文｜中規(guī)院(北京)規(guī)劃設(shè)計(jì)公司 祝成

1 引言

自2018年 12月中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議上首次提出了“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”（簡(jiǎn)稱(chēng)“新基建”）以來(lái)，我國(guó)政府高度重視，《2020年國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告中》明確將加強(qiáng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以激發(fā)新消費(fèi)需求、助力產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

“新基建”是一個(gè)相對(duì)概念。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，主要指的是鐵路、公路、機(jī)場(chǎng)、港口、水利設(shè)施等建設(shè)項(xiàng)目，它們?cè)谖覈?guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了重要的基礎(chǔ)作用。在當(dāng)代社會(huì)發(fā)展條件下，傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)無(wú)法滿足要求。因此，新基建的概念應(yīng)運(yùn)而生。

“新基建” 則主要指以 5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施，涉及七大領(lǐng)域：5G、特高壓、城際高速鐵路和城際軌道交通、新能源汽車(chē)充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等，其本質(zhì)上是信息數(shù)字化的基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)信息相關(guān)服務(wù)，如大數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算中心以及信息和網(wǎng)絡(luò)的安全保障等，也必將成為我國(guó) “新基建” 的核心所在。

“新基建”是智慧經(jīng)濟(jì)時(shí)代貫徹新發(fā)展理念，吸收新科技革命成果，實(shí)現(xiàn)國(guó)家生態(tài)化、數(shù)字化、智能化、高速化、新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)態(tài)，建立現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的國(guó)家基本建設(shè)與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，包括綠色環(huán)保防災(zāi)公共衛(wèi)生服務(wù)效能體系建設(shè)、5G—互聯(lián)網(wǎng)—云計(jì)算—區(qū)塊鏈—物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、人工智能大數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、以大健康產(chǎn)業(yè)為中心的產(chǎn)業(yè)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、新型城鎮(zhèn)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)孵化升級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，具有創(chuàng)新性、整體性、綜合性、系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性、動(dòng)態(tài)性的特征。

圖1 新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)七大領(lǐng)域

“新基建”是立足于用科技手段對(duì)傳統(tǒng)市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)行智能化提升改造的重要手段。城市給水排水工程是市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，其建設(shè)水平是城市現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。城市給水排水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)作為其建設(shè)和管理的依據(jù)，采用“新基建”的科技手段進(jìn)行智能化編制，形成更加科學(xué)、合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。

2 城市給水排水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)難點(diǎn)

在各個(gè)層次的城市給水排水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中均有一些指標(biāo)需要確定，如各類(lèi)規(guī)劃用水指標(biāo)、匯水分區(qū)、給排水設(shè)施的用地及規(guī)模、管道管徑、埋深等。指標(biāo)制定的是否準(zhǔn)確、合理，直接影響給水排水系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模和實(shí)施的可行性，這也是城市給水排水工程的難點(diǎn)。

2.1 城市用水量預(yù)測(cè)

通常根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)的層次不同、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不同，會(huì)采用不同方法來(lái)對(duì)用水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，如人均綜合指標(biāo)法、單位用地指標(biāo)法、線性回歸法、年遞增率法、城市發(fā)展增量法、分類(lèi)求和法等。由于城市處于不斷發(fā)展中，是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，這使得城市用水量預(yù)測(cè)存在一定的不確定性以及難度。需水量預(yù)測(cè)偏小，不能滿足城市發(fā)展和人民生活需求，預(yù)測(cè)太大，會(huì)造成供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理和巨大的投資浪費(fèi)。

2.2 排水管網(wǎng)建設(shè)與改造

排水管網(wǎng)以重力流為主，規(guī)劃設(shè)計(jì)需結(jié)合場(chǎng)地豎向、地下管網(wǎng)等現(xiàn)狀資料開(kāi)展，如設(shè)計(jì)、竣工圖紙、管網(wǎng)普查結(jié)果等，但受限于施工、管理水平，現(xiàn)狀資料的有效性和準(zhǔn)確性難以得到保證，尤其老舊排水管網(wǎng)往往存在雨污合流、管線老化、錯(cuò)接混接、排水能力不足等問(wèn)題。而老城區(qū)多受限于人口密集、建筑密度大等因素，導(dǎo)致改造工程實(shí)施難度增加。

3 “新基建”在城市給水排水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在基礎(chǔ)資料收集整理中的應(yīng)用

編制科學(xué)合理、可操作的城市給水排水工程規(guī)劃需要詳實(shí)的基礎(chǔ)資料支撐，包括：用地規(guī)劃、人口預(yù)測(cè)、各專(zhuān)項(xiàng)工程規(guī)劃等城市總體規(guī)劃的資料；流域面積、分水線、等高線、坡度、坡向、建筑、道路、道路交叉點(diǎn)高程、高地和低地的高程、控制點(diǎn)高程等管網(wǎng)定位資料；用水量標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)生設(shè)備情況、工業(yè)給水量和工業(yè)污水量以及水質(zhì)情況、現(xiàn)有給水排水系統(tǒng)的情況等資料；水資源概貌、水體分布、河流流量、流向、水位、潮汐、地下水位、水源的水質(zhì)、水體環(huán)境現(xiàn)狀及綜合利用規(guī)劃、降雨量等氣象水文、地質(zhì)資料等。

這些資料的獲取一般是通過(guò)政府相關(guān)部門(mén)座談、現(xiàn)有規(guī)劃設(shè)計(jì)資料的收集匯總、實(shí)地測(cè)量等方式，獲取基礎(chǔ)資料后，通過(guò)人工整理、深入分析、去偽存真，確定可利用的信息。但這些大多都是面上的資料，還需要大量點(diǎn)上的資料進(jìn)行問(wèn)題針對(duì)性支撐驗(yàn)證，才能使規(guī)劃更切合實(shí)際。

在某市供水工程規(guī)劃中，用水量預(yù)測(cè)采用了單位人口綜合用水量指標(biāo)法和各類(lèi)用水量計(jì)算兩種方法，預(yù)測(cè)遠(yuǎn)期總用水量為20.25 萬(wàn)噸/日。為了驗(yàn)證預(yù)測(cè)值的合理性，結(jié)合該城市的規(guī)劃目標(biāo)，通過(guò)同類(lèi)型城市的大數(shù)據(jù)挖掘類(lèi)比分析和節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)城市工業(yè)用水指標(biāo)進(jìn)行了修正，工業(yè)用水量由5.05 萬(wàn)噸/日修正為3.8 萬(wàn)噸/日；利用大數(shù)據(jù)分析因務(wù)工而導(dǎo)致的人口流出和流入以及旅游人口對(duì)用水量的影響，按照自行租住和住集體宿舍等情況進(jìn)行用水量的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，對(duì)生活用水指標(biāo)進(jìn)行修正，生活用水量由12.25 萬(wàn)噸修正為11.25萬(wàn)噸/日。綜合各類(lèi)修正方案，預(yù)測(cè)遠(yuǎn)期總用水量修正為18.03 萬(wàn)噸/日，給水規(guī)模有所降低，避免了資源浪費(fèi)，為城市可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

表1 工業(yè)用水量預(yù)測(cè)表

表2 生活用水量預(yù)測(cè)表

3.2 數(shù)字孿生技術(shù)在模型中的應(yīng)用

在現(xiàn)行有效的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下指標(biāo)的確定，大多會(huì)采用建模測(cè)算，如用水需求模型、供水水力模型、水質(zhì)預(yù)警模型、降雨內(nèi)澇模擬等，輔助用水量、排水量、給排水設(shè)施的數(shù)量等指標(biāo)的量化和預(yù)測(cè)，模型的適用性和準(zhǔn)確性與數(shù)據(jù)資料的完整性有關(guān)，而且數(shù)據(jù)量越多，模型的測(cè)算越準(zhǔn)確，統(tǒng)計(jì)分析工作也越繁重。

利用“新基建”中的人工智能、數(shù)字孿生技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，研發(fā)具有專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家系統(tǒng)，采用點(diǎn)、面結(jié)合的方式，開(kāi)展機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 和深度學(xué)習(xí) (DL)，對(duì)城市給水排水工程規(guī)劃中的指標(biāo)值進(jìn)行仿真模擬、邏輯推演、預(yù)測(cè)和判斷，客觀評(píng)價(jià)城市給水排水工程的合理性、可操作性及可持續(xù)性。

南方某城市中心城區(qū)，現(xiàn)狀有4 條主要道路現(xiàn)狀為雨污合流制排水，管道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，行泄通道淤積堵塞，加之高強(qiáng)度降雨和城市的快速發(fā)展，致使部分地區(qū)內(nèi)澇頻發(fā)，對(duì)城市交通、群眾生活、財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響極大。中心城區(qū)每年的6～8月為多雨季節(jié)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及歷史資料，中心城區(qū)現(xiàn)狀易澇點(diǎn)主要分布在合流制區(qū)域。

在中心城市區(qū)總面積10.6 平方公里控制性地段詳細(xì)排水工程規(guī)劃中，系統(tǒng)的梳理和分析了基礎(chǔ)資料，包括路網(wǎng)、管網(wǎng)、水系、地面高程、遙感影像、現(xiàn)狀和規(guī)劃用地、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)等，應(yīng)用數(shù)據(jù)孿生技術(shù)，構(gòu)建了規(guī)劃區(qū)范圍的排水系統(tǒng)模型，包括雨水和污水管網(wǎng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、模型數(shù)據(jù)處理、集水區(qū)劃分、下墊面參數(shù)提取、產(chǎn)流和匯流模型構(gòu)建、降雨模型構(gòu)建、污水量分配等?；趨^(qū)域內(nèi)的11 個(gè)降雨監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的30年的降雨數(shù)據(jù)，利用模糊識(shí)別方法，推求降雨雨型及分布特征，與《城市排水工程設(shè)計(jì)—暴雨強(qiáng)度公式編制技術(shù)指南》中的方法得到的分布結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析，確定適用于該區(qū)的設(shè)計(jì)暴雨雨型，擬合出不同降雨歷時(shí)、不同設(shè)計(jì)重現(xiàn)期情況下的暴雨強(qiáng)度公式，為后續(xù)雨水工程政府決策和規(guī)劃設(shè)計(jì)，提供參考依據(jù)。

3.3 BIM+GIS 技術(shù)在給水排水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

城市給水排水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)以城市總體規(guī)劃為依據(jù)，與電力、電信、道路、燃?xì)?、供熱等其他市政工程?guī)劃相協(xié)調(diào)，并符合相關(guān)規(guī)范的要求。在復(fù)雜的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，利用BIM 技術(shù)和地理信息系統(tǒng)（GIS）建立三維城市信息模型，輔助完成管線的整體布局和具體定位，是一個(gè)非常有效的途徑。

北方某市區(qū)面積12.4 平方公里區(qū)域內(nèi)，6 條主干管道均為合流制，存在污水直排、管道排水能力不足、管網(wǎng)老化嚴(yán)重漏損等問(wèn)題，導(dǎo)致城區(qū)多處內(nèi)澇積水，水體的溢流污染，在城區(qū)控制詳細(xì)規(guī)劃中，針對(duì)排水管網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)的研究，提出了切實(shí)可行的改造方案，并利用GIS 把城市功能分區(qū)及用地強(qiáng)度、市政管線及主干廊道（包括信息電（光）纜、電力電纜、給水管、熱力管道、燃?xì)?、污水干管、雨水干管、再生水等）、道路建設(shè)情況、地下空間利用情況等進(jìn)行疊加；發(fā)揮BIM 技術(shù)可視化多維數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)，把地下管線與地上建筑、市政設(shè)施及環(huán)境要素統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，合成了一個(gè)地上地下全覆蓋的組團(tuán)級(jí)城市信息模型，形成了一個(gè)全面、宏觀的可視化集合，通過(guò)這個(gè)集合上承載的數(shù)據(jù)信息，對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)行模擬和實(shí)時(shí)交互，更精準(zhǔn)的確定各類(lèi)管線在城市道路下的位置，對(duì)各種管線交叉時(shí)的敷設(shè)提出具體參數(shù)要求。

雖然BIM 在水務(wù)行業(yè)應(yīng)用起步時(shí)間不長(zhǎng)，與新一代信息技術(shù)的融合應(yīng)用還有一定的問(wèn)題待解決，但通過(guò)對(duì)BIM 技術(shù)應(yīng)用的初探，模擬設(shè)計(jì)效果，通過(guò)對(duì)比分析，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案起到一定的幫助，能夠?qū)崿F(xiàn)管網(wǎng)合理的布局和資源的高效利用，前瞻性的解決管道碰撞、混錯(cuò)接、空間布置不合理等問(wèn)題，利于供排水系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中與其它基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)協(xié)調(diào)，也便于規(guī)劃管理。

圖2 城市降雨內(nèi)澇模擬

4 結(jié)語(yǔ)

發(fā)力于科技端的“新基建”是智慧經(jīng)濟(jì)時(shí)代的一種新方向。無(wú)論是人工智能還是大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)，都體現(xiàn)出加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)高端化發(fā)展的大趨勢(shì)，將對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步等方面產(chǎn)生重大影響。目前，作為新的重要經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的大數(shù)據(jù)服務(wù)、人工智能已受到廣泛關(guān)注，疫情防控期間，“新基建”的作用突顯，服務(wù)機(jī)器人在醫(yī)療、配送、巡檢等方面大顯身手。

對(duì)標(biāo)“新基建”，助力“新城建”，城市給水排水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)也將受益于“新基建”的發(fā)展，大數(shù)據(jù)的融合與共享將加速解決信息孤島現(xiàn)象，使規(guī)劃編制的基礎(chǔ)資料的廣度和深度增加在此基礎(chǔ)上編制的規(guī)劃更客觀，針對(duì)性和可行性更強(qiáng)；數(shù)字孿生技術(shù)具有精準(zhǔn)映射、虛實(shí)融合模擬仿真等核心能力，在追蹤回溯軌跡、時(shí)間控管及空間定位、分析推演治理決策、仿真演練預(yù)案以及高效配置要素資源等方面發(fā)揮著重要的作用；BIM+GIS 技術(shù)集成，將項(xiàng)目的數(shù)據(jù)流在整個(gè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等全生命周期中準(zhǔn)確、完整地流轉(zhuǎn)和應(yīng)用，使得編制的城市給水排水工程規(guī)劃將更科學(xué)、全面和合理。

圖3 BIM 在城市給水排水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用示意圖