许竹青、骆艾荣：数字城市的理念演化、主要类别及未来趋势研究

来源:本文原刊于2021年8月《中国科技论坛》第8期

摘要：城市与技术的关系历史悠久，但将数字的技术概念与城市联系成专有名词却是新事物。本文从技术变革的外生驱动和城市发展的内生需求两个角度探讨了数字城市的兴起和发展，分析了数字城市的概念演变过程，将数字城市分为三类：数字城市作为实体城市信息投射、数字城市作为实体城市功能和数字城市作为实体城市环境延伸，并探讨了数字城市未来发展的主要趋势和数字城市建设中存在的突出问题。

关键词：数字城市；智慧城市；新兴技术

中图分类号：F291 文献标识码：A

1 数字城市兴起发展的动机

城市与技术的关系历史悠久。世界城市化进程的开放来自于第一次工业革命：技术变革带来了机器取代人力和大型生产工厂的出现，促进了农村社会向现代城市社会的转变，聚集了大量的人口、资源和技术。随后，城市作为一种高度系统的组织形式，反馈了深化工业改革，为现代技术的飞跃发展提供了可能。然而，将技术术语（如数字、智能、网络等）与城市一词联系起来，成为描述城市的专有术语，直到20世纪90年代才出现。它背后的两个驱动力是技术变革的外生驱动力和解决城市发展问题的内生需求。

1.1 技术变革驱动城市变革

互联网在20世纪90年代发展迅速。在此期间，接入互联网的主机、注册网站和域数呈指数级增长趋势。随着电子通信技术基础设施的快速发展，包括无线传感器网络、宽带铺设、网络平台、网络应用和网络终端。在此基础上，物理城市的信息化和数字化程度不断加深，通过网络的发展，信息传播的方式变得更加广泛和快速。城市自我认知能力得到加强，居民也获得了与城市信息交互的三维渠道。互联网在21世纪开放Web 2.在20世纪0年代，社交网络迎来了爆炸性的发展，现实世界中的网络投影变得前所未有的流行；物联网的概念也正式诞生。世界上所有的物体都可以通过互联网主动交互信息，从轮胎到牙刷，从房子到纸巾。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术G近十年来，通信等技术也形成了广泛的行业认知，进入了快速发展时期。这些人类在网络通信技术和机器计算能力方面的杰出成就为数字城市的出现和演变提供了日益创新的基本支持，并继续影响城市作为一个高度系统的组织向更信息化的形式发展。

1.2 城市化发展反向推进技术创新

据统计，2010年，世界上50%的人居住在城市，预计到2050年，城市将承载世界75%的人口，在这种趋势下，城市化的负面影响逐渐凸显。城市化带来了交通拥堵、食品安全、环境污染、生物多样性减少、经济分化、生育率低、老龄化等问题，对经济可持续发展和人类生活质量构成了巨大威胁。1997年，192个国家或地区（欧盟）共同签署了京都议定书。京都议定书作为人类历史上第一份具有法律约束力的国际环保文件，对环保、可持续发展和绿色城市建设的探索产生了深远的影响，后来成为数字城市的重要内涵，城市希望借助数字化和信息技术提供高效、智能的问题解决方案，更好地处理城市与人之间的关系，提供稳定、安全、高效、可持续的生活环境。

2 定义数字城市的概念

数字城市的概念在数字城市的实践中不断演变，数字城市作为一个狭义的概念，即Digital City，而广义的数字城市可以对应到一个词组集，包含Digital City、Smart City、Ubiquitous City、Wired City、Virtual City、Intelligent City、Information City、Knowledge City以及Learning City从现有的研究中分析多个细分概念，这些概念的含义相互交织，但不同。

2.1 数字城市的概念演变

1993年，数字城市（DigitalCity）这个术语诞生于荷兰阿姆斯特丹，自1994年初以来，在这个城市进行了一个名为数字城市的实验，旨在为公众提供自由交流的数字公共空间。此后，许多数字城市借鉴了这一例子，数字城市的概念在欧洲逐渐兴起。1998年，时任美国副总统的戈尔就数字地球发表了演讲，提出建设一个可搜索、三维、多层次的数字地球。2008年，IBM公司提出SmartPlanet智慧地球的概念包括三个方面：物联网（Instrumented）、二是互联化（Interconnected）、三是智能化（Intelligence），也就是说，通过超级计算机和云计算，在世界范围内、动态的工作和生活，在世界范围内提高智慧水平最终实现“互联网 物联网=智慧地球。作为智慧地球概念的应用，IBM进一步提出了智能电力、智能医疗、智能城市六项实践计划，其中智能城市将致力于建设城市基础设施，提高城市治理管理体系的效率，完善应急响应机制。

从数字城市到数字地球，再从智能地球到智能城市，这些具有全球影响力的重大概念的发布和渗透已成为数字城市研究繁荣的有力推动。在此背景下，数字城市的概念不断迭代演变，其影响力不断扩大。不难看出，在各种数字城市的概念中，数字（Digital）与智能（Smart）这两个分支非常重要。

2.2 数字城市文献分析比较

为了进一步明确研究领域与数字城市相关的各种细分概念的关注和影响，本文对不同细分概念论文的数量进行了两组比较。第一组，在谷歌学习（Google Scholar）在所有已发表的文献中，本文搜索了标题XX City或者XX Cities排除属于专利或引用类型的搜索结果，并将时间限制在1994-2019年，得到图1所示的结果。第二组，在中国知网发表的所有文献中，本文搜索了1994-2019年标题中出现某某城市的文献，得到图2所示的结果。

2010年前，在所有细分概念中，Digital City相关的文献在2000年前后迅速攀升，在2000—2010年较为稳定持续，其余的细分概念文献数量相对较少；2010年前后，Smart City相关文献数量大幅增加，2010年以后呈指数级增长，近两年每年以Smart City题目发表的相关文献甚至超过3000篇，成为数字城市领域最主流的细分概念。

从国内文献的角度来看，2005年以前，数字城市、智能城市、虚拟城市、知识城市、信息城市，数字城市、智能城市、虚拟城市、知识城市、信息城市和学习城市的概念相关文献开始出现，其中数字城市数量最为突出，2010-2013年发表的文献数量保持在较高水平，但自2014年以来逐渐减少，近年来，文献数量与其他概念相似。智慧城市相关文献自2008年以来才出现，但迅速进入指数增长阶段，2011年超过数字城市概念，2014年达到1400多篇，近年来保持在这一水平。与图1相比，我国数字城市领域的研究起步较晚，但细分的数字和智慧城市概念仍相对主流，智慧城市也呈现出远远超过其他细分概念的发展趋势，成为该领域的核心概念。

3 数字城市的主要类别

综上所述，数字城市是一个广泛的概念，在新技术的支持下，数字城市的类别在技术更新的过程中逐渐演变。本文认为，数字城市、智慧城市或上述其他城市类型都可以称为数字城市。数字城市没有严格的标准定义，倾向于理论框架，不同的概念往往有共同的核心要素，是理论框架的基本组成部分，同时由于其研究背景和目的、概念实现，将引入新的元素，形成差异化的概念表达。从目前的研究情况来看，数据层-基础设施层-服务层-用户层的四层结构是当前数字城市的通用框架。在这种框架下，数字城市的重点是不同的。本文主要将数字城市分为三类，也代表了三种建设理念。

3.1 数字城市作为实体城市信息投影

数字城市最早的形式是作为提供城市信息或服务的平台出现。在此期间，以互联网平台为代表的基础设施层是这些数字城市的重点。平台作为基础层，由互联网收集的各种数据信息组成，支持平台运行。在新兴互联网的帮助下，为市民提供与城市密切相关的各种数据和信息，如新闻、地图、活动、餐饮和住宿，或提供售票预订、餐厅或酒店预订、市政咨询等服务，如1985年出现的克利夫兰Free-Net，作为当地居民获取城市信息的平台，随后广泛传播到美国和加拿大的各个城市。

此外，数字城市已经演变成一个互动参与平台，并开始成为公民和政府机构之间的连接平台，通过互联网提供互动和参与机制。这类数字城市注重服务层的建设。随着技术的进步，数字城市作为实体城市信息投影的服务层与用户层的互动得到了加强，但这种服务层与用户层的互动仍然受到特定服务条件的限制，旨在呈现实体城市信息。阿姆斯特丹就是这种类型的典型代表。虽然阿姆斯特丹的数字城市在短时间内进行了多次用户界面技术迭代，从最初的文本界面到图表图片界面，再到3D模拟界面，但其本质一直是按类别划分的信息提供和交互的中心，这些部分的命名借用实体城市空间，比如大部分都是各种广场（Europe Square是欧盟相关机构提供信息的部分，Travel Square对应各种旅游公司等。)和咖啡馆（Gay Café是数字市民实时沟通的部分)和邮箱（Post版块进入后可发送电子邮件)等，共同形成形象化的虚拟城市，即数字城市。

数字城市的基础是ICT当网络带宽只能支持文本和图片的交互时，数字城市仅限于信息提供和简单的交互，如高速传输和3D随着建模和虚拟现实技术的日益成熟，数字城市可以实现真实城市的现实复制，获取更大、更广泛的数据，更有效地处理和传输，为数字城市的参与者提供更实时的互动。巴黎的nAutreville这是这类数字城市的近期案例。该项目在巴黎著名景点和社区公园设置了半透明触摸屏，以增强现实（AR）技术将景区介绍信息或街区文化活动信息与实际环境影响嵌入屏幕，民或者游客可以点击、旋转屏幕来提取想要的信息，同时还能够获得路线导航的服务。

3.2 作为实体城市机能强化的数字城市

随着物联网、射频识别以及云计算技术的发展，数字城市为城市系统的机能提升带来诸多可能，作为实体城市机能强化的数字城市自成一派，应运而生。这一类数字城市中的数据层是整个数字城市建设的重心所在，以数据收集和处理推动城市决策变革是数字城市系统的重要功能。

Filipponi等建立的SOFIA项目能够提升城市应对突发重大公共事件的能力，在该项目中，首先通过无线传感器对城市公共空间进行监控，收集重要信息数据，其次利用名为语义信息代理（Semantic Information Brokers，SIB）的系统存储传感器网络产生的数据，进而通过处理器（KnowledgeProcessors，KP）进行数据处理，生成对事件的消息反馈，这样两套系统联动的机制形成了互操作开放平台（Interoperability Open Platform，IOP），供服务层的应用调取后对事件进行及时响应。在西班牙马德里，市政府支持建立的智慧马德里（Smart Madrid）的数字信息平台不仅能够收集传感器的数据，还能够整合来自市民、巡查员、供应商企业所上传的事故信息（比如基础设施、公共设备的损坏状况），通过分析提供到政府相关部门用以决策，从而在全局视角下充分优化资源解决问题。Attwood等提出了数字城市生命线的概念框架，借助数字技术来保护城市中的关键基础设施，防止其功能失效，或是在不可避免的失效发生后保障系统的继续运转，其中就包含对IoT和云计算的应用。该框架首先基于传感器网络（SAN），该网络与物联网连接来采集大量数据并通过云计算技术进行实时高速处理，以实现对关键设施的及时保护。

3.3 作为实体城市环境延伸的数字城市

近几年来，数字城市概念中“城市”的定位也在发生变化，城市中的“人”被凸显出来，在数字城市规划、建设与应用中得到突出强调。在技术迭代升级的同时，人们对技术应用所能带来的对市民生活质量的提升有日益突出的关注，城市不再单纯是被技术改造的对象，而是需要成为开放的创新环境，为用户导向的技术变革服务提供生发的动力和场所，欧盟发起的FP7-ICT和CIP ICT-PSP计划正是致力于此。目前，在此背景下衍生出以用户层作为重中之重的实体城市环境延伸的数字城市，现已成为数字城市发展的关键方向。

巴塞罗那所实践的数字城市模型属于这一类别，它强调智慧管理、智慧经济、智慧生活和智慧居民四个方面的内容。智慧管理侧重于利用开放数据为市民提供便捷的政府信息获取渠道；智慧经济是指通过社区化聚集的手段，让公司、学术机构以及市民产生互动与合作；智慧生活的主要目的是在治安管理以及城市交通层面应用新技术新工具；智慧居民则主要是由市政厅为市民提供提升数字应用能力的培训计划。为了支撑这四部分内容的实现，城市除了在光纤网络、WiFi网络、传感器网络等硬件设施上投入之外，还建设了名为“22@ Barcelona”的创新区，通过建立一套涵盖面广泛的智慧城市标准，推动在市政机构、公司、研究机构当中都形成力量，推广对城市空间的智慧化管理以及对前沿电子化服务的应用。

4 未来数字城市的发展趋势

当前，数字城市仍在不断演变发展当中。1994年的阿姆斯特丹，其互联网只能供数字城市的市民浏览文字和图片等简单信息，如今5G技术已经能够实现Gbit/s的峰值速率，远程互连的延时被降低到1ms左右的水平，同时全球互联网用户在2018年也已经达到40亿户，仅中国就超过8亿户；在这样的基建层之上，产业组织形式的深刻变革，新兴技术的不断涌现和成熟将持续为数字城市塑造未来新的发展形态。我国高度重视数字城市的技术发展和建设实践，截至2018年11月，我国计划或正在建设的智慧城市在全国达到600多个。同时，为了促进产学研成果转化和落地，智慧城市领域的产业联盟也相继建立，比如国家级的“中国智慧城市产业联盟”“国家智慧城市产业技术创新战略联盟”“中国智慧城市规划建设推进联盟”以及“中国智慧城市发展促进工作联盟”等，能够提供标准制定、应用技术开发、合作交流、人才培训等各类公共服务。2020年，在“新基建”的指引下，数字城市建设有望进一步加速。结合前述分析，本文认为，未来我国数字城市的发展将有以下趋势：

第一，数字城市的三种类别仍将在较长时间内同时存在。因我国地区差异较大，各个城市经济社会发展阶段、产业发展需求不同，盲目推进高级化、智能化的数字城市建设而不考虑城市自身的发展及居民的使用需求恐难以实现数字城市建设的初衷，即解决城市发展的问题。总体而言，大部分城市将朝着实体城市机能强化和实体城市环境延伸的目标推进数字城市建设，但仍有一部分城市选择推进实体城市信息投射的数字城市建设。数字城市建设要注重对标发展需求、满足发展需求，在此基础上，差异化推进不同地区的数字化城市进程。

第二，数字城市将具备更高完整度。从欧美及我国的数字城市建设经验都可以看到，已有的数字城市在项目实践上往往有所侧重，比如更多地偏重交通、公共安全或者政务治理等，这样往往出现各部门、各行业的业务与数据不能实现互联互通，城市可能在某一方面表现出色，但作为一个整体还不够“智慧”。爱立信公司提出的网络社会城市（Networked Society City）就强调数字城市要成为鲁棒性更强、合作度更高、参与度更高以及流动性更大的城市。先进的数字城市规划和建设应保证城市空间的合理分割和有机组合，充分保障市民各种生活需求；进而，基于云服务，不同人群可以协同合作达成城市的共同目标，优化资源使用；基于便捷的信息获取、高效的沟通渠道，个体在城市发展当中的参与度将大幅提高；基于高度连接和及时响应，城市系统将可以智能地快速响应市民的各种需求，应对突发情况等。

第三，数字城市的公共健康服务能力大幅提升。2020年新冠肺炎（COVID－19）疫情是对全世界数字城市建设的一次大考，考核的结果表明，数字城市提供了应对这场危机的多种手段：交通出行数据得到快速高效的处理，为全国人员流动提供了监控条件；多家互联网平台都快速上线了可视化的疫情数据地图以及确诊病例地图，建立了关键信息公开透明传播的平台，等等。但同时疫情也暴露出公共卫生领域数字城市的建设还远远不足，据预测，中国2020年智慧城市领域支出占比前三的场景依次为智能电网、固定智能视频安防、联网后台系统，合计占比超过总支出的40%，前文也提及在美国的数字城市项目当中，健康相关的项目数量最少并且重要性最低。面对这样巨大的突发公共卫生事件，许多城市出现反应迟缓、准备不足的情况，未能有足够的数字城市手段组织化地应对疾病传播和协调医疗资源，导致防控力度不够，而疾病迅速扩散，成为全球性的巨大危机。可以预见的是，在这次疫情之后，公共健康服务领域将成为未来数字城市建设的重要版块，且在规划设计中，用户导向是数字城市公共健康板块建设的重要特征。未来数字城市可通过深度学习、图像识别等技术途径对海量数据充分挖掘，发展个人与医疗系统信息、交通、物流和诊疗服务互联互通的系统，加强不同人群的健康监测和智能分析能力，将大幅提升城市公共健康服务水平。

第四，数字城市建设中市场和社会的力量将进一步加强。从近年来我国数字城市的实践过程看，大多数地区更多强调政府主导，对企业和居民共同参与重视不够，这容易形成政府部门独自投入和小规模封闭运营，信息丰富程度和准确程度不足，以及硬件投入大但缺少规模数据支撑运行能力的问题，从而难以最大限度地发挥数字城市的功用。例如，尽管当前我国“政务云”已覆盖全国31个省级行政区划单位，但在这其中的一些地区，疫情期间出现了网上政务系统崩溃停摆、无法快速调整交通运行策略来阻断出行风险及在线口罩预约、疫情实时监测等基础功能无法实现等一系列问题。与此同时，此次疫情中，以各类平台型互联网科技公司为代表的市场力量在优化数字城市建设中的作用也得到凸显。例如，滴滴出行迅速响应武汉医护人员的出行需求，在武汉实施网约车停运之后的一天内就完成了产品改造，实现了武汉医疗保障车队的首单；百度地图提供的人口迁徙大数据不仅被国内各级政府部门采纳使用，还为世界范围内的科研分析提供了可靠的数据参考；阿里巴巴旗下的远程办公教育平台钉钉在疫情发生后紧急扩容服务器，承载了超大规模远程办公和在线教育带来的流量激增，等等。未来政府在数字城市数据方面应从政府主导、自主投资向多方参与、购买优质企业服务转变，一方面利用这些企业在居民生活领域已经积累的覆盖面广、实时性强的大数据系统，另一方面借助企业在各自领域所积累的内生技术优势使数字城市响应能力进一步提升。

5 当前数字城市建设的突出问题与启示

当前，各国都在积极推进更智能的数字城市建设，助力城市治理体系和治理能力现代化。根据波士顿咨询最新报告，欧洲已有118座城市出台了数字城市相关项目，美国有54座城市筹备或出台数字城市项目，全世界1000多个数字城市项目中，一半以上的项目在中国，中国有机会在这场重要的城市“治理竞赛”中成为领跑者。但目前，数字城市建设重短期成效轻长期规划、重项目建设轻运维评估等旧问题仍然存在，同时数据共享利用机制不完善、数据伦理等数字治理新问题凸显，数字城市建设面临挑战。

第一，顶层规划设计不足。截至2019年底，我国数字城市试点项目已有700个，全国掀起数字城市建设热潮。但纵观各地数字城市项目，短期建设类规划多，顶层战略设计少。数字城市建设部署缺乏良好的统筹协调机制，数字城市建设与城市整体发展、基础设施建设、公共服务改善、产业创新升级等方面融合不够，数字城市顶层规划设计不足。

项目大多处于建设阶段，重工具购买与基础层建设。各地从工程管理的角度建立了一系列的评估考核机制，但对建成后的运行、维护、监管等缺乏专门的事后管理考核机制，“只建不管”导致数字城市难以发挥应有作用。从用户角度来看，管理不完善导致数字城市实践中脱离城市发展、脱离用户需求，造成“只建不用”的资源浪费。

第三，数字治理能力不够。数据是数字城市发展中的关键要素，数字治理是数字城市建设的重要内容。当前，城市数字治理中存在数字碎片化、数据安全、信息孤岛、数据割据等突出问题，数据互联互通程度低，数据保护的相关政策和法律欠缺导致难以将数字技术红利充分转化为城市治理能力，应积极从政策、制度、法律角度着手解决数字城市发展中面临的各类新问题，构建数字城市生态系统，推动数字城市健康发展。

总之，“人人互联，物物互联”的数字城市有望推动政府治理的精细化和城市发展的人本化。面向十四五，我国推动数字城市建设与发展，一要借力国内互联网通信、物联网、云计算、虚拟现实、人工智能等行业方兴未艾的态势；二要学习国际先进实践经验和理论基础；三要重视数字治理，构建互联互通的数据体系，打造数据资产在政府内外的高效、双向流动，制定规则并形成法律监管制度，建立城市大数据体系；四要营造政府、社会组织和公众共同参与数字城市建设、形成社会共治的良好环境，不断改善城市中“人”的生产、生活和创新体验，推动城市化发展迈向更高阶段。

本文为政府间国际科技创新合作重点专项“数字城市规划新技术研发”（2017YFE0118600）阶段性成果

（参考文献：略）

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