［周麗莎 陸鋼 黃澤龍］

1 前言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城市風(fēng)險(xiǎn)集聚，城市公共安全問(wèn)題日趨突出。城市生命線是城市安全運(yùn)行的重要保障，需要向更安全、更高效、更綠色、更精細(xì)的運(yùn)營(yíng)管理模式演進(jìn)。當(dāng)前新型智慧城市的理念、頂層設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)資源融合及智慧應(yīng)用日趨成熟，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)高速發(fā)展，兩化融合政策導(dǎo)向，為城市生命線系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、智慧化奠定了基礎(chǔ)。2018年，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)城市安全發(fā)展的意見》[1]，對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施在規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全管理，以及通過(guò)科技應(yīng)用、信息化手段提升安全監(jiān)管能力等提出了要求，特別提出要“深入推進(jìn)城市生命線工程建設(shè)”，對(duì)城市生命線安全保障的技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)要求進(jìn)行了規(guī)定。

2 城市生命線主要特征及面臨問(wèn)題

城市生命線工程是指維持城市功能必不可少的公共服務(wù)支持體系，是保證城市生活正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，主要包括：道路、橋梁、給水、排水、電力、輸氣、供熱、通信等子系統(tǒng)。城市生命線是對(duì)國(guó)計(jì)民生有重大影響的“城市大動(dòng)脈”，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)化的安全管理和可持續(xù)發(fā)展，城市生命線系統(tǒng)完好率是衡量一個(gè)城市社會(huì)發(fā)展、城市基礎(chǔ)建設(shè)水平及生態(tài)安全的重要指標(biāo)。[2]

城市生命線工程主要具備以下特征：

（1）公共性：提供城市公共基礎(chǔ)服務(wù)，管理模式以政府管理為主、人民參與為輔；

（2）機(jī)能性：由若干專業(yè)環(huán)節(jié)組成，每個(gè)不同專業(yè)領(lǐng)域具有獨(dú)有的作用與能力；

（3）系統(tǒng)性：多以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的形式存在，包含多類別、多權(quán)屬、布局復(fù)雜的綜合系統(tǒng)和多種多樣的結(jié)構(gòu)類型，分布地域廣泛、環(huán)境復(fù)雜；

（4）關(guān)聯(lián)性：每個(gè)專業(yè)領(lǐng)域相互關(guān)聯(lián)、相互耦合，容易產(chǎn)生連鎖效應(yīng)和衍生災(zāi)害。

我國(guó)公共基礎(chǔ)設(shè)施體量大，橋梁、隧道數(shù)量/軌道交通運(yùn)營(yíng)里程等均為世界首位。隨著城市的快速發(fā)展，各類問(wèn)題日益突出[3]，主要包括：

（1）橋梁、地鐵等安全事故頻發(fā)，致災(zāi)因子多樣，外因包括自然災(zāi)害、人為破壞、超負(fù)荷運(yùn)行等，內(nèi)因包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、使用變形等，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，帶來(lái)的次生災(zāi)害嚴(yán)重。

（2）現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施多數(shù)處于超負(fù)荷狀態(tài),老化現(xiàn)象日益突出、分布環(huán)境復(fù)雜、承載力下降，安全事故隱患排查困難。

（3）城市生命線涉及專業(yè)領(lǐng)域眾多，數(shù)據(jù)和服務(wù)遍及城市各個(gè)層級(jí)和不同方向的組織或?qū)嶓w，跨域信息共享與處置聯(lián)動(dòng)困難。

（4）整體信息化建設(shè)水平落后，安全事故預(yù)測(cè)預(yù)警和快速處置難，智能分析、輔助決策水平亟待提高。

3 重點(diǎn)行業(yè)智慧化需求及解決方案

以下針對(duì)城市生命線重點(diǎn)行業(yè)——城市橋梁、綜合管廊的智慧化應(yīng)用進(jìn)行分析。

3.1 智慧橋梁

智慧橋梁以橋梁健康為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象，基于智能傳感、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)在役橋梁的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。智慧橋梁的業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖1所示，核心應(yīng)用需求包括：（1）結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)并記錄橋梁結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)（動(dòng)力特性、物理參數(shù)、變形、應(yīng)力/應(yīng)變等）；（2）環(huán)境荷載數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)：對(duì)橋址處環(huán)境的監(jiān)測(cè)（溫度、風(fēng)速、交通荷載等）；（3）損傷識(shí)別、事故預(yù)警：發(fā)現(xiàn)和識(shí)別各類損傷、事故，并做出應(yīng)急預(yù)警。

圖1 智慧橋梁業(yè)務(wù)架構(gòu)

智慧橋梁為橋梁的安全運(yùn)營(yíng)、日常養(yǎng)護(hù)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、事故原因分析等提供依據(jù)，可分別面向政府管理部門、科研機(jī)構(gòu)、檢測(cè)中心、設(shè)計(jì)單位、施工管理單位和業(yè)主管理單位等用戶提供監(jiān)測(cè)結(jié)果、預(yù)警信息，達(dá)到保障和延長(zhǎng)橋梁使用壽命、預(yù)防坍塌事故的目的。

3.2 智慧管廊

智慧管廊集成物聯(lián)傳感、空間信息（GIS）、建筑信息模型（BIM）、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、知識(shí)管理等技術(shù)，對(duì)綜合管廊的相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)一采集、統(tǒng)一處理和分析。核心應(yīng)用需求包括：（1）智能感知監(jiān)控：物聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建綜合管廊三維數(shù)字模型，對(duì)地下管廊空間及附屬設(shè)施、管線本體及管線設(shè)備、入廊人員等狀態(tài)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行共享整合、智能分析和處理控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、健康診斷、安全評(píng)估、輔助決策、應(yīng)急調(diào)度等功能。（2）智慧運(yùn)營(yíng)運(yùn)維：實(shí)現(xiàn)日常運(yùn)營(yíng)管理智能化，包括值班排班、資產(chǎn)/檔案/設(shè)備管理、智能巡檢等。如圖2所示。

通過(guò)數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，可實(shí)現(xiàn)管廊規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)等全方位的智慧化管理與運(yùn)營(yíng)，有助于提高管廊運(yùn)維管理效率，保障管廊安全，為城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供支持，可面向管廊運(yùn)營(yíng)管理企業(yè)、入廊管線權(quán)屬單位、行政監(jiān)管部門、應(yīng)急部門等用戶及社會(huì)公眾提供專項(xiàng)服務(wù)。

圖2 智慧管廊業(yè)務(wù)架構(gòu)

4 能力需求評(píng)估及電信運(yùn)營(yíng)商進(jìn)入建議

4.1 對(duì)城市生命線智慧化的理解及能力需求評(píng)估

結(jié)合智慧橋梁、智慧管廊分析，城市生命線智慧化可理解為：以城市公共安全科技為支撐，融合物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、GIS/BIM等現(xiàn)代信息技術(shù)，面向城市生命線工程的全生命周期，構(gòu)建全面感知、泛在接入、數(shù)據(jù)共享、協(xié)同運(yùn)作的動(dòng)態(tài)運(yùn)營(yíng)管理信息化體系，透徹感知城市生命線運(yùn)行狀況，智能分析城市生命線各子要素風(fēng)險(xiǎn)及相互耦合關(guān)系，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)預(yù)警和高效應(yīng)對(duì)，實(shí)現(xiàn)智能化響應(yīng)和智慧化決策支持，創(chuàng)新城市管理和服務(wù)模式。城市生命線智慧化并不一定要建設(shè)新的信息系統(tǒng)，而是通過(guò)引入新一代信息技術(shù)，結(jié)合行業(yè)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)與關(guān)鍵場(chǎng)景，對(duì)既有業(yè)務(wù)進(jìn)行智慧化賦能，最終實(shí)現(xiàn)城市生命線各類業(yè)務(wù)質(zhì)量與管理能力提升。

從新一代信息技術(shù)賦能的角度，可將智慧城市生命線的能力需求劃分為基礎(chǔ)共性能力、行業(yè)個(gè)性能力、5G網(wǎng)絡(luò)能力三類，并將行業(yè)及主要場(chǎng)景與所涉及的具體能力進(jìn)行對(duì)應(yīng)如表1所示：

表1 智慧城市生命能力需求評(píng)估表

從上述評(píng)估可以看出，城市生命線的能力需求與運(yùn)營(yíng)商的核心優(yōu)勢(shì)能力，包括基礎(chǔ)設(shè)施能力和關(guān)鍵業(yè)務(wù)能力較為匹配，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、超高精視頻、高精度定位、5G網(wǎng)絡(luò)能力等都具備較好的基礎(chǔ)，能夠滿足相關(guān)行業(yè)客戶的大部分應(yīng)用需求；在面向城市生命線的人工智能、無(wú)人機(jī)/機(jī)器人、AR/VR、BIM/GIS能力等方面需要開展研究跟進(jìn)，并與行業(yè)解決方案提供商開展廣泛合作。

圖3 電信運(yùn)營(yíng)商智慧城市生命線能力體系

4.2 電信運(yùn)營(yíng)商能力體系、市場(chǎng)定位及進(jìn)入建議

參照新型智慧城市頂層設(shè)計(jì)[7]，從電信運(yùn)營(yíng)商參與的角度構(gòu)建如圖3所示的城市生命線智慧化能力體系，包括基礎(chǔ)設(shè)施、支撐能力和應(yīng)用匯聚三個(gè)橫向?qū)雍徒y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、統(tǒng)一信息安全兩個(gè)縱向?qū)印?/p>

基礎(chǔ)設(shè)施層覆蓋全面感知設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)施和智能計(jì)算設(shè)施，用于搭建低功耗、廣覆蓋、多維立體化的智能感知與泛在接入網(wǎng)，解決城市基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)部署所面臨的瓶頸，提供智能計(jì)算能力；支撐能力層構(gòu)建智慧城市生命線的能力中臺(tái)，匯聚展現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)與運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)映射、虛實(shí)互動(dòng)，并提供多樣化的共性新技術(shù)能力，為上層應(yīng)用賦能；應(yīng)用匯聚層包括共性基礎(chǔ)應(yīng)用服務(wù)、專項(xiàng)解決方案兩部分，通過(guò)組合可面向各個(gè)行業(yè)提供針對(duì)性的解決方案。

在整個(gè)能力體系當(dāng)中，基礎(chǔ)設(shè)施層的移動(dòng)物聯(lián)、高精度定位、云服務(wù)，以及支撐能力層的大數(shù)據(jù)分析、云網(wǎng)融合、邊緣計(jì)算等屬于電信運(yùn)營(yíng)商優(yōu)勢(shì)能力，可重點(diǎn)發(fā)展；由建筑信息模型BIM、地理信息模型GIS融合演進(jìn)而來(lái)的城市信息模型CIM、數(shù)字孿生技術(shù)正成為智慧城市領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)，需要緊密跟蹤其發(fā)展態(tài)勢(shì)，做好技術(shù)儲(chǔ)備與合作拓展。

城市生命線在智慧城市領(lǐng)域的政策要求明確、應(yīng)用需求迫切、市場(chǎng)空間廣闊。建議電信運(yùn)營(yíng)商從客戶核心需求及自身優(yōu)勢(shì)能力出發(fā)，在整個(gè)服務(wù)體系中重點(diǎn)定位于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、共性支撐能力保障、5G創(chuàng)新應(yīng)用提供，并從以下幾方面開展相關(guān)工作：

（1）發(fā)揮云網(wǎng)融合優(yōu)勢(shì)：以多樣化、一站式的云網(wǎng)融合產(chǎn)品應(yīng)對(duì)行業(yè)客戶個(gè)性化需求，為客戶提供按需、效率、彈性、安全、低成本的云網(wǎng)一體化基礎(chǔ)設(shè)施和智能服務(wù)，并為人工智能、大數(shù)據(jù)等能力開放和應(yīng)用創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

（2）5G＋物聯(lián)創(chuàng)新應(yīng)用探索：發(fā)揮5G優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新5G+4K高清視頻，5G+AR/VR虛擬仿真，5G+AI視覺識(shí)別、知識(shí)圖譜等應(yīng)用。如智能巡檢，利用5G的大帶寬和低時(shí)延能力，將傳感設(shè)備（固定安裝或安裝于無(wú)人機(jī)／機(jī)器人的攝像頭、巡檢人員佩戴的AR眼鏡或其它傳感設(shè)備）感知的環(huán)境或目標(biāo)物信息，傳送到云或邊緣計(jì)算平臺(tái)，并利用人工智能以及大數(shù)據(jù)能力，識(shí)別環(huán)境或目標(biāo)物，進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、故障定位等。

（3）研發(fā)通用型智能連接方案，充實(shí)個(gè)性化行業(yè)解決方案庫(kù)：全生命周期的安全監(jiān)測(cè)是城市生命線運(yùn)營(yíng)管理的基本需求，通過(guò)總結(jié)分析覆蓋城市生命線安全監(jiān)測(cè)需求的共性特征，并細(xì)化綜合管廊、地下管線、城市橋梁、道路、軌道交通、大型場(chǎng)館等不同場(chǎng)景的運(yùn)營(yíng)服務(wù)需求差異，結(jié)合電信運(yùn)營(yíng)商智能物聯(lián)、云網(wǎng)融合、邊緣計(jì)算等能力，形成標(biāo)準(zhǔn)化安全監(jiān)測(cè)+個(gè)性化運(yùn)營(yíng)管理的智能連接解決方案；

（4）城市生命線數(shù)據(jù)建模研究：運(yùn)用電信運(yùn)營(yíng)商大數(shù)據(jù)分析能力，通過(guò)對(duì)城市生命線多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集交換、共享融合和分析治理，結(jié)合對(duì)建筑信息模型(BIM)、城市信息模型（CIM）的研究應(yīng)用，構(gòu)造豐富多樣的城市生命線三維數(shù)據(jù)模型；

（5）與智慧城市大體系融合：將智慧城市生命線業(yè)務(wù)納入新型智慧城市綜合應(yīng)用體系，同時(shí)充分考慮如何和數(shù)字政府協(xié)同，并開展相應(yīng)的商業(yè)模式研究及生態(tài)體系建設(shè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

城市生命線的智慧化解決方案當(dāng)前仍處于探索階段，電信運(yùn)營(yíng)商應(yīng)積極響應(yīng)國(guó)家政策要求及市場(chǎng)環(huán)境需求，結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)能力對(duì)更多專業(yè)化場(chǎng)景開展解決方案研究，探索商業(yè)模式、生態(tài)合作創(chuàng)新；并從相對(duì)封閉的行業(yè)或?qū)I(yè)領(lǐng)域，向全局統(tǒng)籌的新型智慧城市數(shù)據(jù)融合、業(yè)務(wù)融合、連接融合、場(chǎng)景融合等方向演進(jìn)，滿足未來(lái)新型智慧城市地上地下一體化、建管運(yùn)一體化、城市生命線空間信息二三維一體化等要求。