中国智慧城市发展能力比较及优化

王 旭 程 金

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

1 概述

改革开放40年来，我国城市不断向前发展，尤其是中心城市以自身强大资源聚集优势，吸引着周边人口不断涌入。我国在城市化进程中，主要体现为大量人口从农村地区迁移到城市地区[1]。为满足不断增加的城市居民人口需求，保护城市环境，提高资源的利用效率，城市必须采取更先进的方案以使之管理更加智能，发展更加可持续。

日益凸显的城市问题，迫切需要相应的缓解方案。2008年，IBM(国际商业机器公司)提出“智慧的地球”[2]这一全新的概念。基于城市变量的智能决策、侧重于异构数据集指数增长的潜在趋势预测以及随时随地获取信息的能力促成了智慧城市的出现[3]。2012年，我国住房城乡建设部启动智慧城市建设的试点工作[4]其中包括所有省级以上城市和89%的地级城市。然而各地市自身的规模、发展状态、地理文化等要素禀赋，疲于达到预期效果，不能对资源有效的管理，导致不同城市的发展情况必然存在差异。

2 智慧城市指标体系的构建

2.1 智慧城市

本文推演的发展建设过程本质上就是一个地区不断城市化的过程，通过发挥信息及通讯技术的优势，整合城市发展的可利用资源，在保证可持续发展前提下，将城市居民体验置于考察重点，以提高城市在不同职能方面的竞争力[5]。实时收集计算分析各方数据，从生态系统的角度出发，着手优化智慧经济、智慧移动技术、智慧环境、智慧居民、智慧生活与智慧治理六个方面之间的耦合关系，在技术改革、环境制约与居民生活之间寻找平衡点[6]。提高城市居民参与度，注重人与环境的交互体验是打造智慧城市，实现经济发展、科技进步、社会平等的关键所在。

2.2 智慧城市的相关评价

近年来，智慧城市的发展绩效评价日益受到学者广泛关注。约翰·埃尔金顿[7]为评价智慧城市提供了新思路，参考他的三重底线原则，尝试从社会绩效、经济发展和生态环境三个维度对目标城市进行对比评价。Ritala[8]从社会、经济和环境三个层面对城市可持续发展模式进行评估，印证了在城市可持续发展评估中运用三重底线原则的可行性[9]。

从本质上看，目前针对智慧城市评价的讨论，主要从两个方面进行：一种评价方法以信息通讯技术产业的发展为导向评价智慧城市，另一种着重关注城市居民依托ICT技术所实现生活状态,评价方法过于主观。考虑到城市间的区域特征，基础设施及经济基础的差异性，缺乏对具体城市相关举措的实证研究，提出的改进措施不具有说服力。

综合已发表的研究成果，笔者对智慧城市各种评价工具的属性已有初步了解。Fietkiewicz等[10]采用评价电子政务成熟度的量化标准模型，实证分析了31个智慧城市的政府官方网站信息体系结构的平均质量。Girardi[11]借助KPI(关键绩效指标)定性并定量的估计，技术创新对城市等经济，环境及社会领域带来的潜在可智能性的影响程度。Anand[12]使用模糊层次分析法权衡城市可持续发展情况。

不难发现，现有评价体系或是很难应对我国智慧城市的现状，或是过重关注国家层面的指标要求，而忽略了城市居民的生活感受,并且忽略了区域城市发展特色，缺乏对已有城市群建设发展情况的横、纵向比较，这就很难兼顾城市结构因素、经济基础差异、信息通信技术落实现状几大主要方面对智慧城市建设的协同影响情况。

2.3 智慧城市评价指标体系

智慧城市的发展建设评价是一个高度复杂和系统化的工程，不光要考虑以智慧城市建设为导向的指标设置，即以产出为导向的指标建立，还要关注智能化产业应用水平对衡量城市建设的影响效果，即以投入为导向的指标建立[13]。参照中国国情，兼顾2016年颁布的国家新型智慧城市评价指标[14]。表1列出评价系统所涉及的具体范围，并延伸至要素指标层面，且对每一要素加以解释说明，本文计划从创新驱动、智慧经济、智慧基础设施、智慧政务、智慧民生五个方面综合分析智慧城市的发展能力。

表1 智慧城市发展模式评价指标体系

因素层“创新驱动”包含两层指标，分别体现了城市对创新研发的投入情况，城市信息通讯行业的发展潜力，创新产业发展情况；因素层“智慧经济”包含三层指标，分别体现城市经济的可持续性发展水平，创新产业的集聚程度，以及城市对外贸易的发展程度；“因素层”智慧基础设施包含两层指标，分别体现城市移动互联网、云计算、移动应用服务以及大数据的产业发展情况；“因素层”智慧政务包含两层指标，分别体现城市电子政务的实现水平及所在地区的信息通讯环境；“因素层”智慧民生包含三层指标，体现居民生活环境建设、改善程度及交通便利水平。

3 评价方法及数据的选取

3.1 主成分分析

主成分分析(Principal Component Analysis)作为一种广泛应用的处理技术，能够挖掘原始矩阵数据内在的线性组合特征。利用协方差矩阵的特征向量和对应的特征值，识别各个主要影响成分。选取对应最大特征值的分量作为第一个主成分，该变量对其他数据的变异性影响最大，代表沿着描述最大扩散轴的原始数据分布方向。以此类推，可以逐步确定出第n个主成分，这些主成分之间互不相关，且方差递减。本文将成分按照对应方差从大到小排列，当选取所有主成分的方差累计贡献率达到80%时，则认为选取的主成分可以较好的表述原数据矩阵，这样就达到既减少了变量数目又抓住了主要矛盾的目的。

3.2 智慧城市可持续发展能力的实例研究

本文选取2017年中国大陆12个主要城市的面板数据，分别为北京、上海、广州、杭州、天津、南京、重庆、西安、武汉、济南、沈阳、哈尔滨等12个城市，数据源自各地2018年统计年鉴，《2017中国大数据城市发展报告》《中国开放数林指数2017》《中国地方政府数据开放报告(2017)》《省级政府网上政务能力调查评估报告(2017)》《第43次中国互联网络发展情况统计报告》《大数据城市网络安全指数报告2017》，中国环境检测总站，《互联网+政务报告》《2017年度中国最主要城市交通分析报告》等。评估从目标城市的可持续发展模式与城市发展智慧程度出发，针对城市现存的发展模式，整合出标准化的评估模式，表2为12座城市的统计性描述。

表2 智慧城市因素指标的描述性统计

为了保证分析变量内在相关性，要事先分析数据矩阵的信度与效度。数据矩阵效度高，则信度一定可靠。本文分析采用IBM SPSS Statistic 22软件，测定样本KMO值为0.635，原始变量数据适用于主成分分析法。如表3所示，前6个主成分的方差累计贡献率达到83.8%。

3.3 实证结构及分析

本文基于智慧城市评价系统模型收集并整理了我国4个主要直辖市及12座省会城市2017年的主要数据，针对部分缺失数据，根据往年的数据合理推断。建立基于信息通信技术的社会、经济和环境层面的12×17评估矩阵，并分析其中主要成分。应用主成分分析方法，求得主要成分特征值、方差贡献率和累计贡献率，如表3所示。

表3 样本主要成分的特征值、方差贡献率和累计方差贡献率

前6个主成分的因子载荷情况如表4所示。第一主成分主要与高新技术制造业产值(X13)、人均地区生产总值(X21)、年末宽带接入用户数(X32)、“互联网+”城市服务渗透系数(X53)、城市拥堵指数(X54)有关。第二主成分主要与研究用于实验发展(R&D)经费内部支出相当于地区生产总值比例(X12)、第三产业占地区生产总值之比(X22)、政府数据开放水平(X41)有关。第三主成分主要与电子政务能力水平(X42)有关。第四主成分主要与外商直接投资项目个数(X24)有关。第五主成分主要与科学研究和技术服务业单位数(X23)、空气质量指数(X51)有关。第六主成分主要与信息传输、软件和信息技术服务业人口占比(X11)、移动电话普及率(X31)、所在省(市区)大数据产业发展情况(X33)有关。计算分析得出样本城市的主成分得分矩阵，各城市的综合得分情况也在表5中反映。

表4 前6个主成分的载荷矩阵

表5 样本城市主成分的得分情况

研究结果表明，我国不同城市在智慧城市的发展模式上存在差异。很明显，创新技术和智慧经济是反映城市智慧发展能力的两个重要组成部分，方差累计贡献率达到55.6%。北京在所有主要成分中得分均具有明显优势，城市经济发展已逐渐从要素驱动转型为创新驱动，北京凭借其得天独厚的国内资源及国际贸易地位，发展势头强劲，高新产业开发区带动着北京的智慧经济发展形式显现。从知识溢出的角度来看，北京依靠自身优势不断吸引外部资源，而上海则依靠反哺模式发展，广州与杭州等地采取多元一体化模式，全方位补齐城市发展短板。上海地理优势显著，与外资企业沟通便利，政府鼓励对外贸易的同时，对外贸易也在刺激城市不同结构产业的活跃度，高新技术制造业完善了地区的经济贸易绩效短板，居民生活便利程度在“互联网+”的高度推广下显著提升。广州与武汉均依托自身高新技术制造业的高质量发展，成功吸引大量外部资源落地合作。政务开放水平与自身的社会生产活跃程度协调性较差，资源消耗可能在未来制约城市发展。相比而言，杭州的地区信息通讯技术发达水平突出，政府对企业的扶持力度明显，两方面的相互促进，有效缓解了城市资源配置不灵的尴尬局面。

4 结论及优化讨论

本文构建了智能城市可持续发展能力评价模型，采用主成分分析方法，对我国12个样本数据进行评价。通过提取分析成分的特征值评价城市的发展绩效，借此识别城市现有发展模式的薄弱点。从整体上看，大部分城市已经从要素驱动逐步转为创新驱动的发展模式，尽管大部分城市的智慧设施建设水平较低，但城市建设边际效益仍呈现递增趋势。信息通讯企业与高科技制造业的可持续生产力，都对城市的经济发展起到促进作用。大多数城市仍处于智慧基础设施建设的初级阶段，现有状态还不能有效满足居民需求。尽管大多数城市在空间及数据的共享性方面的改善可观，但是城市交通情况并不能令人满意。

智慧城市的发展过程中，创新是技术发展的根本驱动力，不同城市也在逐年重视创新产业的发展。当城市不具备类似北京等地的先天优势时，将发展重点分散到利益相关的各个产业，促进不同产业间的协同发展，坚实行业的整体发展基础，同样能够达到城市发展势头迅猛的局面。政府应鼓励企业加大在民生类的通讯产品的开发投资，这样能够有效提升公众参与度。