(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

引言

隨著城市發(fā)展和規(guī)模的不斷擴大，交通擁堵、環(huán)境惡化、城市綜合管理復雜、民生問題等一系列“城市病”問題不斷涌現(xiàn)。城市發(fā)展需要先進的城市管理模式，借助現(xiàn)代科技手段，在城市各管理部門、公共服務企業(yè)、市民間建立起溝通快捷、處置高效的管理體系，實現(xiàn)信息化、標準化、精細化、動態(tài)化，使城市運行中出現(xiàn)的問題能及時發(fā)現(xiàn)和處理。

智慧城市就是運用信息和通信技術(shù)手段感知、分析、整合城市運行核心系統(tǒng)的各項關(guān)鍵信息，從而對包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務、工商業(yè)活動在內(nèi)的各種信息進行感知、傳輸、處理、決策和發(fā)布，對各種需求做出智能響應，實現(xiàn)城市智慧式管理和運行。智慧城市是人類社會發(fā)展的高級階段，能有效促進城市可持續(xù)發(fā)展，可全面提升城市的核心競爭力，為城市中的人創(chuàng)造更美好的生活。自2009年美國IBM提出“智慧城市”概念以來，全球智慧城市建設加快，以智能化為特征的新一代信息技術(shù)在交通、能源、公用設施、醫(yī)療、水資源管理、公共安全、政府服務和教育等方面的智能實踐和應用效果已經(jīng)凸顯。智慧城市建設成為全球城市發(fā)展的戰(zhàn)略選擇，是城市競爭的制高點。美國、日本、新加坡、韓國及中國等紛紛加大智慧城市建設，開辟城市發(fā)展新模式。

國家三批智慧城市試點總數(shù)達277個，截至2016年6月，我國95%的副省級城市、76%的地級城市，總計超過500座城市，明確提出構(gòu)建智慧城市。但我國智慧城市建設普遍存在如下幾個問題：(1)數(shù)據(jù)可見，但不可感知； (2)信息孤島現(xiàn)象； (3)缺少有效規(guī)劃、重復建設； (4)缺少完整的、科學的信息化標準體系； (5)建設運營管理模式不匹配。分析原因，關(guān)鍵是智慧城市云平臺構(gòu)建存在不足，下面就此展開研究。

1 智慧城市云平臺

1.1 智慧城市云平臺的總體構(gòu)架[2]

圖1 智慧城市云平臺總體架構(gòu)

智慧城市包含了城市發(fā)展和文化形成的智慧，解決城市生活宜居、便捷、安全的智慧，以及城市可持續(xù)發(fā)展與提升核心競爭力的智慧。智慧城市是以多應用、多行業(yè)、異構(gòu)分布式復雜系統(tǒng)組成的綜合體，多個應用系統(tǒng)之間存在信息共享與交互，各應用系統(tǒng)需要統(tǒng)一匯聚數(shù)據(jù)進行綜合計算與分析[1]。智慧城市云平臺用于通過模擬仿真指導智慧城市的建設和運營，同時可用于智慧城市建設成果的評估以及智慧城市的運行管理。智慧城市云平臺的總體構(gòu)架由四層體系構(gòu)成：感知層、網(wǎng)絡層、平臺層以及應用層(圖1)，各層之間高度協(xié)同。感知層是智慧城市云平臺的基礎，主要是各種信息的感知和監(jiān)測，感知范圍涵蓋城市基礎設施、公共事務、經(jīng)濟發(fā)展3大應用領域。網(wǎng)絡層是智慧城市中的信息高速公路，由覆蓋整個城市范圍的互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等融合構(gòu)成，高效、安全傳遞各種信息。平臺層是智慧城市云平臺的核心，由各類應用支撐公共平臺和數(shù)據(jù)中心構(gòu)成，實現(xiàn)信息的有效、科學處理，是基于BIM+3DGIS+CIM技術(shù)的復合平臺； 其中3DGIS技術(shù)集中表述大場景的城市空間信息，BIM技術(shù)聚焦在建筑體內(nèi)部的信息，CIM表述是城市運營中的各種信息， 3DGIS+BIM的集成技術(shù)實現(xiàn)城市“徹底數(shù)字化”，CIM技術(shù)實現(xiàn)城市的“智慧化”； 平臺提供基于云存儲的數(shù)據(jù)中心服務，將從網(wǎng)絡層、各類接口匯集的各類傳感監(jiān)控、網(wǎng)絡通訊、居民民生、經(jīng)濟運營等相關(guān)數(shù)據(jù)進行存儲、映射和管理； 平臺還提供各類工程支撐服務，包括信息資源交換服務和基于大數(shù)據(jù)的智能決策支撐服務，為應用層的智慧應用提供技術(shù)支撐； 同時，平臺提供數(shù)據(jù)等級保護服務，保障各組織、個人能便利的獲取數(shù)據(jù)的同時，在最大限度上保護居民的個人隱私和企業(yè)、政府的組織秘密。應用層是智慧城市建設成效的最終體現(xiàn)，涵蓋智慧交通、智慧政務、智慧城管、智慧物流、智慧家居、智慧醫(yī)療、智慧園區(qū)、智慧商業(yè)等各個領域的綜合應用及智能化管理。

1.2 智慧城市云平臺的功能

智慧城市是以“智慧技術(shù)、智慧產(chǎn)業(yè)、智慧人文、智慧服務、智慧管理、智慧生活”等為重要內(nèi)容的城市發(fā)展的新模式，是信息化向更高階段發(fā)展的表現(xiàn)，有利于推進城市化的創(chuàng)新能力，有利于提高城市的管理水平，推動經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。智慧城市涵蓋了城市社會生活的方方面，匯集城市生活方方面面的信息，有著極為廣闊的應用場景，智慧城市云平臺在城市規(guī)劃、建設和運營管理等各方面作用顯著，典型的功能包括以下幾個方面：

城市空間多方位多層級可視化：運用3DGIS+BIM技術(shù)，將城市地理信息與城市基礎設施和建筑物信息無縫銜接，實現(xiàn)從空中、地面、建筑物內(nèi)部等多方位多層級的城市虛擬漫游，制定高可信度的城市出行規(guī)劃、旅游觀光路線，帶動旅游、購物、商業(yè)、娛樂等高端服務業(yè)的發(fā)展。同時也可以模擬突發(fā)事件，進行應急預案的演練。

城市規(guī)劃科學化：城市規(guī)劃涉及到交通、水務、電力、通訊等基礎設施，土地性質(zhì)、地物地貌等國土資源信息，工業(yè)、服務業(yè)、商業(yè)等業(yè)態(tài)分布信息，居住、就業(yè)、休閑、社會活動等布局信息，基于這個云平臺可以精準地對上述信息進行統(tǒng)計分析，并對交通、環(huán)境、能耗進行專項推演，從而確保城市規(guī)劃的科學化。

城市交通智能化：可以獲得交通出行時空分布、交通基礎設施資源等精準信息，為交通規(guī)劃、交通控制與管理及相關(guān)政策的制定提供依據(jù)； 獲得實時交通流量、交通事件等信息，通過智能化信息發(fā)布、公共交通資源的動態(tài)調(diào)整、面向大眾出行的精準誘導，實現(xiàn)交通管控的智能化。

城市公共安全可控化：準確獲取建筑結(jié)構(gòu)與健康度、道路交通資源、建筑物空間關(guān)系、醫(yī)院、消防、電力等資源，為應急救援、反恐安全、重大城市活動安全保障等提供數(shù)據(jù)支持，科學進行風險評估，制定可靠防控預案。

重大公共政策可推演：面向城市管理中涉及的一些重大公共政策，如機動車數(shù)量控制、單雙號牌照車輛通行、低空氣質(zhì)量下的企業(yè)排放控制、基礎教育入學政策、房價調(diào)控政策等，這些政策以往缺乏有效分析手段，利用城市智慧云平臺，對大數(shù)據(jù)進行專業(yè)分析，可動態(tài)推演政策實施效果，為優(yōu)化公共政策提供有效的決策支持。

支撐和升級傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)：智慧城市云平臺包含海量的城市空間靜態(tài)數(shù)據(jù)和人流、物流、信息流、資金流、環(huán)境氣象等動態(tài)數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)平臺，運用云計算技術(shù)，為環(huán)境監(jiān)測、智慧醫(yī)療、智能制造、智能物流、商業(yè)咨詢等提供支撐，提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的服務能級。

衍生新的產(chǎn)業(yè)：作為智慧城市生態(tài)系統(tǒng)的基礎平臺，智慧城市云平臺與大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，將衍生出許多新的產(chǎn)業(yè)，如無人駕駛、智慧信息服務等。

智慧城市管理：采用單元網(wǎng)格管理和城市部件管理法相結(jié)合的方式，集成BIM、3DGIS、RS和GPS等諸多數(shù)字城市技術(shù)，構(gòu)建一個支撐精確、高效、全時段、全方位城市管理的信息平臺，通過管理方式創(chuàng)新，再造城市管理流程，實現(xiàn)城市智能化管理。

2 智慧城市云平臺的建設

2.1 智慧城市云平臺的建設目標

戰(zhàn)略目標：按照“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施、集中管控、共建共享、資源協(xié)同”的原則，通過構(gòu)建跨行業(yè)、跨部門的智慧城市公共管理與服務的云平臺，系統(tǒng)整合城市公共資源信息，實現(xiàn)城市公共管理科學化、公共服務智能化和信息服務市場化。

實施目標：打造智慧城市云平臺的感知體系，全面升級基礎網(wǎng)絡，構(gòu)建基于3DGIS、BIM技術(shù)和CIM技術(shù)的平臺體系，充分利用并改造提升城市數(shù)據(jù)中心，通過分層建設，達到平臺能力及應用的可成長、可擴充，創(chuàng)造面向未來的智慧城市云平臺。

2.2 智慧城市云平臺實施步驟

(1)頂層設計：明確平臺的基本功能，確定平臺架構(gòu)方案，提出平臺建設和維護總體方案，擬定平臺運營管理模式及方案。

(2)技術(shù)標準制定：制定和形成BIM、3DGIS和CIM模型的技術(shù)標準及應用標準，技術(shù)標準包括數(shù)據(jù)存儲標準、信息語義標準、信息交換標準、信息分類與編碼標準等； 應用標準包括基于各種應用場景的應用標準。

(3)物理平臺構(gòu)建：包括數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、高性能計算服務器、GPU計算服務器、集群運維管理軟件、硬件虛擬化系統(tǒng)、智能運行監(jiān)控系統(tǒng)、實時分析引擎、流計算引擎等基礎軟硬件及物理平臺搭建。

(4)城市基礎設施的數(shù)字化：按照制定的3DGIS模型標準構(gòu)建城市地理信息系統(tǒng)，按照制定的BIM模型標準對既有城市基礎設施包括道路、軌道、交通樞紐、給水排水、電力通訊、煤氣供暖、體育設施、文化設施等公用設施進行數(shù)字化，構(gòu)建智慧城市云平臺應用的基本骨架。同步開發(fā)相應的城市基礎設施管理與服務的應用服務，為基礎設施的運維提供信息保障。

(5)城市運營信息的導入：按照制定的CIM模型標準將城市運營包括社會、經(jīng)濟、民生等各種信息導入系統(tǒng)。同步開發(fā)和市民生活息息相關(guān)的城市管理與服務的應用。

(6)開放平臺數(shù)據(jù)接口和云服務，協(xié)助相關(guān)部門在交通、城市規(guī)劃、應急救援、防災救災等公共服務方面進行功能模塊開發(fā)與應用。

(7)全面功能開放與市場應用：面向相關(guān)政府職能部門、企業(yè)進一步開放數(shù)據(jù)接口，協(xié)助開發(fā)公共安全、城市發(fā)展、產(chǎn)業(yè)布局、資源配置等城市公共管理與服務的應用，開放面向企業(yè)云平臺服務，培育和形成新的產(chǎn)業(yè)鏈模式。

目前國內(nèi)智慧城市建設普遍缺乏頂層設計和統(tǒng)籌規(guī)劃，技術(shù)標準待完善，基礎信息導入不充分，信息壁壘存在、難以共享，市場應用處于發(fā)展初級階段。

2.3 智慧城市云平臺的建設和運營模式

(1)模式一：政府投資并建設運營

政府利用財政資金、依托相關(guān)事業(yè)單位所掌握的技術(shù)手段對整個的智慧化建設進行整體計劃、獨立投資和后期運維工作，建設用途主要是為政府機關(guān)、相關(guān)單位和公眾提供服務。政府可將設計、建設、運營等業(yè)務外包給其他公司。政府投資建成后，首先用于政府機關(guān)和相關(guān)單位的公共服務，然后可將部分平臺出租給服務商，通過這種方式獲取利潤。這種模式的優(yōu)點：政府可以完全控制平臺的建設和經(jīng)營模式。這種模式的缺點：政府需要承擔全部費用并承擔投資風險，政府要負責平臺運營和維護比較困難。

(2)模式二：政府投資建設、運營商運營

政府負責投資建設，運營商負責平臺的運營和維護。這種模式的優(yōu)點：可實現(xiàn)政府對平臺控制的主動權(quán)； 運營商既有的投入、客戶及技術(shù)人員等既有資源可得到充分利用； 政府和運營商各司其職，可實現(xiàn)平臺的安全性，能降低投資風險。這種模式的缺點：政府要獨立承擔平臺建設費用，仍需承擔相應的投資風險； 運營商對產(chǎn)品規(guī)劃和發(fā)展的控制權(quán)較小，可能會影響平臺功能的開發(fā)。

(3)模式三：政府、運營商合資建設和運營

政府先期投入一定的啟動資金，政府指導、運營商負責基礎平臺設施的建設，同時政府制定有關(guān)平臺的政策和法律法規(guī)，之后運營商利用已有優(yōu)勢在政府的支持下進行后期的建設運營和維護。這種模式屬于兼顧型，政府投資主要用于公共服務的支付購買，運營商可通過廣告收入和其他形式的服務提供來獲取市場收入，實現(xiàn)盈利。這種模式的優(yōu)點：政府對平臺的建設和運營只提供指導和支持，平臺的建設和運營主要由運營商負責，雙方特長能得到很好的發(fā)揮； 政府投資僅需支付購買公共服務、風險較小，運營商能通過靈活配置投資和收益模式實現(xiàn)項目盈利。這種模式缺點：運營商后期可能會更多地考慮項目的盈利而忽略免費的公共服務能力的提升。

(4)模式四：BOT模式

政府和相關(guān)運營公司簽訂特許權(quán)協(xié)議，授予簽約方來承擔智慧城市云平臺的投資、融資、建設和維護，在協(xié)議規(guī)定的特許期限內(nèi)，許可其融資建設和經(jīng)營，許可其提供相應的產(chǎn)品和服務，準許其向用戶收取費用、回收投資并賺取利潤； 政府對平臺有監(jiān)督權(quán)，調(diào)控權(quán)，特許期滿，政府將無償收回項目設施及配套的所有權(quán)利。這種模式的優(yōu)點：政府承擔的投資和風險小。這種模式的缺點：運營商只在一段時期內(nèi)擁有平臺的專營權(quán)，難以保證能夠順利收回投資并實現(xiàn)盈利，不能充分調(diào)動運營商投資建設及發(fā)展的積極性。

(5)模式五：運營商獨資建設和運營

運營商獨立承擔從建設到運營維護的全部工作，并負擔全部投資，政府僅制定有關(guān)平臺的政策和法律法規(guī)。這種模式與第四種模式不同之處在于，建成之后網(wǎng)絡的使用和經(jīng)營權(quán)一直由運營商掌握。運營商可以從政府和用戶兩個方面同時盈利，政府支付公共服務所占用的資源，而用戶則付費購買其網(wǎng)絡接入。這種模式的優(yōu)點是：政府承擔的投資和風險非常小，可以充分調(diào)動運營商建設與運營的積極性，發(fā)揮運營商已有的設施資源、用戶資源、技術(shù)資源等優(yōu)勢。這種模式的缺點：由于所有的權(quán)利與責任全部在運營商手中，政府對平臺的控制能力弱，公共服務能力不能得到有效保證。

具體采用何種運營模式，各城市應根據(jù)自身情況，因城施策。對于有資金實力及技術(shù)能力強、社會公眾形象好的智慧城市運營商介入的城市，可選擇模式五或模式四。對于地方財政實力強、地方政府管理的事業(yè)及國有企業(yè)智慧城市能力強的城市，可選擇模式一或模式二。其它情況，也可以考慮采用模式三。

3 智慧城市云平臺產(chǎn)業(yè)鏈分析

智慧城市產(chǎn)業(yè)鏈包含了價值鏈、企業(yè)鏈、供需鏈和空間鏈四個維度，它把一定地域空間范圍內(nèi)的斷續(xù)或孤環(huán)形式的產(chǎn)業(yè)鏈串聯(lián)了起來，并將已存在的產(chǎn)業(yè)鏈向上下游拓展延伸[3]。智慧城市產(chǎn)業(yè)鏈包括硬件設備及軟件供應商、系統(tǒng)集成商、運營提供商和應用服務提供商，涵蓋的范圍較廣，既能實現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，又能集成新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)。另外，智慧城市產(chǎn)業(yè)鏈中存在上下游關(guān)系和相互價值的交換，在智慧城市運營中實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)淘汰和更新。

3.1 上游行業(yè)

(1)硬件設備及軟件提供商

硬件設備是智慧城市云平臺的物質(zhì)基礎，包括感知設備、存儲設備、網(wǎng)絡傳輸設備、云計算處理設備和終端顯示設備等，涵蓋設備設計商、生產(chǎn)制造商及設備安裝服務商。軟件是智慧城市云平臺運營的基石，包括平臺軟件、應用軟件，其中平臺軟件包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、BIM、GIS等平臺類，應用軟件包括基于各類平臺為各種應用而定制開發(fā)的軟件，其中云存儲、云計算、云安全類的軟件是核心。目前我國芯片等硬件設備和平臺類軟件方面的自主創(chuàng)新能力較弱，核心技術(shù)缺乏，制約我國智慧城市的可持續(xù)發(fā)展能力。

(2)系統(tǒng)集成

智慧城市云平臺通過系統(tǒng)集成，把云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動通訊、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、數(shù)字城市等新一代信息技術(shù)運用在城市生活的各方面，充分整合既有的城市信息化成果，實現(xiàn)各類設施資源、數(shù)據(jù)資源的共享。

智慧城市建設的前期，上游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機會巨大，根據(jù)相關(guān)文獻的研究成果[4]， 2016年智慧城市IT投資規(guī)模達2， 746億元，“十三五”期間的年均復合增長率為17.43%， 2020年智慧城市IT投資規(guī)模將達到5， 221億元。

3.2 下游行業(yè)

(1)運營服務商

智慧城市云平臺運營服務包括數(shù)據(jù)傳輸服務商(電信運營商、互聯(lián)網(wǎng)服務商、廣電網(wǎng)服務商)、數(shù)據(jù)運營商及信息提供商。運營服務是智慧城市云平臺收益最大的產(chǎn)業(yè)。目前存在的問題是包括政府部門在內(nèi)的信息提供商不愿公開和分享數(shù)據(jù)，導致“信息孤島”現(xiàn)象的存在。未來，數(shù)據(jù)運營商及信息提供商將從行業(yè)縱向應用向橫向擴展，對海量數(shù)據(jù)處理和信息管理需求將催生運營服務提供商巨頭。

(2)應用服務商

智慧城市云平臺能提供多元化的應用服務，包括智慧政務、智慧民生、智慧經(jīng)濟及智慧信息產(chǎn)業(yè)等四大方面，智慧政務能提升政府的城市公共管理和服務水平，智慧民生主要提升市民日常出行、醫(yī)療、娛樂、購物、教育等方面生活服務，智慧經(jīng)濟服務商主要為國家宏觀經(jīng)濟決策、企業(yè)商業(yè)行為活動等提供服務，智慧信息服務商主要提升信息產(chǎn)業(yè)的服務水平及能級。

智慧城市建設的最終目的是“城市讓生活更美好”，民眾對美好生活的向往和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展催生了智慧城市的建設，智慧城市建設最終的受益者將是下游產(chǎn)業(yè)及廣大民眾。

4 結(jié) 語

智慧城市是現(xiàn)代城市的發(fā)展方向，目前智慧城市建設的關(guān)鍵是構(gòu)建智慧城市云平臺，本文分析了智慧城市云平臺的總體技術(shù)構(gòu)架，梳理了智慧城市云平臺的功能構(gòu)成，闡述了智慧城市云平臺建設的戰(zhàn)略目標和實施目標，提出了智慧城市云平臺的具體實施步驟，探討了智慧城市云平臺建設和運營模式，最后對智慧城市云平臺的產(chǎn)業(yè)鏈進行了分析。

參考文獻

[1] 房秉毅，張云勇，李素粉. 智慧城市云平臺架構(gòu)與部署方案淺析[J].郵電設計技術(shù)， 2014(6)

[2] 鄭愛民，滿青珊，孫亭. 一種基于云的智慧城市系統(tǒng)構(gòu)架[J].中國電子科學研究院學報， 2014(6)

[3] 中研華信研究院.2016～2022年中國智慧城市行業(yè)深度調(diào)研與投資戰(zhàn)略咨詢研究報告.2015.12.

[4] 中投顧問產(chǎn)業(yè)與政策研究中心.2016～2020年中國智慧城市深度調(diào)研及投資前景預測報告》.2016.