大數據時(shí)代的智慧城市規劃：國際經(jīng)驗

智慧城市（smart city）這一概念發(fā)端于20世紀80年代的信息城市，目前，在歐洲和北美已有數百座城市宣布建設智慧城市。本文著(zhù)重探討大數據時(shí)代背景下智慧城市規劃的國際實(shí)踐經(jīng)驗。首先，文章回顧了信息與通信技術(shù)與智慧城市概念的演進(jìn)歷程；在此基礎上根據十余個(gè)國外典型智慧城市案例，梳理了當前大數據相關(guān)技術(shù)在智慧城市規劃與建設中的應用；最后，指出目前大數據相關(guān)應用仍處于起步探索階段，大數據時(shí)代的智慧城市規劃在理論與實(shí)踐層面面臨著(zhù)一系列挑戰。

智慧城市（smart city）這一概念發(fā)端于20世紀80年代的信息城市（information city）[1]，經(jīng)歷了20世紀90年代的智能城市（intelligent city）與數字城市（digital city）[2，3]，在2000年后逐步演化為智慧城市[4]。2009年IBM公司首次提出了智慧城市愿景，使得智慧城市理念與實(shí)踐在全球范圍內迅速傳播。目前，在歐洲和北美已有數百座城市宣布建設智慧城市，IBM公司參與的智慧城市項目多達2 500余個(gè)[5]，微軟、思科、西門(mén)子、日立、松下等科技公司以及埃森哲、奧雅納等商業(yè)或工程咨詢(xún)公司也在積極涉足智慧城市建設，預計至2020年智慧城市相關(guān)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規模將達到4 000億美元[6]。

與智慧城市同時(shí)備受關(guān)注的是信息與通信技術(shù)（ICT：Information and Communications Technology）領(lǐng)域的大數據（Big Data）概念。作為與傳統數據相區別的“大”數據，它的數據量已經(jīng)從太字節（TB，240）級上升到拍字節（PB，250）級，甚至是澤字節（ZB，270）級[7]。據統計，如今人們每?jì)商焐a(chǎn)的數據量就與人類(lèi)文明發(fā)展至2003年產(chǎn)生的總數據量相當，而迄今為止人類(lèi)所積累的數據量的90%都來(lái)自過(guò)去兩年[5]。

那么，大數據與智慧城市這兩個(gè)經(jīng)常被相提并論的概念之間存在怎樣的關(guān)聯(lián)關(guān)系？在具體的智慧城市規劃中，大數據又扮演著(zhù)什么角色，具有怎樣的發(fā)展前景？本文將著(zhù)重探討上述問(wèn)題。

1 大數據與智慧城市：演進(jìn)與關(guān)聯(lián)

1.1 智慧城市

然而，智慧城市概念也受到了許多質(zhì)疑[10]，主要原因在于智慧城市內涵寬泛，不僅包括城市技術(shù)系統，也包括城市管理系統，還包括城市人文系統，同時(shí)其目標指向也涉及經(jīng)濟、政治、人文等多個(gè)維度，為智慧城市的確切定義造成了極大困難。目前學(xué)術(shù)界對于智慧城市尚未給出廣為認可的統一定義，僅有一個(gè)包含六個(gè)子系統的智慧城市框架被較多使用，這六個(gè)子系統分別是：智慧經(jīng)濟（smart economy）、智慧市民（smart people）、智慧管理（smart governance）、智慧移動(dòng)（smart mobility）、智慧環(huán)境（smart environment）與智慧生活（smart living）[4]。而產(chǎn)業(yè)界對智慧城市的認識可總結為利用新一代的軟、硬件和聯(lián)絡(luò )技術(shù)賦予ICT系統以實(shí)時(shí)的真實(shí)世界數據，與先進(jìn)的科學(xué)分析技術(shù)相結合，協(xié)助人們進(jìn)行更加理性的決策，從而提高生產(chǎn)生活水平[11，12]。

1.2 大數據

如今，人們每天發(fā)送10萬(wàn)條推特，谷歌每分鐘執行200萬(wàn)次搜索，全世界每天產(chǎn)生2.5艾字節（EB，260）數據，截至2013年互聯(lián)網(wǎng)數據量已達到1 000艾字節……這些數字共同構成了所謂“大數據”。早在1980年，著(zhù)名未來(lái)學(xué)家阿爾文·托夫勒就在《第三次浪潮》一書(shū)中提及了“大數據”；大約2009年，大數據概念開(kāi)始在ICT領(lǐng)域興起。不同機構和學(xué)者為大數據提出過(guò)多種不同定義，其中較被廣泛認可的是描述大數據與傳統數據主要差別的“3V”特征－－大容量（volume）、高速度（velocity）與多樣性（variety）[13]。大容量體現為其數據量往往達到艾字節或澤字節級別，很難以傳統數據處理方式在合理時(shí)間內完成分析；高速度體現為數據生成過(guò)程的流動(dòng)速度，也就是大數據具有實(shí)時(shí)性；而多樣性則主要表現在大數據類(lèi)型和來(lái)源的多樣。這些特點(diǎn)使得能夠有效管理大數據、普遍適用的數據組織與處理技術(shù)成為關(guān)鍵[14]。

1.3 演進(jìn)與關(guān)聯(lián)

表1：ICT數據管理方法與智慧城市的演進(jìn)與關(guān)聯(lián) 年代 ICT數據管理技術(shù)特點(diǎn) 城市演進(jìn)階段

2 大數據時(shí)代的智慧城市規劃實(shí)踐：國際案例與經(jīng)驗

由上文可以看出，智慧城市這一概念來(lái)自于產(chǎn)業(yè)界，并由政府和產(chǎn)業(yè)界推動(dòng)實(shí)踐，而學(xué)術(shù)界雖然也已開(kāi)展相關(guān)研究，但尚未成為智慧城市建設的主要推動(dòng)力，且部分研究與應用實(shí)踐尚有一定差距。因此，本文將主要圍繞各地政府或產(chǎn)業(yè)界主導的相關(guān)建設項目，對大數據時(shí)代的智慧城市規劃實(shí)踐予以梳理。由于提出時(shí)間尚短，目前關(guān)于智慧城市還未出現成熟的評價(jià)體系，僅有來(lái)自柯恩（Boyd Cohen）教授的“十佳智慧城市排名”較被認可，本文參考這一系列排名（世界排名及洲排名），綜合考慮大數據相關(guān)技術(shù)在各地的應用水平，選擇10座智慧城市為重點(diǎn)案例，結合少數其他案例，分析總結大數據在國際智慧城市規劃中的應用進(jìn)展。

同時(shí)，本文參考智慧城市六大系統的分析框架，分別梳理大數據相關(guān)技術(shù)在各個(gè)系統的應用。需要指出的是，六大系統中的智慧經(jīng)濟側重產(chǎn)業(yè)發(fā)展，智慧市民側重教育、個(gè)人發(fā)展與社會(huì )公平等，與大數據相關(guān)性較弱，故不作探討。

2.1 大數據基礎設施

大數據的獲取與傳輸依賴(lài)于覆蓋廣泛、速度快捷的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )，因此互聯(lián)網(wǎng)基礎設施的鋪蓋與升級是智慧城市建設的必要環(huán)節。早在1993年，美國率先提出了國家信息基礎設施（NII）計劃，并隨后提出了全球信息基礎設施（GII）計劃。至今，已有大量國家或地方政府提出高速或超高速寬帶網(wǎng)絡(luò )建設計劃，如新加坡（2005）在“智慧國2015”（iN2015）計劃中提出建設全面覆蓋的超高速寬帶網(wǎng)絡(luò )等信息通訊基礎設施[15]；倫敦計劃投資2 400萬(wàn)英鎊以較低的價(jià)格為中小型企業(yè)提供超高速寬帶網(wǎng)絡(luò )；在英國智慧城市計劃競賽中入圍的布里斯托和伯明翰正分別投資l100萬(wàn)英鎊和800萬(wàn)英鎊用于寬帶網(wǎng)絡(luò )建設[16]；芝加哥正在投資建設一條新的光纖網(wǎng)絡(luò )以使網(wǎng)速達到千兆級別，并希望以極具競爭性的價(jià)格吸引更多公司于芝加哥落戶(hù)。同時(shí)，隨著(zhù)智能移動(dòng)終端的普及，免費無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )也成為網(wǎng)絡(luò )基礎設施的建設重點(diǎn)，如倫敦正在與英國五大移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商之一的O2公司合作建設歐洲最大的免費無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，計劃鋪設在畫(huà)廊、博物館及全市150個(gè)地鐵站[17]；紐約計劃在富爾頓街（Fulton Street）、BAM文化區等十余處街區提供免費無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )[18]；舊金山試點(diǎn)在主要街道市場(chǎng)街（Market Street）提供免費無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；阿姆斯特丹試點(diǎn)在艾瑟爾堡（IJburg）港口提供免費無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )[19]；等。

在上述“硬件”基礎設施之外，“軟件”基礎設施－－開(kāi)放數據同樣是智慧城市建設的重要基礎。開(kāi)放數據與眾包開(kāi)發(fā)已成為國外智慧城市建設的必需環(huán)節。舊金山于2009年立法開(kāi)放數據，是美國第一個(gè)為開(kāi)放數據立法的城市，此后已有來(lái)自多個(gè)政府部門(mén)的500多組數據被發(fā)布，由此催生了200多項手機應用[20]；紐約已開(kāi)放2 400多組數據并從2009年起每年舉辦Big Apps程序開(kāi)發(fā)競賽，是目前開(kāi)放數據量最大的城市；倫敦也是全球最早推出開(kāi)放數據平臺的城市之一，由此開(kāi)發(fā)的手機應用已被大量下載；維也納、巴塞羅那、阿姆斯特丹、西雅圖、波士頓等城市均已開(kāi)放幾百至千余組數據；哥本哈根還計劃建設比開(kāi)放數據平臺更為全面、結構化、標準化的“開(kāi)放價(jià)值網(wǎng)絡(luò )”（open value network），統一管理數據質(zhì)量，制定使用條款，并提供數據整合、可視化等服務(wù)[21]。

2.2 智慧管理

由城市運行所產(chǎn)生的交通、環(huán)境、市政、商業(yè)等各領(lǐng)域數據量是巨大的，這些數據經(jīng)過(guò)合理的分析挖掘可產(chǎn)生大量傳統數據所不能反映的城市運行信息。目前與智慧管理相關(guān)的大數據來(lái)源主要包括由遍布全市的攝像頭收集的視頻影像，由各類(lèi)傳感器收集的環(huán)境等方面信息，由各類(lèi)終端收集的刷卡信息，由市民通過(guò)手機應用或社交網(wǎng)站貢獻的相關(guān)信息等。其應用方式主要體現在三個(gè)領(lǐng)域。一是實(shí)時(shí)監控與突發(fā)事件處理，如巴塞羅那和格拉斯哥都計劃在全市大規模布置攝像頭或傳感器以及時(shí)識別火災、犯罪等異常情況；巴西里約熱內盧還開(kāi)設了一座建設有80 m寬監視屏的城市運行控制中心，顯示來(lái)自全市900多個(gè)攝像頭的監控影像，由來(lái)自30個(gè)不同部門(mén)的50名工作人員對洪水威脅、交通事故、管道泄漏等突發(fā)事件做出應急控制[22]。二是市政服務(wù)，如維也納、波士頓、格拉斯哥都推出（或計劃推出）用于報告市政故障的手機應用；而瑞典斯德哥爾摩自2007年至今已投資7 000萬(wàn)歐元開(kāi)發(fā)50多項電子服務(wù)，并藉此降低了城市的管理成本。三是公眾參與，大數據使人們得以構建反映城市建成環(huán)境實(shí)時(shí)變化的三維可視化系統，這類(lèi)系統可作為公眾參與的平臺，如Autodesk公司在德國班貝格市（Bamberg）開(kāi)發(fā)的城市三維可視化系統被用于討論新鐵路線(xiàn)建設，市民使用iPad即可了解鐵路線(xiàn)對周邊環(huán)境的影響，節省了公眾參與的時(shí)間。

2.3 智慧出行

交通流的合理規劃與疏導是幾乎所有城市長(cháng)期面臨的問(wèn)題，而大數據的廣泛性與實(shí)時(shí)性則為解決這類(lèi)問(wèn)題提供了新的可能。目前大數據在智慧出行領(lǐng)域的應用主要體現在兩方面。一是交通流量實(shí)時(shí)監控，如倫敦、波士頓和伯明翰（計劃）利用遍布全市的攝像頭監控實(shí)時(shí)交通流量；伯明翰還將攝像頭和各類(lèi)傳感器收集到的交通信息統一傳送至控制中心，由工作人員實(shí)時(shí)調控交通[16]。二是交通信息實(shí)時(shí)提供，如阿姆斯特丹和巴塞羅那通過(guò)安裝在停車(chē)場(chǎng)的傳感器為市民提供實(shí)時(shí)停車(chē)位信息，以引導居民合理出行；多倫多和巴塞羅那（計劃）為市民提供公交車(chē)實(shí)時(shí)位置信息；波士頓為學(xué)生家長(cháng)提供校車(chē)位置信息；倫敦為市民提供公用自行車(chē)位置信息等。

2.4 智慧環(huán)境

在智慧城市概念出現之前，生態(tài)城市、低碳城市等概念就已被廣泛接受，也是新千年后全球城市發(fā)展的關(guān)注重點(diǎn)。目前大數據在智慧環(huán)境領(lǐng)域的應用主要體現在兩方面。一是能源使用管理，安裝在電網(wǎng)系統中的傳感器可實(shí)時(shí)收集用戶(hù)的能耗信息，并按時(shí)段調配能源供給或在電力峰值不同的建筑物之間進(jìn)行電力融通，提高能源使用效率，如倫敦、阿姆斯特丹、西雅圖、斯德哥爾摩等許多城市都計劃推行智慧電網(wǎng)（Smart Grid），日本千葉與日立公司合作建立了地區能源管理系統（AEMS）。二是環(huán)境質(zhì)量監控，如哥本哈根利用安裝在自行車(chē)輪上的傳感器收集空氣質(zhì)量信息，巴塞羅那利用安裝在路燈上的傳感器收集噪聲、污染信息等。

2.5 智慧生活

雖然智慧城市涉及大量技術(shù)內容，但其核心價(jià)值仍在于為市民提供更高質(zhì)量的生活（Quality of Life），這也是幾乎所有國外智慧城市建設項目所不斷強調的。目前大數據在此領(lǐng)域的應用主要體現在生活服務(wù)方面，如維也納、巴塞羅那、紐約等城市在開(kāi)放數據的基礎上眾包開(kāi)發(fā)了幾十種至上百種生活服務(wù)類(lèi)手機應用，多倫多、格拉斯哥等城市則通過(guò)云計算等技術(shù)對實(shí)時(shí)信息進(jìn)行分析并據此為市民提供更多生活服務(wù)實(shí)時(shí)信息。此外，思科公司提出了智慧連接社區概念（Smart + Connected Communities），通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò )系統將社區的服務(wù)、信息和人群等各類(lèi)資源相結合，將物理空間的社區轉化為一個(gè)更加緊密聯(lián)系的社區[23]。但也可以看到，在醫療、教育這兩個(gè)智慧生活的重要方面，大數據尚未獲得較多實(shí)質(zhì)性的應用。

本文所選取的10座智慧城市案例在4個(gè)智慧城市子系統中的大數據相關(guān)應用如表2所示。

表2：大數據在智慧城市建設中的應用案例

3 結論與討論

3.1 結論

大數據概念的提出是ICT技術(shù)，例如移動(dòng)智能終端、物聯(lián)網(wǎng)等在當前社會(huì )生產(chǎn)、生活中廣泛應用和滲透的發(fā)展結果。智慧城市建設著(zhù)眼于提升城市可持續發(fā)展能力和競爭力，并以提高城市生活品質(zhì)為根本目標，其規劃與建設需要依托于整合ICT的城市基礎設施規劃與建設，在運行和管理層面，智慧城市則需要大數據相關(guān)技術(shù)的支持。然而，大數據本身的三個(gè)特點(diǎn)－－大容量、高速度和多樣性，則分別給大數據的存儲、處理及系統整合提出了巨大挑戰。目前來(lái)看，大數據相關(guān)技術(shù)在智慧城市規劃與建設中的應用取得了相當多的進(jìn)展，但仍處于起步探索階段。一方面，其應用范圍較多局限在智慧城市各個(gè)子系統，較少有整合多個(gè)系統的應用案例，但也可以看到，整合多個(gè)城市系統數據的數據平臺也在構建當中，如哥本哈根的“開(kāi)放價(jià)值網(wǎng)絡(luò )”。另一方面，大數據在各個(gè)子系統的應用方式雖然具體內容不同，但大多可歸納為實(shí)時(shí)信息的收集監控、分析與推送，隨著(zhù)長(cháng)期大數據的積累，其應用方式有待獲得更多拓展，如我國的北京城市實(shí)驗室（BCL）正在利用多年積累的北京公交和軌道交通刷卡數據研究北京的城市貧困問(wèn)題。

3.2 討論

大數據背景下，智慧城市規劃建設在理論與實(shí)踐層面都面臨著(zhù)一系列挑戰。在規劃理論層面，智慧城市的系統性規劃理論目前尚處于孕育之中，但關(guān)于智慧城市子系統的理論研究則已經(jīng)逐步展開(kāi)。例如倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）高級空間分析中心（CASA）基于地鐵刷卡數據的倫敦市民地鐵出行行為研究，新加坡－麻省理工學(xué)院技術(shù)研究聯(lián)合體（Singapore-MIT Alliance for Research and Technology）基于手機數據的新加坡市民24小時(shí)出行可視化與大數據分析等。不可否認，目前這些研究主要集中在ICT使用密集且已經(jīng)較為深入滲透的城市子系統（例如交通系統、土地利用系統等），而對于智慧管理、智慧生活等子系統的研究還非常有限。這一方面在于這類(lèi)數據的結構更加復雜，相關(guān)數據的捕捉獲取技術(shù)也有待發(fā)展；另一方面在于相關(guān)研究所需的數據開(kāi)放與整合面臨著(zhù)多個(gè)政府部門(mén)之間行政權力的分割阻礙，這一問(wèn)題在我國尤為明顯。因此，目前智慧城市的規劃與建設實(shí)踐大多表現為城市局部子系統的實(shí)踐。

此外，大數據與智慧城市的出現也為傳統城市規劃理論提出了新的挑戰。在過(guò)去半個(gè)多世紀，城市規劃理論經(jīng)歷了早期的藍圖式規劃到理性主義，再到后來(lái)的有限理性（bounded rationality）、漸進(jìn)主義（incrementalism）以及溝通式規劃（communicative planning）的發(fā)展歷程，而發(fā)端于自然科學(xué)領(lǐng)域的復雜性科學(xué)思想（complexity thinking）雖然受到了部分城市規劃學(xué)者的關(guān)注，但到目前為止仍處于城市規劃思想的邊緣。然而城市本身以及城市規劃過(guò)程的復雜性，使得當今城市規劃實(shí)踐面臨著(zhù)種種困境，進(jìn)而導致了所謂的城市規劃“第三次理論危機”[39]。隨著(zhù)大數據相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與智慧城市規劃建設實(shí)踐的興起，大數據所體現的城市系統復雜性以及智慧城市規劃建設所需處理的各種新、舊問(wèn)題的復雜性，使得城市規劃理論越加趨向于向復雜性理論轉變。

在規劃實(shí)踐層面，智慧城市建設除了需要解決大數據的存儲、組織、管理處理這一系列ICT領(lǐng)域技術(shù)問(wèn)題外，其規劃所面臨的如下問(wèn)題也有待深入探索。第一，如何規劃布局傳感器以及相關(guān)數據捕捉的軟、硬件設施，這將影響到最終獲得的大數據是否能夠全面、有效地描述整個(gè)城市系統。第二，如何能夠以經(jīng)濟、可持續的方式實(shí)現各類(lèi)基礎設施升級，也即智慧城市所需的新型基礎設施建設與傳統基礎設施之間的更新?lián)Q代與對接問(wèn)題。第三，由于大數據的來(lái)源往往分屬于不同政府職能部門(mén)管理（如交通部門(mén)與市政部門(mén)），如何能促使各職能部門(mén)相互合作，真正實(shí)現數據開(kāi)放與有效整合。第四，在有效建立統一的數據系統后，政府將如何有效分析挖掘數據以促進(jìn)規劃管理，同時(shí)數據的管理、維護和使用權責又將如何劃分，這也是智慧城市規劃在行政領(lǐng)域的頂層設計問(wèn)題。第五，是在智慧城市新趨勢的影響下，傳統的規劃法律、法規、規章、規范以及實(shí)施標準與細則，需要進(jìn)行怎樣的調整，相應的規劃方法又需要進(jìn)行怎樣的轉變的問(wèn)題。

雖然智慧城市和大數據在經(jīng)歷發(fā)展熱潮的同時(shí)也面臨著(zhù)“炒作”、“泡沫”等質(zhì)疑，但可以肯定的是，隨著(zhù)ICT的技術(shù)進(jìn)步和應用滲透，以及市民生產(chǎn)生活方式的轉變，城市規劃建設的理論與實(shí)踐也將獲得相應擴充與調整，探索新的規劃方法并產(chǎn)生新的規劃思想，現在還只是開(kāi)始。