范益群，王安業(yè)，于曉宇，黃瑞達(dá)，項 輝

[1.上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092；2.同濟(jì)大學(xué)，上海市 200092]

0 引言

城市市政基礎(chǔ)設(shè)施是城市的“骨架”，是城市正常運營和健康發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，對于改善人居環(huán)境、增強(qiáng)城市綜合承載能力具有重要作用。

2020年8月，住建部、網(wǎng)信辦、科技部、工信部、人社部、商務(wù)部、銀監(jiān)會七部委聯(lián)合發(fā)文《關(guān)于加快推進(jìn)新型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》中，明確要求“推進(jìn)智能化感知設(shè)施建設(shè)，實現(xiàn)對市政設(shè)施運行數(shù)據(jù)的全面感知和自動采集”，并“建立基于BIM平臺的市政基礎(chǔ)設(shè)施智能化管理平臺，對水電氣熱等運行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測、模擬仿真和大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對管網(wǎng)漏損、防洪排澇、燃?xì)獍踩燃皶r預(yù)警和應(yīng)急處置，促進(jìn)資源節(jié)約利用，保障市政設(shè)施安全運行”[1]。

在2021年初，上海市發(fā)布的《關(guān)于全面推進(jìn)上海城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意見》中，也指出要塑造數(shù)字時代的城市全新功能[2]。融合應(yīng)用數(shù)字孿生城市、大數(shù)據(jù)與人工智能等技術(shù)，推動城市“規(guī)建管用”一體化閉環(huán)運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)城市決策“一張圖”、城市治理“一盤棋”，為城市精細(xì)管理和科學(xué)決策提供“說明書”。推進(jìn)城市建筑、市政設(shè)施和地下管線的數(shù)字化管理系統(tǒng)建設(shè)和信息備案，逐步實現(xiàn)城市可視化、可驗證、可診斷、可預(yù)測、可學(xué)習(xí)、可決策、可交互的“七可能力”，使城市更聰明、更智慧。

2020年10月份，上海市政總院作為牽頭單位，聯(lián)合了中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、上海電氣自動化設(shè)計研究所有限公司、中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院、聯(lián)通產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有限公司等9家國內(nèi)行業(yè)頂尖單位，獲得國家重點研發(fā)計劃“物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市關(guān)鍵技術(shù)及示范”專項2020年度計劃“1.1城市重大市政設(shè)施智能化運維與管控平臺構(gòu)建及應(yīng)用示范（項目編號：2020YFB2103300）”立項。該項目旨在探索重大市政設(shè)施運管智能化架構(gòu)體系，攻克多狀態(tài)混雜環(huán)境自主接入關(guān)鍵技術(shù)，研制惡劣工況下長期值守智能感知終端和移動便攜式采集與邊緣處理終端，搭建基于泛在物聯(lián)的市政設(shè)施智能化運管平臺，并在超大城市實現(xiàn)100萬以上監(jiān)測節(jié)點的示范應(yīng)用。進(jìn)而保障重大市政設(shè)施的正常運行，對接“一網(wǎng)統(tǒng)管”城市運管平臺，支撐基礎(chǔ)設(shè)施傳統(tǒng)運管模式的轉(zhuǎn)型升級。據(jù)此，本文參考上海市政總院編制的《城建城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究報告》，對城市重大市政設(shè)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型的現(xiàn)狀和趨勢做進(jìn)一步分析和總結(jié)。

1 城市重大市政設(shè)施工作現(xiàn)狀

城市重大市政設(shè)施及城市信息模型工作現(xiàn)狀見表1。

表1 城市重大市政設(shè)施工作現(xiàn)狀

2 城市重大市政設(shè)施存在的問題與瓶頸

2.1 城市地下空間

（1）地下空間法律體系尚未健全

目前，城市地下空間法治體系存在的主要問題有：法律體系對地下空間的經(jīng)營權(quán)、所有權(quán)界定不清，法律主體不明確，管理標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一[3]。具體來看，在國家法律層面上，尚未形成完整的法律體系，法律上既沒有明確城市土地的地下部分哪些屬于國家的權(quán)利范圍，也沒有明確規(guī)定地下空間是一種資源，所以很難界定城市地下空間的所有權(quán)主體。

（2）地下設(shè)施和地質(zhì)調(diào)查不完全

要實現(xiàn)城市地下空間數(shù)字化，摸清地下資源和了解地質(zhì)信息是前提。然而，我國大部分城市還沒有進(jìn)行相關(guān)調(diào)查，有的也僅僅是對近期的項目進(jìn)行了解，不能形成系統(tǒng)化的方法體系。加之管理上，各部門對城市地下空間的運營各自為政，相互缺乏溝通，很難形成合力，調(diào)查很難執(zhí)行[12]。

（3）項目全過程智能應(yīng)用不足

當(dāng)前，針對地下工程的國產(chǎn)軟件很少而且大部分并不成熟。雖然各軟件公司在不斷研發(fā)，開發(fā)了如博超、探索者和魯班等軟件，但國內(nèi)在核心建模、可持續(xù)分析等方面尚未開發(fā)出相關(guān)的軟件。BIM技術(shù)應(yīng)用建立在相互協(xié)同的基礎(chǔ)之上，需要建模，制圖，施工模擬等軟件相互配合，這些都需開放兼容的設(shè)計軟件環(huán)境和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。此外，地下環(huán)境分析軟件的不成熟也使地下工程很難通過數(shù)字孿生將模型應(yīng)用到項目的全生命周期[3]。

2.2 城市道路交通

城市道路智慧化設(shè)計和建設(shè)缺少系統(tǒng)指導(dǎo)和頂層設(shè)計。在現(xiàn)行的項目中，設(shè)施重復(fù)建設(shè)問題突出，比如傳感器，云存儲中心、5G網(wǎng)絡(luò)等配套基礎(chǔ)設(shè)施[6]。

道路是城市活動的重要空間，是交通設(shè)施、新基建設(shè)施的核心載體，相比公路領(lǐng)域，涉及到公交、停車、物流等各種交通場景建設(shè)和利用的空間，因此城市道路的智慧化建設(shè)的需求類型更多、建設(shè)內(nèi)容范圍更廣，需要針對性、統(tǒng)一地對城市道路特征進(jìn)行建設(shè)。

2.3 城市水務(wù)

（1）智慧水務(wù)的目標(biāo)不明確

我國各地區(qū)智慧水務(wù)的建設(shè)目標(biāo)各不相同，發(fā)展水平參差不齊，主要表現(xiàn)在偏重于信息化建設(shè)，忽視對解決水務(wù)問題能力的提升；偏重于強(qiáng)調(diào)實時監(jiān)測等“感知”建設(shè)，忽略數(shù)據(jù)挖掘和“智慧”應(yīng)用建設(shè)等。這使得一些地方在智慧水務(wù)建設(shè)過程中，大多停留在信息化表達(dá)上，導(dǎo)致建成項目系統(tǒng)性弱、可應(yīng)用性弱、兼容性差，技術(shù)融合不充分，也不具備智慧化所需大數(shù)據(jù)甄別和計算模型的應(yīng)用，難以真正發(fā)揮智慧水務(wù)應(yīng)有的作用。

（2）智慧水務(wù)建設(shè)系統(tǒng)性差

目前，大部分水務(wù)企業(yè)未開展系統(tǒng)的智慧水務(wù)建設(shè)規(guī)劃，因采集系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等配套系統(tǒng)不匹配甚至未配置，造成工裝設(shè)備智能化水平低、智能化改造難度大、智能化設(shè)備利用率低。這些問題不僅造成資源浪費，也阻礙了真正有利于提高生產(chǎn)效率的智慧技術(shù)的推廣應(yīng)用。

（3）信息技術(shù)與水務(wù)業(yè)務(wù)融合度差

智慧水務(wù)建設(shè)與互聯(lián)網(wǎng)、計算機(jī)、數(shù)字信息技術(shù)、云計算、人工智能等當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)融合性差。一方面，當(dāng)前很多智慧水務(wù)建設(shè)所采用的技術(shù)設(shè)備不能適應(yīng)水務(wù)行業(yè)的應(yīng)用需求；另一方面，行業(yè)缺乏技術(shù)改進(jìn)與管理改進(jìn)相融合的研究與實踐，許多技術(shù)和設(shè)備只是單純的將計算機(jī)技術(shù)、檢測技術(shù)、自控技術(shù)等與水務(wù)行業(yè)相結(jié)合，未考慮企業(yè)復(fù)雜的生產(chǎn)運行條件，導(dǎo)致很多“先進(jìn)技術(shù)”表現(xiàn)出功能差、易損化、難維護(hù)等問題，不僅不能提升運行效率，更影響到企業(yè)建設(shè)智慧水務(wù)的信心和決心，不利于行業(yè)發(fā)展。

（4）數(shù)據(jù)挖掘和分析弱，難以支撐水務(wù)行業(yè)科學(xué)發(fā)展

智慧水務(wù)系統(tǒng)缺乏合理規(guī)劃設(shè)計，規(guī)模較小，功能也不盡完善，未建立基于數(shù)學(xué)模型和海量信息融合分析的輔助決策系統(tǒng)，各應(yīng)用功能無法充分發(fā)揮；各類管理平臺仍以數(shù)據(jù)匯總分析為主，平臺決策功能還過于分散和薄弱，決策過程仍然依賴決策者的經(jīng)驗判斷，斥巨資建立的系統(tǒng)難以為政府和水務(wù)企業(yè)提供有效的決策支持。

2.4 城市環(huán)保

（1）固廢處理技術(shù)亟待升級換代

目前，還缺少統(tǒng)一的新一代信息化技術(shù)架構(gòu)、物聯(lián)設(shè)備和接口等標(biāo)準(zhǔn)；適用于固體廢物管理的物聯(lián)技術(shù)設(shè)備和應(yīng)用軟件開發(fā)投入和產(chǎn)業(yè)化不足；固體廢物管理的大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖潛應(yīng)用能力較為落后。因此，現(xiàn)有信息化管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)和技術(shù)手段還難以滿足新固廢法提出的全過程監(jiān)控和信息化追溯的要求。

（2）固廢管理制度需要調(diào)整和創(chuàng)新

固體廢物信息化管理使現(xiàn)有管理制度實施更加便利，同時也對現(xiàn)有制度提出新的改進(jìn)和提升要求。例如，基于第三方信息服務(wù)的固體廢物申報和轉(zhuǎn)移帶來了管理模式的變化，數(shù)據(jù)的權(quán)屬和企業(yè)、政府等相關(guān)方的權(quán)責(zé)問題有待明確，信息化管理流程和數(shù)據(jù)的法律地位、效力問題需要明晰。解決上述問題將推動固體廢物管理模式的持續(xù)轉(zhuǎn)變和升級。

（3）環(huán)保行業(yè)數(shù)字化應(yīng)用需拓展和提升

目前，信息化工作雖然在支撐固體廢物環(huán)境管理制度落實、支持相關(guān)部門業(yè)務(wù)辦理、服務(wù)企業(yè)和社會需求等方面發(fā)揮了一定作用，但仍有巨大的提升空間，比如：在未來可以支持生態(tài)環(huán)境部門排污許可制度實施和環(huán)境執(zhí)法工作，支撐國家和地方稅收政策、產(chǎn)業(yè)政策、金融政策的實施。同社會生產(chǎn)和生活的其他領(lǐng)域一樣，信息化工作也將為固體廢物管理和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供極大便利并產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響[13]。

2.5 城市應(yīng)急消防

（1）消防設(shè)施管理體制不順

以市政消火栓為例，設(shè)計、建設(shè)、維護(hù)、使用、執(zhí)行部門不同，帶來很多問題，如按規(guī)范建設(shè)到位、設(shè)計不合理。

（2）應(yīng)急避難場所運行維護(hù)管理不完善

已建成的應(yīng)急避難場所受管理經(jīng)費及管理人員的限制，對場所內(nèi)的設(shè)備設(shè)施管理不夠完善，也缺少人員專門進(jìn)行管理；另外，已建成的場所大多為場地型，平時主要為休閑廣場、綠地公園等公共場所，除要滿足應(yīng)急避難的需要外，更多注意的是平時的使用需求。為了滿足平時的需要，應(yīng)急避難必須的設(shè)備設(shè)施沒有專門的場地，客觀上也給維護(hù)管理造成了困難。

2.6 城市信息模型CIM

（1）數(shù)據(jù)集成與處理難

在多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成方面，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)如何與BIM數(shù)據(jù)之間形成有效對接仍存在困難。面對大體量、精細(xì)化的BIM數(shù)據(jù)，如何生產(chǎn)存儲和更新、如何更高效精準(zhǔn)地應(yīng)用數(shù)據(jù)等，都需要做大量的工作，BIM數(shù)據(jù)的處理、高效載入、組織是一個難點。

（2）技術(shù)研發(fā)和推廣普及弱

不論是基于GIS還是BIM等技術(shù)來搭建CIM平臺，目前都存在一定的不適應(yīng)性。BIM技術(shù)對大場景城市級的支持較弱，GIS對部件等建筑單體級的模型支持較弱，這都是需要攻關(guān)的難題。

技術(shù)的更新?lián)Q代需要一定的時間，CIM區(qū)別于以往的空間信息平臺，引入了BIM技術(shù)，在建設(shè)工程領(lǐng)域，BIM技術(shù)處于初步發(fā)展階段，BIM軟件的普及需要一個實踐過程。此外，CIM平臺搭建成本很高，給推廣帶來了較大壓力。

3 發(fā)展趨勢

城市重大市政設(shè)施數(shù)字化發(fā)展趨勢見表2。

表2 城市重大市政設(shè)施數(shù)字化發(fā)展趨勢

4 重點工作建議

通過上述現(xiàn)狀和趨勢的分析梳理，圍繞城市重大市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求與任務(wù)，初步形成以下工作建議：

（1）建設(shè)城市地下空間綜合智慧化平臺，運用信息化、智能化等技術(shù)推動城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施管理手段、模式、理念創(chuàng)新，提升運行管理效率和事故監(jiān)測預(yù)警能力。首先，建立健全的城市地下空間法律法規(guī)體系和推動地下空間信息透明化。其次，推動地下空間開發(fā)利用全生命周期智能化。基于3D數(shù)字空間為載體，落實地下空間全域和全要素管控。

（2）推進(jìn)以“數(shù)字感知、智慧底座”為核心的交通經(jīng)濟(jì)新轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施全要素、全周期、智能化、全鏈條、一體化的交通服務(wù)的廣泛應(yīng)用。道路交通數(shù)字化轉(zhuǎn)型建設(shè)總體包括交通基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化建設(shè)、數(shù)字化監(jiān)管和行業(yè)治理模式建設(shè)和構(gòu)建創(chuàng)新的交通場景和交通方式。在實施路徑上，以問題和目標(biāo)為導(dǎo)向，重點以交通場景建設(shè)為切入和抓手，通過場景建設(shè)帶動行業(yè)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建。結(jié)合政策、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定，引導(dǎo)行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，最終全面提升交通行業(yè)。

（3）堅持以面向行業(yè)、支撐政府、服務(wù)社會為原則，通過新一代信息技術(shù)與水務(wù)業(yè)務(wù)的深度融合，不斷推動水務(wù)行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與升級換代，實現(xiàn)城鎮(zhèn)水務(wù)的數(shù)據(jù)資源化、控制智能化、管理精細(xì)化、決策智慧化，支撐城鎮(zhèn)水務(wù)行業(yè)運營更高效、管理更科學(xué)、服務(wù)更優(yōu)質(zhì)。首先，加強(qiáng)智慧水務(wù)整體規(guī)劃設(shè)計，為智慧水務(wù)持續(xù)發(fā)展筑牢基礎(chǔ)。其次，著力水務(wù)自動化智能化建設(shè)，工作開展上以人為因素為關(guān)鍵節(jié)點。然后，建立智慧水務(wù)系統(tǒng)平臺，形成智慧水務(wù)體系，全面實現(xiàn)全自動化。最后，打造完善的自主運行智慧水務(wù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，進(jìn)行全域推廣。

（4）構(gòu)建和完善結(jié)構(gòu)清晰、系統(tǒng)高效的環(huán)保行業(yè)數(shù)字化工作平臺。通過數(shù)字化平臺協(xié)同設(shè)計，并將設(shè)計成果運用至項目的建、管、運過程中，在此過程不斷積累建管運數(shù)據(jù)，形成獨有的行業(yè)數(shù)據(jù)庫。其次，通過數(shù)字化平臺進(jìn)一步對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行總結(jié)、分析，形成大數(shù)據(jù)資產(chǎn)，作為技術(shù)支撐，并提供數(shù)字化的系統(tǒng)解決方案。具體實施路徑：搭建以BIM為核心的數(shù)字化技術(shù)平臺，形成支撐環(huán)保設(shè)施建管運的大數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)字化技術(shù)以“工程+服務(wù)”的方式推動環(huán)保行業(yè)從工程建設(shè)向服務(wù)建設(shè)轉(zhuǎn)型，通過數(shù)字建造驅(qū)動構(gòu)建互利共贏融合發(fā)展的環(huán)保數(shù)字化產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈。

（5）構(gòu)建基于“智慧城市”的應(yīng)急消防設(shè)施預(yù)警和決策系統(tǒng)。首先，建設(shè)開發(fā)應(yīng)急消防設(shè)施和物資全生命周期管理平臺。其次，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)應(yīng)急消防設(shè)施場所等的安全監(jiān)測平臺，實現(xiàn)應(yīng)急設(shè)備狀態(tài)、應(yīng)急水源安全、消防通道占用情況等風(fēng)險源的遠(yuǎn)程監(jiān)控。最后，建設(shè)應(yīng)急消防設(shè)施人員分布管理系統(tǒng)，利用人員定位標(biāo)識，通過綜合接收信號強(qiáng)度算法和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龇▽κ芸啬繕?biāo)進(jìn)行環(huán)境位置分析和計算。

（6）建設(shè)CIM基礎(chǔ)平臺，推進(jìn)CIM基礎(chǔ)平臺在上海市新型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，吸引智慧產(chǎn)業(yè)資本、人才、企業(yè)的流動和集聚，帶動數(shù)字孿生、BIM、CIM、“云大物智鏈”等具有高技術(shù)、高附加值的數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升城市系統(tǒng)化、精細(xì)化、智慧化管理水平，推動城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化。

5 結(jié) 語

實踐表明，城市重大市政設(shè)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型需依托數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，利用大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生等計算機(jī)技術(shù)賦能市政設(shè)施綠色高效的運行?？梢灶A(yù)見，在不久的將來，城市重大市政設(shè)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型將走產(chǎn)業(yè)化發(fā)展之路，形成產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)鏈，在市政行業(yè)加快數(shù)字化的同時，數(shù)字化產(chǎn)業(yè)也會蓬勃發(fā)展，相互促進(jìn)，多方協(xié)作，共同促進(jìn)社會進(jìn)步。