【摘要】城市大腦是智慧城市系統的核心和中樞，對于推動城市治理范式的創新和促進高端信息產業的發展具有重要的作用。現階段，雖然我國在智慧城市和城市大腦的建設運行上有著大量的理論研究和實踐探索，具備政策和技術上的優勢，但也會帶來新的社會和技術問題，譬如，無邊界信息流導致的信息安全和隱私等問題。因此，促進城市大腦的自我進化，需在長期的運行實踐中積累大量的業務場景和信息資源，從而消解其潛在的缺陷和帶來的問題。與此同時，當城市大腦投入運行，原有的管理體制和機制被打破和重組，新的業務場景和組織結構對信息系統將提出更高的和充滿不確定性的要求，只有構建開放的技術架構和軟件系統生態，才能支持城市大腦的不斷發展和演化。
【關鍵詞】智慧城市 城市大腦 城市治理 高層管理信息系統
【中圖分類號】G350 【文獻標識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2021.09.004
城市管理者正嘗試運用技術手段改善城市治理。作為城市治理的新理念和新實踐，智慧城市成為當前的熱點之一。目前全球正在進行的智慧城市項目有140個以上，我國自2010年以來已推進了近300個國家試點項目建設。[1]在許多智慧城市試點項目中，一個城市的不同領域、不同部門、不同類型的數據被共享交換、集成展現、融合分析和協調利用，城市大腦的雛形已經初顯端倪。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》[2]中提出應完善城市信息模型平臺和運行管理服務平臺，構建城市數據資源體系，推進城市數據大腦建設，達到促進公共服務和社會運行方式創新，構筑全民暢享的數字生活的目的。這為智慧城市建設進一步指明了城市大腦的資源基礎、業務目標和發展方向，城市大腦的建設即將進入一個蓬勃發展的階段。截至2020年底，我國政府已經頒布實施22項與智慧城市相關的國家標準[3]以推動智慧城市系統建設和運行的規范化，但是對于城市大腦的定義和規范還尚未形成。這固然存在技術本身的原因，但更重要的是：城市大腦在整個智慧城市體系中的定位不明確，系統概念沿襲發展的路徑還有待梳理清晰；城市大腦建設運行的根本目的是解決城市治理現代化、精細化、智能化的社會問題，人們不能脫離社會系統的背景單獨討論技術系統的創新和變革。因此，如何理解城市大腦在智慧城市體系乃至社會治理體系中的角色和任務，對于把握未來智慧城市建設運行的宏觀大局具有重要的理論和現實意義。
城市大腦的興起和定位
從技術架構上看，城市大腦是智慧城市的核心，是“智慧城市系統之系統”。它旨在提取和利用優化城市治理的各項組織運作所必需的數據而非替代現有的信息系統的物理基礎架構。[4]通常認為IBM公司所提出的智能運營中心（IOC：Intelligent Operations Center）[5][6]是這類信息系統的雛形，其目標是整合所有城市機構和部門的信息以制定更好的政策。作為一個中間件平臺，IOC集成了IBM公司旗下近200個軟件子產品，并向用戶提供交互界面、標準操作程序和信息資源處理能力。由于我國城市的巨大規模、復雜性和多樣性，單純依托技術模塊和標準化的工業程序是難以實現城市級別的跨組織數據整合任務的，更何況其面向決策問題的知識管理能力與知識服務能力本身存在欠缺。
從系統實踐上看，智慧南京中心綜合管理與運行服務平臺是國內關于城市大腦的首次探索，[7]也是全球特大型城市的智慧城市中心的一個典型案例。該系統從2010年開始規劃設計，首期工程接入和整合30多個部門和單位的數據，基本實現城市動態感知和跨組織協調，為城市高層管理者提供決策支持。但是在長達近十年的運行實踐中，該系統也暴露出與城市治理業務流程脫節，資源能力下沉困難的弱點，因而，至今仍在不斷開發和優化中，其延伸應用“我的南京”在面向市民的綜合性服務中得到普遍贊譽。杭州城市大腦起步于2016年，以智慧交通、“數字治堵”為突破口，逐步擴展至旅游、衛生、商業等數字應用，迄今已接入96個部門、317個信息化系統，每天平均協同數據1.2億多條，[8]在公共數據平臺、數字政府、數字經濟、數字社會和數字法治等領域上都形成了特色應用場景。上海浦東新區、北京海淀區、福建福州等地的城市大腦的規劃和建設也各具特色并取得顯著成效。
從應用場景上看，許多地方的智慧城市項目將大屏幕控制系統、指揮調度系統和業務坐席與軟件平臺結合在一起構成綜合性的城市智能運營指揮中心，以同時應對城市常態治理和應急態治理。傳統上，常態管理體制與應急管理體制占據了兩種交替性的、互不隸屬的時間結構，常態管理體制存在于日常管理過程中，當突發事件發生時，應急管理體制取代常態管理體制，當突發事件結束時，常態管理體制恢復，應急管理體制退居幕后。[9]然而，智慧城市的自適應性使得城市治理的常態與應急態的界限變得模糊，潛在的危機可能通過預警和處置消弭在造成后果之前，而一些新型的突發事件卻可以長期存在于城市治理過程中。[10]因此，城市大腦不同于應急指揮中心，它將城市治理視為一項長期工作，通過對歷史事件的數字化重構，分析和挖掘問題與事件背后的規律，提出面向未來的解決方案。
作為一種新興的城市治理的技術工具，城市大腦尚無明確的概念定義和系統定位，其理論和實踐仍處于探索的階段。蔣武洲從功能的角度提出城市大腦是城市數字生態的集中場所，負責城市狀態的實時監測、城市異常的智能預警、關鍵問題的智慧決策、重大事件的協同處置，實現數據資產的增值，提升城市治理體系和治理能力的現代化水平。[11]從系統結構的角度，Hua認為城市大腦是一個端到端系統，涵蓋了從認知到優化到決策，從搜索到預測到干預的全過程；[12]Liu定義其架構的基本組成部分包括城市中樞神經系統（云計算）、城市感覺神經系統（物聯網）、城市運動神經系統（工業互聯網）和城市神經末梢（邊緣計算）。[13]也有學者認為城市大腦是一套以數據為中心的平臺級產品，實現特定領域的城市協同治理的業務功能，并可以在不同城市之間進行大規模復制。[14]由于這一稱謂本身所具有的人工智能的背景，我們可以認為城市大腦是在自然智能工作機理的啟發下研究開發的具有一定智能水平的，[15]為增強城市治理能力提供服務的信息系統。這一信息系統處于智慧城市系統的核心位置，它匯聚組織間網絡的有效信息并提供決策支持，把城市數據資源轉化為新的城市治理范式。因此，無論從功能主義還是從結構主義出發，研究者和開發者都需要理解人類智能的奧秘和城市治理的深層需求，而不是簡單模擬傳統的城市治理模式或單純以業務功能決定系統架構。
城市大腦的溯源和創新
城市大腦固然是一種新的概念，但也并非無跡可尋。上世紀70年代末，由于信息技術的創新帶來全球市場、生產和管理的創新，進而引發了大型跨國企業管理理念的變革，企業原有的信息系統分散在不同的部門、地區和業務領域，對高級管理者的全局性決策需求缺乏足夠的技術支持。在1982年，Rockart和Treacy首次提出了高層管理信息系統（EIS: Executive Information System）的概念，描述了大型跨國企業的高級管理者使用計算機系統獲取和整合數據，并進行分析、預測和決策的場景。[16]EIS支持執行高度非結構化的工作程序，處理來自組織內部和外部環境的多源異構信息，為高級管理者提供對信息資源的廣泛而徹底的訪問，以及用于在決策中分析信息的各種不同方法，[17]幫助管理者監控環境趨勢和激發創造性的解決方案。EIS不同于企業資源管理系統（ERP: Enterprise Resource Planning）和生產過程執行管理系統（MES: Manufacturing Execution System），前者偏重于跨部門的整合性管理和重大問題的決策，而ERP和MES則是較低的部門層面的業務系統。
與EIS類似，城市大腦也是在信息技術創新和城市治理創新的雙重背景下產生的，甚至可以說城市大腦的概念是EIS的概念從企業管理到城市治理的轉移、發展和創新。從用戶層面看，城市大腦和EIS都是服務于組織中高層管理者的通信、協調、計劃和控制功能，而非服務于面向基層人員的具體業務操作流程。從功能層面看，城市大腦和EIS都不是為了解決單一部門和單一領域的業務管理問題，它們的關注點在于跨組織、跨部門、跨層級的整合性治理。從技術層面看，城市大腦和EIS實現跨組織協同治理的基礎都建立在對多源異構數據的訪問、索引和檢索，以及按需臨時分配的分析和計算上。從架構層面看，城市大腦和EIS均位于組織中整體系統的最上層，并保留與下層系統和外部網絡的靈活接口，負責協調和處理組織間網絡的數據、信息和知識。因此，從EIS溯源觀察城市大腦的功能和架構，有助于加深對城市大腦的理解并展望其發展和創新。
由于城市治理的復雜性，城市大腦與EIS相比也存在顯著的差異，需要更多的信息技術創新和管理變革思維。首先，由于智慧城市系統的建設運行，新的實時性的數據采集技術和存儲溯源技術（如傳感器網絡技術和區塊鏈技術）快速發展，以及電子政務網絡、專有信息網絡和互聯網的安全隔離要求，對傳統的以數據倉庫為技術基礎的信息集成模式提出了巨大挑戰。城市大腦需要引入新的技術工具以支撐其在數據、信息、知識等多個層面進行實時性融合的能力。其次，智慧化的城市治理不可能僅僅建立在周期性的決策上，而是需要及時、快速地響應和不斷優化調整解決方案。由于新型危機和突發事件層出不窮，傳統的以案例庫、知識庫為基礎的智能專家系統難以適應高度不確定性條件下的決策支持，城市大腦需要具備自我學習、自我調整和自我進化的適應能力。再次，由于城市治理業務的多樣性和城市數據環境的復雜性，傳統上標準化的用戶界面、操作流程和資源處理程序難以適應多類型用戶的動態服務需求，非標準化的、定制化的、可擴展的服務將成為城市大腦的必備功能。最后，由于智慧城市系統是一個整體不可分割的復雜巨系統，城市大腦不但需要求諸于內，開發實現其自身的技術功能和業務功能，更需要行諸于外，影響和帶動智慧城市系統的其他子系統的規劃、建設、運行的健康發展。因此，在城市大腦的設計建設中，規劃設計人員應當充分考慮當前和未來相當長一段時間內新的信息技術在智慧城市系統中的采納所帶來的技術創新，這包括下一代通信技術、人工智能技術、大數據分析技術、信息融合技術、區塊鏈技術和云計算技術，并且將這些技術相互融合在一起，而非僅在現有的技術框架內和業務條件的約束下設計系統架構。在城市大腦的運行階段，運行維護人員應當視其為具有開放性和智能性的自治主體，持續關注系統與任務、組織和外部環境之間的信息互動與決策協調，在城市治理的過程中不斷挖掘城市大腦的新應用場景和技術潛能，而非僅以現有的數據基礎、管理場景和決策問題限制系統的使用范圍，否則將抑制城市大腦的自我進化。
城市大腦項目的關鍵要素
在城市大腦項目的規劃設計和建設運行階段，當前存在一種技術導向的偏好，其表現形式有兩種。第一，不少研究開發單位認為創新的信息技術是構建城市大腦、實現城市智慧化治理的關鍵，技術創新可以自然推動城市治理的創新；反之，技術創新的不足將導致系統建設失敗。這造成一種供應商之間競相攀比技術的現象，新的技術架構和尚處于實驗階段的微創新層出不窮，系統迭代和重復建設頻繁出現。第二，不少建設運行單位認為城市大腦集成了新的信息技術和信息資源，依托這一信息系統即可解決過去困擾城市治理的諸多問題；反之，如果仍存在問題沒有得到解決，那多半是研究開發單位的技術能力不足導致系統性能和功能不能滿足用戶需求，這常常造成了建設運行單位和研究開發單位之間的矛盾。由于智慧城市和城市大腦都是尚處于發展階段的新生事物，人們對于城市智慧化治理的概念缺乏一致的理解，也并不能準確設想未來城市治理的所有場景和功能，所以這些矛盾很難用商業合同的約束來解決。
無論是建設運行單位還是研究開發單位都需要注意到城市大腦是嵌入在組織間的社會治理的技術工具。在我國，由于智慧城市建設運行的主體是城市政府，因此，政府部門內部和彼此之間的結構關系對城市大腦的建設運行具有重要的作用。我們不能將城市大腦簡單視為一個技術系統，它還具有社會的屬性。Leavitt在20世紀60年代首次提出了基于組織變革的社會—技術模型，認為組織是一個復合的多元化系統，包含了四種相互作用的元素——參與者、結構、任務和技術。[18]其中，參與者指組織所有的利益相關者，包括管理者和任何能夠對組織產生影響的團體或個人；結構包括能夠對組織造成影響的溝通系統、權力關系、協調機制、工作流系統，以及相關的制度化安排；任務描述了組織存在的目標，構成組織根據需求而采取的相關行動；技術則包括了工作方式、工具與設備，以及相應的技術平臺等。Lyytinen把這些元素用系統開發的要素表示，進一步提出了系統開發的社會—技術模型。[19]當我們把城市大腦置于社會—技術系統中觀察，技術系統與社會系統相互影響和作用，任何一個社會要素或技術要素的變化，以及其相互間關系的變化，都將會對系統的開發造成風險或影響，甚至可能會導致系統開發失敗。
根據社會—技術系統理論的觀點，城市大腦的項目參與者和組織結構屬于社會要素，項目任務和技術本身屬于技術要素。項目參與者不僅包括建設運行單位和研究開發單位，還包括與城市治理目標相關的城市政府的各級部門甚至社會組織、城市居民和訪客。參與者的缺位將導致業務需求的模糊化，也將導致城市信息資源的缺乏。組織結構則需要突破既有的管理體制和機制，基于城市治理范式的變革設計新的溝通機制、權責關系和業務流程。沿用或者修補現有的組織結構只能構建出一個原有框架下的治理技術工具，而不能真正實現智慧化的城市治理。在任務目標上，項目的可交付成果表示期望的結果，它不僅包含了一般信息系統開發中確定的功能性約束，也應包括不確定條件下的技術潛力和組織彈性，技術工具和軟硬件平臺則需要滿足與適應任務目標的要求。
在城市大腦的建設運行中，項目風險在三個層面上廣泛存在著。第一個層面是技術本身的風險，即研究開發單位是否具有相應的技術能力和選擇了恰當的技術工具、軟件平臺與開發方法。第二個層面是組成社會—技術系統的其他三個要素內部產生的風險，即參與者、組織結構和任務目標是否全面與明確。第三個層面是不同要素之間的矛盾和相互作用產生的結構性風險，即便社會—技術系統的四個組成要素充分完備，但是要素兩兩之間不契合、不匹配，仍然會導致項目的結構性失衡甚至最終失敗。例如，不恰當的組織間溝通協調機制可能影響決策信息的及時性、準確性和完整性，過于理想的任務目標可能無法依靠現有的技術能力達成。
一般而言，城市大腦項目的結構性風險包括以下六個方面。一是任務—技術。過高的任務目標缺乏技術支持，過低的任務目標導致技術的堆砌和投資的浪費。二是參與者—結構。城市大腦項目參與者之間呈現松散的組織結構，項目建設運行單位往往處于與政府其他部門平級甚至是下級的位置，缺少跨部門、跨層級的結構支撐。三是參與者—任務。一方面，除建設運行單位和研究開發單位以外，其他參與者往往持配合的態度，對項目的建設任務缺乏認知；另一方面，建設運行單位對其他政府部門的業務需求缺乏了解，導致任務目標產生偏差。四是參與者—技術。由于參與者對智慧城市和城市大腦的概念和技術缺乏準確的認知，產生唯技術論的傾向。五是結構—任務。城市大腦項目建設的最終任務是智慧化城市治理，這需要治理結構的變革和優化，尤其是組織間的有效溝通、協調和共同決策。六是結構—技術。一方面，跨組織的溝通、協調和決策需要信息技術的支持；另一方面，信息共享、交換和利用的技術工具只有在恰當的組織結構和制度性安排下才能發揮實際作用。
在城市大腦項目建設運行中，結構性風險的化解主要依托兩項關鍵行動。其一，通過組織間協調機制的建立，明確主管部門和參與部門的權責關系，從項目規劃階段就納入潛在的利益相關方，共同設計構建新的治理結構和展望未來城市智慧化治理的業務需求，避免建設運行單位和研究開發單位閉門造車，以技術束縛管理。其二，通過城市層面的數據共享交換機制的建立，支持技術工具的實際運用和長期運行，支撐組織間網絡各個組成部分的相互聯系，它們只有在常態治理環境中保持協作關系才能在應急態中產生及時和有效的響應措施。從項目建設的中短期目標出發，建立有效的組織間業務協調機制和數據共享交換機制是保障城市大腦項目建設成功運行的關鍵因素；從城市大腦的發展演化出發，城市治理的體制機制改革和人工智能等新技術的采納運用是城市治理范式創新的長期動力。
推進城市大腦建設的對策建議
在智慧城市的發展中，人們總是試圖采用技術的手段改造社會治理的模式，城市大腦便是最新的探索之一。無疑，城市大腦將帶給城市管理者新的思維方式和技術手段，但也會帶來新的社會和技術問題，譬如，無邊界信息流導致的信息安全和隱私問題。我們應當認識到這一信息系統還處于發展的初期，具有創新性、實驗性的特征。只有在長期的運行實踐中積累大量的業務場景和信息資源，才能促進城市大腦的自我進化，充分發揮其技術潛能，并消解其潛在的缺陷和帶來的問題。與此同時，我們也不可忽視社會系統對技術系統的適應和影響。當城市大腦投入運行，原有的管理體制和機制被打破與重組，新的業務場景與組織結構對信息系統將提出更高的和充滿不確定性的要求，只有構建開放的技術架構和軟件系統生態，才能支持城市大腦的不斷發展和演化。
對城市大腦追根溯源，從社會—技術系統理論的觀點出發，可以看到城市大腦的項目建設絕不是線性發展和一步到位的。我們建議采用“長期規劃、分期建設”的模式開發城市大腦項目，在首期工程的建設中秉持“聚焦業務、有限規模”的態度，以解決城市治理中的痛點、難點問題為出發點，實事求是地構建系統的基礎架構和探索應用場景，建立組織間的業務協調機制和數據共享交換機制，扎扎實實地解決好項目建設和運行期間的跨部門協調問題與多源異構信息資源整合、融合的問題，為系統的全面運行打下結構和技術的要素基礎。在其后的分期建設中，一方面，擴大業務場景和復制技術工具的應用；另一方面，強化大數據分析和人工智能技術的運用，使這一信息系統逐步向自主、自治和智能演化，真正打造城市治理的新的技術范式。同時，由于城市大腦的國家標準和行業規范尚未提出，不同城市的數據資源的條件基礎和社會治理的需求特征也存在差異，我們并不建議城市大腦在短期內成為我國智慧城市系統建設的標準配置。希望結合城市大腦系統研發和項目實踐，相關的國家標準規范的制定能夠及時提上議程。
如前所述，城市大腦是智慧城市系統的核心系統，這一系統的有效運行離不開其他智慧城市子系統的協作，也離不開城市內部和城市之間的其他信息系統的配合，需要從頂層視角分析需求和構建系統。許多地方政府將城市大腦項目視為“一把手工程”，這有利于推動組織結構的變革和獲得更廣泛的資源支持。項目建設運行單位應當主動承擔和銜接組織結構優化調整的責任，將城市治理范式的創新轉變而非完成一項信息系統建設設置為最終目標。承擔城市大腦項目建設的研究開發單位應該抓住機遇，在開放架構和自主研發的前提下，快速形成可擴展的平臺級產品，為我國的智慧城市發展提供核心產品，并把具有國際競爭力的信息技術推廣至世界的其他國家和地區。
（本文系國家社科基金重大項目“面向國家戰略的情報學教育與發展研究”階段性研究成果，項目編號：20&ZD332）
注釋
[1]Yu, J.; Wen, Y.; Jin, J., et al., "Towards a service-dominant platform for public value co-creation in a smart city: Evidence from two metropolitan cities in China", Technological Forecasting & Social Change, 2019(142).
[2]《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》，中華人民共和國中央人民政府網，2021年3月13日，http://www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm.
[3]詳見國家標準全文公開系統，http://openstd.samr.gov.cn/bzgk/gb/std_list?p.p1=0&p.p90=circulation_date&p.p91=desc&p.p2=%E6%99%BA%E6%85%A7%E5%9F%8E%E5%B8%82。
[4]Zhuhadar, L.; Thrasher, E.; Marklin, S., et al., "The next wave of innovation-Review of smart cities intelligent operation systems", cybernetics and systems, 2017(66).
[5]Intelligent Operations Center on Cloud documentation, https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/SS9J9E/ioc/kc_welcome_saas.html.
[6]陳璟浩、曾楨、李綱：《城市網絡形象監測系統的設計與實現》，《情報學報》，2019年第3期。
[7]何軍：《智慧城市頂層設計與推進舉措研究——以智慧南京頂層設計主要思路及發展策略為例》，《城市發展研究》，2013年第7期。
[8]《杭州 讓城市更聰明更智慧》，《人民日報》，2020年6月17日，第1版。
[9]薛瀾、鐘開斌：《國家應急管理體制建設：挑戰與重構》，《改革》，2005年第3期。
[10]郭驊、蘇新寧、鄧三鴻：《“智慧城市”背景下的城市應急管理情報體系研究》，《圖書情報工作》，2016年第15期。
[11]蔣武洲：《新型智慧城市運營中心的發展趨勢分析》，《電視技術》，2018年第12期。
[12]Hua, X. S., "The City Brain: Towards Real-Time Search for the Real-World", The 41st International ACM SIGIR Conference, June 2018.
[13]Liu, F., "City Brain, a New Architecture of Smart City Based on the Internet Brain", The 2018 IEEE 22nd International Conference on Computer Supported Cooperative Work in Design (CSCWD), 2018.
[14]Caprotti, F. and Liu, D., "Platform urbanism and the Chinese smart city: the co-production and territorialisation of Hangzhou City Brain", GeoJournal, 2020.
[15]鐘義信：《從“機械還原方法論”到“信息生態方法論”》，《哲學分析》，2017年第5期。
[16]Rockart, John, F. and Treacy, M., "The CEO Goes On-Line", Harvard Business Review, 1982.ww
[17]Houdeshel, G. and Watson, H.J.,"The management information and decision support (MIDS) system at Lockheed-Georgia", MIS Quarterly, 1987(1).
[18]Leavitt, H. J., "Applied organization change in industry: Structural, technical and human approaches", New Perspectives in Organizational Research, 1964.
[19]Lyytinen, K.; Mathiassen, L. and Ropponen, J., "Attention Shaping and Software Risk: A Categorical Analysis of Four Classical Risk Management Approaches", Information Systems Research, 1998(3).
責 編／肖晗題
郭驊，河海大學商學院教授級高級工程師。研究方向為智慧城市、應急情報體系。主要著作有《現代性背景下的應急管理情報體系——以社會為中心的構建》、《“智慧城市”背景下的城市應急管理情報體系研究》（合作論文）等。鄧三鴻，南京大學信息管理學院副院長、教授。
