A conceptual algorithm for developing smart cities

Введение

Современные процессы быстрой урбанизации, происходящие в подавляющем большинстве стран мира, сформировали запрос на создание новых, эффективных моделей развития городских территорий [1]. В этой связи, инновационные подходы развития современных городов на базе интеллектуальных решений и цифровых технологий все активней обсуждаются в научной среде [2, 3].

Несмотря на увеличивающееся внимание среди широких кругов исследователей к проблематике развития умных городов, реализации конкретных проектов в этом направлении, их влияние на местное население, в настоящее время не выработано общих, системных подходов и алгоритмов к развитию умных городов. Более того, на данный момент не выработано даже общего, единого понимания того, что представляет собой умный город [4]. Термин «умный город» подразумевает понятие, состоящее из нескольких компонентов или измерений. Интеграция отдельных измерений города, начиная с транспорта, здравоохранения, образования, сферы коммунальных услуг и других компонент позволит создать умный город. Некоторые исследователи отмечают, что все измерения должны функционировать совместно в рамках единой системы умного города [5]. В других исследованиях, наоборот, отмечается важность реализации отдельных проектов умного города, направленных на решения конкретных проблем данной территории [6]. Таким образом, в современной литературе можно выделить как минимум два подхода реализации идей построения умных городов: системный подход, когда умный город представляет собой определенную среду цифровых инноваций, инфраструктуры, умной экономики, творческого населения, и проектный подход, когда реализация идей умного города связана с конкретными проектами по цифровизации городской среды. Эти два подхода не противоречат, а наоборот, дополняют друг друга. На более низком, проектном уровне идет реализация конкретных инициатив по решению проблем той или иной территории. На более высоком, системном уровне формируется общее видение развития города на основе идей цифровизации, происходит интеграция проектов из разных областей в единую цифровую экосистему города. По-видимому, процессы формирования и развития умного города имеют итеративный, повторяющийся характер, вследствие чего крайне сложно сказать на какую-то определенную точку времени, что, например, какой-то конкретный город стал умным вследствие решения определенных проблем путем реализации проектов по цифровизации городской среды и создания комплексной системы умного города. В таком контексте можно лишь говорить о приближении этого города к определенному порогу «умности» вследствие применения передовых решений в области автоматизации, искусственного интеллекта, обработки данных, цифровых платформ и других решений. Эволюционное развитие умных городов подразумевает реализацию определенных этапов трансформации городской среды, выполнение определенных этапов и действий, направленных на реализацию идей умного развития [7].

Несмотря на значительный интерес среди научного сообщества к проблематике формирования и развития умных городов, в настоящее время отсутствует общее видение того, каким образом должна развиваться территория на основе идей умного города. Исходя из этого, целью настоящего исследования является разработка концептуального алгоритма цифровой трансформации урбанизированных территорий на основе модели умного города.

Теоретические аспекты развития умных городов

Процедура развития территории на основе идей умного города, как правило, начинается с инициации такого процесса, выражающегося в институционализации целей, задач, инструментов, ресурсов и других необходимых атрибутов и реализуется в создании определенной нормативно-правовой базы, стратегии развития умного города, создании определенных структур управления на местном уровне, ответственных за достижение поставленных целей [8]. Важным условием успешной реализации идей развития умного города, т.е. создание инновационной среды на основе цифровых решений, является увязка целей развития городской территории в целом с конкретными задачами умного развития. Иными словами, реализация идей умного города должна быть направлена на решение конкретных проблем, с которыми сталкивается та или иная территория [9]. Поэтому, с нашей точки зрения, инициализация программ, стратегий, планов развития территории на основе умного города, прежде всего, должна быть основана на анализе социально-экономического положения города, экологической обстановки, транспортной составляющей и других направлений, где могут быть выявлены проблемы и успешно решены по средствам реализации конкретных проектов умного города [10, 11].

Реализация идей цифровой трансформации территории неминуемо связана с исследованием технологического характера, анализа опыта передовых городов по внедрению цифровых решений, а также страновых возможностей по реализации тех или иных проектов, наличия отечественных решений и технологий [12]. В этой связи крайне важным является исследование конкретных проектов и решений, реализованных в других странах, возможностей их трансплантации и адаптации для конкретной территории. Такой подход позволяет существенным образом снизить издержки на реализацию того или иного проекта. Особенности цифровой трансформации ставят вопросы об изучении лучших практик в области умных городов, цифровых инноваций и технологий, а также реализации собственных решений в этой сфере [13].

В последнее время, помимо технологических особенностей, в рамках идей умного развития существенное внимание уделяется вопросам социальных преобразований, отмечается важность сохранения и преумножения гуманитарного и культурного наследия территорий, которое подвергается влиянию технологических инноваций, прежде всего, в сфере цифровых технологий. В этой связи актуализируются исследования в сфере общественных наук, ставящие своей целью выявление закономерностей и особенностей развития социума в условиях цифровой трансформации [14].

Несмотря на значительную привлекательность идей по цифровизации городской среды и реализацию конкретных решений в этой сфере, подобные идеи, как правило, сопряжены с определенными проблемами. Практика показывает, что недостаточное внимание к проблематике исследований возможных вызовов и угроз при реализации идей умного развития приводит к возникновению негативных последствий, проблем, с которыми сталкиваются власти, местное население, например, в области кибербезопасности [15].

Важным условием успешной реализации идей умного развития территории является определение ее текущего состояния, характерных особенностей тех или иных территорий, способствующих трансформации урбанизированных территорий в умные города [16]. С целью идентификации различных аспектов умного города, в настоящее время уже известно множество инструментов оценки, в том числе различных рейтингов, разработанных научным сообществом, технологическими компаниями и некоммерческими организациями, властными структурами. В основе таких систем измерения лежат различного рода показатели, в той или иной степени оценивающие отдельные аспекты умной городской среды [17]. Среди наиболее часто используемых показателей оценки умных городов можно отметить показатели, относящиеся к социальному аспекту, инновационной составляющей, инфраструктурным и технологическим особенностям, экономическому развитию, экологической обстановки [18]. Само разнообразие городов по ряду критериев и признаков (например, размер города, бюджет города, географическое положение города, экологическая ситуация в городе, структура экономики города) ставит под вопрос корректность использования одной и той же системы показателей для оценки разных городов. С другой стороны, оценка развития территории является крайне важным этапом реализации общей концепции умного города, поскольку позволяет определить текущую ситуацию в контексте умного развития, определить слабые места и выявить направления для развития объекта цифровизации [19]. Исследование текущего состояния объекта цифровизации позволяет точнее сформулировать проблемы, а также разработать модель реализации проекта. На основе моделирования процессов цифровизации городской среды выявляются планируемые эффекты от реализации проекта и их влияние на развитие территории [20].

Важным условием успешной реализации идей умного города является оценка потенциального риска реализации идей умного города [21, 22]. В качестве анализа рисков инновационных проектов умных городов, как правило, используются традиционные подходы, основанные на качественном и количественном анализе рисков. В качестве основных методов исследования рисков проектов умного города получили распространение экспертный анализ рисков, метод аналогов, анализ сценариев развития проекта, метод построения деревьев решений проекта, а также методы имитационного моделирования. Основная проблема оценки рисков проектов умного города заключается в отсутствии к настоящему времени достаточной базы статистической информации, которая позволяла бы проводить количественный анализ рисков подобных проектов. В силу достаточно большого разнообразия инициатив, использования различных технологий, которые достаточно быстро изменяются во времени, вовлеченности значительного числа заинтересованных сторон в процессы реализации проектов умного города, накопление статистического материала, который бы адекватно оценивал риски реализации подобных проектов, представляется крайне сложной задачей. В этой связи, помимо экспертной оценки, перспективными методами оценки рисков представляются методы имитационного моделирования, теории игр.

Ключевым аспектом реализации идей умного города является их эффективность, то есть достижение первоначальных целей, ради которых и реализовывались инициативы умного города [23]. Эффективность является категорией относительной, то есть определяется путем сопоставления и поиска варианта, обеспечивающего максимальные положительные эффекты для его участников. Как правило, эффективность проектов, направленных на преобразования в крупных социально-экономических системах, к которым относятся города, достаточно сложно поддается точной оценке, поскольку такие проекты затрагивают большое количество участников. Например, проекты в сфере транспорта, которые направлены на оптимизацию транспортных потоков, очевидным образом снижают общую загруженность транспортной системы города, при этом влияние такой системы на повышение качества жизни для каждого конкретного жителя оценить достаточно проблематично. По-видимому, в данном случае необходимо использовать интегрированные показатели, оценивающие влияние того или иного проекта на систему целиком. Методы анализа эффективности проектов умного города можно разделить на две группы, во-первых, это количественные методы, во-вторых, это качественные методы. Количественные методы подразумевают использование определенного набора показателей, которые могут быть оценены количественно. Возможным вариантом оценки эффективности того или иного проекта, носящего социальную направленность, является качественный подход, в рамках которого используются качественные показатели для оценки того или иного проекта, в частности, мнения и суждения участников проекта, отзывы конечных пользователей проекта [24].

Важным условием развития экосистем умных городов является регулярный аудит проектов умных городов, то есть оценка того, насколько полно достигнуты планируемые цели проекта, в каком объеме реализованы задачи, поставленные в рамках проекта [25]. Под аудитом проектов умных городов понимается структурированная проверка, определяющая, насколько операции проекта соответствуют установленным в рамках проекта правилам, процессам и процедурам. В рамках проведения аудита возможно выявление лучших практик реализации идей умного города, применения технологических решений, социальных инноваций. Такая практика позволяет распространить внедрение лучших практик при реализации схожих проектов в рамках цифровизации городской среды, развитии отраслевых решений в сфере умных городов. С другой стороны, процедура аудита умных городов позволяет выявить слабые стороны и узкие места в рамках реализации таких проектов, сформулировать предложения для поддержки и улучшения выполнения процессов и оказания помощи команде проекта в повышении производительности.

В современной научной литературе, посвященной проблематике умных городов, как правило, предметом исследований выступают какие-то отдельные аспекты, касающиеся вопросов цифровой трансформации городских территорий, реализации инициатив умного развития, решения социально-экономических, экологических, инфраструктурных проблем. С нашей точки зрения, важным является развитие комплексного, системного подхода к вопросам развития умных городов. В частности, представляется важным разработка комплексного, концептуального алгоритма формирования и развития умного города, включающего основные этапы цифровой трансформации городской территории. Каковы же основные этапы реализации идей умного развития современных урбанизированных территорий?

Процедура исследования

В качестве объекта исследования в настоящей статье рассмотрели современную цифровую экономику в различных проявлениях хозяйственной деятельности. Предмет настоящего исследования – экономические отношения, формирующиеся в различных направлениях хозяйственного применения цифровых технологий, особенности цифровизации социально-экономических систем разного уровня и их влияние на развитие умных городов.

Анализируемые данные – научные исследования, отраженные в периодической печати, а также авторские результаты в рамках исследования процессов цифровизации социально-экономических систем, в том числе умных городов. Метод исследования – логический анализ применимости цифровых технологий для различных уровней хозяйственной деятельности.

Результаты исследования и их обсуждение

Как показывает опыт цифровизации городской среды и развитие умных городов, этот процесс связан с прохождением ряда этапов. На основе систематизации исследований в области развития умных городов, нами выявлены следующие этапы цифровой трансформации городской среды (рисунок 1).

Рис. 1. Концептуальный алгоритм реализации идей умного города [составлено автором]

Как показывает практика, цифровизация городской среды начинается с отдельных компонент и направлений, зачастую принимает фрагментарный характер на ранних этапах. В силу развития цифровых технологий, появления новых возможностей по внедрению цифровых технологий в другие сферы, процессы цифровизации расширяются и углубляются, то есть во все большее число направлений внедряются цифровые технологии, степень цифровизации этих направлений растет.

По мере продвижения идей умного города среди местного населения, увеличивается число пользователей цифровыми сервисами. Таким образом, запускается новые и новые этапы по вовлечению пользователей в систему умного города. Увеличение пользователей цифровых систем, в свою очередь, создает спрос на постоянное развитие этих систем, повышения их надежности, эффективности функционирования, отказоустойчивости, и в целом удобства использования. Таким образом, формируются новые предпосылки для перехода системы умного города на качественно новый уровень взаимодействия с пользователями.

В рамках настоящего исследования выявлены определенные этапы в рамках одной итерации реализации алгоритма развития урбанизированных территорий на основе модели умного города. В целом такой алгоритм состоит из набора инициатив или проектов умного города, подчас реализуемых в различных областях и направлениях, имеющих различные цели, ресурсы и другие характеристики.

Инициация развития тех или иных инициатив умного города может начинаться под воздействием органов управления, бизнес-сообщества, местного населения. Если на ранних этапах процессы реализации тех или иных инициатив, чаще всего, носят фрагментарный характер и нередко инициируются «снизу», то в дальнейшем эти процессы начинают носить более системный характер и контролируются местными властями. Все чаще инициативы умных городов институционализируются в виде стратегий и планов развития умных городов.

Определение сильных и слабых сторон, вызовов и угроз цифровизации также носит циклический, периодический характер. Исследование этих вопросов важно ввиду появления новых технологий, новых положительных и отрицательных сторон, связанных с внедрением цифровых технологий.

Вопросы, связанные с внешними условиями, крайне важны для изучения процессов реализации инициатив умных городов. Практика показывает, что в различных по уровню технологического, экономического, институционального развития и другим параметрам странах наблюдаются разные особенности процессов цифровизации, в том числе, и при реализации идей построения умных городов. Такие особенности должны учитываться при развития умных городов.

В рамках реализации идей умного развития необходимо учитывать текущее состояние уже достигнутых результатов умного города, основных индикаторов, характеризующих развитие городской среды в условиях цифрового общества. Описание и оценка текущего положения позволяет определить слабые места в развитии городской среды, выявить проблемы и наметить пути их решения посредствам цифровых решений. Как правило, ориентиром для развития идей умного города является концепция устойчивого развития, то есть конкретные решения по цифровизации городской среды в области экономики, социальной сферы, экологии.

Важным условием успешной реализации инициатив умного города является их планирование. Планирование является процессом определения наилучшего способа действий для достижения поставленных целей с учетом складывающейся обстановки. Как правило, планирование проектов включает определение перечня работ, оценку сроков и ресурсов, выявление отношений и зависимостей, определение ограничений, утверждение плана-графика.

Особую значимость при реализации проектов умного города имеют шаги по определению эффективности и рисков. Оценка эффективности проектов умного города, как правило, заключается в достижении социальных эффектов, которые зачастую достаточно сложно оценить количественно. Риски подобных проектов, в первую очередь, тоже являются следствием социальной направленности проектов умных городов. Как правило, для оценки рисков таких проектов используют методы экспертной оценки из-за вследствие отсутствия достаточной статистической базы для проведения количественной оценки.

Фаза имплементации заключается в реализации поставленных целей и выполнении задач проекта на этапе планирования с учетом выявленных особенностей, рисков и угроз, а также эффективности инициативы умного города. С целью выявления отклонений планируемых результатов от фактически достигнутых, проводится процедура аудита инициатив умных городов.

Выводы

Цифровая трансформация современных городов является одной из перспективных тем для научных исследований в настоящем, и, по-видимому, останется таковой в перспективе, о чем свидетельствует повышенное внимание среди научного сообщества к этой тематике. При этом, в настоящее время существует определенный дефицит исследований, в которых бы присутствовал комплексный системный взгляд на реализацию идей цифровой трансформации урбанизированных территорий в рамках концепции умного города. В связи с этим, проведено настоящее исследование, в результате которого предпринята попытка разработки концептуального алгоритма цифровой трансформации урбанизированных территорий в рамках модели умного города. Формирование комплексного системного подхода создает условия для развития более подробных, практических исследований в направлениях анализа конкретных этапов цифровой трансформации, для разработки конкретных инструментов реализации каждого из этапов.

Теоретическая значимость настоящего исследования заключается в разработке концептуальной основы для осуществления цифровой трансформации современных городов, реализации идей умного города в рамках развития урбанизированных территорий. Практическая значимость исследования заключается в возможности использования предложенного алгоритма при реализации конкретных планов и проектов умного города.