數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下城市基礎(chǔ)設(shè)施更新與智慧運(yùn)營的思考

■ 上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司

上海城市基礎(chǔ)設(shè)施更新工程技術(shù)研究中心 狄迪 何靜

在城鎮(zhèn)化不斷提高的今天，我國的城市發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到城市更新階段，從大規(guī)模增量建設(shè)轉(zhuǎn)入存量提質(zhì)改造和增量結(jié)構(gòu)調(diào)整并重的時(shí)期，城市基礎(chǔ)設(shè)施更新已成為推進(jìn)國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，需要在精準(zhǔn)感知、精確分析、精細(xì)管理、精益服務(wù)等方面實(shí)現(xiàn)全面提升。隨著數(shù)字化時(shí)代的到來，在城市基礎(chǔ)設(shè)施面臨使用壽命到期、功能不完善等“集體老化”問題的同時(shí)，以數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施為代表的城市“新基建”正在起步，并擁有廣闊發(fā)展空間。城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、服務(wù)水平直接影響著城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)運(yùn)行的效率，尤其是城市居民的生活品質(zhì)。因此，開展城市基礎(chǔ)設(shè)施更新與運(yùn)維數(shù)字化技術(shù)的研究與建設(shè)，有利于我國城市社會(huì)的高速穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)提升城市品質(zhì)、韌性具有重要的戰(zhàn)略意義[1]。本文介紹當(dāng)前較為先進(jìn)的成套城市基礎(chǔ)設(shè)施更新技術(shù)及應(yīng)用，分析總結(jié)我國城市基礎(chǔ)設(shè)施更新與智慧運(yùn)營方面存在的問題，并提出相關(guān)建議，以期為數(shù)字化背景下推進(jìn)城市基礎(chǔ)設(shè)施更新與智慧運(yùn)營提供參考。

國內(nèi)城市基礎(chǔ)設(shè)施更新與智慧化的先進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用

中心城區(qū)高架道路更新成套技術(shù)

以上海市內(nèi)環(huán)高架設(shè)施提升和功能完善工程（內(nèi)環(huán)“年輕化”工程）為代表的中心城區(qū)高架道路更新成套技術(shù)示范應(yīng)用，是國內(nèi)首個(gè)核心城區(qū)高架“年輕化”改造項(xiàng)目，致力打造一條“安全可控、高效暢達(dá)、智慧服務(wù)、環(huán)境友好”，并具有上海特色的城市高架道路，如圖1所示，主要技術(shù)創(chuàng)新包含以下3方面內(nèi)容：

圖1 上海內(nèi)環(huán)高架“年輕化”工程

一是結(jié)合更新典型場景與決策體系進(jìn)行多維度評(píng)估：提出橋梁結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施、智慧運(yùn)維及環(huán)境景觀功能四位一體的功能完善提升路徑。

二是低影響施工技術(shù)及材料的大規(guī)模應(yīng)用：確保在大流量交通下的不間斷施工、最大限度壓縮工期、減少施工對(duì)交通和環(huán)境的影響。

三是運(yùn)維前置—數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)—輔助決策：智慧運(yùn)維功能全面提升，對(duì)橋梁健康監(jiān)測設(shè)備、車輛動(dòng)態(tài)稱重抓拍設(shè)備等進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)，為智慧化管養(yǎng)進(jìn)一步賦能。

面向老城區(qū)人居環(huán)境整體提升的城市更新方法

從頂層設(shè)計(jì)著手，統(tǒng)籌項(xiàng)目全過程策劃與實(shí)施，采用“規(guī)劃—設(shè)計(jì)—投資—施工—運(yùn)維”的全生命周期成套更新提升技術(shù)，基于完善基本保障類服務(wù)、豐富品質(zhì)提升類服務(wù)兩個(gè)維度，關(guān)注居住、街巷等空間區(qū)域的環(huán)境改善，推進(jìn)老舊小區(qū)改造、城市智慧集成、秩序亂象攻堅(jiān)、公共設(shè)施功能提升和街道空間再造等五大專項(xiàng)行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)老舊片區(qū)功能、空間、風(fēng)貌的綜合提升更新，如圖2所示。

圖2 基于全生命周期的老城區(qū)人居環(huán)境提升功能模塊

基于多源數(shù)據(jù)分析的城市更新規(guī)劃技術(shù)

利用新興數(shù)字化技術(shù)手段為更新區(qū)域提供精準(zhǔn)的需求分析，如將手機(jī)信令、BIM、GIS、IoT等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，從人群活力度、功能混合度、視野開放度、交通連接度等方面對(duì)城市區(qū)域進(jìn)行更新需求與潛力綜合評(píng)價(jià)，形成“評(píng)估—規(guī)劃—實(shí)施—導(dǎo)則—后評(píng)估”的城市空間品質(zhì)更新規(guī)劃技術(shù)。以上海市黃浦江兩岸濱水空間品質(zhì)提升項(xiàng)目為例，采用大規(guī)模與高精度數(shù)據(jù)群組，對(duì)濱水區(qū)域的更新潛力進(jìn)行評(píng)估，以此指導(dǎo)更新方案的制定，如圖3所示。

圖3 基于多源數(shù)據(jù)的上海黃浦江兩岸濱水空間品質(zhì)綜合評(píng)估

我國城市基礎(chǔ)設(shè)施更新與智慧運(yùn)營存在的主要問題

基于全生命周期的城市基礎(chǔ)設(shè)施更新的數(shù)字化研究工作滯后

目前，我國城市基礎(chǔ)設(shè)施中可用的數(shù)據(jù)種類相對(duì)有限、數(shù)據(jù)采集頻率不足，數(shù)據(jù)源的獲取方式有待進(jìn)一步挖掘與共享。需要通過不斷開放多源數(shù)據(jù)，研究多源耦合數(shù)據(jù)的融合解析方法，建立相關(guān)數(shù)據(jù)跨行業(yè)、跨部門的數(shù)據(jù)閉環(huán)和管理機(jī)制，打通壁壘，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)使用效率，更大程度釋放數(shù)字化領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，切實(shí)保障城市基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)品質(zhì)提升。其次，現(xiàn)有城市基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)采集在建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)的各個(gè)階段相互分離，未能建立全生命周期的數(shù)字生態(tài)環(huán)境，難以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估與更新決策。再次，城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化體系的研究還處于發(fā)展階段，標(biāo)準(zhǔn)體系不完整，在許多方面還沒有現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)可應(yīng)用，如城市基礎(chǔ)設(shè)施檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)營數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)仍處于空白，亟須有針對(duì)性地進(jìn)行城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)制定。

大數(shù)據(jù)環(huán)境下的城市基礎(chǔ)設(shè)施更新綜合評(píng)價(jià)與提升策略有待深入

現(xiàn)有對(duì)于城市基礎(chǔ)設(shè)施的性能評(píng)價(jià)多集中在基礎(chǔ)設(shè)施的本身固有性能，并且往往以單一指標(biāo)體系衡量，難以對(duì)其所承擔(dān)的社會(huì)、環(huán)境等因素的綜合意義進(jìn)行評(píng)估。在城市更新背景下，人民群眾的體驗(yàn)將上升到一個(gè)全新的高度，只重視設(shè)施基礎(chǔ)性能而不重視設(shè)施服務(wù)水平的評(píng)價(jià)體系將難以適應(yīng)。此外，從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的城市基礎(chǔ)設(shè)施更新運(yùn)維體系來看，現(xiàn)有的運(yùn)維策略多基于設(shè)施基礎(chǔ)性能的指標(biāo)來確定，在基礎(chǔ)設(shè)施的保質(zhì)方面意義明顯，但在服務(wù)屬性方面將忽略設(shè)施更新過程中對(duì)社會(huì)和自然的影響，而這些因素是在城市更新過程中“短板效應(yīng)”最突出的地方。未來，高精度大數(shù)據(jù)在城市基礎(chǔ)設(shè)施更新的研究中將被廣泛應(yīng)用，應(yīng)盡快建立與之相適應(yīng)的綜合評(píng)價(jià)方法、指標(biāo)體系、評(píng)估流程，克服以往相對(duì)模糊、主觀的城市基礎(chǔ)設(shè)施更新評(píng)價(jià)，改變由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)條件制約所導(dǎo)致的尺度過大、指標(biāo)不細(xì)的評(píng)價(jià)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)人本尺度的城市基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀況量化測評(píng)，制定以人為本的城市基礎(chǔ)設(shè)施更新策略[2]。

城市基礎(chǔ)設(shè)施更新動(dòng)態(tài)評(píng)估與智慧決策技術(shù)有待開發(fā)

現(xiàn)有關(guān)于大數(shù)據(jù)技術(shù)在城市基礎(chǔ)更新的運(yùn)維的應(yīng)用主要集中于基礎(chǔ)設(shè)施本身的運(yùn)行狀態(tài)，數(shù)據(jù)更新速率尚有待提升，還難以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的基礎(chǔ)設(shè)施更新動(dòng)態(tài)評(píng)估還處在理論研究層面。因此，應(yīng)針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施原始數(shù)據(jù)，在綜合評(píng)價(jià)模型與算法研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)具有實(shí)用價(jià)值的城市基礎(chǔ)設(shè)施動(dòng)態(tài)評(píng)估軟硬件設(shè)備。另外，關(guān)于城市基礎(chǔ)設(shè)施更新智慧決策的理論研究已經(jīng)展開，通過建立案例數(shù)據(jù)庫梳理出城市基礎(chǔ)設(shè)施的典型更新場景以及更新決策路徑，構(gòu)建多場景的城市基礎(chǔ)設(shè)施更新決策模型，已構(gòu)成城市基礎(chǔ)設(shè)施更新智慧決策的理論和邏輯基礎(chǔ)。但目前尚未開發(fā)出具有多場景、全要素的城市基礎(chǔ)設(shè)施更新智慧決策系統(tǒng)。

推動(dòng)我國城市基礎(chǔ)設(shè)施更新與智慧運(yùn)營的建議

將以人民為中心的理念貫徹到城市基礎(chǔ)設(shè)施更新工作中，探索新理念下的實(shí)踐模式

把服務(wù)人民作為一切工作的出發(fā)點(diǎn)，貫徹到實(shí)踐工作的各個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)遵循以下原則：對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施的更新逐步實(shí)現(xiàn)從結(jié)構(gòu)固化到機(jī)會(huì)均等化的轉(zhuǎn)變，為全體居民和外來創(chuàng)業(yè)者提供充分發(fā)展的機(jī)會(huì)條件；擺脫單純技術(shù)主義的規(guī)劃思維，向共建共治共享的營造觀邁進(jìn)，提升公眾參與的質(zhì)量與效能；實(shí)現(xiàn)從供給導(dǎo)向到需求導(dǎo)向的轉(zhuǎn)變，不再單純強(qiáng)調(diào)更新總量或規(guī)模，而是更強(qiáng)調(diào)滿足人民的需求，以人民群眾滿意度和獲得感為標(biāo)尺；實(shí)現(xiàn)從效率主義到人本關(guān)懷的轉(zhuǎn)變，突出人文關(guān)懷和社區(qū)關(guān)懷，注重各類公共空間的利用率、人氣指數(shù)而非空間的硬件指標(biāo)，注重基礎(chǔ)設(shè)施增進(jìn)社會(huì)交往、社區(qū)互助以及社會(huì)關(guān)愛的作用。通過創(chuàng)新賦能戰(zhàn)略、多元聯(lián)動(dòng)戰(zhàn)略、精細(xì)化發(fā)展戰(zhàn)略等推動(dòng)城市基礎(chǔ)設(shè)施更新與智慧運(yùn)營的全面開展，依托龍頭企業(yè)的創(chuàng)新技術(shù)體系和運(yùn)維管理體系，打造數(shù)字化運(yùn)維系統(tǒng)、構(gòu)建數(shù)字化風(fēng)險(xiǎn)防控管理平臺(tái)，依靠精細(xì)化手段與人民群眾的需求精準(zhǔn)對(duì)接，全面提升城市能級(jí)[3]。

規(guī)范城市基礎(chǔ)設(shè)施更新規(guī)劃體系，制訂與之相適應(yīng)的規(guī)劃發(fā)展策略，引入數(shù)字化先進(jìn)技術(shù)

構(gòu)建宏觀、中觀、微觀三個(gè)層面的城市基礎(chǔ)設(shè)施更新規(guī)劃體系總體框架，依次為城市基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)更新規(guī)劃、專項(xiàng)規(guī)劃以及詳細(xì)規(guī)劃，包含交通、市政、綠色三大類。城市交通基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)更新規(guī)劃應(yīng)涵蓋港口碼頭、機(jī)場、鐵路車站、軌道交通、高快速路、城市道路、交通樞紐、交通場站、橋梁、隧道等；城市市政基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)更新規(guī)劃應(yīng)涵蓋各類市政廠站、市政管網(wǎng)、環(huán)衛(wèi)設(shè)施、雨洪設(shè)施等；城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)更新規(guī)劃應(yīng)涵蓋濱水空間、公園綠地、海綿設(shè)施等。進(jìn)入城市存量發(fā)展和精細(xì)化建設(shè)的階段，城市基礎(chǔ)設(shè)施更新應(yīng)秉持規(guī)劃引領(lǐng)、統(tǒng)籌推進(jìn)，政府推動(dòng)、市場運(yùn)作，數(shù)字賦能、綠色低碳，民生優(yōu)先、共建共享的理念，倡導(dǎo)小規(guī)模、漸進(jìn)式、可持續(xù)的更新模式。具體操作上應(yīng)建立針對(duì)更新對(duì)象的科學(xué)的事前評(píng)價(jià)機(jī)制與更新決策機(jī)制，引入超前的規(guī)劃理念和設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段和建設(shè)管理方法。應(yīng)充分引入數(shù)字化技術(shù)參與城市基礎(chǔ)設(shè)施更新規(guī)劃的制定，通過全樣本數(shù)據(jù)解讀、高仿真分析等方式實(shí)現(xiàn)更新規(guī)劃的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施更新與智慧運(yùn)營的數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和成果轉(zhuǎn)化

針對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施更新與智慧運(yùn)營的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行有規(guī)劃、持續(xù)性的立項(xiàng)支持，并注重研究成果的系統(tǒng)化和落地應(yīng)用，逐步建立城市基礎(chǔ)設(shè)施更新與運(yùn)營數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)體系、城市基礎(chǔ)設(shè)施快速檢測與運(yùn)行狀態(tài)檢測系統(tǒng)、城市基礎(chǔ)設(shè)施綜合評(píng)估與智慧決策支持平臺(tái)的全要素、多場景的數(shù)字運(yùn)維體系。從城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營全周期角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)智能化、信息化、全局化的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，逐步形成多維監(jiān)測、精準(zhǔn)管控的服務(wù)能力。建議加強(qiáng)龍頭企業(yè)、數(shù)字創(chuàng)新型企業(yè)在技術(shù)研發(fā)和工程示范中的作用，在重大項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)加入典型區(qū)域示范的要求，并鼓勵(lì)各高校、研究所和企業(yè)之間強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、共享研發(fā)成果。

鼓勵(lì)技術(shù)落地應(yīng)用與迭代優(yōu)化，注重人才培養(yǎng)和學(xué)科體系建設(shè)

基礎(chǔ)設(shè)施更新與運(yùn)維是城市長期發(fā)展中的關(guān)鍵一環(huán)，應(yīng)對(duì)技術(shù)相對(duì)超前的研發(fā)示范性項(xiàng)目引入容錯(cuò)機(jī)制、獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，為研發(fā)人員和學(xué)者建立相對(duì)寬松的社會(huì)環(huán)境，鼓勵(lì)理論、技術(shù)和軟硬件產(chǎn)品盡早應(yīng)用在示范工程中，對(duì)于已經(jīng)形成的成套技術(shù)進(jìn)行推廣，并在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)技術(shù)的迭代優(yōu)化。建議在城市基礎(chǔ)設(shè)施更新理論研究、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、評(píng)估技術(shù)、規(guī)劃方法、運(yùn)維技術(shù)、決策分析等交叉方面加強(qiáng)人才培養(yǎng)，針對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施更新的相關(guān)學(xué)科探索設(shè)置相關(guān)課程和研究方向，注重多學(xué)科交叉人才的培養(yǎng)。

結(jié)論與展望

建設(shè)人民城市是我國城市未來發(fā)展與更新的指導(dǎo)思想，體現(xiàn)了“生態(tài)城市、品質(zhì)城市、韌性城市”的基本理念，利用數(shù)字化的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施更新的量化評(píng)估、精準(zhǔn)決策、科學(xué)運(yùn)維是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的具體行動(dòng)?，F(xiàn)階段還存在諸多問題，需要在頂層設(shè)計(jì)、規(guī)劃體系、關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)踐模式等方面不斷努力與創(chuàng)新。

目前，關(guān)于城市基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字更新與智慧運(yùn)營已逐步進(jìn)入實(shí)踐階段，未來借助海量的城市數(shù)據(jù)積累，利用機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能的技術(shù)，將進(jìn)一步豐富基礎(chǔ)設(shè)施更新的手段，促進(jìn)城市更新行動(dòng)更加高效與準(zhǔn)確。