城市正经历信息化特别是数字化的进程。因此，现代城市在根本上是由三个系统彼此贯通耦合而形成的“赛博—物理—社会系统”。与之相对应，城市的“智能”或“智慧”表现为对由三个子空间耦合而成的广义信息空间中的信息加以处理并解决相关问题的能力，这一能力由“生理智能”、“社会智能”和广义“人工智能”彼此耦合而成并逐渐走向“融合”状态，本文称之为“整体谐生智能”。这样，智慧城市建设的本质是发展这种“整体谐生智能”。基于这一“整体谐生智能”的认识，本文由此扩展了IBM对智慧城市的“3I”理解，即把社会系统和信息技术系统的发展结合起来推进更为全面的“感知、互联和智能”，发展城市的整体“神经系统”。这一理解下的城市“整体谐生智能”同近年来王飞跃等学者所倡导的现实与人工“平行系统”理论[67-68]在概念上亦是相通的。

这样，本文的分析试图建立对智慧城市概念内涵的一种理解，以求从更为综合的视角考察智慧城市和智慧城市建设。本文解释了“智慧城市”内在的“三位一体”，即智慧城市是对城市信息化(从数字城市到“灵巧城市”)、城市智慧成长与可持续发展、以及知识与创造力城市等三方面发展思潮的综合。相应地，城市智慧化的实施不应仅局限于信息技术平台和系统的建设，而是需要采用复杂系统工程的思路，按照适应性演化的方式推动城市本身的持续提升和全面发展，增进其宜居度。以上对智慧城市和智慧城市建设的认识总体上还是较为粗浅的。笔者不惮于将这些阶段性的不完善的思考结果整理出来，是希望就正于方家以求获得对这一问题更为深入的理解，更希冀本文的思考能引发关于智慧城市的本质内涵和建设方略的进一步讨论、对于当前方兴未艾的智慧城市建设能提供一些思路上的借鉴。

[1] Palmisano S J. A smarter planet: the next leadership agenda [DB/OL] . http://www.ibm.com/ibm/cioleadership

exchange/us/en/pdfs/SJP_Smarter_Planet.pdf, 2008.

[2] Dirks S, Keeling M. A vision of smarter cities: How cities can lead the way into a prosperous and sustainable future [DB/OL]. http://www935.ibm.com/services/us/gbs/bus/pdf/ibm_podcast-_smarter_cities.pdf, 2009.

[3]中国工程院中国智能城市建设与推进战略研究项目组. 中国智能城市建设与推进战略研究 [M] . 杭州: 浙江大学出版社, 2015.

[4] Cocchia A. Smart and digital city: a systematic literature review[C]. In: Smart city, pp. 13-43. Springer, 2014.

[5] Ishida T, Isbister K (Eds.). Digital cities: technologies, experiences, and future perspectives[M]. Springer, 2000.

[6] Couclelis H. The construction of the digital city [J]. Environment and Planning B: Planning and Design, 2004, 31(1):5-19.

[7] Dykes J. Geo Visualization and the digital city [J] . Computers, Environment and Urban Systems, 2010, 34:443-451.

[8]李德仁, 邵振峰, 杨小敏. 从数字城市到智慧城市的理论与实践 [J] . 地理空间信息,2011, 9(6):1-5.

[9] Shin D H. Ubiquitous city: Urban technologies, urban infrastructure and urban informatics [J]. Journal of Information Science, 2009, 35(5):515-526.

[10] Anthopoulos L, Fitsilis P. From digital to ubiquitous cities: defining a common architecture for urban development [C]. IEEE 6th International conference on Intelligent Environments, 2010: 301-306.

[11] Harrison C, Eckman B, Hamilton R, el al. Foundations for smarter cities [J] . IBM Journal of Research and Development, 2010, 54(4):1-16.

[12]李德仁, 姚 远, 邵振峰. 智慧城市的概念, 支撑技术及应用 [J] . 工程研究: 跨学科视野中的工程, 2012, 4(4):313-323.

[13]董宏伟, 寇永霞. 智慧城市的批判与实践——国外文献综述 [J] . 城市规划, 2014, 11:52-58.

[14] WCED (World Commission on Environment and Development) [M]. Our common future. Oxford University Press, 1987.

[15] Mebratu D. Sustainability and sustainable development: historical and conceptual review [J]. Environmental impact assessment review, 1998, 18(6):493-520.

[16] Hall P. Cities of tomorrow [M]. Blackwell Publishers, 1988.

[17] Dempsey N. Future forms and design for sustainable cities [M] . GBR: Architectural Press, 2005.

[18] Platt R H, Rowntree R A, Muick P C. The ecological city: preserving and restoring urban biodiversity [M]. Univ. of Massachusetts Press, 1994.

[19] Roseland M. Dimensions of the eco-city [J]. Cities, 1997, 14(4):197-202.

[20]Campbell Scott. Green cities, growing cities, just cities?: Urban planning and the contradictions of sustainable development [J] . Journal of the American Planning Association, 1996, 62(3): 296-312.

[21]陈 飞, 诸大建. 低碳城市研究的内涵, 模型与目标策略确定 [J] . 城市规划学刊, 2009, 4(8):8.

[22]BulkeleyH, Broto V C, Hodson M, Marvin S. Cities and low carbon transitions [M] . London: Routledge, 2011.

[23]GiffingerR, Fertner C, Kramar H, el al. Smart cities: ranking of european medium-sized cities [DB/OL] . http://www.smartcities.eu/download/smart_cities_final_report.pdf.

[24]CaragliuA, Del Bo C, Nijkamp P. Smart cities in Europe [J] . Journal of urban technology, 2011, 18(2):65-82.

[25]李重照, 刘淑华. 智慧城市: 中国城市治理的新趋向[J] . 电子政务, 2011(6): 13-18.

[26]OECD 1996. The knowledege-based economy[M]. Paris, OECD.

[27]Florida R. The rise of the creative class: And how it’s transforming work, leisure, community and everyday life [M] . New York: Basic Books, 2002.

[28]Landry C, Bianchini F. The creative city [M] . Demos, 1995.

[29]Hospers G J. Governance in innovative cities and the importance of branding [J] . Innovation, 2008, 10(2-3):224-234.

[30]吕拉昌, 李 勇. 基于城市创新职能的中国创新城市空间体系 [J] . 地理学报, 2010, 65(2):177-190.

[31]Garcia Blanca C. Working and learning in a knowledge city: a multilevel development framework for knowledge workers [J] . Journal of Knowledge Management, 2007, 11(5):18-30.

[32]Komninos N. Intelligent cities: innovation, knowledge systems, and digital spaces [M] . Taylor & Francis, 2002.

[33]Komninos N. Intelligent cities and globalisation of innovation networks [M] . London: Routledge, 2008.

[34]宋 刚, 邬 伦. 创新2.0 视野下的智慧城市 [J] . 城市发展研究, 2012, 19(9):53-60.

[35]AbdoullaevA. Keynote:“A smart world: a development model for intelligent cities” [C] . The 11th IEEE International Conference on Computer and Information Technology (CIT), 2011.

[36]NamT, Pardo T A. Conceptualizing smart city with dimensions of technology, people, and institutions [C] . Proceedings of the 12th Annual International Digital Government Research Conference: Digital Government Innovation in Challenging Times, 2011. 282-291.

[37] ChourabiH, Nam T, Walker S, Gil-Garcia J R, el al. Understanding smart cities: An integrative framework [C] . The 45th Hawaii International Conference on System Science (HICSS), 2012. 2289-2297.

[38]ChecklandP. Systems thinking, systems practice [M] . Wiley, 1981.

[39]Kitchin R. Cyberspace: The world in the wires [M] . John Wiley & Sons, 1998.

[40]Poovendran R. Cyber-physical systems: Close encounters between two parallel worlds [J] . Proceedings of the IEEE, 2010, 98(8):1363-1366.

[41] Wang Fei-Yue. The emergence of intelligent enterprises: From CPS to CPSS [J]. IEEE Intelligent Systems, 2010, 25(4):85-88.

[42]Sheth A, AnantharamP, Henson C. Physical-cyber-social computing: An early 21st century approach [J] . IEEE Intelligent Systems, 2013, 28(1):78-82.

[43]NewellA, Simon H A. Human problem solving [M]. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1972.

[44]Arquilla J, Ronfeld D. The emergence of noopolitik: Toward an American information strategy [M] . USA: RAND Corporation, 1999.

[45]王众托. 系统工程引论(第四版)[M] . 北京: 电子工业出版社, 2012.

[46]Popper K. Objective knowledge: an evolutionary approach [M] . Oxford University Press, 1972.

[47]Nonaka I, Takeuchi H. The knowledge-creating company [M] . Oxford University Press, 1995.

[48]Zadeh L. A. A new direction in AI: Toward a computational theory of perceptions [J] . AI magazine, 2001, 22(1):73.[49]Kennedy J, Eberhart R C, Shi Y. Swarm intelligence [M] . Morgan Kaufmann, 2001.

[50]Ramos C, Augusto J C, Shapiro D. Ambient intelligence—the next step for artificial intelligence [J] . IEEE Intelligent Systems, 2008, 23(2):15-18.

[51]GruberT. Collective knowledge systems: Where the social web meets the semantic web [J] . Web semantics: science, services and agents on the World Wide Web, 2008, 6(1):4-13.

[52]KaplanA M, Haenlein M. Users of the world, unite! The challenges and opportunities of Social Media [J] . Business horizons, 2010, 53(1):59-68.

[53]Luo S, Xia H, Yoshida T, Wang Z. Toward collective intelligence of online communities: A primitive conceptual model [J] . Journal of Systems Science and Systems Engineering, 2009, 18(2):203-221.

[54]Aharony N, Pan W, Ip C, Khayal I, Pentland A. Social fMRI: Investigating and shaping social mechanisms in the real world[J]. Pervasive and Mobile Computing, 2011, 7(6): 643-659.

[55]Naveh Z. Interactions of landscapes and cultures [J] . Landscape and Urban planning, 1995, 32(1):43-54.

[56]Xiang W N. Doing real and permanent good in landscape and urban planning: Ecological wisdom for urban sustainability [J] . Landscape and urban planning, 2014, 121:65-69.

[57]Stock G. Metaman: The merging of humans and machines into a global superorganism [M] . New York: Simon & Schuster, 1993.

[58]Wang Z. Knowledge integration in collaborative innovation and a self-organizing model [J] . International Journal of Information Technology & Decision Making, 2012, 11(02):427-440.

[59]许庆瑞, 吴志岩, 陈力田. 智慧城市的愿景与架构 [J] . 管理工程学报, 2012, 26(4):1-7.

[60]王众托. 知识系统工程(第二版)[M]. 北京: 科学出版社, 2016.

[61]夏昊翔，王众托.中国智能城市科技发展战略研究[R].中国工程院“中国智能城市建设与推进战略研究”项目“中国智能城市的经济、科技、教育、文化与管理战略”子项目研究报告，2014.

[62]Bar-Yam Y. About engineering complex systems: Multiscale analysis and evolutionary engineering[C]. In International Workshop on Engineering Self-Organising Applications (pp. 16-31). Springer Berlin Heidelberg, 2004.

[63]Sheard S A, Mostashari A. Principles of complex systems for systems engineering [J] . Systems Engineering, 2009, 12(4):295-311.

[64]郑 宇. 城市计算与大数据 [J] . 中国计算机学会通讯, 2013, 9(8):6-16.

[65]Zheng Y, Capra L, Wolfson O, Yang H. Urban computing: concepts, methodologies, and applications [J] . ACM Transactions on Intelligent Systems and Technology (TIST), 2014, 5(3):38.

[66]王静远, 李 超, 熊 璋, 单志广. 以数据为中心的智慧城市研究综述 [J] . 计算机研究与发展, 2015, 51(2):239-259.

[67] 王飞跃.平行系统方法与复杂系统的管理和控制 [J] . 控制与决策, 2004, 19(5): 485-489.

[68]王飞跃.平行控制: 数据驱动的计算控制方法 [J]. 自动化学报, 2013, 39(4): 293-302.

(本文责编：王延芳)

Systemic Thinking on Smart Cities

XIA Hao-xiang, WANG Zhong-tuo

(InstituteofSystemsEngineering,DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)

Smart cities have been widely concerned by both academic researchers and practitioners. The development of smart cities, however, is commonly considered as the construction of platforms and systems that are based on emerging information and communication technologies (ICT). This view does not convey all aspects of smart cities. Thus, from the perspective of systems engineering, the nature of smart cities is explored in this paper through a systemic analysis of cities. It’s pointed out that modern city is essentially a “cyber-physical-social” system that is coupled by three systems; consequently, the intelligence or wisdom of the city is the “holistic co-evolutionary intelligence” that is a fusion of “physiological intelligence”, “societal intelligence”, and “artificial intelligence” in broad sense. Therefore, the development of smart cities in essence corresponds to the advances of such holistic co-evolutionary intelligence. Through the prior analysis, this paper provides an explanation on the intrinsic “urban trinity” of smart cities, regarding the concept of “smart city” as the comprehension of the city digitalization, the smart growth and sustainable development, and the knowledge and creative city. The aim of this paper is to shed light on further researches and practical developments of smart cities.

smart city；holistic co-evolutionary intelligence；digital city；smart growth；creative city

2017-03-30

2017-06-30

国家自然科学基金项目(71371040)，2014.1-2017.12；中国工程院重大咨询研究项目“中国智能城市建设与推进战略研究”。

夏昊翔(1972-)， 男，浙江新昌人，大连理工大学教授，博士学位，研究方向：复杂系统。通讯作者：王众托(1928-)，男，湖南平江人，大连理工大学教授/知识科学与技术研究中心主任，中国工程院院士，研究方向：系统工程。

G303

A

1002-9753(2017)07-0066-15