数字化转型背景下城市基础设施更新与智慧运营的思考

■ 上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司

上海城市基础设施更新工程技术研究中心 狄迪 何静

在城镇化不断提高的今天，我国的城市发展已经进入到城市更新阶段，从大规模增量建设转入存量提质改造和增量结构调整并重的时期，城市基础设施更新已成为推进国家治理体系和治理能力现代化的重要内容，需要在精准感知、精确分析、精细管理、精益服务等方面实现全面提升。随着数字化时代的到来，在城市基础设施面临使用寿命到期、功能不完善等“集体老化”问题的同时，以数字化基础设施为代表的城市“新基建”正在起步，并拥有广阔发展空间。城市基础设施系统的运行状态、服务水平直接影响着城市社会经济系统运行的效率，尤其是城市居民的生活品质。因此，开展城市基础设施更新与运维数字化技术的研究与建设，有利于我国城市社会的高速稳定发展，对提升城市品质、韧性具有重要的战略意义[1]。本文介绍当前较为先进的成套城市基础设施更新技术及应用，分析总结我国城市基础设施更新与智慧运营方面存在的问题，并提出相关建议，以期为数字化背景下推进城市基础设施更新与智慧运营提供参考。

国内城市基础设施更新与智慧化的先进技术与应用

中心城区高架道路更新成套技术

以上海市内环高架设施提升和功能完善工程（内环“年轻化”工程）为代表的中心城区高架道路更新成套技术示范应用，是国内首个核心城区高架“年轻化”改造项目，致力打造一条“安全可控、高效畅达、智慧服务、环境友好”，并具有上海特色的城市高架道路，如图1所示，主要技术创新包含以下3方面内容：

图1 上海内环高架“年轻化”工程

一是结合更新典型场景与决策体系进行多维度评估：提出桥梁结构、附属设施、智慧运维及环境景观功能四位一体的功能完善提升路径。

二是低影响施工技术及材料的大规模应用：确保在大流量交通下的不间断施工、最大限度压缩工期、减少施工对交通和环境的影响。

三是运维前置—数据驱动—辅助决策：智慧运维功能全面提升，对桥梁健康监测设备、车辆动态称重抓拍设备等进行数字化升级，为智慧化管养进一步赋能。

面向老城区人居环境整体提升的城市更新方法

从顶层设计着手，统筹项目全过程策划与实施，采用“规划—设计—投资—施工—运维”的全生命周期成套更新提升技术，基于完善基本保障类服务、丰富品质提升类服务两个维度，关注居住、街巷等空间区域的环境改善，推进老旧小区改造、城市智慧集成、秩序乱象攻坚、公共设施功能提升和街道空间再造等五大专项行动，实现老旧片区功能、空间、风貌的综合提升更新，如图2所示。

图2 基于全生命周期的老城区人居环境提升功能模块

基于多源数据分析的城市更新规划技术

利用新兴数字化技术手段为更新区域提供精准的需求分析，如将手机信令、BIM、GIS、IoT等多源数据进行融合分析，从人群活力度、功能混合度、视野开放度、交通连接度等方面对城市区域进行更新需求与潜力综合评价，形成“评估—规划—实施—导则—后评估”的城市空间品质更新规划技术。以上海市黄浦江两岸滨水空间品质提升项目为例，采用大规模与高精度数据群组，对滨水区域的更新潜力进行评估，以此指导更新方案的制定，如图3所示。

图3 基于多源数据的上海黄浦江两岸滨水空间品质综合评估

我国城市基础设施更新与智慧运营存在的主要问题

基于全生命周期的城市基础设施更新的数字化研究工作滞后

目前，我国城市基础设施中可用的数据种类相对有限、数据采集频率不足，数据源的获取方式有待进一步挖掘与共享。需要通过不断开放多源数据，研究多源耦合数据的融合解析方法，建立相关数据跨行业、跨部门的数据闭环和管理机制，打通壁垒，进一步提高数据使用效率，更大程度释放数字化领域的应用价值，切实保障城市基础设施服务品质提升。其次，现有城市基础设施的数据采集在建设、运营、维护的各个阶段相互分离，未能建立全生命周期的数字生态环境，难以精准实现城市基础设施的运行状态评估与更新决策。再次，城市基础设施数字化体系的研究还处于发展阶段，标准体系不完整，在许多方面还没有现行的标准可应用，如城市基础设施检测系统数据标准和运营数字标准仍处于空白，亟须有针对性地进行城市基础设施数字化的标准制定。

大数据环境下的城市基础设施更新综合评价与提升策略有待深入

现有对于城市基础设施的性能评价多集中在基础设施的本身固有性能，并且往往以单一指标体系衡量，难以对其所承担的社会、环境等因素的综合意义进行评估。在城市更新背景下，人民群众的体验将上升到一个全新的高度，只重视设施基础性能而不重视设施服务水平的评价体系将难以适应。此外，从数据驱动的城市基础设施更新运维体系来看，现有的运维策略多基于设施基础性能的指标来确定，在基础设施的保质方面意义明显，但在服务属性方面将忽略设施更新过程中对社会和自然的影响，而这些因素是在城市更新过程中“短板效应”最突出的地方。未来，高精度大数据在城市基础设施更新的研究中将被广泛应用，应尽快建立与之相适应的综合评价方法、指标体系、评估流程，克服以往相对模糊、主观的城市基础设施更新评价，改变由于基础数据条件制约所导致的尺度过大、指标不细的评价结果，实现人本尺度的城市基础设施运行状况量化测评，制定以人为本的城市基础设施更新策略[2]。

城市基础设施更新动态评估与智慧决策技术有待开发

现有关于大数据技术在城市基础更新的运维的应用主要集中于基础设施本身的运行状态，数据更新速率尚有待提升，还难以达到实时监测的技术要求，在此基础上进行的基础设施更新动态评估还处在理论研究层面。因此，应针对基础设施原始数据，在综合评价模型与算法研究的基础上，开发具有实用价值的城市基础设施动态评估软硬件设备。另外，关于城市基础设施更新智慧决策的理论研究已经展开，通过建立案例数据库梳理出城市基础设施的典型更新场景以及更新决策路径，构建多场景的城市基础设施更新决策模型，已构成城市基础设施更新智慧决策的理论和逻辑基础。但目前尚未开发出具有多场景、全要素的城市基础设施更新智慧决策系统。

推动我国城市基础设施更新与智慧运营的建议

将以人民为中心的理念贯彻到城市基础设施更新工作中，探索新理念下的实践模式

把服务人民作为一切工作的出发点，贯彻到实践工作的各个环节，应遵循以下原则：对城市基础设施的更新逐步实现从结构固化到机会均等化的转变，为全体居民和外来创业者提供充分发展的机会条件；摆脱单纯技术主义的规划思维，向共建共治共享的营造观迈进，提升公众参与的质量与效能；实现从供给导向到需求导向的转变，不再单纯强调更新总量或规模，而是更强调满足人民的需求，以人民群众满意度和获得感为标尺；实现从效率主义到人本关怀的转变，突出人文关怀和社区关怀，注重各类公共空间的利用率、人气指数而非空间的硬件指标，注重基础设施增进社会交往、社区互助以及社会关爱的作用。通过创新赋能战略、多元联动战略、精细化发展战略等推动城市基础设施更新与智慧运营的全面开展，依托龙头企业的创新技术体系和运维管理体系，打造数字化运维系统、构建数字化风险防控管理平台，依靠精细化手段与人民群众的需求精准对接，全面提升城市能级[3]。

规范城市基础设施更新规划体系，制订与之相适应的规划发展策略，引入数字化先进技术

构建宏观、中观、微观三个层面的城市基础设施更新规划体系总体框架，依次为城市基础设施的系统更新规划、专项规划以及详细规划，包含交通、市政、绿色三大类。城市交通基础设施系统更新规划应涵盖港口码头、机场、铁路车站、轨道交通、高快速路、城市道路、交通枢纽、交通场站、桥梁、隧道等；城市市政基础设施系统更新规划应涵盖各类市政厂站、市政管网、环卫设施、雨洪设施等；城市绿色基础设施系统更新规划应涵盖滨水空间、公园绿地、海绵设施等。进入城市存量发展和精细化建设的阶段，城市基础设施更新应秉持规划引领、统筹推进，政府推动、市场运作，数字赋能、绿色低碳，民生优先、共建共享的理念，倡导小规模、渐进式、可持续的更新模式。具体操作上应建立针对更新对象的科学的事前评价机制与更新决策机制，引入超前的规划理念和设计方法，运用先进的技术手段和建设管理方法。应充分引入数字化技术参与城市基础设施更新规划的制定，通过全样本数据解读、高仿真分析等方式实现更新规划的精准设计。

加强城市基础设施更新与智慧运营的数字化关键技术攻关和成果转化

针对城市基础设施更新与智慧运营的关键技术进行有规划、持续性的立项支持，并注重研究成果的系统化和落地应用，逐步建立城市基础设施更新与运营数字化标准体系、城市基础设施快速检测与运行状态检测系统、城市基础设施综合评估与智慧决策支持平台的全要素、多场景的数字运维体系。从城市基础设施建设、管理、养护、运营全周期角度出发，实现智能化、信息化、全局化的数字技术应用，逐步形成多维监测、精准管控的服务能力。建议加强龙头企业、数字创新型企业在技术研发和工程示范中的作用，在重大项目立项时加入典型区域示范的要求，并鼓励各高校、研究所和企业之间强强联合、共享研发成果。

鼓励技术落地应用与迭代优化，注重人才培养和学科体系建设

基础设施更新与运维是城市长期发展中的关键一环，应对技术相对超前的研发示范性项目引入容错机制、奖励机制，为研发人员和学者建立相对宽松的社会环境，鼓励理论、技术和软硬件产品尽早应用在示范工程中，对于已经形成的成套技术进行推广，并在实践中实现技术的迭代优化。建议在城市基础设施更新理论研究、数据处理技术、评估技术、规划方法、运维技术、决策分析等交叉方面加强人才培养，针对城市基础设施更新的相关学科探索设置相关课程和研究方向，注重多学科交叉人才的培养。

结论与展望

建设人民城市是我国城市未来发展与更新的指导思想，体现了“生态城市、品质城市、韧性城市”的基本理念，利用数字化的技术手段，实现城市基础设施更新的量化评估、精准决策、科学运维是实现这一目标的具体行动。现阶段还存在诸多问题，需要在顶层设计、规划体系、关键技术及实践模式等方面不断努力与创新。

目前，关于城市基础设施的数字更新与智慧运营已逐步进入实践阶段，未来借助海量的城市数据积累，利用机器学习与人工智能的技术，将进一步丰富基础设施更新的手段，促进城市更新行动更加高效与准确。