胡 衛(wèi)

（中共中央黨校哲學(xué)教研部，北京，100091）

社會·文化

工程學(xué)的頂層設(shè)計方法及其社會領(lǐng)域適用性

胡 衛(wèi)

（中共中央黨校哲學(xué)教研部，北京，100091）

工程學(xué)的頂層設(shè)計方法的通用原理主要有三個方面：在設(shè)計路線上，其主要采用自頂而下的設(shè)計路線；在傳遞機制上，主要依靠頂層向下傳遞信息流實現(xiàn)頂層驅(qū)動；在問題解決路徑上，遵循分治求精的認識循環(huán)過程。這些工程學(xué)的通用原理，在跨領(lǐng)域應(yīng)用于社會領(lǐng)域時，需要注意兩個領(lǐng)域的差異，具體問題具體分析。

頂層設(shè)計；自頂向下；社會領(lǐng)域；適用性

頂層設(shè)計這一在工程技術(shù)領(lǐng)域經(jīng)常使用的設(shè)計方法，當(dāng)前在社會科學(xué)領(lǐng)域也得到越來越廣泛的使用。特別是在十七屆五中全會和十八屆三中全會之后，“頂層設(shè)計”一詞在中央領(lǐng)導(dǎo)人的重要講話中頻繁出現(xiàn)，學(xué)術(shù)界對于這一方法在社會領(lǐng)域應(yīng)用的研究也日益深入。作為工程學(xué)方法，頂層設(shè)計在使用時有其特定的條件和規(guī)律，要準確地理解和應(yīng)用這一方法，特別是在研究社會問題時跨領(lǐng)域使用該方法，就需要追根溯源，對工程學(xué)的頂層設(shè)計方法做系統(tǒng)梳理，把握其通用原理和應(yīng)用規(guī)律，并對其在社會領(lǐng)域的適用性做具體分析。

目前，頂層設(shè)計在工程技術(shù)上主要應(yīng)用于機械電子產(chǎn)品設(shè)計、軟件編程與工程、電子政務(wù)、智慧城市、生物工程、航空和建筑大型系統(tǒng)工程等領(lǐng)域。雖然應(yīng)用領(lǐng)域不同，頂層設(shè)計方法在這些不同的工程技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用時，都使用了通用的范疇，遵循了相近的設(shè)計思路和技術(shù)路線。具體來說，這些通用原理表現(xiàn)為以下三個方面：自頂向下的設(shè)計路線、頂層驅(qū)動的傳遞機制、分治求精的循環(huán)過程。

一、自頂向下的設(shè)計路線

在設(shè)計路線的方向上通常有兩種主要路線，一種是自底向上（bottom-up），一種是自頂向下（top-down design）。［1］

自底向上的方法是由部分到整體的設(shè)計路線。先設(shè)計好大系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，如先設(shè)計一個產(chǎn)品的零部件，一個大型程序的子程序等，然后將這些子系統(tǒng)進行組合裝配。在設(shè)計的過程中，各個子系統(tǒng)的設(shè)計存在相對的獨立性，總體的設(shè)計意圖不一定能夠完整存在于每個子系統(tǒng)之前。各個子系統(tǒng)之間是何種關(guān)系，在設(shè)計時也不能清晰地說明，這導(dǎo)致子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性較弱。有可能在各個子系統(tǒng)設(shè)計完成后，在進行整體裝配時，各個子系統(tǒng)相互不匹配，無法進行對接，這又要回過頭再次對子系統(tǒng)進行設(shè)計調(diào)試，使各個子系統(tǒng)之間能夠形成匹配。如此發(fā)現(xiàn)問題，修改設(shè)計，再發(fā)現(xiàn)，再修改，反復(fù)進行（見圖1）。在子系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)性較弱、相互匹配關(guān)系不強的條件下，自底向上的方法是比較適用的。在這種情況下，一個子系統(tǒng)的改變不會影響到其他與之關(guān)聯(lián)較弱的子系統(tǒng)的原有設(shè)計，不需要為了配合一個子系統(tǒng)的改變而修改其他子系統(tǒng)的設(shè)計。

圖1 自底向上的設(shè)計路線

自頂向下則是相反的過程，是由整體到部分的設(shè)計路線?！绊攲釉O(shè)計”的“頂層”首先說明設(shè)計是從頂層開始，其路線是自頂向下，從整個系統(tǒng)的最高一層出發(fā)來分析、設(shè)計整個系統(tǒng)，它強調(diào)的是最高層這一高度。這與“自上而下”是有區(qū)別的?！绊敗笔亲钌厦娴囊粚樱皇瞧渌麑用妫瑥娬{(diào)設(shè)計層面高度的唯一性，而自上而下的“上”卻可能是多個層級中的其中一個，不一定是最高層級。

頂層設(shè)計的整體設(shè)計是圍繞頂層展開的總體構(gòu)想，要先確定總體思路、設(shè)計總體布局和各個子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，然后進入子系統(tǒng)的設(shè)計。所有子系統(tǒng)和各個模塊都完全地指向和圍繞頂層的核心目標，并且遵循頂層所設(shè)定的統(tǒng)一標準和子系統(tǒng)聯(lián)接關(guān)系。［2］由此就可產(chǎn)生頂層設(shè)計所預(yù)期的系統(tǒng)性效應(yīng)。

在縱向上，自頂向下是一個按系統(tǒng)層級展開的過程。每一個子系統(tǒng)都是上一級系統(tǒng)的組成部分，這樣在設(shè)計子系統(tǒng)時，首先要考慮子系統(tǒng)之間的約束和定位關(guān)系，在完成整體方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)關(guān)系設(shè)計之后，再分別對子系統(tǒng)進行詳細設(shè)計（見圖2）。這樣就自然地解決了子系統(tǒng)與上一層級的系統(tǒng)以及子系統(tǒng)之間的對接問題，每一級子系統(tǒng)都可以自動地從上一級系統(tǒng)獲取統(tǒng)一的設(shè)計信息和標準，設(shè)計者不需要將精力花在層級對接與匹配問題上，而是主要做好子系統(tǒng)的設(shè)計。

頂層設(shè)計既是從整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、層次、標準進行的全盤統(tǒng)籌考慮，又是把復(fù)雜抽象問題和大型問題進行分解，實現(xiàn)具體化、程式化的設(shè)計方法?？梢园秧攲釉O(shè)計看成是抽象意志轉(zhuǎn)換為具體實現(xiàn)路線圖的中介，是路線圖的路線圖，其設(shè)計過程是一個設(shè)計意圖從抽象到具體，逐步細化、反復(fù)迭代的往復(fù)過程。在往復(fù)過程中，頂層設(shè)計可以很好地協(xié)調(diào)各種變化，各個子系統(tǒng)可以按照大系統(tǒng)通用的規(guī)則快速地進行布局的調(diào)整、互換、調(diào)用。［3］新的局部設(shè)計變化不會引起各個子系統(tǒng)之間的不協(xié)調(diào)，這樣就避免了許多重復(fù)性的工作。

圖2 自頂向下的設(shè)計路線

二、頂層驅(qū)動的傳遞機制

頂層設(shè)計的自頂向下是頂層驅(qū)動的過程，其實質(zhì)是由頂層向下傳遞信息流的過程。這其中傳遞的信息流是頂層總體設(shè)計意圖，它反映的是整個大系統(tǒng)的設(shè)計總目標，各個層級的子系統(tǒng)的布局、位置關(guān)系，各個子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，整個大系統(tǒng)的設(shè)計的基準，等等。這些信息以系統(tǒng)化的、通用可理解的信息形式向下貫徹驅(qū)動。

所謂驅(qū)動，就是系統(tǒng)的下層必須是按照上一層系統(tǒng)整體約束條件進行設(shè)計，每一層次的子系統(tǒng)只在本級具有局部設(shè)計權(quán)限，而無法更改上層設(shè)定的設(shè)計要求和約束條件。按這種方式層層傳導(dǎo)，每個子系統(tǒng)的設(shè)計可以保持設(shè)計的相對獨立和一定范圍內(nèi)的自由，又在設(shè)計中遵從頂層發(fā)出的總體設(shè)計信息。眾多的子系統(tǒng)在設(shè)計和裝配工作中參照同樣的頂層設(shè)計信息，可以有序地并行展開設(shè)計，實現(xiàn)子系統(tǒng)間的協(xié)同工作。

例如，在產(chǎn)品設(shè)計中，自頂向下方法傳遞的重要信息就是設(shè)計數(shù)據(jù)，其實質(zhì)是數(shù)據(jù)從頂部模型傳遞到底部模型的參數(shù)化過程。一些產(chǎn)品設(shè)計軟件，如Pro/E提供了多種數(shù)據(jù)傳遞的方法，可以根據(jù)設(shè)計對象的不同特點來選擇需要傳遞的數(shù)據(jù)信息。

這些數(shù)據(jù)往往設(shè)定的是全局性關(guān)系，通過主要參數(shù)和尺寸，如零部件之間的裝配點、位置、放置關(guān)系、基準平面、坐標系、軸和點等信息，集中設(shè)定頂層的設(shè)計標準與產(chǎn)品配置信息。這些信息進一步勾畫出設(shè)計思想的輪廓來。在設(shè)定好了之后，系統(tǒng)的頂層就可以控制整體裝配的結(jié)構(gòu)和尺寸，每個零件就能夠按照這些參數(shù)裝配起來，形成頂層驅(qū)動的自頂向下信息與數(shù)據(jù)的傳遞關(guān)系。這樣的好處是設(shè)計者對外部參考的依賴大大減少，在加入新的子系統(tǒng)和對子系統(tǒng)進行裝配時，只要按照最初的設(shè)定信息自動進行就可以了，不需要因為新的變化再去重新設(shè)定子系統(tǒng)之間的關(guān)系，也不容易出現(xiàn)裝配抵觸的情況，從而大大提高了整體裝配的效率與可維護性。

這種類似的傳遞機制同樣存在于信息系統(tǒng)的設(shè)計中。例如，在電子政務(wù)系統(tǒng)設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用的架構(gòu)方法。美國政府使用架構(gòu)方法開發(fā)出包括參考模型及一系列管理工具和實施指南在內(nèi)的聯(lián)邦政府總體架構(gòu)（Federal Enterprise Architecture，F(xiàn)EA）。［4］FEA就是美國政務(wù)信息系統(tǒng)的頂層設(shè)計，其中的參考模型是其實現(xiàn)頂層驅(qū)動的核心要素。通過這些參考模型可以方便地跨機構(gòu)分析、識別政務(wù)信息系統(tǒng)的重復(fù)投資，識別部門間數(shù)字鴻溝，識別聯(lián)邦機構(gòu)跨部門的合作機會。這樣在FEA下，各部門可以用一種通用且統(tǒng)一的方式對聯(lián)邦總體架構(gòu)的重要組成元素進行描述，從而在全聯(lián)邦政府范圍內(nèi)實現(xiàn)頂層驅(qū)動，改善信息技術(shù)資源的管理和利用。

此后，英國、德國、加拿大、澳大利亞、日本、韓國等國家都相繼制定了本國的電子政務(wù)總體架構(gòu)，歐盟還制定了泛歐電子政務(wù)服務(wù)互操作架構(gòu)（EIF）。［5］這些國家和國際組織建立架構(gòu)的共同特點，都是以業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)為核心設(shè)定信息流動的最為必須的技術(shù)政策和規(guī)范，實現(xiàn)自頂層向下的驅(qū)動與信息傳遞。目前，各國政務(wù)領(lǐng)域的信息系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)形成了共同的發(fā)展趨勢，架構(gòu)方法成為了一套被普遍應(yīng)用的通用方法，該方法加強了數(shù)據(jù)交換和系統(tǒng)的通用性，使政府部門之間的數(shù)據(jù)資源得以有效共享。

三、分治求精的循環(huán)過程

頂層設(shè)計是一個由抽象理念到具體實踐的分治求精的循環(huán)過程。分治求精思想最先由計算機編程理論系統(tǒng)地提出，現(xiàn)在已經(jīng)是系統(tǒng)工程的內(nèi)核方法論之一。［6］1969年，IBM的研究員、Pascal語言之父沃斯（Niklaus Wirth）系統(tǒng)地提出采用“逐步求精”的結(jié)構(gòu)化編程方法進行大型程序的設(shè)計。［7］這種算法目前已經(jīng)是程序設(shè)計中最常用的算法之一。

用一句話概括分治求精就是：自頂而下，分而治之，逐步求精。它的基本思路是分-治-合，即分而治之，各個擊破。［8］

分，即先對最高層次中的問題進行定義、設(shè)計，將規(guī)模較大的或者復(fù)雜的問題按照由大到小，由粗到細，由表及里的順序進行分解，把原問題化作若干個在規(guī)模上小于原問題，而在形式上和原問題又完全相同的相對獨立的子問題，這種分析方法的基本點在于“分解”。

治，即分別解決第一步分解后的子問題。若分解后的子問題規(guī)模較小且求解容易則直接求解；如果子問題無法解開，將其中未解決的子問題作為一個子任務(wù)放到下一層次中去解決；如果還無法解開，進一步將子問題向下分解為子問題的子問題。如此，分解和解決可能不是一次完成，也可能不是一層分解就能完成。這樣逐層、逐個地進行定義、設(shè)計，直到所有層次上的問題均可以解決，就能設(shè)計出整個層次結(jié)構(gòu)。

合，即自下往上合并底層問題的解。由于在“分”和“治”的過程中，每往下一層的分解都逐次逼近問題的最小化底部，而這個底部的最小問題明顯是直接簡單可解的“原子問題”。這樣底層可解性保證了它的上一層同類問題的可解性，而上一層同類問題的可解性又保證了再上層的可解性，由此保證了直達頂層原始問題的解決。因此，在“合”的階段，解決了的最底層子問題的解，就可以直接合并為更大規(guī)模問題的解，更大規(guī)模問題的解再進一步向上一層，可以合并為更高一層的解。由此，自底向上找出原問題的解，得到整個問題的解決設(shè)計方案。

可以看出，分-治-合是一個自頂而下，又自底而上的反復(fù)循環(huán)過程，這個過程其實是一個認識的不斷深化過程，是對總體設(shè)計意圖的細化，是設(shè)計意圖變成現(xiàn)實的過程。例如，在程序設(shè)計中，這種逐步求精過程，第一步編寫的程序抽象程度最高，第二步編寫的程序抽象程度則有所降低……最后一步編寫的程序即為可執(zhí)行程序。這樣一種漸進過程，易于保證程序設(shè)計的正確性及驗證其正確性。［9］逐步求精中的“逐步”，就是每前進一步都是一次分解；“求精”則是每次都較其前一步增加“少量”的細節(jié)。這樣，在相鄰兩步之間就只有微小的變化，比較容易驗證它們的內(nèi)容是否等效。

在其他工程技術(shù)領(lǐng)域也有類似分治求精方法。例如，產(chǎn)品設(shè)計的頂層設(shè)計一般經(jīng)過概念設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計和詳細設(shè)計三個階段。［10］其設(shè)計過程也是一個由抽象到具體的漸進過程，是在頂層驅(qū)動信息的基礎(chǔ)上，復(fù)制、修改、完善并最終完成整個設(shè)計的過程。［11］系統(tǒng)工程過程也采用類似的方法。在大型系統(tǒng)工程設(shè)計時，人們不可能一開始就對整個需要設(shè)計的系統(tǒng)有完整清晰的認識，所以，必須經(jīng)過分析-實踐（驗證試驗）-再分析-再實踐（驗證試驗）的反復(fù)循環(huán)認識過程。因此，系統(tǒng)工程過程也是一個自頂層開始，通過逐步求精的循環(huán)，將設(shè)計意圖轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)規(guī)范和相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)的問題解決過程。［12］

四、頂層設(shè)計應(yīng)用與社會領(lǐng)域的適用性

雖然頂層設(shè)計方法源自工程技術(shù)領(lǐng)域，但是許多工程技術(shù)問題并不是僅僅靠技術(shù)就能解決，而是與社會問題緊密地關(guān)聯(lián)在一起，因此頂層設(shè)計方法就自然地延展到了社會領(lǐng)域。例如，在電子政務(wù)、智慧城市等社會管理信息系統(tǒng)中，頂層設(shè)計已經(jīng)不完全是技術(shù)問題，技術(shù)和信息系統(tǒng)只是基礎(chǔ)，在這背后需要進一步考慮的是怎樣解決社會問題，以及如何能夠更好地形成促進技術(shù)與社會問題相結(jié)合的制度安排。目前，頂層設(shè)計方法在這些領(lǐng)域已經(jīng)形成了一套比較成熟的思路。

在與工程技術(shù)關(guān)聯(lián)較少的社會領(lǐng)域，頂層設(shè)計方法雖然已經(jīng)開始普遍使用，但是在應(yīng)用時遇到不少問題。這是因為，雖然在社會領(lǐng)域的一些社會問題也可以看成是系統(tǒng)工程的問題，但是社會問題與工程技術(shù)問題有一個根本的區(qū)別：工程設(shè)計中的零部件、原材料、子程序是可以完全按照人的意志進行操控的，與之不同的是，社會最終是由有意識的人所組成的。因而，需要對社會領(lǐng)域使用頂層設(shè)計方法做具體分析。

在社會領(lǐng)域，頂層設(shè)計不是只有頂層管理者設(shè)計，而是按照自頂而下的設(shè)計順序，各個層級都參與設(shè)計的過程。在產(chǎn)品和程序設(shè)計中，一個設(shè)計者完全可能包攬了自頂而下的各個設(shè)計層次。而在社會領(lǐng)域，每個層次的主體都具備主體性和主觀能動性，他們總是直接或間接地參與到整個設(shè)計過程中，無法完全排除掉每個層次的主體的意志。因此，社會領(lǐng)域的頂層設(shè)計不可能是純粹的完全由頂層管理者來設(shè)計，而是在頂層設(shè)計指導(dǎo)下，自頂而下的各個層級都參與其中的設(shè)計，是頂層和基層都參與的層層設(shè)計。［13］

頂層設(shè)計在社會領(lǐng)域還有一個驅(qū)動機制的問題。在工程技術(shù)領(lǐng)域，頂層驅(qū)動是比較容易實現(xiàn)的，通過程序設(shè)定、參數(shù)設(shè)置就可以從頂層對下層和底層形成較嚴格的約束關(guān)系，構(gòu)成權(quán)限控制。在社會領(lǐng)域，頂層驅(qū)動的對象是有自主意識的人，沒有好的驅(qū)動機制，頂層驅(qū)動不一定能夠很好地實現(xiàn)，頂層驅(qū)動好不好就決定了執(zhí)行好不好。社會領(lǐng)域的頂層驅(qū)動必須有完備的頂層驅(qū)動制度安排，通過嚴格的組織結(jié)構(gòu)和運行規(guī)則來保障頂層設(shè)計意圖能夠真實完整地自頂層向底層驅(qū)動傳遞。因此，社會領(lǐng)域的頂層設(shè)計僅僅有了施工方案、時間表和路線圖還遠遠不夠。頂層驅(qū)動必須是源源不斷地、強有力地、持續(xù)地驅(qū)動，才能將設(shè)計藍圖最終變成現(xiàn)實。

社會領(lǐng)域的頂層設(shè)計更加依賴自頂而下和自下而上的分治求精循環(huán)過程。在工程技術(shù)領(lǐng)域，頂層設(shè)計的驗證和試錯成本較低，通?？梢酝ㄟ^軟件調(diào)試和實驗室的實驗完成，如果設(shè)計出現(xiàn)問題，可以通過幾次逐步求精的循環(huán)，漸進地找到滿意的設(shè)計方案。但是在社會領(lǐng)域，頂層設(shè)計的驗證和試錯成本無法準確估量。畢竟社會領(lǐng)域頂層設(shè)計的對象和最終落實依靠的都是有意識的人。社會系統(tǒng)是極其復(fù)雜的巨系統(tǒng)，其任何一個子系統(tǒng)的復(fù)雜程度都要超過工程技術(shù)系統(tǒng)，有時甚至都無法去驗證其設(shè)計是否完全正確合理。如果解決社會問題的實驗是可控的，在未出現(xiàn)大的錯誤之前，及時調(diào)整設(shè)計，可以把錯誤控制在有限范圍內(nèi)。但是如果實驗出現(xiàn)顛覆性錯誤，整個社會陷入不可控制的正反饋漩渦之中，其造成的后果將是災(zāi)難性的，其試錯成本已經(jīng)無法估量。

社會領(lǐng)域的頂層設(shè)計應(yīng)當(dāng)更加重視分治求精，通過漸進的進步來探索驗證設(shè)計的正確性，通過“試點”形式的社會實驗來逐步優(yōu)化設(shè)計思路，直到對整個設(shè)計的認識已經(jīng)完整地系統(tǒng)深化之后，再穩(wěn)妥地在全社會推開，從而將試錯成本控制在合理范圍內(nèi)。頂層設(shè)計無論如何也離不開“摸著石頭過河”，而且是深度地依賴于“摸著石頭過河”，兩者不是相互排斥的關(guān)系。一個完整的頂層設(shè)計，必然是經(jīng)過自頂而下，再自底而上的反復(fù)循環(huán)過程后，不斷逐步優(yōu)化成為成熟的設(shè)計。這個過程中，“摸著石頭過河”本身就是頂層設(shè)計的一個重要組成部分和循環(huán)必經(jīng)的環(huán)節(jié)，兩者是一體兩面的關(guān)系，缺一不可。

總之，通過上述分析，可以看出，源自工程技術(shù)領(lǐng)域的頂層設(shè)計方法已經(jīng)擴展至諸多學(xué)科領(lǐng)域，并且有了許多應(yīng)用，開始形成一些共同范疇、原則、程序，已經(jīng)具備了方法論性質(zhì)。

［1］ 劉文劍，金天國.產(chǎn)品自頂向下設(shè)計的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2002，（1）：2.

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［4］ 王璟璇，于施洋，楊道玲，等.電子政務(wù)頂層設(shè)計：FEA方法體系研究［J］.電子政務(wù)，2011，（8）：19.

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［6］ 陳紅濤，袁建華，趙滟.系統(tǒng)工程的昨天、今天和明天［C］.中國系統(tǒng)工程學(xué)會第十八屆學(xué)術(shù)年會論文集——A04系統(tǒng)工程方法論.2014.

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［10］ 劉文劍，金天國.產(chǎn)品自頂向下設(shè)計的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2002，（1）：1.

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［12］ 郭寶柱.再談系統(tǒng)工程方法［J］.航天工業(yè)管理，2007，（5）：20.

［13］ 許耀桐.頂層設(shè)計內(nèi)涵解讀與首要任務(wù)分析［J］.人民論壇，2012，（17）：8.

（責(zé)任編輯 杜生權(quán)）

Engineering Top-down Design Method and Its Applicability in Social Field

HU Wei
（Department of Philosophy，Party School of the Central Committee of C.P.C，Beijing，100091，China）

There are three main aspects of engineering top-down design method.Top-down route is mainly used in respect of designing route，and delivery of information flow from the top down is mainly relied on to realize top driving in respect of delivery mechanism，and awareness cycling process of partition refinement is followed in terms of problem-solving route.When these engineering general principles are applied multidisciplinarily in the field of social sphere，attention should be payed to the difference of these two areas.Specific analysis is required at the time of application.

top-down design；from the top down；social area；applicability

N945

A

2095-2082（2016）04-0066-06

2016-07-06

2015年度國家社會科學(xué)基金項目（15BZX007）

胡 衛(wèi)（1978—），男，湖南長沙人，中共中央黨校哲學(xué)教研部副教授，管理學(xué)博士。