臧 鋒，王鵬展，陳俊羽，文 靜

(南京市城市照明建設(shè)運營集團有限公司，江蘇 南京 210013)

引言

城市生命線，是維持城市功能正常運轉(zhuǎn)的保障線，涵蓋了燃氣、供水、電力等各類基礎(chǔ)設(shè)施體系。然而，目前我國大多數(shù)城市生命線的監(jiān)測預(yù)警手段方式還相對滯后，存在重救援輕預(yù)防、重預(yù)案輕預(yù)警等問題。為有效解決目前城市安全運行問題，國家高度重視城市生命線系統(tǒng)的風(fēng)險治理。2018年1月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于推進城市安全發(fā)展的意見》中明確指出，要加強城市基礎(chǔ)設(shè)施安全管理和強化安全科技創(chuàng)新和應(yīng)用，深入推進城市生命線工程建設(shè)，積極研發(fā)和推廣應(yīng)用先進的風(fēng)險防控、災(zāi)害防治、預(yù)測預(yù)警、監(jiān)測監(jiān)控、個體防護、應(yīng)急處置、工程抗震等安全技術(shù)和產(chǎn)品。與此同時，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以及在技術(shù)驅(qū)動、專業(yè)驅(qū)動、數(shù)字驅(qū)動、平臺驅(qū)動、模式驅(qū)動、場景驅(qū)動的背景之下，傳統(tǒng)的城市生命線體系正面臨著從線下到線上，從分散到集中、從粗放到集約的迭代升級，并將成為智慧城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最具實際效用的切入口、數(shù)字經(jīng)濟最為直接的應(yīng)用場景[1-3]。因此，以政府主導(dǎo)的城市生命線工程的升級改造和規(guī)模化建設(shè)，是當前各地提升城市安全管理水平、發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)的主要方向之一。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 功能定位

我國《工程抗震術(shù)語標準》(JGJ/T 97—2011)將生命線工程定義為維系城市與區(qū)域的經(jīng)濟、社會功能的基礎(chǔ)性工程設(shè)施與系統(tǒng)，主要包括燃氣、給排水、交通、電力、通信、熱力、供油等系統(tǒng)。目前各地城市生命線系統(tǒng)普遍由部件(零件)、單元(配電箱)、子系統(tǒng)(如線路監(jiān)控系統(tǒng))和系統(tǒng)(如城市照明系統(tǒng))共同組成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并普遍具有“公共性”、“專業(yè)性”、“融合性”等特征。

從“基本屬性”來看，健全、穩(wěn)定的城市生命線系統(tǒng)，是提升城市和區(qū)域安全可持續(xù)發(fā)展能力的必備條件，能夠有效保證城市區(qū)域經(jīng)濟和社會功能正常運行。一旦城市生命線運行不暢，將對城市維穩(wěn)產(chǎn)生直接影響。因此，必須建立從規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)到體系運維全過程的城市生命線體系，運行目標包括：設(shè)施狀態(tài)的“實時感知”、安全隱患的“主動預(yù)警”、險情的“即時報警”、險情的“遠程處置”、險情的“信息發(fā)布”等主要功能。

從“可復(fù)用性”來看，泛在、智能的城市生命線感知體系，為智慧城市、數(shù)字孿生城市發(fā)展提供了數(shù)字底座。發(fā)展城市生命線體系所構(gòu)建的前端感知網(wǎng)(如視頻系統(tǒng))、分級式算力網(wǎng)(路側(cè)計算)、分布式能源網(wǎng)(風(fēng)光互補、本地儲能)、高速通信網(wǎng)(5G、光纖)等網(wǎng)絡(luò)，在智慧城市(如自動駕駛)、數(shù)字孿生(如城市大腦)等領(lǐng)域具有高度復(fù)用性。因此，實施城市生命線項目，能夠達成多個領(lǐng)域城市新基建體系的同步推進。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

(1)規(guī)劃與部署方面。

安徽省在2022年基本構(gòu)建以燃氣、橋梁、供水、排水防澇為重點，覆蓋16個市建成區(qū)及部分縣(市)的城市生命線安全工程主框架，實現(xiàn)燃氣7 000 km、供水7 200 km、排水17 000 km、橋梁1 800座的安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；到2025年，拓展到熱力、電力、電梯、通信、綜合管廊等領(lǐng)域，形成全省城市生命線安全工程監(jiān)測網(wǎng)。

深圳市將按照“1+11+N”(1個市級綜合監(jiān)測、11個區(qū)域監(jiān)測、N個行業(yè)領(lǐng)域監(jiān)測)應(yīng)急管理監(jiān)測預(yù)警指揮體系的整體框架實施項目建設(shè)。將在提升城市生命線工程監(jiān)測預(yù)警能力的基礎(chǔ)上，拓展生命線工程周邊環(huán)境風(fēng)險感知能力、通信保障能力、防災(zāi)韌性能力、聯(lián)動處置能力等，進而打造廣域覆蓋、智能感知、精準預(yù)警、高效處置的超大型城市生命線工程安全新模式。

(2)建設(shè)運營模式方面。

2021年8月，國務(wù)院發(fā)布《推廣城市生命線安全工程“合肥模式”經(jīng)驗》、《城市安全風(fēng)險綜合監(jiān)測預(yù)警平臺建設(shè)指南(試行)》(以下簡稱《指南》)兩份標準文件，在18個中心城市建立“城市安全風(fēng)險綜合監(jiān)測預(yù)警平臺”?！吨改稀诽岢隽舜蛟斐鞘邪踩L(fēng)險綜合監(jiān)測平臺的兩種模式：①“政府購買服務(wù)模式”，如安徽合肥由清華系企業(yè)和合肥市政府合作打造“清華技術(shù)·合肥模式”，城市生命線主要由專業(yè)企業(yè)負責建設(shè)和運營；② “政府直接主導(dǎo)建設(shè)模式”，以城市原有應(yīng)急體系為條件進行升級改造，如廣東佛山市在應(yīng)急指揮中心的基礎(chǔ)上，單獨成立城市安全運行維護團隊負責系統(tǒng)運維。

(3)項目具體實施層面。

安徽省各市成立城市基礎(chǔ)設(shè)施安全工程建設(shè)推進工作領(lǐng)導(dǎo)小組，統(tǒng)籌推進城市生命線工程安全運行監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，以“合肥模式”為模板推進項目落地；上海市通過建設(shè)城市運行管理服務(wù)平臺，提高數(shù)據(jù)匯聚效率，以城市網(wǎng)格化管理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，聚焦重點領(lǐng)域城市運行風(fēng)險，開發(fā)智能化應(yīng)用場景；深圳市圍繞“能監(jiān)測、會預(yù)警、快處置”三大功能，以先行示范的標準推進項目落地，工程主要包括：生命線工程基礎(chǔ)平臺建設(shè)、生命線工程監(jiān)測預(yù)警能力建設(shè)、生命線工程周邊環(huán)境風(fēng)險感知能力建設(shè)、生命線工程通信保障能力建設(shè)、生命線工程防災(zāi)韌性能力建設(shè)五大板塊，打造高質(zhì)量“韌性城市”。

(4)產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建方面。

以安徽為例，初步建立了整體解決方案提供企業(yè)(如辰安)+專業(yè)感知企業(yè)(如海康、大華)的產(chǎn)業(yè)格局，開展了城市排澇、城市管網(wǎng)、橋梁安全、道路安全等領(lǐng)域的試點工程建設(shè)，加速了大數(shù)據(jù)、云計算、5G、GIS等技術(shù)在城市生命線體系中的實踐應(yīng)用。截至2022年5月，安徽省生命線安全工程項目金額合計約20.65億元，年度維護投入平均為6 000萬元。

1.3 局限性分析

(1)“感知智能化”整體水平不高。

①缺乏目標導(dǎo)向的建設(shè)規(guī)劃，普遍采用因陋就簡的方式推進終端設(shè)備加載和部署，導(dǎo)致感知終端布設(shè)密度、感知數(shù)據(jù)顆粒度等關(guān)鍵要素，均未能達到當前以及未來城市生命線的數(shù)據(jù)需求。②缺乏科學(xué)合理的體系架構(gòu)設(shè)計，未能有效實現(xiàn)各專業(yè)之間的數(shù)據(jù)交互，信息孤島、煙囪效應(yīng)普遍存在，沒有形成耦合關(guān)系，無法實現(xiàn)多模態(tài)綜合感知能力。③缺乏面向應(yīng)用場景的產(chǎn)品設(shè)備定制開發(fā)體系，感知終端設(shè)備普遍就地取材，其供能方式的可靠性、通信方式的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)的實時性、與平臺之間的動態(tài)匹配性以及技術(shù)可升級等方面均存在不足，面臨著建成即落后的風(fēng)險。④缺乏泛在、細密的能源和通信支持網(wǎng)絡(luò)，制約了感知終端實時在線、感知數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)倪_成。由于缺乏細密的供電網(wǎng)絡(luò)，以電池供電的方式帶來了感知終端的非實時在線問題；不僅如此，對于城市生命線體系中預(yù)設(shè)的相關(guān)遠程安全控制裝置(如燃氣的遙控安全閥門等)，亦缺少能源供給。與此同時，有線通信網(wǎng)絡(luò)(光纖網(wǎng))、無線通信網(wǎng)(4G/5G)的缺失，限制了數(shù)據(jù)通信速率、并增加了數(shù)據(jù)丟失的概率。⑤感知系統(tǒng)運維效能偏低、性價比不高，不能滿足城域級城市生命線發(fā)展。城市生命線運維保障體系目前尚處于信息化的初級階段，一方面，設(shè)備“在線率”、報警“準確率”等關(guān)鍵運行指標普遍偏低；另一方面，未依托信息化工具形成訂單化、標準化運維模式，設(shè)施運維投入費用過高，制約了城市生命線體系規(guī)模發(fā)展。

(2)“認知智能化”缺乏數(shù)據(jù)支撐體系。

受制于安裝加載、產(chǎn)品設(shè)備、能源供給、通信網(wǎng)絡(luò)、維護水平等條件和“感知智能化”水平不足的現(xiàn)狀，目前城市生命線系統(tǒng)存在著線數(shù)據(jù)采集能力不足、數(shù)據(jù)豐富程度不夠、數(shù)據(jù)回傳速率偏低等情況。因此，由于后臺“認知”與現(xiàn)場實際狀況的“偏差”，現(xiàn)有城市生命線“認知”仍處于起步階段，必須通過“感知智能化”的進一步發(fā)展作為支撐條件，開展燃氣、電力等專業(yè)設(shè)施以及應(yīng)用場景運行的數(shù)據(jù)沉淀、習(xí)慣分析，形成算法體系，進而推動“決策智能化”發(fā)展。

(3)“決策智能化”尚無實踐應(yīng)用場景。

“感知智能化”、“認知智能化”的缺失，必然導(dǎo)致城市生命線目前既不具備“決策智能化”的水平，也不具備“決策智能化”應(yīng)用場景，需要通過全域性、復(fù)用性、數(shù)字化、數(shù)智化感知體系與認知能力的進一步建設(shè)，最終實現(xiàn)貫通城市生命線全體系、全過程的“決策智能化”。

綜上所述，目前各地在城市生命線領(lǐng)域做出了探索和嘗試，搭建了初步的產(chǎn)業(yè)架構(gòu)和運營模式，形成了一定的場景應(yīng)用和實踐經(jīng)驗。與此同時，應(yīng)參照智慧城市、數(shù)字城市發(fā)展框架，結(jié)合目前存在問題和實際應(yīng)用場景，在頂層架構(gòu)設(shè)計、統(tǒng)一建設(shè)標準、加強軟硬件功能、提高體系復(fù)用性等方面，統(tǒng)籌推進城市生命線建設(shè)進程，加快實現(xiàn)“感知智能化”、“認知智能化”、“決策智能化”持續(xù)進階發(fā)展。

2 城市生命線的體系架構(gòu)設(shè)計

為有效解決城市生命線目前發(fā)展的各類局限性問題，在技術(shù)層面，開展科學(xué)全面的頂層設(shè)計，從 “數(shù)字化”的整體架構(gòu)、“實時在線”的感知、“動態(tài)生長”的場景、“智能研判”的數(shù)據(jù)處理、“開放性”技術(shù)升級，共五個方向，共同構(gòu)建成一套具備全域感知能力，達到數(shù)字化、數(shù)智化水平的城市生命線系統(tǒng)(圖1)。

圖1 城市生命線架構(gòu)模型Fig.1 City lifeline architecture model

2.1 建立數(shù)字化驅(qū)動生命線總體構(gòu)架

依據(jù)目前物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域主流的數(shù)字化標準結(jié)構(gòu)，結(jié)合CIM、BIM技術(shù)，建立以地理信息、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為后臺體系，以設(shè)施感知、環(huán)境監(jiān)測、分析系統(tǒng)為中臺體系，以調(diào)度系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)為前臺體系的數(shù)字化體系，具體包括：

(1)加快燃氣、電力、供水各專業(yè)各領(lǐng)域的技術(shù)融合、數(shù)據(jù)融合，建立涵蓋全領(lǐng)域的生命線體系架構(gòu)；

(2)加快實現(xiàn)高速通信、實時感知等硬件系統(tǒng)與軟件平臺、大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)之間的循環(huán)驅(qū)動；

(3)形成通過開發(fā)前端應(yīng)用場景驅(qū)動中臺功能專業(yè)化升級，再以中臺功能需求推動后臺建設(shè)的明確路徑，最終達成城市生命線系統(tǒng)場景可落地、功能持續(xù)拓展、性能不斷升級的科學(xué)架構(gòu)。

2.2 建立實時在線的綜合感知系統(tǒng)

(1)建立城市生命線物聯(lián)感知平臺。建設(shè)城域級統(tǒng)一感知、各專業(yè)統(tǒng)一匯聚的中樞平臺系統(tǒng)，建立各專業(yè)之間交互的底層邏輯關(guān)系，搭建前端感知網(wǎng)絡(luò)與后臺感知功能的數(shù)據(jù)鏈路，開發(fā)城市生命線感知功能清單、感知數(shù)據(jù)清單以及技術(shù)實現(xiàn)路徑。推進城市生命線運行“異常狀態(tài)”可泛在感知(如燃氣泄漏、水管破裂等)；“節(jié)點設(shè)施”可在線控制、可在線調(diào)節(jié)(如燃氣管道閥門、供水管道閥門等)；“外部影響因素”(如第三方破壞、惡劣天氣等)可視化監(jiān)測等共3個主要方向的功能開發(fā)，并通過模塊化設(shè)計形成功能不斷疊加、專業(yè)領(lǐng)域不斷衍生的彈性綜合感知平臺。

(2)制定終端與平臺互聯(lián)的標準化通信協(xié)議。構(gòu)建“通用協(xié)議+公網(wǎng)通訊”的數(shù)據(jù)傳輸模式，建立終端感知設(shè)備與感知平臺的直連式通信通道，充分提升城市生命線感知數(shù)據(jù)傳輸速率與保密性要求；建立標準化協(xié)議，達成不同品牌、同類終端設(shè)備之間的互換性，為降低運行期成本、提高感知系統(tǒng)保障水平提供必要條件。

(3)升級存量感知終端設(shè)備通信制式和供能方式。采用“光纖+4G/5G”組合制式，對標車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛應(yīng)用場景，為各類城市生命線感知終端設(shè)備提供的高速率、大帶寬通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧阊訒r、終端設(shè)備的實時在線。配套建立泛在細密的分布式低壓電力網(wǎng)絡(luò)，解決高速通信條件下感知終端設(shè)備對于能源供給的持續(xù)需求。

(4)推進各專業(yè)管線公共空間感知體系建設(shè)。加快以“新建+改造升級”的方式，實施各專業(yè)領(lǐng)域(如燃氣、電力等)感知終端體系建設(shè)，并在此基礎(chǔ)上，推進各專業(yè)管線、各類設(shè)施公共區(qū)域/空間的感知覆蓋(如綜合管廊運行溫度及水位監(jiān)測、防第三方破壞的視頻監(jiān)測等)，形成從專業(yè)到共性、從地下到地上的立體感知網(wǎng)絡(luò)。

(5)建立數(shù)字化的終端設(shè)備運維保障體系。依托城市生命線物聯(lián)感知平臺，開發(fā)面向終端設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測系統(tǒng)，圍繞“終端在線率、故障率、誤報率”等關(guān)鍵性指標，建立終端設(shè)備的“訂單式修復(fù)”、“計劃性更新”維護保障體系，充分實現(xiàn)城市生命線系統(tǒng)的高品質(zhì)運行。

2.3 建立動態(tài)生長的場景開發(fā)系統(tǒng)

(1)建立由各專業(yè)管理部門主導(dǎo)的場景應(yīng)用開發(fā)機制。加快建立：對城市生命線運行狀態(tài)進行感知的“設(shè)施在線”功能，對影響城市生命線正常運行的極端天氣、外部破壞等情況進行感知的“環(huán)境在線”功能，對處置突發(fā)情況可用的人力、機械、材料設(shè)備等信息管理的“資源在線”功能，對燃氣、電力、供水等多專業(yè)交叉作業(yè)安全管理的“作業(yè)在線”功能，對各專業(yè)基本信息、安全隱患進行 “集中管理”功能，對城市生命線相關(guān)應(yīng)急情況進行現(xiàn)場處置的“一鍵調(diào)度”功能，對突發(fā)事故影響進行遠程處置的“一鍵控制”功能，對安全風(fēng)險、運行數(shù)據(jù)、處置情況等信息進行直觀觀測的“一屏可觀”功能，等等。

(2)建立城市生命線應(yīng)用場景開發(fā)與管理綜合平臺。依托信息化渠道，面向公眾建立開放式需求征集平臺，在城市生命線所涉及的市民出行安全、供能供水安全等相關(guān)領(lǐng)域，加速實現(xiàn)專業(yè)場景與微場景開發(fā)的動態(tài)結(jié)合。

(3)加快技術(shù)驅(qū)動的新應(yīng)用場景培育機制。建立對5G、云計算、大數(shù)據(jù)、電氣技術(shù)等領(lǐng)域前沿技術(shù)跟蹤機制，加快開發(fā)如面向海量數(shù)據(jù)自動分析處理的“智能輔助”功能應(yīng)用、支撐安全隱患遠程控制的“路側(cè)響應(yīng)”功能應(yīng)用以及結(jié)合AI技術(shù)的生命線系統(tǒng)異常狀態(tài)的自動甄別、自動處置的“自適應(yīng)”功能應(yīng)用等場景開發(fā)。

2.4 建立智能研判的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

(1)推進城市生命線標準化數(shù)據(jù)庫建設(shè)。圍繞城市生命線“管線設(shè)施”、“節(jié)點設(shè)施”、“感知設(shè)備”、“供能設(shè)施”，建立由相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)、設(shè)施基本信息、運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、異常報警數(shù)據(jù)、故障處置數(shù)據(jù)、險情排除信息等組成的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

(2)實施與前端應(yīng)用場景結(jié)合的數(shù)據(jù)沉淀體系建設(shè)。依據(jù)場景制定各類專題目錄，建立城市生命線運行特性、異常情況特性等規(guī)律觀測機制。

(3)開發(fā)服務(wù)城市生命線“可預(yù)警”、“自適應(yīng)”支撐數(shù)據(jù)中心。以數(shù)據(jù)沉淀、規(guī)律研判為依據(jù)，逐步實現(xiàn)面向城市生命線各類應(yīng)用場景的“可預(yù)警”、“自適應(yīng)”水平。

(4)開發(fā)分布式算力網(wǎng)，支撐生命線數(shù)據(jù)體系的動態(tài)擴展與升級。通過前端感知設(shè)備的智能化升級，以及加載路側(cè)計算單元等措施，分散海量數(shù)據(jù)處理壓力，建立輕量化的后臺系統(tǒng)，預(yù)留充足升級空間。

2.5 建立開放式技術(shù)升級平臺

(1)建立生命線場景開發(fā)驅(qū)動生命線系統(tǒng)功能開發(fā)的關(guān)聯(lián)機制。通過場景規(guī)劃設(shè)計與管理，驅(qū)動燃氣、電力、供水各專業(yè)整合，驅(qū)動算法、軟件、產(chǎn)品制造企業(yè)參與開發(fā)，加快建立通信、感知、大數(shù)據(jù)各領(lǐng)域新技術(shù)、新工藝研究開發(fā)應(yīng)用體系，驅(qū)動城市生命線工程建設(shè)與運營管理產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

(2)建立城市生命線功能微代碼開發(fā)基礎(chǔ)平臺。對運行過程中出現(xiàn)的各類問題及新的需求，由相關(guān)應(yīng)用部門推進實施局部調(diào)整和微功能開發(fā)，實現(xiàn)城市生命線體系的定制化開發(fā)、持續(xù)性升級，不斷健全和完善城市生命線安全保障的精細化水平。

3 城市生命線建設(shè)運營模式構(gòu)建

基于充分的現(xiàn)狀調(diào)研和問題研判，在城市生命線建設(shè)具體實施層面，應(yīng)以科學(xué)的組織架構(gòu)為基礎(chǔ)，廣泛開展底座企業(yè)與專業(yè)企業(yè)密切協(xié)作，加速各專業(yè)各領(lǐng)域數(shù)據(jù)融合以及各區(qū)域設(shè)施進行整合，并通過合理的投融資方式、場景設(shè)計，建立共享共贏的建設(shè)模式，并應(yīng)結(jié)合設(shè)施規(guī)模、功能要求，建立數(shù)字化的運維保障體系，從而形成城市生命線從建設(shè)到運維的全過程閉環(huán)管理體系(圖2)。

圖2 城市生命線建設(shè)運營體系架構(gòu)Fig.2 City lifeline construction and operation system architecture

3.1 搭建高效運轉(zhuǎn)的城市生命線的組織架構(gòu)

(1)確立各部門、各專業(yè)之間的主要職能與定位。由市級政府部門牽頭，加快建立城市生命線“指揮中心”或?qū)I(yè)機構(gòu)，確立以“指揮中心”為中樞，以“各專業(yè)企業(yè)”(燃氣、供水等)為場景，以“底座企業(yè)”(照明、電力等)為支撐的多方協(xié)作機制。明確“指揮中心”或?qū)I(yè)機構(gòu)主要職能，負責為生命線體系提供技術(shù)規(guī)范編制、政策制定、功能設(shè)計等主要內(nèi)容。

(2)進一步明確各專業(yè)領(lǐng)域即燃氣、水務(wù)、交通、電力等企業(yè)的階段性任務(wù)，提供安全需求、管理經(jīng)驗、數(shù)據(jù)共享等基本要素，并配合完成城市生命線條件下各專業(yè)領(lǐng)域的全新建設(shè)與運營模式。

(3)進一步明確各底座型企業(yè)，如照明、通信、電力等領(lǐng)域的主要職能，加快形成底座可靠、專業(yè)健全、調(diào)度通暢的城市生命線組織架構(gòu)。

3.2 推動建立各專業(yè)企業(yè)與底座企業(yè)的協(xié)作關(guān)系

通過政策引導(dǎo)+場景驅(qū)動的方式，優(yōu)先鼓勵燃氣、水務(wù)等重要專業(yè)領(lǐng)域以局部區(qū)域試點試驗的方式，與底座型企業(yè)如照明、通信等，開展項目合作。先期在感知設(shè)備加載、能源供給、通信供給等方面開展合作實踐，并逐步形成由底座型企業(yè)提供全過程感知數(shù)據(jù)服務(wù)，燃氣、水務(wù)等各專業(yè)企業(yè)持續(xù)迭代險情調(diào)度響應(yīng)能力的城市生命線運作模式。

3.3 統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各專業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)融合

圍繞加快推動城市生命線數(shù)字化建設(shè)，通過完善政策體系、突出政策支撐、細化政策保障的方式，打破城市生命線工程中各行業(yè)間的壁壘，推動完成以城市照明為主導(dǎo)，燃氣、水務(wù)、交通、電力、隧道等不同主管部門或主營企業(yè)之間的協(xié)同機制建設(shè)。

3.4 構(gòu)建政府主導(dǎo)、多方收益的建設(shè)期投融資模式

(1)確立城市生命線主管部門，以“政府購買服務(wù)”+“政策激勵方式”為主，引導(dǎo)鼓勵多種投融資模式，加快城市生命線基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

(2)成立城市生命線建設(shè)運營公司或?qū)I(yè)機構(gòu)，開展市場投融資、平臺開發(fā)、感知系統(tǒng)建設(shè)、技術(shù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)服務(wù)、運行保障等具體工作，推動城市生命線產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建。

(3)精準培育全產(chǎn)業(yè)鏈條優(yōu)秀企業(yè)，對具有城市生命線技術(shù)研發(fā)能力的高新企業(yè)、具有產(chǎn)品供應(yīng)能力的制造企業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施能源供給的底座企業(yè)、具有城市生命線建設(shè)保障能力的施工運維企業(yè)，給予政策扶持。

(4)加快場景驅(qū)動的城市生命線價值變現(xiàn)。加快重點區(qū)域、重點專業(yè)的應(yīng)用場景試點，為政府提供持續(xù)可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)和安全保障，并據(jù)此打通資金鏈條，建立變現(xiàn)渠道，在燃氣、供水等專業(yè)領(lǐng)域率先形成商業(yè)模式，為下一步產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建營造可參照樣本。

3.5 加強各區(qū)屬設(shè)施及相關(guān)資源統(tǒng)籌管理水平

在燃氣、水務(wù)、交通、電力、隧道、照明等不同領(lǐng)域，從城市生命線項目建設(shè)和政策引導(dǎo)兩個方面，推進全市“一張網(wǎng)、一塊表、一個閘”進程，為城市生命線運行期間的跨區(qū)域管理和資源調(diào)度創(chuàng)造必要條件。

3.6 建立高效能、技術(shù)持續(xù)迭代的城市生命線運營與保障體系

(1)充分依托城市生命線運營管理平臺，由“指揮中心”管理機構(gòu)、底座型企業(yè)，共同搭建感知設(shè)備的“訂單式修復(fù)”、“計劃性改造”機制，并建立運營品質(zhì)(終端在線率、故障率、誤報率等)、運營成本(人工、機械等)綜合評價管控機制，有效解決城市生命線作為端密集型基礎(chǔ)設(shè)施體系的運營可持續(xù)性問題。

(2)明確燃氣、水務(wù)等專業(yè)企業(yè)，以及照明、通信等底座企業(yè)的運營保障邊界劃分和融合領(lǐng)域，形成高效的運營期分工協(xié)作機制。

(3)由專業(yè)技術(shù)部門跟蹤最新技術(shù)，引導(dǎo)專業(yè)企業(yè)加快城市生命線技術(shù)迭代，持續(xù)提升運營期綜合效能。

3.7 搭建開放式應(yīng)用開發(fā)平臺，驅(qū)動“政用產(chǎn)學(xué)研”全產(chǎn)業(yè)生態(tài)

(1)推進城市生命線體系標準化建設(shè)。在通信領(lǐng)域，確立標準化的通信協(xié)議、通信制式、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，兼容各大運營商通信網(wǎng)絡(luò)；在感知領(lǐng)域，定義標準化數(shù)據(jù)格式、基本邏輯、數(shù)據(jù)接口；在硬件設(shè)備領(lǐng)域，定義各類設(shè)備的標準尺寸、連接件的標準接口等。

(2)建立各專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域融合發(fā)展機制。通過監(jiān)控軟件平臺模塊化的設(shè)計和動態(tài)開發(fā)機制，接入各類優(yōu)質(zhì)算法、系統(tǒng)設(shè)計；以貫通上下游產(chǎn)業(yè)以及行業(yè)間協(xié)作，將AI、大數(shù)據(jù)等技術(shù)融入到傳統(tǒng)領(lǐng)域，迸發(fā)產(chǎn)業(yè)和行業(yè)的新生機。

(3)加快開放式開發(fā)平臺建設(shè)，并通過開放平臺+政策激勵的方式，吸引各相關(guān)領(lǐng)域的科研院所、高校、專業(yè)機構(gòu)及加工制造企業(yè)，形成“政用產(chǎn)學(xué)研”全產(chǎn)業(yè)鏈體系。

4 城市生命線體系的南京路徑

南京城市照明體系所具備的“五網(wǎng)貫通”設(shè)施條件、全市“統(tǒng)一集中”的監(jiān)管機制、在智慧城市領(lǐng)域的一系列成熟模式以及“一網(wǎng)統(tǒng)管”的場景驅(qū)動，匯聚形成了南京在城市生命線建設(shè)運營過程中所具備的獨有優(yōu)勢。以此為條件，可實現(xiàn)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的輕量化覆蓋、感知網(wǎng)絡(luò)的全域性部署、算力網(wǎng)絡(luò)的復(fù)用式延伸、運維網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化升級，并將為各地城市生命線建設(shè)提供低成本、高效能的可參照樣本空間(圖3)。

圖3 南京城市生命線發(fā)展構(gòu)架Fig.3 Nanjing city lifeline development framework

4.1 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的輕量化覆蓋

(1)以城市照明系統(tǒng)為底座，輕量化推進南京智慧城市建設(shè)。2017年，綜合桿件成為南京標準基礎(chǔ)設(shè)施；2020年，城市照明線路24 h供電模式落地運行；2022年，南京照明與南京智慧城市進入融合發(fā)展階段，5 000基綜合桿、500基智慧桿，300KM 24 h供電線路、1 500個通信基站的加載，為智慧城市提供了泛在的“桿件網(wǎng)”、“能源網(wǎng)”、“有線通信網(wǎng)”、“無線通信網(wǎng)”、“算力分布網(wǎng)”(照明“五網(wǎng)”)。

(2)加快智慧城市設(shè)施復(fù)用性升級，以照明設(shè)施構(gòu)建城市生命線底座網(wǎng)絡(luò)。照明“五網(wǎng)”將以高密度的感知終端設(shè)備“可加載基點”(綜合桿、智慧桿)，分布式的“能源供給”(常規(guī)24 h供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、風(fēng)電系統(tǒng)、光伏系統(tǒng))，高速率的“通信網(wǎng)絡(luò)”(光纖+5G)、分布式的“算力供給”(路側(cè)智能柜/智能盒)等方式，直接為城市生命線體系提供24 h實時感知、異常狀態(tài)的迅速分析、遠程處置等支撐服務(wù)，成為城市生命線優(yōu)質(zhì)、泛在的底座體系。

(3)以底座設(shè)施“集中統(tǒng)一”的管理格局，形成南京城市生命線發(fā)展的獨特優(yōu)勢。有效避免了深圳等地設(shè)施分區(qū)域管理對發(fā)展智慧城市、城市生命線體系形成的天然阻礙。截至目前，南京全市統(tǒng)一管理的照明設(shè)施體量共達到160萬盞燈具(含功能照明與景觀照明)，3 000臺路側(cè)遙控配電箱、5 000 km專屬供電線路、40 000套單燈監(jiān)控終端，覆蓋了南京主城、江北、紫東等區(qū)域共1 350 km2空間范圍。

4.2 感知網(wǎng)絡(luò)的全域性部署

(1)以“新建+升級改造”模式，依托南京照明“五網(wǎng)”為底座，形成“穿透式”的通信通道和電源供給，面向燃氣、供排水、熱力、橋梁、綜合管廊等基礎(chǔ)設(shè)施，整合壓力、流量、影像、震動、氣體、超聲波、溫度、濕度、加速度、音視頻等多種傳感器，建立“地面以下”部分的城市生命線感知體系。

(2)以“共用+新建”模式，依托南京智慧城市現(xiàn)有“視頻感知網(wǎng)”、“環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)”，建立如燃氣泄漏、水管爆裂等“地面以上”部分的城市生命線感知體系。

(3)以南京照明“云、網(wǎng)、端、邊”感知架構(gòu)為模板，構(gòu)建南京城市生命線地上地下空間立體感知全新模態(tài)。通過統(tǒng)籌平臺建設(shè)、邏輯架構(gòu)、定制服務(wù)，集成燃氣、電力、供水等各專業(yè)領(lǐng)域感知數(shù)據(jù)，集成智慧交管、智慧安防、智慧交通等智慧城市領(lǐng)域感知數(shù)據(jù)，為南京城市生命線應(yīng)用場景提供“全時域”、“全空域”的數(shù)據(jù)來源。

4.3 算力網(wǎng)絡(luò)的復(fù)用式延伸

(1)南京智慧城市的發(fā)展，為城市生命線數(shù)字化路徑提供了科學(xué)參照。第一階段(2018年—2019年)：“數(shù)據(jù)可匯聚”。建成青奧智慧城市示范區(qū)，實現(xiàn)了視頻監(jiān)控、4G/5G基站、LORA網(wǎng)關(guān)、智慧井蓋、水位超限檢測、降塵系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)等十多項智慧城市應(yīng)用落地。第二階段(2020年—2021年)：“路側(cè)算力分布”。建成了夫子廟智慧示范景區(qū)，首推“智慧路燈機器人”系統(tǒng)，將智慧桿升級為數(shù)據(jù)可計算、可交互、可執(zhí)行的智慧城市“路側(cè)單元”。第三階段(2022年以后)：“AI融合”、“自主學(xué)習(xí)”。建成南京南站智慧城市鷹眼系統(tǒng)，以視頻監(jiān)控+數(shù)據(jù)打通+數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)為技術(shù)路徑，達成黑車治理的全過程的數(shù)字化、智能化；建成鹽大街萬象系統(tǒng)，以視頻監(jiān)控與數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的方式，實現(xiàn)了門前三包、路邊停車等應(yīng)用場景。

(2)依托智慧城市算力網(wǎng)的可復(fù)用性，加快建立南京城市生命線“分步式”算力體系。目前南京智慧城市已完成“智慧交通”、“智慧市政”、“智慧停車”、“智慧工地”、“智慧安防”、“智慧城管”各領(lǐng)域試點實踐，已經(jīng)建立了泛在的算力網(wǎng)絡(luò)。因此，南京生命線系統(tǒng)可以此為依托，迅速建成“AI終端”+“路側(cè)計算”+“平臺分析”的三級算力分布架構(gòu)，提供持續(xù)的多模態(tài)、多領(lǐng)域運算能力，并為南京數(shù)字孿生城市預(yù)留充分的發(fā)展空間。

4.4 運維網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化升級

(1)城市生命線各傳統(tǒng)專業(yè)領(lǐng)域數(shù)字化進程加速。以城市照明為例，2016年，信息化平臺開發(fā)運行，打通監(jiān)控系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)；2018年，單燈監(jiān)控上線，燈具故障維修跨入“滴滴修燈”新時代；2022年，三期平臺開發(fā)完成，照明設(shè)施進入“動態(tài)監(jiān)測、精準控制、智能調(diào)節(jié)”的全域感知時代，設(shè)施運維進入故障可預(yù)判、改造計劃自動生成、應(yīng)急情況智能調(diào)度的全流域管理時代。

(2)結(jié)合傳統(tǒng)領(lǐng)域數(shù)字化與集中統(tǒng)一的底座設(shè)施，構(gòu)建南京城市生命線數(shù)字化保障網(wǎng)絡(luò)。目前，南京照明數(shù)字化運維模式，已從城市照明領(lǐng)域拓展至智慧交管、智慧安防、智慧交通等智慧城市領(lǐng)域，將通過智慧城市與城市生命線體系的復(fù)用性建設(shè)，推進感知設(shè)備的數(shù)字化、通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化、能源網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化、運維作業(yè)的數(shù)字化，建立承載城市生命線千萬級感知終端的數(shù)字化運維網(wǎng)絡(luò)。

4.5 與城市“一網(wǎng)統(tǒng)管”的融合發(fā)展

(1)南京“城市一網(wǎng)統(tǒng)管”引導(dǎo)“城市生命線”架構(gòu)設(shè)計。南京“城市一網(wǎng)統(tǒng)管”的3個中心建設(shè)：“輕應(yīng)用開發(fā)中心”、“運行感知中心”、“數(shù)據(jù)分析研判中心”，對當前“城市生命線”體系搭建具有高度的可借鑒性。

(2)“城市一網(wǎng)統(tǒng)管”運作模式為“城市生命線”提供了參照。比如“輕應(yīng)用開發(fā)中心”，激活微治理、微創(chuàng)新提高基層服務(wù)水平，以“一網(wǎng)統(tǒng)管”電子商城為一網(wǎng)統(tǒng)管輕應(yīng)用提供采購模式，以輕應(yīng)用“低代碼開發(fā)平臺”促進開放式定制開發(fā)，提供“助推器”等措施，在“城市生命線”領(lǐng)域具有普適性。

(3)“城市一網(wǎng)統(tǒng)管”與“城市生命線”在應(yīng)用場景方面具有統(tǒng)一性和互補性，如“社會治理”、“城市精細化治理”、“聯(lián)動指揮”、“安全監(jiān)管”、“疫情防控”、“智慧政務(wù)”等。

(4)南京“城市生命線”成為“城市—網(wǎng)統(tǒng)管”不可或缺的“底座系統(tǒng)”。“城市—網(wǎng)統(tǒng)管”中的“社會治理”最后一公里問題、“聯(lián)動指揮”—“平、特、急”等場景，亟須通過泛在細密、高速通信、AI賦能的南京“城市生命線”感知系統(tǒng)作為支撐條件。

(5)“城市生命線”和“城市一網(wǎng)統(tǒng)管”將在南京數(shù)字化產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建方面，形成宏觀與微觀層面相結(jié)合的“分布式”驅(qū)動模式。因此，推動“一網(wǎng)統(tǒng)管”與“城市生命線”的融合發(fā)展，是當前南京數(shù)字化城市建設(shè)的科學(xué)路徑之一。

5 城市生命線驅(qū)動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展新生態(tài)

城市生命線不僅是城市基礎(chǔ)功能的保障線，也是數(shù)字城市數(shù)字經(jīng)濟的重要應(yīng)用場景。城市生命線的功能需求，驅(qū)動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展；城市生命線設(shè)施的可復(fù)用性，為數(shù)字經(jīng)濟提供了底座系統(tǒng)。因此，城市生命線必將成為發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟的驅(qū)動引擎。

5.1 城市生命線構(gòu)建數(shù)字城市底座

城市生命線體系建設(shè)為數(shù)字城市數(shù)字經(jīng)濟提供了必備的底座系統(tǒng)。5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等“新基建”，以及能源網(wǎng)、算法體系、技術(shù)體系等，既是城市生命線的底座系統(tǒng)，也是發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟的必要物質(zhì)基礎(chǔ)和關(guān)鍵支撐，城市生命線的底座系統(tǒng)對數(shù)字經(jīng)濟具有重要的復(fù)用性。因此，城市生命線的建設(shè)是開啟數(shù)字城市數(shù)字時代的必經(jīng)之路。

5.2 城市生命線打通數(shù)字產(chǎn)業(yè)鏈條

城市生命線項目為數(shù)字經(jīng)濟提供了可擴展的產(chǎn)業(yè)鏈條、商業(yè)模式和運營模式。城市生命線將率先完成部分領(lǐng)域的“政用產(chǎn)學(xué)研”整合，以及建設(shè)、運營模式的實踐，為數(shù)字經(jīng)濟更為宏大的應(yīng)用場景提供了模式參照、商業(yè)路徑以及可復(fù)用可擴展的上、中、下游產(chǎn)業(yè)集群。

5.3 城市生命線觸發(fā)數(shù)字經(jīng)濟蝴蝶效應(yīng)

以結(jié)合“碳交易”、“智慧城市”、“數(shù)字孿生城市”等相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的方式，將城市生命線融入數(shù)字交易市場，將推動資本集聚，促進資源合理配置，發(fā)揮數(shù)據(jù)要素對經(jīng)濟社會發(fā)展的蝴蝶效應(yīng)。2021年，我國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展取得新突破，數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模達到45.5萬億元，同比名義增長16.2%，高于同期GDP名義增速3.4個百分點，占GDP比重達到39.8%。城市生命線應(yīng)用場景將形成對整個數(shù)字經(jīng)濟體系的持續(xù)驅(qū)動。

6 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展，以及智慧城市、數(shù)字城市時代到來，城市生命線將從單專業(yè)向多模態(tài)融合、從專用性到復(fù)用性拓展、從傳統(tǒng)到信息化與數(shù)字化的轉(zhuǎn)型升級。以數(shù)字化的城市照明為底座系統(tǒng)，新型城市生命線的建設(shè)可迅速形成規(guī)模效益，將為城市功能運轉(zhuǎn)提供穩(wěn)定的保障體系，也將為智慧城市、數(shù)字城市宏大產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建提供持續(xù)輸出的底座平臺。