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数字基建:通向数字孪生世界的“铁公基”
来源:树根互联2020.07.14

数字基建是通向数字孪生世界的“铁公基”。

 

一、是否在用工业经济的逻辑思考数字经济的基础设施?

 

当前各界关于新基建的讨论很多,有一个问题值得思考:在数字经济时代,是否仍然在用工业经济的逻辑去思考数字经济的基础设施?

 

这一段时间我专门研究了各类教科书和权威报告中关于“基础设施”的定义,但这些概念内涵和外延不够清晰。我试着给基础设施一个定义:基础设施是支撑经济社会运行的泛在服务载体。理解基础设施这一概念,有四个关键词:第一是“支撑”,第二是“泛在”,第三是“服务”,第四是“载体”。

 

可以从四个视角来理解基础设施特征:一是核心地位。基础设施的核心价值体现在支撑性和泛在性两个方面,支撑性是指经济社会运行离不开,泛在性是提供给更多的企业、组织、个人去使用,具有比较强的外部性。二是基本形态。铁路、公路、电网、通信、管网等我们所认知的大部分基础设施具有网络化特征。三是价值实现。基础设施是通过端到端的服务交付创造和体现自己的价值。四是供给模式。基础设施提供端到端的服务,是基于多种功能、多种要素、多种技术的体系化集成,具有规模经济的特征。

 

今天关于新基建的诸多观点,可以概括为四种论调。第一种是“箩筐论”,把各种概念放在新基建这个箩筐里。第二种是“五官争功论”,对新基建的认知只见树木不见森林,缺乏整体观。第三种是“砖头论”。误把构建基础设施的原材料当成基础设施本身,事实上,一堆砖头堆在那儿不能形成一种泛在化的服务体系。第四种是“静态论”。认识“新基建”,要有全局观、全球观、未来观,用发展的眼光,用长周期的视角审视新基建的建设、运行、维护和创造价值规律,不能用静态的观念去理解基础设施。回顾产业技术革命,不同的历史发展阶段有着不同的基础设施,每一次产业革命就会伴随一代基础设施,一代基础设施支撑一次产业革命。

 

二、一次产业革命,一代基础设施

 

能看到多远的过去,就能看到多远的未来。对基础设施的本质、规律的理解需要长镜头。英国演化经济学家佩蕾丝曾经提出一套技术-经济的范式,把工业革命划分成五次产业与技术革命。每一次产业技术革命,都伴随着新型基础设施的兴起:一次产业革命,一代基础设施。

 

第一次产业技术革命。以1771年英国阿克莱特在克隆福德设立工厂为标志。当时的基础设施是运河与水道、收费公路、水力(经过重大改良的水力涡轮)。

 

第二次产业技术革命。以始于1829年蒸汽动力机车火箭号在英国实验成功为标志。当时的基础设施包括铁路(蒸汽动力)、普遍的邮政服务、电报(主要在一国铁路沿线)、大型港口和航行世界的轮船、城市煤气。

 

第三次产业技术革命。始于1875年的卡内基酸性转炉钢厂在匹兹堡开工,人们进入钢铁、电力、重工业时代。当时基础设施包括钢制的高速蒸汽轮船在世界范围内的航运、世界范围的铁路、大型桥梁与隧道,世界范围的电报、电话(一国范围)、电力网络(照明与工业)的出现。

 

第四次产业技术革命。以1908年福特产出T型车为标志。当时的基础设施包括公路、港口、高速公路和机场组成的交通网络,石油管道网络,普遍的电力供应,世界范围内的远程通信等组成更新的基础设施。

 

第五次产业技术革命。以1971年英特尔微处理器发明为标志,人们迈向信息和远程通讯时代。当时的基础设施包括数字远程通讯、互联网服务、多种能源、高速物流运输系统。

 

每次产业技术革命大概历时45~60年时间,可以分成两个阶段:前30年安装期(Installation)和后30年拓展期(deployment)。每一次产业技术的兴起,伴随着新基础设施的建设,都会带来传统利益格局、产业体系、制度文化的重构,新型基础设施的安装期往往是新旧两种制度对抗期。第五次产业技术革命到今天已经过去了近50年,我们正在进入新一轮产业革命关键时期,未来20-30年将是新一轮基础设施安装期。

 

三、认识基础设施需要全局观、未来观

 

分析和理解基础设施的演进规律,需要长周期的视角,需要全局观、未来观。我们可以回顾一下从电发明到电力成为工业社会的基础设施的过程。

 

回到100多年前,爱迪生发明电灯泡之后,电的使用开始有了需求,对电需求日益广泛和普及。但电力的使用一开始并不是通过中央电厂+公共电网的方式实现的。19世纪80年代,发电厂是每一个制造业企业的标配,当年企业家们的顾虑和今天企业家们使用云计算的担心是一样的:中央电厂(云计算)不安全。20世纪初,全美国有5万个企业自建电厂,专业的中央电厂只有3600座。技术的发展和电网的规模经济,才使得大型中央电厂更加普及。

 

到了20世纪初,大型中央电厂供给模式日益普及,公用电网在美国供电格局中的占比迅速上升,1907年公用电网供给的比例为40%,到20世纪20年代达到70%,30年代上升到80%,后来很快达到90%以上。20世纪30年代,“中央电厂+电网“的模式成为当时工业文明的基础设施。从电的使用到电力成为工业社会的基础设施,这个过程用了50年时间。

 

基础设施是经济社会运行的底座,其切换和重构是一个长期的过程,我们既要关注当下,也要看终局;既要看到局部,也要看到全局。

 

四、数字基础设施及其架构体系

 

从基础设施的视角看,数字技术在解构一个旧世界,建立一个新世界,即一个数字孪生世界。数字孪生的世界,就是在比特的汪洋中重构原子的运行轨道。数字孪生世界的意义在于,通过物理世界与数字孪生世界的相互映射、实时交互、高效协同,在比特的世界中构建物质世界的运行框架和体系,构建人类社会大规模协作新体系。从这个意义上来看,数字基建是就构建数字孪生世界大厦的“地基”。

 

未来十年是新型基础设施的安装期,全球数字经济最重要的主题之一是数字基础设施的重构、切换与迁徙,以及基于新型数字基础设施的商业生态再造。以物联网、云计算、边缘计算、人工智能、移动化、数字孪生等为代表的智能技术群落,在不断融合、叠加和迭代升级中,为未来经济发展提供高经济性、高可用性、高可靠性的技术底座。新一代信息技术发展将推动人类社会进入一个全面感知、可靠传输、智能处理、精准决策的万物智联(Intelligence of Everything)时代。

 

数字技术在与传统基础设施融合创新中,伴随着新需求的不断迭代,正在形成的新的技术架构体系,数字基础设施包括数字技术基础设施、数字商业基础设施、新型物理基础设施三个部分。

 

数字技术基础设施。数字技术基础设施是“数据+算力+算法”所构建的通用技术平台。这个技术平台上,数据需要MEMS传感器、IoT、摄像头,对物理世界人、货、场的数据进行采集,实现物理世界数字化。算力就是云计算、边缘计算等计算、存储资源,它需要建设大数据中心来支撑。算法是人工智能、数字孪生以及各种流程模型与商业模型等。而“+”就是5G、NB-IoT、时间敏感网络、宽带等,能够把数据、算力、算法以及同物和人等主体连接起来。

 

数字商业基础设施。回顾ICT产业60年的发展史,解耦和重构一直技术和产业发展的主线,在传统商业、制造、流通 、医疗、教育体系需求演进中,逐渐形成了一层更高效满足企业、政府和个人需求的平台化商业基础设施,包括电子商务平台、物流平台、工业互联网平台、生活服务平台、公共出行平台、文化娱乐平台等。

 

新型物理基础设施。数字技术的发展不断融入传统的铁路、港口、公路、电网、城市管网等传统基础设施,推动着传统港口、机场、高铁的数字化改造,成为更加智能、便捷、高效的新型物理基础设施。新型物理基础设施和数字基础设施一起,服务于政府、企业与个人,推动人类社会迈向数字社会新时代。

 

五、数字基础设施正成为构筑数字孪生世界的“铁公基”

 

新技术正带领我们走向一个数字孪生的新世界,这一历史进程将会持续二三十年。数字社会的终极版图就是在赛博空间构建起一个与物理空间泛在连接、虚实映射、实时联动、精准反馈、系统自治的数字孪生世界。伴随着新技术、新方法、新模式的持续创新,物理世界与数字世界的交互将实现从静态、动态向实时不断演进,这将驱动赛博空间的数字孪生无限逼近真实物理空间,基于“物理实体+数字孪生”的资源优化配置将成为数字经济的终极版图。

 

从传统基础设施走向数字基础设施,将会呈现出一些新的特征和规律。

 

一是从运营体系来看,传统基建支撑的是工业经济,数字基建支撑的数字经济。

 

二是从建设对象来看,传统基建构造的是一个物理世界,数字基建是构造一个数字孪生世界。

 

三是从建设材料来看,在工业经济时代,传统基建最基本的材料是原子,而数字基建通过原子与比特构造一个数字孪生的世界。

 

四是从运行方式来看,传统铁路、公路、机场是相对独立运行的系统,但对于数字基建来看,它是基于多种技术集成的“核聚变”所带来的价值体系。只有实现人工智能、5G、互联网、大数据、云计算、区块链等多种技术集成才能够创造价值。

 

五是从价值体现来看,铁路、公路、水运、电力,它们的核心价值在于连接,实现物流、人流、能量流的流通;数字基建的核心价值在于赋能,通过智能工具、精准决策优化资源配置效率。

 

六是从经济影响来看,人们一提到基建,更多思考的如何怎么拉动后端的经济,带动多少投资,后向的拉动效应是我们对传统基建考察最重要的维度之一。但是在今天,对数字基建来讲,我们更多是考虑在前向如何能够给社会、消费者、企业、政府、学校、医院创造更多的数字红利。

 

六、全面认识数字基建的四个视角

 

今天,我们如何来认识数字基建?可以从四个方面来观察。

 

视角一:数字技术推动传统基础设施的解构与重组,加速了新旧基础设施融合与切换

从基础设施的视角来看,数字技术正在带来两场巨大的变革:传统物理基础设施体系的解构与重组,传统IT基设施的升级与切换,这两场变革相互交织、相互影响。如同100多年前自营电厂衰落与中央电厂崛起,此消彼长,未来10年全球数字经济最大的主题就是数字基础设施切换与迁徙。

 

整个商业世界已经越来越复杂,这种复杂来自于消费者需求的碎片化、场景化,来自于产品本身变得越来越复杂,来自于供应链体系的复杂性。在过往20、30年所构建的传统IT架构及解决方案,越来越难以适应。只有构造一个基于云+5G+移动化+IoT的新的数字基础设施,才能够应对商业系统的复杂性,形成面向角色、面向场景、响应需求的解决方案。

 

今天,整个商业系统的基础设施正在进行解构与重组。数字商业、电子商务正在把大商场+POS机+大商铺+停车场这些传统商业基础设施,切换到到基于云+交易APP+支付APP+快递系统的数字商业基础设施上;支付体系正在从传统的ATM机+金融网点+POS机,演变成基于云+支付APP+智能终端的新体系;政务服务的“最多跑一次”,正在把原有的政务大厅、停车场等传统基础设施,演变为云+政务APP+支付APP与快递系统;社会研发体系,正在从实验室+实验装置+测量设备,演化到基于云+办公APP……。

 

视角二:传统基建的建设运营具有相对独立性,数字基建的功能取决于技术的“核聚变”

 

传统的机场、铁路、港口、电力等基础设施是一个超级复杂系统,这种复杂性在很大程度上也来自于数字技术的更广泛和深入的融入与集成。今天IoT+5G+云+AI+数字孪生所构筑的数字基础设施体系更复杂,在数据+算力+算法的这套体系中,基础设施功能的发挥更大程度上取决于多种技术的集成,技术迭代的频率更快、相互依赖性更强、整体功能演进的速度更快。在数据+算力+算法的功能体系中,不同技术的集成才能对物理世界去描述、诊断、预测、决策,构建一个数字商业基础设施。对数字基建设施的建设和运营而言,各种技术和功能同等重要,而多种技术的协同与协作才是最重要的。

 

视角三:传统基建的后向投资拉动效应明显,基于数字基础设施的前向数字红利更值得期待

 

数字基建更多关注的是如何从后向拉动效应到前向数字红利。中国由于消费互联网的快速发展,可以构建一个更加便捷、大规模使用的数字商业设施,可以低成本地复制数字商业基础设施,更高效地满足消费者、个人、企业和政府的需求。2005年中国每千人零售营业面积只有18平方米,美国是1105平方米,但是在数字互联网的时代,每1元的投入在零售领域,能带来的销售额线上是49.6元,而线下是12.5元。互联网、电子商务,使得满足消费者需求的整个投入产出比更高了,用了更少的基础设施的资源,投入人力、物力、财力,创造了更多的价值。这是它的数字红利的效应。

 

国际咨询机构BCG曾做过分析,由于互联网支付及移动支付的出现,2011-2020年中国减少1万亿元对各种移动支付、金融支付的基础设施的投入。2011年万人POS机的拥有量,美国是中国的8倍,人均银行卡拥有量是中国的8倍,而今天中国移动支付的规模是美国的80倍。中国用了更少的传统基础设施,更多数字基础设施,创造了更好的经济社会的价值。这就是数字基建的价值。

 

对于数字基础设施所带来的红利,有些是可以衡量的,有些价值用经济学的方法仍然不能衡量,很多互联网价值、消费者的福利,并没有被统计到GDP中。美联储试图评估互联网服务对经济的价值以帮助解决现代经济悖论之一:美国当前经济扩张是历史上持续时间最长的,但生产率增长乏力,GDP增长稳定但并不出彩。美联储主席鲍威尔认为,问题可能出在数据本身,GDP衡量在特定年度内生产的最终产品与服务的价值,但是互联网时代许多技术创新(搜索引擎、电子邮件、GPS)是免费的,经济统计数据模型并不能捕捉它们给企业和消费者带来的利益。

 

《第二次机器革命》的作者埃里克·布莱恩约弗森在2019年也做了类似的研究,评估用户对现代生活工具的货币价值。他提出了一个新的指标GDP-B,用来测量数字经济时代这些免费商品的福利贡献。研究表明,一个中等活跃用户,放弃使用Facebook一个月的平均成本是48美元;放弃使用YouTube等流媒体一年,平均花费是1173美元;停止使用搜索引擎,则平均花费达到17530美元。

 

视角四:数字基础设施价值:从“连接”到“赋能”

 

传统“铁公基”构建现代社会运营的基础,其价值更多的是通过对物流、人流、能源流、资金流降低交易成本、提高生产效率。数字基础设施的价值更多的基于信息流和知识流,“赋能”各类主体,“赋能”的本质在于提供智能工具和科学决策。

 

在数字抗疫的过程中,阿里云、钉钉等给社会创造巨大价值,数字基础设施成为科技抗疫的基石。数字空间成为“庇护所”“缓冲器”,全国350万教师、1.2亿学生在家通过钉钉视频上课;战疫期间,助力线上交易、远程办公、在线教育,云服务无处不在。数字基建正在成为提升中小企业竞争力、消费驱动经济增长、创造更多就业机会等方面的坚实支撑。疫情期间,浙江首创的健康码推广全国,其深层意义在于,如果进一步普及健康码的应用,与更多现实场景融合,将叩开城市数字化治理的大门。

 

赋能重要的体现在于创新。创新就是试错,技术方案、工艺路线、客户需求、商业模式都是试错的过程。50年前1GB存储空间的成本从1000万美元降到目前的0.02美元,今天数字基础设施带来的价值不是说存储这样的成本降低了多少,而是试错的成本降低了多少,创新的效率提高了多少,这是数字基础设施所能创造的价值。

 

七、展望:数字孪生世界,通向零成本的试错之路

 

今天正在构造的是一个数字孪生的世界。在制造业,比如波音777,数字孪生使得产品、生产线、工艺、研发周期大幅缩短,成本大幅降低;在机场建筑物,因数字孪生的应用而降低了建造成本、工期;在数字心脏,可以在虚拟世界里构建一个心脏,可以通过描述、预测、决策提供一个医疗解决方案。2019天猫新品超过1亿,3C、美妆、电器等产品研发周期大幅缩短,其背后在于天猫与品牌厂商合作,构建了一套在数字世界中模拟消费者对产品评估、评价、反馈的新机制,大大提高了新产品的研发效率。

 

未来的社会将同时存在两个体系,一个是我们看到的物理世界,一个是我们看不到的数字孪生世界,而数字基建就是构建一个数字孪生世界,把两者打通,更高效服务于人们,帮助人们追求更加美好的生活。

 

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