第四节 第四次工业革命：科技是驱动城市发展的核心动力
一、第四次工业革命：开启智能化新时代
从远古农耕社会到信息时代，经过三次工业革命，全球经济、科学技术、文化发展发生了翻天覆地的变化。以蒸汽机的发明为代表的第一次工业革命带来了机器化，迎来了工业式生产；随后，以电力应用为特征的第二次工业革命引发了大规模生产，促进了机械、钢铁等重工业的兴起；接着，以计算机技术进步为主导的第三次工业革命催生了自动化生产，生产力得到极大提高。
现在人们所面对的，既是历史沉淀下源远流长的人类文明，也是人类“知觉之门”(18)背后未来的各种可能性，其中一个以可感知的速度到来的便是第四次工业革命。克劳斯·施瓦布（Klaus Schwab）（世界经济论坛创始人兼执行主席，2016年）表示，“我们目前正处于第四次工业革命的开端。可以预见，本次革命融合了数字、物理和生物等系统，将引起人类与机器之间传播一种新互动，并从根本上改变人们的生活生产方式，改变人们的工作和相互联系。”
（一）第四次工业革命的内涵
第四次工业革命也称为“新工业革命”，即以智能化为核心，以云计算、大数据、物联网、移动互联网、机器人及人工智能（AI）为依托的数字技术所引发的“新工业革命”。它将日益消除物理世界、数字世界和生物世界之间的界限，是一场驱动产业结构、城市形态、生活方式和科技格局的颠覆式变革。
相较于以往，新工业革命最显著的特征便是各项技术的融合发展及应用。而这将极大地促进传统意义上的数字、物理、生物等技术领域的边界交叉。这场正在发生的革命中，更多的生产设备、产品和人员将被更紧密地连接在一起，收集、分析有关信息，事先预判，并不断进行自我调节，以适应不断变化的外部环境。在无人介入的状态下，愈来愈多的系统、产品将能够自主执行某些设定的功能。（见图1-7）
图1-7 第四次工业革命打造的是一个互联的世界
资料来源：网络。
第四次工业革命，其技术融合发展、扩散的速度，以及对社会影响的深度和广度，远远超越前三次工业革命。速度上，新工业革命呈现出指数级别的发展速度，新技术不断催生更新更强大的技术；广度、深度上，建立在数字革命基础上的新工业革命，融合了各种各样的科学技术，这些科技正在给我们的经济、社会和个人带来超乎以往、前所未有的改变。一方面，它改变着人们所做的事情和做事的方式方法，另一方面，还改变着我们人类自身，引起产业甚至整个社会发生重大变革。新工业革命引起的变革，昝胜锋等学者（2018）将其总结为技术模式变革、产业形态变革、组织方式变革和商业范式变革。(19)
1. 技术模式变革
首先表现出的趋势是重大科学技术创新的主要模式会以技术群形式出现。新工业革命时期，出现了标志性技术群（如新一代信息技术、新能源、新材料、智能制造和生物科技等）。其次是不同领域的科学技术出现了相互融合的趋势，并在此基础上实现了技术渗透和扩散。如，新一代信息技术更加向经济社会纵深融合发展，并与标志性技术群相互融合，形成了与过往不同的新科技应用领域，更多的新兴产业应时而生。最后是技术研发到应用的周期将会大幅度缩减。研发周期因科学技术的快速发展而提速迅猛。与此同时，技术高速的迭代升级使得其运用于生产生活的速度发生巨大的变化，不可同日而语。
2. 产业形态变革
新工业革命促进着信息化、数字化技术层出迭现，产业融合发展，边界愈加模糊。如隶属于二产的制造业和三产的服务业随着融合度不断提升，引发了制造业服务化和服务业产品化的新特征。在此背景下，制造业的生产制造环节依托于高智能和高效率的软硬件系统能够实现很好的产出的基础上，与其相关的生产性服务业进而得到迅速发展，成为现代制造业的高端环节，居于整个产业链的核心位置。
3. 组织方式变革
在现代激烈的市场竞争中，可以说一个企业掌握了知识和信息就掌握了市场的命运。而企业可以通过借助于网络实现与环境的广泛联系，进而突破传统认知的边界。一些企业聚焦垂直一体化或横向一体化组织生产，实现“归核化战略”管理，进而提高企业自身的核心竞争力。并且，以往主流的规模化生产方式逐渐被差异化和个性化的生产方式所替代，小型化组织形态成为新趋势。各种各类个性化产品一经生产问世，便得益于便捷的交通工具和网络服务的革命性转变，使产品迅速传播至全球各地。这深刻地体现出，产业生态不断向着网络化的方向发展。
4. 商业范式变革
现代以智能化、网络化、数字化为主要特征的科学技术体系可以说与之前大不相同，新的商业模式不断涌现，并配合着已经变化了的制造工艺和组织形式。目前，随着科学技术的突飞猛进，零技能制造成为可能。如3D打印技术适应了远程环境操作的需求，开辟了全新的商业模式，并有可能在极端情况下创造出新型生产方式。互联网革命时代，终端、平台、服务和数据成为商业模式的四大核心要素。在这些要素中，企业找准自己的核心能力定位，可以构建出适合自身发展的独特的商业模式，进而改变以往被动接受国际分工的局面，提升产业链增值能力。
（二）第四次工业革命融合的新技术
新工业革命是以新一代信息技术、新能源技术、新材料技术、新生物技术等技术的交叉融合为代表，带来突破性重组式创新，总体方向是数字化、网络化、智能化和绿色化发展。并有个形象的比喻：“要长出一片丛林，丛林中不同的树种会结出不同的果实，不同的果实通过组合，再不断地长出新的树干，结出新的果实。”
跟以往的工业革命类似，当今的这场革命正在对若干科技突破进行广泛融合，这其中就包括物联网（IoT）、人工智能（AI）以及分布式账本技术（DLT）的融合。人们利用物联网采集数据，人工智能（AI）处理数据，智能合约则是利用数据触发实际动作（如支付、数据传输，或者结果的存储）。
1. 物联网（IoT）
物联网是以数据为中心，通过信息传感设备采集数据，并与互联网连接，进行信息交换，即物物相连相息，进而实现智能化识别和管理。物联网的物物相连表明：一是互联网仍是物联网的核心与基础，物联网是在互联网的基础上延展的网络；二是物联网使得用户端延展到了物与物之间，实现信息交互和通信。在数字时代，数据被认为是“新的石油”。而得益于传感器和制动器技术的发明创新，如测量温度、位置、速度、加速、深度、压力、血液成分、空气质量、颜色、照片扫描、语音扫描、生物计量、电子以及磁场的传感器等，使得人们不需要亲自进行测量，就能够接收到源源不断的各类型的实时数据。与此同时，5G、低功耗广域网等基础设施的加速构建，促进了数以万计的设备接入到网络，广泛意义上的物物相连无处不在。
2. 人工智能（AI）
数据是智能的燃料，大脑则是吸收数据的引擎，将其与之前数据进行交叉引用，按照分类整理，做出判断，在现实世界触发行动，然后再放回存储。人类大脑强大得令人不可思议，人之所以有别于地球上的其他物种也正因为这个器官。人工智能（AI）便是想让机器模拟人类智能，能够像人类那样思考，完成过去只有人才能做的智能工作。而人工智能的发展受益于数据、算法、计算等的不断突破。呈指数式爆炸性增长的数据为人工智能（AI）的落地应用奠定了基础；机器学习算法，尤其是深度学习、强化学习的完善与迭代促进了人工智能（AI）与各个场景的结合，是实现人工智能（AI）落地的引擎；基于GPU/FPGA等芯片的发展及计算能力的提升促使其可以快速计算和处理大批量数据。
3. 分布式账本技术（DLT）
DLT是一种不需要被任何中心化主体存储或确认的数据记录方式。其一，最知名的DLT便是区块链，它是通过计算机的分布式网络实现的一种能处理自己的交易并将结果存放到一个公共账本上面的共享存储层。可以说，区块链是一个完全自动化运行的网络，能够达成较完美共识，同时不会给恶意行为者留下任何集中的攻击点。公共区块链不需要集中机构，任何人都可以使用该网络，并且在其基础上开发应用，交易是点对点（P2P）进行的，交易方之间没有中介。第二个知名的DLT是智能合约，它是一个模仿法律协定及法庭判决的区块链内部协议。经济需要各种类型的协定并且根据现实世界的结果对那些协定进行仲裁。智能合约可以在数字世界利用if/then语句再造这些来根据合约状态触发交易。其基本假设是合约就像书写一样被利用if/then参数进行编码。如衍生工具合约，当产品达到特定价格，则客户拿到钱，否则的话，客户就得付钱给对方。
专 栏
第四次工业革命诞生的新技术(20)
源起于21世纪的新工业革命，发端于美、德、日等国。其中，美国以诞生颠覆性技术或革命性技术著称，在近20年的时间里，在生物工程、计算机信息、航空航天，以及3D打印等其他领域开创了一系列令世人瞩目的前沿科技成果。（见表1-2）
表1-2 美国——代表性新技术成果
同时期，英国、日本、德国、中国等也产生了一些颠覆性技术成果，代表性技术如表1-3所示。
表1-3 其他重要国家革命性新技术
（三）主要国家的应对行动
置身于新工业革命浪潮之中，世界各国纷纷制定了相应的战略举措，如德国——“工业4.0”、“工业战略2030”、欧盟——“欧洲工业数字化战略”、法国——“新工业法国”、韩国——“制造业创新3.0”、俄罗斯——“国家技术计划”、日本——“机器人新战略”等等。这一系列计划的大力实施，将很有可能形成新的技术前沿和新的生产可能性边界，并力图在新工业革命中抢占先机。（见表1-4）
表1-4 主要国家应对新工业革命的战略和行动项目(21)
续表
德国：提出了“工业4.0”战略（2011年），走在了发展前列。该战略意图通过物联网等技术，把设备、产品、资源和人链接起来，进而实现生产制造流程的自动化。引人注意的是，为了实现设备网络接口的标准化，他们提出了“即插即用”方式，即是预先对生产机器按功能进行模块组合，而这些模块之间预设的是标准化的接口，进而实现按市场需求快速组合设备以供生产的目的。为了实现这项战略，不仅德国政府、行业协会等组织机构成立了“工业4.0”指导委员会和工作推进领导小组引导“工业4.0”战略发展，还在商业模式、标准制定、研究开发和人才培养等方面采取了一系列措施来支持“工业4.0”落地。与此同时，今年还提出了“国家工业战略2030”，旨在有针对性地扶持重点工业领域，保证国家工业在欧洲乃至全球的竞争力。
美国：积极发展产业互联网应对新工业革命的来临。其通过传感器采集设备数据信息，在大数据分析下，达到降低成本、提升效率和优化系统的目的。为此，多家巨头公司（包括GE、AT&T、IBM、Cisco）联合成立了“产业互联网联盟”，共同推动物联网标准化的框架建立以及创新实践。基于产业互联网的大数据分析成为新价值来源，如GE公司在2011年便筹建了软件中心，处理大数据管理业务，并于2014年向外部客户提供产业互联网核心数据分析软件，通过数据分析创造更多价值。
日本：提出“机器人战略”（2015）。该战略目标是通过人工智能（AI）、云储存等先进技术，对传统机器人进行升级，使新的智能机器人可以摆脱驱动系统，并能够做到与外部物体和人的相连接。为推进该项战略，在政府层面，特成立了“机器人战略协议会”，并与相关机构开展合作，制定机器人通用标准和数据的安全准则。在企业层面，一是构建工厂内与企业内、企业间的网络连接通道。二是整合以往各个独立系统（如将工厂控制系统和企业经营系统进行整合），实现整体最优控制。三是推进企业之间数据共享机制建设与社会整体最优控制。采取分步骤措施，研究企业与企业之间如何通过分享数据得到整体最优，如何划分竞争与协调领域等相关问题。
至于“我国版本”，大约便是2015年10月国务院常务会议上，李克强总理提出的“互联网＋双创＋中国制造2025”的阐释，彼此结合起来进行工业创新。
世界主要国家的行动表明，以物联网、大数据、人工智能（AI）技术为基础的技术融合体系为原有的工业结构转型升级拓展了新空间。以往依靠单体设备功能升级、制造单元局部改革的传统工业发展到今天，我们看到，其向上提升能力的空间愈来愈小，面临升级瓶颈，但借由数字技术的助力还能优化提升制造的全过程，使得成本进一步降低、效率进一步提升。不仅如此，我们可以利用云计算、大数据等相关技术，应用于设计、开发、维护等更高价值的服务领域。这使得传统工业企业不仅有制造功能还有服务功能，满足社会需求的同时，也为企业利润增长提供了新途径。目前，世界主要工业国家已经开始了借由先进科技力量促进产业结构转型升级的步伐，在诸多环节提供“弯道超车”的可能，并影响全球竞争格局发生深远变化。