數字化轉型背景下城市基礎設施更新與智慧運營的思考

■ 上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司

上海城市基礎設施更新工程技術研究中心 狄迪 何靜

在城鎮化不斷提高的今天，我國的城市發展已經進入到城市更新階段，從大規模增量建設轉入存量提質改造和增量結構調整并重的時期，城市基礎設施更新已成為推進國家治理體系和治理能力現代化的重要內容，需要在精準感知、精確分析、精細管理、精益服務等方面實現全面提升。隨著數字化時代的到來，在城市基礎設施面臨使用壽命到期、功能不完善等“集體老化”問題的同時，以數字化基礎設施為代表的城市“新基建”正在起步，并擁有廣闊發展空間。城市基礎設施系統的運行狀態、服務水平直接影響著城市社會經濟系統運行的效率，尤其是城市居民的生活品質。因此，開展城市基礎設施更新與運維數字化技術的研究與建設，有利于我國城市社會的高速穩定發展，對提升城市品質、韌性具有重要的戰略意義[1]。本文介紹當前較為先進的成套城市基礎設施更新技術及應用，分析總結我國城市基礎設施更新與智慧運營方面存在的問題，并提出相關建議，以期為數字化背景下推進城市基礎設施更新與智慧運營提供參考。

國內城市基礎設施更新與智慧化的先進技術與應用

中心城區高架道路更新成套技術

以上海市內環高架設施提升和功能完善工程（內環“年輕化”工程）為代表的中心城區高架道路更新成套技術示范應用，是國內首個核心城區高架“年輕化”改造項目，致力打造一條“安全可控、高效暢達、智慧服務、環境友好”，并具有上海特色的城市高架道路，如圖1所示，主要技術創新包含以下3方面內容：

圖1 上海內環高架“年輕化”工程

一是結合更新典型場景與決策體系進行多維度評估：提出橋梁結構、附屬設施、智慧運維及環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及材料的大規模應用：確保在大流量交通下的不間斷施工、最大限度壓縮工期、減少施工對交通和環境的影響。

三是運維前置—數據驅動—輔助決策：智慧運維功能全面提升，對橋梁健康監測設備、車輛動態稱重抓拍設備等進行數字化升級，為智慧化管養進一步賦能。

面向老城區人居環境整體提升的城市更新方法

從頂層設計著手，統籌項目全過程策劃與實施，采用“規劃—設計—投資—施工—運維”的全生命周期成套更新提升技術，基于完善基本保障類服務、豐富品質提升類服務兩個維度，關注居住、街巷等空間區域的環境改善，推進老舊小區改造、城市智慧集成、秩序亂象攻堅、公共設施功能提升和街道空間再造等五大專項行動，實現老舊片區功能、空間、風貌的綜合提升更新，如圖2所示。

圖2 基于全生命周期的老城區人居環境提升功能模塊

基于多源數據分析的城市更新規劃技術

利用新興數字化技術手段為更新區域提供精準的需求分析，如將手機信令、BIM、GIS、IoT等多源數據進行融合分析，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城市區域進行更新需求與潛力綜合評價，形成“評估—規劃—實施—導則—后評估”的城市空間品質更新規劃技術。以上海市黃浦江兩岸濱水空間品質提升項目為例，采用大規模與高精度數據群組，對濱水區域的更新潛力進行評估，以此指導更新方案的制定，如圖3所示。

圖3 基于多源數據的上海黃浦江兩岸濱水空間品質綜合評估

我國城市基礎設施更新與智慧運營存在的主要問題

基于全生命周期的城市基礎設施更新的數字化研究工作滯后

目前，我國城市基礎設施中可用的數據種類相對有限、數據采集頻率不足，數據源的獲取方式有待進一步挖掘與共享。需要通過不斷開放多源數據，研究多源耦合數據的融合解析方法，建立相關數據跨行業、跨部門的數據閉環和管理機制，打通壁壘，進一步提高數據使用效率，更大程度釋放數字化領域的應用價值，切實保障城市基礎設施服務品質提升。其次，現有城市基礎設施的數據采集在建設、運營、維護的各個階段相互分離，未能建立全生命周期的數字生態環境，難以精準實現城市基礎設施的運行狀態評估與更新決策。再次，城市基礎設施數字化體系的研究還處于發展階段，標準體系不完整，在許多方面還沒有現行的標準可應用，如城市基礎設施檢測系統數據標準和運營數字標準仍處于空白，亟須有針對性地進行城市基礎設施數字化的標準制定。

大數據環境下的城市基礎設施更新綜合評價與提升策略有待深入

現有對于城市基礎設施的性能評價多集中在基礎設施的本身固有性能，并且往往以單一指標體系衡量，難以對其所承擔的社會、環境等因素的綜合意義進行評估。在城市更新背景下，人民群眾的體驗將上升到一個全新的高度，只重視設施基礎性能而不重視設施服務水平的評價體系將難以適應。此外，從數據驅動的城市基礎設施更新運維體系來看，現有的運維策略多基于設施基礎性能的指標來確定，在基礎設施的保質方面意義明顯，但在服務屬性方面將忽略設施更新過程中對社會和自然的影響，而這些因素是在城市更新過程中“短板效應”最突出的地方。未來，高精度大數據在城市基礎設施更新的研究中將被廣泛應用，應盡快建立與之相適應的綜合評價方法、指標體系、評估流程，克服以往相對模糊、主觀的城市基礎設施更新評價，改變由于基礎數據條件制約所導致的尺度過大、指標不細的評價結果，實現人本尺度的城市基礎設施運行狀況量化測評，制定以人為本的城市基礎設施更新策略[2]。

城市基礎設施更新動態評估與智慧決策技術有待開發

現有關于大數據技術在城市基礎更新的運維的應用主要集中于基礎設施本身的運行狀態，數據更新速率尚有待提升，還難以達到實時監測的技術要求，在此基礎上進行的基礎設施更新動態評估還處在理論研究層面。因此，應針對基礎設施原始數據，在綜合評價模型與算法研究的基礎上，開發具有實用價值的城市基礎設施動態評估軟硬件設備。另外，關于城市基礎設施更新智慧決策的理論研究已經展開，通過建立案例數據庫梳理出城市基礎設施的典型更新場景以及更新決策路徑，構建多場景的城市基礎設施更新決策模型，已構成城市基礎設施更新智慧決策的理論和邏輯基礎。但目前尚未開發出具有多場景、全要素的城市基礎設施更新智慧決策系統。

推動我國城市基礎設施更新與智慧運營的建議

將以人民為中心的理念貫徹到城市基礎設施更新工作中，探索新理念下的實踐模式

把服務人民作為一切工作的出發點，貫徹到實踐工作的各個環節，應遵循以下原則：對城市基礎設施的更新逐步實現從結構固化到機會均等化的轉變，為全體居民和外來創業者提供充分發展的機會條件；擺脫單純技術主義的規劃思維，向共建共治共享的營造觀邁進，提升公眾參與的質量與效能；實現從供給導向到需求導向的轉變，不再單純強調更新總量或規模，而是更強調滿足人民的需求，以人民群眾滿意度和獲得感為標尺；實現從效率主義到人本關懷的轉變，突出人文關懷和社區關懷，注重各類公共空間的利用率、人氣指數而非空間的硬件指標，注重基礎設施增進社會交往、社區互助以及社會關愛的作用。通過創新賦能戰略、多元聯動戰略、精細化發展戰略等推動城市基礎設施更新與智慧運營的全面開展，依托龍頭企業的創新技術體系和運維管理體系，打造數字化運維系統、構建數字化風險防控管理平臺，依靠精細化手段與人民群眾的需求精準對接，全面提升城市能級[3]。

規范城市基礎設施更新規劃體系，制訂與之相適應的規劃發展策略，引入數字化先進技術

構建宏觀、中觀、微觀三個層面的城市基礎設施更新規劃體系總體框架，依次為城市基礎設施的系統更新規劃、專項規劃以及詳細規劃，包含交通、市政、綠色三大類。城市交通基礎設施系統更新規劃應涵蓋港口碼頭、機場、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；城市市政基礎設施系統更新規劃應涵蓋各類市政廠站、市政管網、環衛設施、雨洪設施等；城市綠色基礎設施系統更新規劃應涵蓋濱水空間、公園綠地、海綿設施等。進入城市存量發展和精細化建設的階段，城市基礎設施更新應秉持規劃引領、統籌推進，政府推動、市場運作，數字賦能、綠色低碳，民生優先、共建共享的理念，倡導小規模、漸進式、可持續的更新模式。具體操作上應建立針對更新對象的科學的事前評價機制與更新決策機制，引入超前的規劃理念和設計方法，運用先進的技術手段和建設管理方法。應充分引入數字化技術參與城市基礎設施更新規劃的制定，通過全樣本數據解讀、高仿真分析等方式實現更新規劃的精準設計。

加強城市基礎設施更新與智慧運營的數字化關鍵技術攻關和成果轉化

針對城市基礎設施更新與智慧運營的關鍵技術進行有規劃、持續性的立項支持，并注重研究成果的系統化和落地應用，逐步建立城市基礎設施更新與運營數字化標準體系、城市基礎設施快速檢測與運行狀態檢測系統、城市基礎設施綜合評估與智慧決策支持平臺的全要素、多場景的數字運維體系。從城市基礎設施建設、管理、養護、運營全周期角度出發，實現智能化、信息化、全局化的數字技術應用，逐步形成多維監測、精準管控的服務能力。建議加強龍頭企業、數字創新型企業在技術研發和工程示范中的作用，在重大項目立項時加入典型區域示范的要求，并鼓勵各高校、研究所和企業之間強強聯合、共享研發成果。

鼓勵技術落地應用與迭代優化，注重人才培養和學科體系建設

基礎設施更新與運維是城市長期發展中的關鍵一環，應對技術相對超前的研發示范性項目引入容錯機制、獎勵機制，為研發人員和學者建立相對寬松的社會環境，鼓勵理論、技術和軟硬件產品盡早應用在示范工程中，對于已經形成的成套技術進行推廣，并在實踐中實現技術的迭代優化。建議在城市基礎設施更新理論研究、數據處理技術、評估技術、規劃方法、運維技術、決策分析等交叉方面加強人才培養，針對城市基礎設施更新的相關學科探索設置相關課程和研究方向，注重多學科交叉人才的培養。

結論與展望

建設人民城市是我國城市未來發展與更新的指導思想，體現了“生態城市、品質城市、韌性城市”的基本理念，利用數字化的技術手段，實現城市基礎設施更新的量化評估、精準決策、科學運維是實現這一目標的具體行動。現階段還存在諸多問題，需要在頂層設計、規劃體系、關鍵技術及實踐模式等方面不斷努力與創新。

目前，關于城市基礎設施的數字更新與智慧運營已逐步進入實踐階段，未來借助海量的城市數據積累，利用機器學習與人工智能的技術，將進一步豐富基礎設施更新的手段，促進城市更新行動更加高效與準確。