• 數字基建:通向數字孿生世界的“鐵公基”

    所在分類: 行業動態
    發布時間: 2020-08-17 17:36:05
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    新型基礎設施概念被提出以來,各界圍繞其范疇界定、建設重點、戰略價值等不同維度進行了廣泛的研究和討論。為了更深刻地理解和把握其戰略內涵,需要對基礎設施進行重新審視,用數字經濟而非工業經濟的邏輯對其進行系統剖析和解讀。

    從基礎設施的視角看,數字技術在解構一個舊世界,建立一個新世界,即一個數字孿生世界。從這個意義上來看,數字基建是構建數字孿生世界大廈的“地基”。

    總的來說,數字基礎設施包括數字技術基礎設施、數字商業基礎設施、新型物理基礎設施3個部分。

    截至目前,第五次產業技術革命已有近50年時間,未來20 ~30年將是新一輪基礎設施的安裝期,我們正處于新一輪產業革命關鍵階段。

    摘要:立足數字經濟發展和數字孿生世界構筑,系統論述了數字基建的基本含義,深入剖析了數字基建架構體系和特征規律,提出數字基建是構筑數字孿生世界的“鐵公基”,將成為促進經濟高質量發展和滿足人民美好生活的重要支撐。

    關鍵詞:數字基建;數字經濟;數字孿生

    本文刊于《信息通信技術與政策》2020年第7期,@工業互聯網研習社編輯
    1.引言
      2020年以來,中央多次強調要加強新型基礎設施建設,引起社會各界廣泛關注。相比傳統基建,數字經濟時代的新基建有著全新的內涵和能效,是通向數字孿生世界的“鐵公基”,更將成為未來引領數字經濟發展的關鍵動能,我們應該以新的視角、新的思路、新的方法認識和解讀數字基建。

    2 .對數字基建的基本認識

      新型基礎設施概念被提出以來,各界圍繞其范疇界定、建設重點、戰略價值等不同維度進行了廣泛的研究和討論。為了更深刻地理解和把握其戰略內涵,需要對基礎設施進行重新審視,用數字經濟而非工業經濟的邏輯對其進行系統剖析和解讀。

    2.1基礎設施內涵

    基礎設施是支撐經濟社會運行的泛在服務載體。理解這一概念,需從4個方面把握4個關鍵詞:“支撐”、“泛在”、“服務”和“載體”。

    一是核心地位,基礎設施的核心價值體現在支撐性和泛在性兩個方面,支撐性是指經濟社會運行離不開,泛在性是提供給更多的企業、組織、個人去使用,具有較強的“外部性”;

    二是基本形態,鐵路、公路、電網、通信、管網等大部分基礎設施具有網絡化特征;

    三是價值實現,基礎設施是通過端到端的服務交付創造和體現自己的價值;

    四是供給模式,基礎設施提供端到端的服務,是基于多種功能、多種要素、多種技術的體系化集成,具有規模經濟的特征。

    2.2新基建的主要論調

      目前,關于新基建的諸多觀點主要有4種。

    第一種是“籮筐論”,即把各種概念放在新基建這個籮筐里;

    第二種是“五官爭功論”,即對新基建的認知只見樹木不見森林,缺乏整體觀;

    第三種是“磚頭論”,即誤把構建基礎設施的原材料當成基礎設施本身,事實上,無序堆放的磚頭并不能形成泛在化的服務體系;

    第四種是“靜態論”,即認為基礎設施建成后大部分內容將被固定下來,而幾乎不會有進一步的演進和升級。

    以上4種對新基建的認識和理解都不夠清晰,要想深刻理解新基建,必須多層次、多維度地審視新基建的建設、運行、維護和創造價值規律。

    2.3數字基建內涵、意義和架構體系

    從基礎設施的視角看,數字技術在解構一個舊世界,建立一個新世界,即一個數字孿生世界。
      數字孿生世界,就是在比特的世界中構建物質世界的運行框架[1]和人類社會大規模協作新體系,通過物理世界與數字孿生世界的相互映射、實時交互、高效協同,實現物理世界管理、服務由實入虛,并反過來改變、促進物理空間要素優化配置,由虛入實,開辟數字治理新模式[2]。從這個意義上來看,數字基建是構建數字孿生世界大廈的“地基”。
      當前,伴隨著新需求的不斷迭代,數字技術與傳統基礎設施不斷融合創新,正在形成新的技術架構體系。

    總的來說,數字基礎設施包括數字技術基礎設施、數字商業基礎設施、新型物理基礎設施3個部分。

    一是數字技術基礎設施。數字技術基礎設施是“數據 算力 算法”所構建的通用技術平臺。在這個技術平臺上,數據需要MEMS傳感器、IoT、攝像頭對物理世界人、貨、場的數據進行采集,實現物理世界數字化。算力就是云計算、邊緣計算等計算、存儲資源,需要建設大數據中心、邊緣計算中心等來對其進行支撐。算法是人工智能、數字孿生以及各種流程模型與商業模型。而“  ”就是5G、NB-IoT、時間敏感網絡、寬帶等,能把數據、算力、算法及物和人等主體連接起來。

    二是數字商業基礎設施?;仡?/span>ICT產業60年的發展史,解耦和重構一直是技術和產業發展的主線,傳統商業、制造、流通 、醫療、教育體系需求不斷演進,逐漸形成了一層更高效滿足政府、企業和個人需求的平臺化商業基礎設施,包括電子商務平臺、物流平臺、工業互聯網平臺、生活服務平臺、公共出行平臺、文化娛樂平臺等,這些綜合服務平臺構成了數字商業基礎設施的主要內容。

    三是新型物理基礎設施。數字技術不斷融入傳統的鐵路、港口、公路、電網、城市管網等基礎設施,推動后者持續進行數字化改造和升級,使其成為更加智能、便捷、高效的新型物理基礎設施。新型物理基礎設施和數字基礎設施一起,服務于政府、企業與個人,推動人類社會邁向數字社會新時代。
    3.數字基礎設施建設將長期演進
      能看到多遠的過去,就能看到多遠的未來。基礎設施是經濟社會運行的底座,其切換和重構是一個長期的過程,分析和理解基礎設施的演進規律,必須用發展的眼光和長周期的視角,需要全局觀、未來觀,既要關注當下,也要看終局;既要看到局部,也要看到全局。

    3.1歷次產業革命與基礎設施演進關聯

    每次產業技術革命始終伴隨著新型基礎設施的興起。英國演化經濟學家佩蕾絲曾經提出一套技術經濟的范式,把工業革命劃分成五次產業與技術革命??v向來看,歷次產業革命都離不開新型基礎設施的支撐和引領。

    第一次產業技術革命以1771年英國阿克萊特在克隆福德設立工廠為標志,當時的基礎設施是運河與水道、收費公路、水力(經過重大改良的水力渦輪);

    第二次產業技術革命以始于1829年的蒸汽動力機車火箭號在英國試驗成功為標志,當時的基礎設施包括鐵路(蒸汽動力)、普遍的郵政服務、電報(主要在一國鐵路沿線)、大型港口和航行世界的輪船、城市煤氣;

    第三次產業技術革命始于1875年的卡內基酸性轉爐鋼廠在匹茲堡開工,人們進入鋼鐵、電力、重工業時代,當時的基礎設施包括鋼制的高速蒸汽輪船在世界范圍內的航運、世界范圍的鐵路、大型橋梁與隧道、世界范圍的電報、電話(一國范圍)、電力網絡(照明與工業)等;

    第四次產業技術革命以1908年福特產出T型車為標志,當時的基礎設施包括公路、港口、高速公路和機場組成的交通網絡,石油管道網絡,普遍的電力供應,世界范圍內的遠程通信等;

    第五次產業技術革命以1971年英特爾微處理器發明為標志,人們邁向信息和遠程通信時代,當時的基礎設施包括數字遠程通信、互聯網服務、多種能源、高速物流運輸系統等。
      每次產業技術革命歷時約45 ~ 60年,從基礎設施的角度可以分為兩個階段,即前30年的安裝期(Installation)和后30年的拓展期(Deployment),新型基礎設施的安裝期往往是新舊兩種制度的對抗期,這一時期新的產業技術興起,新型基礎設施逐步普及,傳統利益格局、產業體系、制度文化被迫重構。
      截至目前,第五次產業技術革命已有近50年時間,未來20 ~30年將是新一輪基礎設施的安裝期,我們正處于新一輪產業革命關鍵階段。

    3.2基礎設施切換與重構是長期過程

    基礎設施從研制到推廣不是一蹴而就的,而是循序漸進的。以電力基礎設施為例,從燈泡的發明,到電力的應用普及,并最終成為工業基礎設施,整個過程持續了近50年時間。
      1879年,愛迪生研制出持續發光的白熾燈泡,使電子照明成為現實,19世紀80年代,電力用途從照明擴展至交通運輸和工業生產,需求量急劇增長。但出于企業家們對中央電廠安全性的擔憂,電力的使用一開始大多依靠企業自建電廠。
    據統計,20世紀初,全美有5 萬個企業自建電廠,其中專業的中央電廠只有3600 座。此后,技術的發展和電網的規模經濟使美國大型中央電廠逐步普及,公用電網在美國供電格局中的比例迅速上升,1907年公用電網占比為40%,到20世紀20年代達到70%,30年代升至80%,并很快達到90%以上。至此,中央電廠 電網的模式成為當時工業文明的基礎設施。

    3.3數字基建將迎來長期迭代與升級

    可以預見,未來十年是新型基礎設施的安裝期,全球數字經濟最重要的主題之一是數字基礎設施的重構、切換與遷徙,及基于新型數字基礎設施的商業生態再造。
      以物聯網、云計算、邊緣計算、人工智能、移動化、數字孿生等為代表的智能技術群落,將在不斷融合、疊加和迭代升級中,為未來經濟發展提供高經濟性、高可用性、高可靠性的技術底座,并推動人類社會進入一個全面感知、可靠傳輸、智能處理、精準決策的萬物智聯(Intelligence of Everything)時代[3]。
    4. 新時期數字基建呈現新特征和新規律
      新技術正帶領我們走向一個數字孿生的新世界,這一歷史進程將持續二三十年。數字社會的終極版圖就是在賽博空間構建一個與物理空間泛在連接、虛實映射、實時聯動、精準反饋、系統自治的數字孿生世界。
      伴隨著新技術、新方法、新模式的持續創新,物理世界與數字世界的交互將實現從靜態、動態向實時不斷演進,這將驅動賽博空間的數字孿生無限逼近真實物理空間,基于“物理實體 數字孿生” 的資源優化配置將成為數字經濟的終極目標。傳統基礎設施走向數字基礎設施的進程將呈現出一些新的特征和規律。
      一是從運營體系來看,傳統基建支撐的是工業經濟,數字基建支撐的數字經濟。在工業社會,交通運輸、管道運輸、電力設施等作為重要的基礎設施,對支持資源交換、商品流通和工廠生產等發揮了重要作用,是工業經濟發展的基石。數字基建則支撐數字經濟發展,一方面,數字基礎設施本身的建設和迭代升級將帶來一系列投資乘數效應。以5G為例,未來5年,5G網絡投資額將在0.9 萬億元 ~ 1.5 萬億元,預計到2025年其帶動的設備和服務支出將分別達到1.4 萬億和0.7 萬億元[4];另一方面,數字基建將推動數字技術與農業、工業、服務業等產業融合,通過技術改造、設備更新,助力產業轉型升級,提升經濟發展質量和效益。如工業互聯網在2020年的經濟增加值將達到3.1 萬億元,其中融合帶動的經濟增加值將達到2.49 萬億元,預計其對國民經濟增長的貢獻率將從2018年的6.7%躍升至2020年的11%[5]。
      二是從建設對象來看,傳統基建構造的是一個物理世界,數字基建構造的是一個數字孿生世界。傳統鐵路、公路、機場和房地產等組成的傳統基建具有非常明顯的重資產特征,需要較高的投入且伴隨著大量折舊。數字基建則通過全域全量的數據聚集、高性能的協同計算,在深度學習的機器智能平臺上構建物理世界運行的信息集成模型,形成一個與物理世界對應的數字世界,其本質是一個數據閉環賦能體系,通過數據全域標識、狀態精準感知、數據實時分析、模型科學決策等,實現對現實世界的監測、診斷、管理和服務,全面提高物理資源配置效率,實現社會治理、民生服務、產業發展的協同運轉。
      三是從建設材料來看,傳統基建最基本的材料是原子,而數字基建通過原子與比特構造一個數字孿生的世界。在工業經濟時代,傳統基建的主要建設材料是鋼材、木材、水泥等有形消耗品,具有具體的實物形態,操作門檻低,且往往具有污染排放、耕地占用等負外部性。數字基建的操作對象則主要是多源多元復雜數據,包括反映社會運行的政務數據、反映行業發展的行業數據、反映設備運行的傳感數據等,借助各類各級數據處理平臺構建可視化模型,進行數據的采集、保存、分析,支撐對物理世界的監測、分析和決策,助力技術變革、經濟發展和社會治理。
      四是從運行方式來看,傳統基建的建設、運營相對獨立,數字基建更注重多種技術集成的“核聚變”。傳統的機場、鐵路、港口、電力等基礎設施是獨立的、割裂的,其建設運營往往受到物理空間的限制,帶動的生產要素流動也往往局限于行業內部。數字基建是基于多種技術集成的“核聚變”所帶來的價值綜合體,其本質是IoT 5G 云 AI 數字孿生所構筑的數字基礎設施體系,在這套數據 算力 算法的功能體系中,技術迭代頻率更快、相互依賴性更強、演進速度更快,只有實現人工智能、5G、互聯網、大數據、云計算、區塊鏈等多種技術綜合運用和集成創新才能夠創造價值,從而構建更加完整的映射,實現對物理世界的描述、診斷、預測、決策閉環。
      五是從作用方向來看,傳統基建的后向投資拉動效應明顯,數字基建的前向數字紅利更值得期待。傳統基建的主要考察因素在于拉動后端經濟,更多強調行業本身帶動多少投資,或從外延層面拉動相關產品需求。數字基建則更注重在前向給社會、消費者、企業、政府、學校、醫院創造更多數字紅利,從而帶動產業升級和經濟社會發展[6]。
      在零售領域,互聯網、電子商務實現了更高的投入產出比。按傳統營銷模式,我國零售營業面積只有18 平方米/千人,遠低于美國的1105 平方米/千人。但在數字互聯網時代,受益于消費互聯網的快速發展,中國能低成本地復制數字商業基礎設施,更高效地滿足消費者、企業和政府需求。根據阿里研究院的研究,每1 元投入帶動的線上銷售額是49.6 元,而線下僅為12.5 元[7]。
      在金融領域,數字支付平臺用更低成本創造了更高的價值。國際咨詢機構BCG曾做過分析,由于互聯網支付及移動支付的出現,2011—2020年中國減少了1 萬億元對各種移動支付、金融支付的基礎設施的投入。2011年美國萬人POS機的擁有量是中國的8 倍,人均銀行卡擁有量是中國的8 倍,而2018年中國互聯網支付業務量為1270.64 億筆,金額為2176.45 萬億元,同比分別增長31. 12%和2. 96%[8]。
      需要注意的是,數字基礎設施所帶來的紅利,有些是可以衡量的,有些用經濟學的方法仍然不能衡量,很多互聯網價值、消費者的福利,并沒有被統計到國內生產總值(GDP)中。美國聯邦儲備委員會試圖評估互聯網服務對經濟的價值以幫助解決現代經濟悖論之一:美國當前經濟擴張是歷史上持續時間最長的,但生產率增長乏力,GDP增長穩定但并不出彩。美國聯邦儲備委員會主席鮑威爾認為,問題可能出在數據本身,GDP衡量在特定年度內生產的最終產品與服務的價值,但是互聯網時代許多創新技術(如搜索引擎、電子郵件、GPS)是免費的,經濟統計數據模型并不能捕捉它們給企業和消費者帶來的利益?!?第二次機器革命》的作者埃里克·布萊恩約弗森在2019年也做了類似的研究,評估用戶對現代生活工具的貨幣價值,他提出了一個新的指標GDP-B,用來測量數字經濟時代這些免費商品的福利貢獻[9]。研究表明,一個中等活躍用戶,放棄使用Facebook一個月的平均成本是48 美元;放棄使用YouTube等流媒體一年,平均花費是1173 美元;停止使用搜索引擎,則平均花費達到17530 美元。
      六是從價值體現來看,傳統基建更注重“連接”價值,數字基建更強調“賦能”價值。傳統鐵路、公路、水運等“鐵公基”的核心價值在于連接,通過對物流、人流、能源流、資金流的流通構建現代社會運營的基礎,降低交易成本、提高生產效率。數字基建的核心價值則在于賦能,通過智能工具“賦能” 各類主體,精準決策、優化資源配置效率,從而帶動傳統產業不斷升級和新興產業興起,實現社會有序運轉和經濟持續增長。在中國抗擊新冠肺炎疫情的過程中,數字基礎設施的“賦能”特性充分發揮了“穩定器”的作用,有效保證了疫情期間工作、生活的有序進行。在疫情防控領域,浙江首創健康碼并推廣至全國,叩開了城市數字化治理的大門;在在線辦公領域,釘釘、WeLink、友空間等遠程辦公平臺深入推進,賦能企業和員工拓展線上業務能力;在在線教育領域,釘釘視頻支持全國350萬教師、1.2 億學生視頻上課[10];在生活服務領域,買菜平臺業務量創新高,每日優鮮2020年3月的消費額同比增長51%,盒馬APP線上訂單比2019年同期增長290%[11];在在線問診領域,搜狗搜索聯合丁香醫生、好大夫、微醫等11家在線問診平臺提供24h線上服務[12]。數字基建日益成為提升企業競爭力、驅動經濟增長、創造更多就業機會等方面的堅實支撐。
    此外,數字技術也在不斷推動傳統物理基礎設施的解構與重組,加速新IT基礎設施的融合與切換。從基礎設施的視角來看,數字技術正帶來兩場巨大的變革:一個是傳統物理基礎設施體系的解構與重組,另一個是傳統IT基礎設施的升級與切換,這兩場變革相互交織、相互影響。如同100多年前自營電廠衰落與中央電廠崛起,此消彼長,未來10年全球數字經濟最大的主題就是數字基礎設施的切換與遷徙。一方面,隨著消費者的需求更加碎片化、場景化,產品數量日趨繁多,供應鏈體系愈加龐大,整個商業世界更加復雜,過往二三十年構建的傳統IT架構及解決方案越來越難以適應。只有對傳統物理基礎設施進行解構和重組,構造一個基于云 5G 移動化 IoT的新的數字基礎設施,才能應對這種變化,形成面向角色、面向場景、響應需求的解決方案;另一方面,傳統IT基礎設施也在不斷升級與切換。典型的如:數字商業、電子商務正在把大商場 POS機 大商鋪 停車場這些傳統商業基礎設施,切換到基于云 交易 APP 支付 APP 快遞系統的數字商業基礎設施上;支付體系正在從傳統的ATM機 金融網點 POS機演變成基于云 支付APP 智能終端的新體系;政務服務的“最多跑一次”正在把原有的政務大廳、停車場等傳統基礎設施演變為云 政務 APP 支付APP與快遞系統;社會研發體系正在從實驗室 試驗裝置 測量設備演化到基于云 辦公 APP等。
    5.結束語
      當前,數字孿生世界正在各個領域加緊實踐。在制造領域,數字孿生使產品生產線、工藝研發周期大幅縮短,制造成本大幅降低;在建筑領域,數字孿生降低了建造成本,縮短了建筑工期;在醫療領域,醫生可以在虛擬世界里構建一個數字心臟,通過模擬診斷、模擬手術作出科學的醫療決策,提供成功率更高的醫療解決方案。
    可見,數字基礎設施是數字孿生世界的“鐵公基”,是數字孿生世界構想落地的基礎支撐和關鍵引擎,將為實現物理世界與數字世界動態呼應、滿足物理世界運行需求、指導未來現實世界建設和運行優化發揮重要作用,為經濟社會高質量發展和人民群眾美好生活提供穩固支撐。

    參考文獻

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    [11] 魏薇 . 線上買菜能否延續火爆[N]. 人民日報, 2020-04-29(13).

    [12] 黃鑫 . 從買菜購物到遠程辦公,從在線教育到遠程問診——線上機會涌現 創新層出不窮[J]. 中國中小企業, 2020(4):56-59.

    文章來源于信息通信技術與政策 ,作者安筱鵬,摘自工業互聯網研習社,如有侵權請聯系刪除。



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