伴隨著疫情后期國民經(jīng)濟的全方位重啟，“新基建”投資已拉開序幕。據(jù)央視新聞2020年3月2日報道，“新基建”指發(fā)力于科技端的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，主要包含這幾個領(lǐng)域：5G基建、特高壓、城際高速鐵路和城際軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。這幾個領(lǐng)域，正逐步變成全社會對“新基建”基本概念的共識。
盡管這些確實是合乎技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的主要基礎(chǔ)領(lǐng)域，但除去屬于交通和能源范疇的幾個應(yīng)用領(lǐng)域外，其它真正看似基礎(chǔ)的幾個方向：5G、大數(shù)據(jù)中心、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，大多數(shù)都 聚集在數(shù)據(jù)的傳輸、儲存和應(yīng)用方面。
數(shù)據(jù)雖說是新經(jīng)濟的血液，但這些“新基建”之下，數(shù)據(jù)又是來源于何處呢？諸多更加基礎(chǔ)的領(lǐng)域是否被忽略了？
1、構(gòu)建智慧城市數(shù)據(jù)基座需三大設(shè)施設(shè)備
伴隨著我國城鎮(zhèn)化率超出50%，城鎮(zhèn)化增長速度下降，中國大城市相繼進(jìn)入存量甚至于減量發(fā)展環(huán)節(jié)，新城新區(qū)建設(shè)愈加遭受嚴(yán)苛限制。城市發(fā)展的首要任務(wù)，也從空間增長和生產(chǎn)效率，轉(zhuǎn)變到存量空間的不斷優(yōu)化和精細(xì)化運營管理上。
另一方面，信息與通信技術(shù)高速發(fā)展的時代已經(jīng)到來。猶如當(dāng)年城市形態(tài)和規(guī)劃管理體系方法被下水道、汽車、高速公路、電梯深刻改變，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G、無人駕駛等新技術(shù)，也正以前所未有的速度，改變著整個社會和經(jīng)濟運行模式，并對城市發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施造成深刻影響。
可以說，鐵路、公路、電網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施，各自支撐了以機械化、電氣化和自動化為基本特征的歷次產(chǎn)業(yè)革命和城市革命。
而新一輪的城市革命，也就是智慧城市的變革，將由創(chuàng)新型基礎(chǔ)設(shè)施支撐，實現(xiàn)城市數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展，推進(jìn)城市運營和治理的精細(xì)化、現(xiàn)代化。
城市本質(zhì)是一種“通過基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)的聚集供給，在空間、環(huán)境、能源等有限資源條件下實現(xiàn)生產(chǎn)效率和市民幸福感提升的繁雜功能網(wǎng)絡(luò)平臺。”
我們處理的所有城市問題基本上都能夠歸納為一個共同的痛點：處理有限的基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)能力與高速增長的需求之間的矛盾。
交通堵塞、內(nèi)澇、能源緊缺、環(huán)境污染等體現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施的動態(tài)服務(wù)能力和效率不夠，住房供給、房價、教育醫(yī)療等公共設(shè)施問題體現(xiàn)了住房和公共服務(wù)的布局、供給量與服務(wù)水平不夠。
在工業(yè)時代，我們是通過發(fā)明和生產(chǎn)更多的產(chǎn)品，創(chuàng)造更多的城市空間來滿足需求的增長。但資源是有限的，我們不可能永遠(yuǎn)維持這種增長。
智慧城市并不只是我們平常見到的政府信息化，歸根結(jié)底是通過數(shù)據(jù)和計算更為高效地連接供需雙方，實現(xiàn)更精確的匹配，使有限的存量資源能發(fā)揮出更大的效率。
居住環(huán)境構(gòu)建與改善的基本技術(shù)體系，也將從工程設(shè)計轉(zhuǎn)換到基于數(shù)據(jù)和算法的資源匹配，及其對更豐富的空間場景的綜合運營。
近幾年來，互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)公司強勢加入城市智能化改造領(lǐng)域，并相繼提出把用于儲存和處理城市數(shù)據(jù)的“云”和“城市大腦”作為城市新的基礎(chǔ)設(shè)施的觀點。政府部門也在大力主導(dǎo)構(gòu)建5G網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心。
這些并沒有錯，但我們城市更大的問題是，用于操控和感知的肢體、感官都還不完善，只有用于計算和傳輸數(shù)據(jù)的大腦、神經(jīng)也無法構(gòu)建真正的智能。
所以說，對傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行智能化改造，并造就更多的符合智慧城市現(xiàn)代化治理需求，尤其是用于采集數(shù)據(jù)、感知城市問題的創(chuàng)新型城市基礎(chǔ)設(shè)施，才是城市新基建的關(guān)鍵所在。
2、創(chuàng)新型智能管線：物聯(lián)化全面改造是趨勢
城市基礎(chǔ)設(shè)施是傳統(tǒng)基建中最重要的領(lǐng)域。在這里說的城市基礎(chǔ)設(shè)施，是城市規(guī)劃里相對狹義的工程性設(shè)施概念，主要包含能源、給排水、通信等系統(tǒng)，道路也是較為特殊的一類。
在其中最普遍最大量的，是各類城市管線系統(tǒng)。其投資和維護(hù)成本極大，全國各地每年有數(shù)萬億市場規(guī)模，且直接關(guān)系城市的安全高效運作，但大多處在極為低效率的人工管理階段。
可以說，城市基礎(chǔ)設(shè)施的運作邏輯，確定了城市運營和管理的基本模式和水準(zhǔn)，但因深埋在地下，通常被人忽視，造成了城市建設(shè)領(lǐng)域“重地上輕地下”的頑疾。
中國包含大城市在內(nèi)，以供排水網(wǎng)絡(luò)為代表的物質(zhì)流管線技術(shù)水平，還滯留在中世紀(jì)。不僅有管線位置和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)難以探測和維護(hù)；管線損耗和泄漏、污染、爆炸、災(zāi)損等風(fēng)險極大，維護(hù)成本高，第一代城市管線要求大規(guī)模的改造；地下環(huán)境造成 管內(nèi)狀態(tài)數(shù)據(jù)難以監(jiān)測和傳輸，當(dāng)前基本是借助工業(yè)儀表的思路和產(chǎn)品感知干管節(jié)點壓力、流量、流速、水質(zhì)、破損、堵塞等；數(shù)據(jù)有線傳輸為主，成本極大，數(shù)據(jù)的質(zhì)量、密度、頻度，都難以達(dá)到自動控制的要求。
這些也造成 近幾年來大城市重大基礎(chǔ)設(shè)施事故頻頻發(fā)生，對群眾生命財產(chǎn)安全造成極大威脅。價格昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施綜合管廊，能解決一部分問題，但除個別工程條件良好且有特殊需求的路段外，要全方位普及化還不大可能。
近幾年來，低功耗物聯(lián)網(wǎng)（LPWAN）、分布式光纖傳感器（DFS）和微機電傳感器（MEMS）的發(fā)展，使我們有可能以較低的成本，廣泛性部署分布式傳感器，實現(xiàn)新的基礎(chǔ)設(shè)施運營邏輯。
在通過CIM平臺維護(hù)完整的管線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前提條件下，以大批量無線小型分布式傳感器和邊緣計算節(jié)點將整個基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)變成一套新的ICT基礎(chǔ)設(shè)施。再加上實時無線遠(yuǎn)傳的末端計量儀表，搭配新型管內(nèi)巡線工具，理論上，可以實現(xiàn)一個全息的數(shù)字孿生系統(tǒng)。
基于人工智能建模的全網(wǎng)動態(tài)平衡調(diào)度算法，可以對各類設(shè)備進(jìn)行毫秒級調(diào)節(jié)；對各類管道損傷和內(nèi)部異常，可以精確定位和及時干涉。這些數(shù)據(jù)，不但有利于管線本身的精準(zhǔn)操控，也描述了整個城市的實時運作狀態(tài)。
3、城市感知網(wǎng)：不再依賴數(shù)據(jù)尾氣
除了地下管線的數(shù)據(jù)收集之外，城市地上空間運作的數(shù)據(jù)收集情況實際上也并沒有通常想像中得那么理想。
我國有世界上最大的安防監(jiān)控攝像頭網(wǎng)絡(luò)，這幾套網(wǎng)絡(luò)在無間斷無縫收集近乎覆蓋整個城市空間的實時視頻；我們的政府掌控著號稱八成以上的城市數(shù)據(jù)，覆蓋各個行業(yè)，擁有 周密的城市數(shù)據(jù)網(wǎng)格化人工收集機制；我們有世界上最大的幾家互聯(lián)網(wǎng)公司，也在通過各類產(chǎn)品收集用戶行為、交通運作，乃至通過無人駕駛的各類傳感器不斷收集城市的三維形態(tài)，并越來越多地用于城市治理。
但盡管如此，這些數(shù)據(jù)依然是存在于一個個的數(shù)據(jù)孤島或者數(shù)據(jù)煙囪之中，沒法互聯(lián)互通；更重要的是，大多數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化程度極低，沒法相互融合和分析；我們平時運用的許多 城市數(shù)據(jù)也不是專門為了城市治理的需求收集的，大部分是各類應(yīng)用系統(tǒng)形成的數(shù)據(jù)尾氣，清洗和處理的成本很高。
伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，智慧城市開始逐漸實現(xiàn)對城市環(huán)境和時空行為更為直接和細(xì)致的全面感知、深度挖掘和綜合分析能力。
全面感知會帶來數(shù)據(jù)收集和傳遞網(wǎng)絡(luò)兩個層面廣度的擴展和敏感度的提升，這就意味著智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施能夠更為直接和深層次地收集城市數(shù)據(jù)。
感知的核心目標(biāo)，一方面是以人流車流、環(huán)境污染、負(fù)面事件為代表性的動態(tài)需求信息，一方面是代表供給的道路和基礎(chǔ)設(shè)施的運作情況。在此基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)平臺和算法才能實現(xiàn)動態(tài)預(yù)測和供需匹配。
包含交通和安防攝像頭在內(nèi)，大量的城市物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都對供電和通訊有著相似的需求，但由于部門的事權(quán)分割，各類設(shè)備的安裝部署缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，造成 了大量的重復(fù)性建設(shè)，也造成了收集的各類數(shù)據(jù)分屬不同的部門，無法融合運用。
為了更好地應(yīng)對未來越來越多類型、越來越精細(xì)化的感知需求，各類城市感知設(shè)備的統(tǒng)籌布局成為了智慧城市頂層設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，上文提到的創(chuàng)新型智能管線也是未來完整的城市感知網(wǎng)絡(luò)的一部分。
對城市政府而言，這類方式最大的挑戰(zhàn)其實是在理念上接納從環(huán)境監(jiān)測、安防監(jiān)測、交通監(jiān)測到綜合城市數(shù)據(jù)感知的轉(zhuǎn)換。部門的事權(quán)分割曾經(jīng)是綜合城市數(shù)據(jù)感知的最大阻礙，而越來越多的大數(shù)據(jù)管理局的成立則為這類共享的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理提供了可能性。
4、CIM平臺：承載高頻多維高精時空數(shù)據(jù)
CIM（CityInformationModeling）的基本概念有利于BIM（建筑信息模型）的信息數(shù)字化。也把用作設(shè)計、施工、使用、維護(hù)全生命周期管理的理念，拓展到了城市領(lǐng)域。是數(shù)字孿生基本概念在城市領(lǐng)域的主要體現(xiàn)。
已經(jīng)有的BIM技術(shù)對城市中每個建筑可以做到構(gòu)件尺度的數(shù)字孿生，進(jìn)而將建筑物的信息數(shù)字化；GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)則能夠?qū)Τ鞘谐叨壬系牡匦蔚孛病⑼恋乩玫群暧^空間環(huán)境特征和人群特征、信息資金流動等城市中無形的社會經(jīng)濟活動信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、歷時性儲存。
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新型智能管線和城市感知網(wǎng)的廣泛性布設(shè)，城市具備了高頻、多維的時空數(shù)據(jù)收集能力。這一方面可以對BIM中建筑物的運營數(shù)據(jù)進(jìn)行補充，更關(guān)鍵的是對交通流、基礎(chǔ)設(shè)施運行、大氣水文等城市空間中的微觀環(huán)境變化進(jìn)行實時感知和收集。
BIM與GIS在空間范疇上互補，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上共通，每棟建筑可以看成GIS中的一個地物，每一根管道、路燈等城市基礎(chǔ)設(shè)施都可看成BIM的一個構(gòu)件。在此基礎(chǔ)上嵌入物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，增加了對“流”、“場”等動態(tài)性空間的描述和計算能力，又大大提升了數(shù)據(jù)空間和時間粒度的精細(xì)化程度，實現(xiàn)對城市空間精細(xì)化、全面性、動態(tài)性、實時的數(shù)字化。
因此，在空間范疇和技術(shù)邏輯上，CIM的建設(shè)是“大場景的GIS數(shù)據(jù)+小場景的BIM數(shù)據(jù)+物聯(lián)網(wǎng)”的有機結(jié)合。在全面收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，CIM通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺將各領(lǐng)域不同維度的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化整合。
一方面實現(xiàn)城市級數(shù)據(jù)的可計算，對任意空間范疇內(nèi)的建筑面積、容積率等空間指標(biāo)和人口密度、車輛密度甚至于用水用電量等社會經(jīng)濟指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并可通過機器學(xué)習(xí)和虛擬仿真挖掘規(guī)律、進(jìn)行預(yù)測。
另一方面通過空間信息可視化的技術(shù)，促使城市數(shù)據(jù)可以與其空間位置實時相對應(yīng)，簡單明了，有利于運維和管理人員的快速感知和決策。
除此之外，CIM平臺還具有開放性，經(jīng)授權(quán)后可以向政府、企業(yè)和學(xué)界提供數(shù)據(jù)接口，成為了城市級應(yīng)用開發(fā)的“土地供給”，促使數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生更大的社會和經(jīng)濟價值。
CIM平臺并不是GIS和BIM的簡單融合，而是在無縫銜接各尺度空間數(shù)據(jù)。CIM平臺在實現(xiàn)三維空間的精準(zhǔn)描述之外，更注重來自物聯(lián)網(wǎng)的海量實時大數(shù)據(jù)的接入和計算，并具有完善的時空流的描述和計算能力。
伴隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及化，多維、高頻、高精度的時空大數(shù)據(jù)場景越來越豐富。充分考慮到這種趨勢，在軟件層面，現(xiàn)階段我們還并沒有一個真正意義上的CIM產(chǎn)品。市面上的GIS和BIM廠商，許多都基于自身的產(chǎn)品延伸拓展，同時具有了GIS和BIM的部分能力。
但這些產(chǎn)品除了滿足住建系統(tǒng)規(guī)、建、管等傳統(tǒng)三維空間數(shù)據(jù)需求以外，對智慧城市更全面的需求都不能很好滿足。
產(chǎn)品架構(gòu)都具有天然的缺陷，需要進(jìn)行底層的重構(gòu)而非簡單的功能完善。就算是行業(yè)矚目的雄安CIM平臺和現(xiàn)階段的幾個國家CIM平臺試點，也都還遠(yuǎn)未成熟。
現(xiàn)階段，已經(jīng)有一些技術(shù)廠商認(rèn)識到全新CIM構(gòu)架的價值，并已經(jīng)采用“時空數(shù)據(jù)庫+時空數(shù)據(jù)引擎+時空網(wǎng)格體系”等技術(shù)體系創(chuàng)建全新的CIM系統(tǒng)，正在取代傳統(tǒng)GIS和BIM成為了城市中臺的核心部分，真正成為了這一新的城市基礎(chǔ)設(shè)施。
5、結(jié)語
做為未來城市數(shù)據(jù)的最大高頻流量入口之一，創(chuàng)新型智能管線和城市感知網(wǎng)是5G網(wǎng)絡(luò)的最大流量來源，也是訓(xùn)練人工智能城市模型算法的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。而承載了這些數(shù)據(jù)的CIM平臺則會是城市數(shù)據(jù)中心需求的主體。
三者共同構(gòu)成整個城市“新基建”中最為基礎(chǔ)的幾個領(lǐng)域，也是具備最大市場空間的方向。與互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)來自于用戶、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域來自機器的數(shù)據(jù)不同，城市的數(shù)據(jù)需要專業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施體系去收集、匯聚和處理。這樣才可以通過人工智能去發(fā)揮出各種政府治理和商業(yè)應(yīng)用的價值。
因此，在智慧城市領(lǐng)域，5G、IDC和人工智能只是“新基建”的表層，需要大大拓展“新基建”的視野，加大對創(chuàng)新型智能管線、城市感知網(wǎng)和時空數(shù)據(jù)驅(qū)動的CIM平臺幾個方向的探究投入，跳出簡單集成的信息化桎梏，實現(xiàn)城市面向智能化和智慧化未來的轉(zhuǎn)型。