数字城市新型基础设施——打造以“运营与安全并重”为特色的新型数字空间

摘要：本文提出数字城市新型基础设施的概念，指出其定位，提出架构模型并进行各核心组件的介绍。本文认为，现代数字城市的发展方向必然由相对孤立的信息系统建设、管控与集成模式，走向统一、互联的数字化平台运营模式，而数字城市建设与运行核心的也必然由具体的信息化、智慧化业务系统构建转向数字化能力体系建设，即打造公共的数字城市新型基础设施。数字城市新型基础设施的核心理念之一是“数字赋能”，从“授人以鱼”转向“授人以渔”，在其驱动下，业务系统由独立开发进化为基于公共业务能力的组装式自主编排生产，即“系统是模块，业务是模板”；数据体系由集中管理与分析进化为基于公共数据能力组件的自主定制消费，即“消费是核心，管治是基础”；数据要素与服务要素流通互联共同形成“数联网”+“业联网”的数字化协同互联能力；同时提供城市整体视角的、不面向具体业务（如监控、城市体征）的参数化公共运行环境。数字城市新型基础设施的核心理念之二是“安全运营化”，即在新一代数字安全技术驱动下，不仅让城市运营中的人、物、数、行为要素得到安全防护，更重要的是让安全成为城市价值创造与流通运营的直接要素。更进一步的，还需要为更加前沿的数字城市持续进化提供基础支撑，如虚实融合的、深度沉浸式的交互入口：“城市元空间”，以及隐私与共享并重的数据要素安全流通交换。而数字城市新型基础设施的形态是互联网+式的“平台”，其模式应该遵循“公共基础能力是稳态，业务能力是敏态”的双模态原则。以提供双模态数字化能力体系为主体而不是业务本身，这也是“数字化”名词在城市视角的本质含义之一。综上将驱动打造以运营与安全并重为核心特色、以城市为对象的新型数字空间。

一、数字城市建设发展分析

从智慧城市，到城市大脑，再到数字城市，依托信息科技驱动城市建设与运行，构筑新一代现代城市形态的理念与模型一直在取得持续的进步，近年来最重要的转变就是从行业信息化到城市整体数字化的布局。具体来讲，就是指过去无论技术有多么先进，但一直是城市的各个行业自主进行本业务的信息化规划与建设，在城市级别虽然会有一些协同，但却没有成熟的职能机制来保障；而现在，相当多的城市从整体的角度来看待、规划并推进数字化，并且从机制上进行保障，例如很多城市专门设立了大数据局，对城市信息化、数字化工作进行统一规划与指导；更进一步，一些城市还专门成立城市运营中心，利用科技手段与行政机制有机配合，对数字化转型之后的城市各部门、各行业的运行进行统一协调、监控与调度，充分实现资源协同，大幅度提高城市一体化运行效率与质量；甚至还有部分城市在筹划设立公共建设中心，对之前分散在各部委机关的信息化、数字化建设任务进行统筹。

这初看起来，似乎是一些新的探索，但仔细分析可以发现：这相当于是将城市当成了一个完整的企业来看待，使一个城市数字化的视角与机制类似于一个超大型企业的数字化转型，即将数字城市建设当成一个与交通、公安、应急、环保等等对等的新业务来看待，并且是一切其它业务运行的核心引擎。这样一来，数字城市在一定程度上就是像一个数字企业一样，很多在企业数字化过程中总结的架构、模型与经验，相当部分都可以在数字城市建设中得以借鉴：由专门的信息科技部门整体负责规划与建设，运营公共科技基础设施，并为业务部门提供数据服务与应用系统。而城市的各个机关、组织与产业，则相当于是企业的各个业务部门。

那么，同企业数字化进程类似：

过去，在企业数据体系层面，科技部门虽然建设了企业数据仓库，但业务部门大都还拥有自己的专属数据集；同时，科技部门由于很难充分了解各种业务需求，导致无法为业务提供优质的数据业务化服务，造成数据虽然集中化，但却不能被业务有效消费的问题。这些，在数字城市建设进程中也同样存在。今天，现代企业都倾向于将传统“以管为核”的数据仓库，向以“以用为核，以管为基”的数据能力中台过渡，从管好数据转向重点赋予业务部门自助消费数据的能力，那么数字城市同样也走向建设类似的数据能力基础设施，其主旨可以总结为：“消费是核心，管治是基础”；
过去，在企业业务体系层面，基本上由各业务部门自行建设应用系统，稍先进一些的企业也只是做到数据集中而已，导致大量标准不一致的应用孤岛以及工程浩大的应用集成需求存在。而今天的先进企业都在建设业务能力中台，为业务部门提供公共业务能力支撑，保证业务系统符合统一的标准，进而可以自主、自助编排的定制各自的应用，驱动敏态业务策略发展。那么数字城市同样也走向建设类似的业务能力基础设施，其主旨可以总结为“系统是模块，应用是模板”；
现代企业的数据走向流通互联，业务走向协同互联，这自然也是数字城市的发展趋势；
长期以来，传统企业安全的作用主要是为后端防护，并不产生效益；而数字化转型带来更大范围的协同与互联，要求安全参与到效益生产中。

例子还有很多，总体而言，今天数字城市的建设理念，已经从单个业务信息化交付，转向为各个业务提供丰富灵活的自服务，以及统一的业务协同、监控与评价能力，同时新一代数字安全不仅实现了防护，而且直接驱动了运营。这些，都指向了一项新的工作，即站在城市整体视角的数字城市公共基础设施建设与运营。

由此可以得出：现代数字城市建设的主体与核心，不再是直接为业务提供系统，而是打造数字城市新型基础设施，为城市转型升级提供数字化能力平台，为现代城市运行打造数字引擎。

二、现代数字城市的核心：数字城市新型基础设施

定位清晰以后，本节探讨数字城市新型基础设施的具体架构与组成。

2.1宗旨与原则

由上所述可以得知，数字城市新型基础设施应该包括数据基础设施与业务基础设施，除此之外，还应包括IaaS层与PaaS紧密相关的先进技术组件，以及位于城市整体视角的、不面向任何具体业务的公共运行环境，如监控、城市评价指标等，其核心是PaaS。而最重要的部分应该是其中具体的组件、内容及相互关系规划，有如下四大原则：

数字赋能：数字城市新型基础设施的核心宗旨是支撑城市业务、数据、场景、运行与可监测性全方位数字化的“赋能”体系，而不是业务应用本身；
敏稳双态：数字城市新型基础设施需要在安全、健壮、可靠、弹性的基础能力之上，提供按需应用自主编排生产、数据自主定制消费、运行监控环境参数化的快速业务服务能力，即践行“基础能力稳态，业务能力敏态”的双模态策略；
业协数通：数字城市新型基础设施需要打通城市数字化资源、实现城市级别的业务协同互联（业联）与数据流通互联（数联），赋能打造城市运行的数字化中心枢纽；
安全运营：数字城市新型基础设施不仅让城市运营中的人、物、数、行为要素得到安全防护，更重要的是让安全成为城市价值创造与流通运营的直接要素，这一点由新一代数字安全技术驱动实现。

2.2 能力模型与架构组成

基于如上宗旨与原则，可以看出现代数字城市建设的核心实际是能力体系建设，因此本文首先提出新型数字城市能力模型及其与城市数字安全体系的关系如下图1所示：

图1a 新型数字城市能力模型

图1b 数字城市与数字安全能力体系

由图1所示，新型数字城市应该具有的十大能力及其实现手段描述如下：

1. 数字化物理能力：指支撑城市数字化的物理基础设施，主要指计算、存储与网络设施，这在很多城市已经得到了实现，大部分以城市云计算中心或者多云中心的形式出现；

2. 超级入口能力：即城市超级APP，它是数字城市运行的统一流量入口，包括市民生活、政府事务及企业生产；

从图中可以看出，如上两项能力极为关键，但这里并没将其归为组成数字城市新型基础设施的公共能力，这些按图1阴影部分自底而上包括八大能力：

3. 公共技术基础能力

公共技术基础能力提供数字城市建设与运行的基础技术组件与工具，具体实现为“公共技术基础能力中心”，包括但不限于容器平台（云原生业务服务化与弹性扩展的关键基础组件），AI平台，区块链平台，服务化（微）技术框架，先进数据技术（大数据平台，分布式数据库），以及更加前沿、先进的隐私计算技术与灵境空间技术。

这里需要指出的是，在数字城市技术基础组件中，现阶段需要对如下前沿技术重点关注并加以运用：

. 分布式数据库

当前，多数数字城市建设仅重点考虑了单体数据库与大数据平台，并未关注在当今数字化领域极为流行、且非常关键的分布式数据库技术，其原因是由于当前很多情况数字城市规划与建设虽然到达一定成熟度，但运行与运营还处于探索试行阶段，流量相对低频，即还没有达到真正的互联网+式平台的状态。但依照目前数字城市超级入口的流量预期，当生活、生产与管治都在数字城市平台上发生时，分布式数据库技术就可能成为必须的选项；

. 隐私计算技术

隐私计算技术可以具体落地“数据不动，算法流动”的数据共享策略，是支撑新一代数据要素跨域互联，以及真正实现国家数据要素市场战略的关键技术。而从所周知：数据要素的威力只有在跨域互联共创时才能发挥真正的威力，当前大数据要素“雷声大、雨点小”的尴尬现状，主体来源于单一组织的数据往往无法发挥真正的价值。因此，隐私计算技术就成为“数据驱动运营”战略真正取得实效的关键，需要在数字城市技术基础设施中得以体现；

. 灵境空间技术

灵境空间技术是实现沉浸式的、虚实融合的新型城市空间的重要支撑，而虚实融合的灵境空间必然是未来数字城市各项事务运行的新式交互入口与环境，这一趋势目前已经越来越明显，并且发展迅猛，也需要在数字城市技术基础设施中加以重点关注；

. 低代码技术

低代码技术在数字城市技术基础能力中同样需要得到关注，它同样是新型业务应用敏态生产模式的重要支撑；

4. 公共数据基础能力

公共数据基础能力赋予城市全域数据要素的公共服务能力，覆盖数据标准、数据质量、数据模型、数据交换、数据加工、数据采集、数据流转等现代数据体系中的关键环节，这些能力都以标准化服务组件的方式，在数字城市基础设施中体现，具体落地为“公共数据基础能力中心”，也可理解为“数据能力中台”；

5. 公共业务基础能力

公共业务基础能力抽象城市全域业务的公共部分，以服务化组件的方式形成城市业务生产与运行的基础能力，包括但不限于统一身份、统一证照/印章、统一通信、统一支付、统一信用等，具体落地为“公共业务基础能力中心“，也可理解为”业务能力中台”；

6. 数字化协同互联能力

数字化协同互联能力建立在“公共数据基础能力”与“公共业务基础能力”之上，主体实现数据要素与业务服务组件的协同与互联，从而成为承上启下、打通城市数字化资源、实现城市数字化运行的中心枢纽，可以具体落地为“城市数字中枢”，由“数据要素流通互联中枢”（数联网）与“服务要素协同互联中枢”（业联网）组成；

以上“公共数据基础能力中心”“公共业务基础能力中心”与“数字中枢”都属于技术基础能力体系，在技术基础层面体现“授人以渔”的赋能宗旨，并且遵循稳态的运行模式原则；

7. 城市一体化事务生产能力

城市一体化运行事务生产能力，是数字城市联动运营、统一指挥的核心能力，它由“公共数据基础能力中心”、“公共业务基础能力中心”与“数字中枢”等公共基础设施强力支撑，首先高度抽象了面向城市各政务、各产业、各服务中的关键业务组件式元素（可称为元业务要素），并且提供基于元业务要素自主编排跨部委、跨单元、跨组织的一体化事务模版以及统一运营调度指挥的能力（如跨部门的城市应急，垃圾处理等等），是在业务层面体现数字城市新型基础设施“授人以渔”的关键部件，具体落地为“城市一体化运行事务生产中心”，由运行调度、事务编排、事务元素等组件组成；

8. 公共数字化场景能力

公共数字化场景能力为数字城市提供能通过超级APP入口，直接面向市民、企业、政务操作的数字化场景构建能力，包括但不限于在线生活缴费，共享停车、无处不在的泛在充电、数字政府、产业数字化（工业互联网平台）、产融互联、双碳数字化，以及虚实融合城市交互环境“元空间”，具体落地为“城市运行公共场景中心”；

9. 统一城市监控能力

统一城市监控能力赋能以敏态模式实现对数字城市各事务的运行进行统一监控，可以在大、中、小屏得到集中、分布的实时、协同展现，是数字城市运行指挥的交互界面，具体落地为“统一城市监控中心”。需要特别指出的是：“统一城市监控中心”提供的是监控能力平台，而具体的监控内容则需要根据实际场景的运行进行生产，并不是数字城市基础设施的职能；

10. 统一城市评价能力

统一城市评价能力赋能以敏态模式生产数字城市运行整体维度的指标评价，就类似对一个人的体温、血压等体征指标的评价，具体落地为“统一城市体征中心”。同样需要特别强调的是：“统一城市体征中心”提供的是根据各种城市运行资料高度抽象的基础体征元素与生产模板，而具体的体征可由业务人员在平台能力上以参数化模板的方式定制生产，它并不直接提供具体体征本身，这也正是数字城市基础设施“授人以渔”赋能宗旨的体现，也是城市敏态决策能力的重要依托；

11. 数字安全智能操作系统能力

数字安全智能操作系统能力为新型数字城市安全运营提供“数字安全大脑”的基础能力，如下图2b所示，由“智能安全操作引擎”与“数字安全基础设施”组成。首先“智能安全操作引擎”负责将数字城市运营需要的各种安全能力智能化的、细粒度的、服务化地输送到数字政务、数字产业与数字民生的运行操作过程中去；其次“数字安全基础设施”实现密码资源如水、电一般按需获取的密码云基础设施、从静态转向动态敏捷安全防控的零信任基础设施、端到端的现代数据安全基础设施，以及安全容器、安全区块链及用于支撑沉浸式体验的城市灵境空间安全技术基础设施；

12. 安全运营化/运营安全化能力

安全运营化/运营安全化能力为新型数字城市安全运营提供应用级别的组件、系统与平台，包括但不限于以简捷普及为目标的轻量化密码技术驱动的物联网/工业互联网安全，提供数据从生产到销毁的全生命周期安全与隐私防护的数据中心安全防护平台，隐私与共享并重的数据安全流通互联平台、安全合规组件以及各种深度融合安全运营能力的行业应用等；

如上事务生产、数字场景、监控与体征中心都属于业务基础能力体系，在业务构建与运管层面体现的赋能宗旨，遵循敏态的运行模式原则。

对图1能力模型进行落地与分解后，得出的数字城市新型基础设施与对应安全组件的分解架构与组件如下图2所示：

图2a 数字城市新型基础设施

图2b 数字城市新型基础设施与数字安全组件

三、结论

现代数字城市建设与运营的核心已经不再是具体业务的信息化与智能化，而是打造以“数字赋能”及“安全运营化”为核心宗旨的数字城市新型基础设施，由公共基础技术组件、数据与业务协同互联中枢、一体化事务生产、公共数字场景以及统一监控与体征等两大体系八大能力组成。在由“授人以鱼”转向“授人以渔”的理念支撑下，“系统是模块，业务是模板”，业务应用可基于元业务要素按需自主编排生产；数据体系“消费是核心，管治是基础”，数据价值可按需自主定制消费；运管环境参数化驱动；新一代数字安全技术驱动安全成为城市价值创造与流通运营的直接要素；数字城市基础设施的形态是平台，平台模式遵循“公共基础能力”是稳态，业务应用是敏态的双模态原则。同时，在现代数字城市的技术基础体系中，除原有的大数据、服务化、区块链与人工智能外，需要及时关注并引入分布式数据库、隐私计算、灵境空间与低代码等新技术，以保证互联网平台化的适用性与先进性，从容适配数字城市新型业务与空间的发展方向与能力需求。可以认为，现代数字城市建设的主体是双模态数字化能力体系，而不再是具体的业务数字化本身；是以运营与安全并重为核心特色、以城市为对象的新型数字空间。

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