通信世界网消息（xī）（CWW）随（suí）着城市化进程加快，城市人口的密（mì）集度越来（lái）越大，城市（shì）空间（jiān）资源（yuán）利用呈现向三层空间发展的（de）总体趋（qū）势，城市空间基础设施的（de）信息化也将（jiāng）成（chéng）必然趋势。如何更好地（dì）利用、管理城市地下（xià）空间？

当（dāng）前国（guó）内外学术界和市政（zhèng）管理机（jī）构（gòu）也（yě）在（zài）探讨，例如有行（háng）业专家以“武（wǔ）汉（hàn）城市地下交通发展（zhǎn）趋势”为基础（chǔ）提出改变当前交（jiāo）通结构和交通方式，大力发展地下交通设施；依据（jù）“物联（lián）网（wǎng）和BIM技术在地下综合（hé）管廊建设运维中的应用研究”，提（tí）出从设计、施（shī）工、维护3个阶（jiē）段全面利用物联网和（hé）BIM工具（jù）；有专家在《北斗（dòu）+物联网技术在地下管线管理（lǐ）中（zhōng）的应用》一文（wén）中提出，利（lì）用北斗卫星系统定位+物（wù）联网技术开（kāi）展地下燃气管（guǎn）线（xiàn）的安全监管。从以上（shàng）案（àn）例中不难看出当前行业内对于地下空间的（de）利用大多局限于具体（tǐ）的行业，如交通、燃（rán）气、供水（shuǐ）、综合管廊建设等，但对于城市空（kōng）间如何整体规划当前（qián）还没有具体成果。

城市（shì）空间三层（céng）发展（zhǎn）的总体（tǐ）趋（qū）势

由于城市道路拥（yōng）堵、马路拉链、雾霾、城市内涝等问题，人们对改善城市环境的呼声越来越高。但目前城市问题的根（gēn）源（yuán）在于城市发展模式（shì）、基础设（shè）施（shī）等（děng）一（yī）定（dìng）程度上违背了人与自然和谐发（fā）展（zhǎn）的规律。城市空间发展（zhǎn）趋势是向三层空间拓（tuò）展的，包括地（dì）下空间、地面空间（jiān）和城市（shì）上空空间。

未来城（chéng）市（shì）发（fā）展（zhǎn）的（de）趋（qū）势是（shì）基础（chǔ）设（shè）施尽量向地下空间发展（zhǎn），包括交通、电力、通（tōng）信（xìn）、燃气、自来水、蓄水（shuǐ）排水等；城（chéng）市建筑、花园植（zhí）被、市民活动空间、渗透型道（dào）路，建筑活动工业化、城市（shì）工（gōng）厂搬（bān）迁至郊（jiāo）区（qū）（未（wèi）来工厂将大规模采用机器人作（zuò）业）可优化地面（miàn）自然空间；城市（shì）风（fēng）道、无人机（jī）交通航线、无人（rén）飞行车（chē）交通航线（xiàn）将优化城市上层空间。

三层空（kōng）间城市基础设施比重应在（zài）5:4:1，而当前该比重为3:7:0。但随着综合管廊技术、海绵城（chéng）市（shì）技术、无人驾驶（shǐ）技术的发展，城市地下（xià）交通的比重会越来越（yuè）高，城市的地下基础设（shè）施占比也将越来越（yuè）大。

开发（fā）智慧（huì）城市地（dì）下空间与基础设施刻不容缓

我国大部分老城区已经暴露出交通拥堵、城市基础（chǔ）设施支撑能力下（xià）降、人居环境恶化（huà）等城市通病，地下空间的开发能（néng）够有效缓解老城的现实问题；随着城市化进程的加快，未来5~10年，城市将负担70%的人口，城市（shì）地面空间（jiān）开（kāi）发余量已非常有限，60%以上城市的老（lǎo）城区（qū）在超负荷运转，大大（dà）降（jiàng）低了城市居（jū）民的（de）舒适度。未来，地下空间规划（huá）体系与管（guǎn）理机制将（jiāng）逐步走向完善。

与此同时（shí），当前电力、通信、燃气、给排水（shuǐ）等城市地下管线管（guǎn）理方分属不同政府部门或企业，形成了信息孤（gū）岛，使得（dé）地下空间越来越拥（yōng）挤，地下管（guǎn）线被挖断（duàn）、施（shī）工受（shòu）阻（zǔ）挠（náo）等问题时有发生。据估算，我国城市每年因施工造成的地下管（guǎn）线事故直接（jiē）经济损失约50亿元（yuán），间接经济损（sǔn）失约（yuē）400亿元。亟（jí）需通过（guò）实行统一的规划（huá）、设计、建设和管理，彻底改变管道自建、各自管理（lǐ）的零乱局面。而统一规划（huá）的（de）前提是（shì）建立地下空间的管网信息模（mó）型，通过（guò）数字化模型实（shí）时展示各（gè）类管（guǎn）线的功能、位置、深度、间距等。

在（zài）当（dāng）前大交（jiāo）通理念下，城市地下交通与城（chéng）际高铁、地铁形（xíng）成（chéng）了大交通趋势，城市（shì）以（yǐ）地下隧道方式建设了（le）越来越多的（de）快速路，快（kuài）速路是未来城市全（quán）面走（zǒu）入地下的雏形。同时城市（shì）地（dì）铁在规划时（shí）也需要在（zài）城（chéng）市楼宇地下层、车（chē）库之间进行接驳和（hé）参照，避免地铁震（zhèn）动扰（rǎo）民（mín）和对建筑地基（jī）的（de）损害，这需要建立城（chéng）市地平面以下的空间模型（xíng），没有这个空间模型就（jiù）无法进行统筹规划。

内涝也（yě）是我国（guó）的城市的一大棘手（shǒu）问题（tí）。每年夏季我（wǒ）国（guó）一线城市都会（huì）发生内（nèi）涝，且随（suí）着人口密度增长和城市扩展，内（nèi）涝问（wèn）题愈加严重。而以（yǐ）英（yīng）国（guó）、德国、日（rì）本等发（fā）达（dá）国家的发（fā）展经历来看，建设（shè）地（dì）下宫殿（diàn）式的蓄水、排水系（xì）统是（shì）必（bì）然趋势。面向（xiàng）海（hǎi）绵城市的地下给水、排（pái）水系（xì）统的规划和设计需要有完整的城市（shì）地（dì）下空间（jiān）模型（xíng）。因此城（chéng）市（shì）公共管线设施（shī）、地下交通（tōng）设施、海（hǎi）绵城市设施均需要统一（yī）的（de）城市地下空间（jiān）模型（xíng）才能进行统一规划、协（xié）同设计（jì）、同（tóng）步实施。

如何开发智慧城市地下空间与基础设（shè）施

基于以（yǐ）上现状，城（chéng）市地下（xià）公共设施信（xìn）息模型（Information model of urban underground public facilities，本文简称（chēng）UIM）应运而生，UIM是以物联（lián）网技术（shù）为基（jī）础，面（miàn）向（xiàng）城市（shì）地（dì）下空间资源规划的发展趋势，充分管理好（hǎo）、利用好城市地（dì）下空（kōng）间，为（wéi）市民（mín）的生活腾挪出更多的自然环境（jìng）空间，顺（shùn）应自然规律，减少城市（shì）交（jiāo）通污染以及水泥地面（miàn）对地表自（zì）然环境的侵（qīn）害。

当前（qián）行业内已经有建筑信息模（mó）型（Building Information Modeling ，BIM）、ArcGIS+Engine地（dì）理信息（xī）系统、OpenGL（Open Graphics Library)等开（kāi）发环境（jìng），在此（cǐ）基（jī）础上，与数字（zì）孪生（shēng）城市（shì）相（xiàng）结（jié）合，完成整个城市的物理环境与数字环境的（de）映射、同（tóng）步（bù）。在一个统一的平台上（shàng）展现（xiàn）城市（shì）地下基（jī）础设（shè）施、地质条（tiáo）件等。

如何实现智（zhì）慧城市地下空间与（yǔ）基础（chǔ）设施的开发

传统的（de）数字（zì）城市侧重于政务信息（xī）化、城市（shì）地理空间（jiān）GIS（Geographic Information System）系统、无（wú）线城市、光网城市建设等（děng），是初（chū）步的数字化应用。数字孪生（Digital Twin）是将城市活动和城市（shì）物理环境全部实现数字化（huà），映射（shè）到数字世界中去（qù）。数字孪生最初（chū）只在工业（yè）精密制造（zào）领域使用，是充分利用物（wù）理模型、传感器（qì）更新、运行历史等数（shù）据，集成多学科、多物理量（liàng）、多尺度、多概率的仿（fǎng）真过程（chéng），在虚拟空间中完（wán）成映射，从而反映相（xiàng）对应的实（shí）体装备的全（quán）生命（mìng）周期过程。对于城市空间（jiān）资（zī）源来说（shuō），数字孪生技术应用前景广阔。过去，城市管理者是将政（zhèng）务信（xìn）息管理起来，通过流（liú）程信（xìn）息（xī）化管理数据的互（hù）联互通（tōng），这是城市活动数字（zì）孪生化。城（chéng）市的数（shù）字化（huà）给（gěi）城市带来的是数字（zì）资产，它与矿产资源不同（tóng），可以（yǐ）重复无限次（cì）使用，从而发挥（huī）最大价值。

物联网（Internet of Everything 或Internet of Things，本文称之为IoT）概（gài）念早在2001年已（yǐ）经提出。互联（lián）网（wǎng）使人类的（de）活动得以数字化，打通了人类和人类之（zhī）间（jiān）的快速交互通道（dào），而物联网使物理世界得以数字化（huà），打通了数字（zì）世界与物理世界之（zhī）间的通道。物（wù）联网在整（zhěng）个人类技术经济（jì）的发展演进路径上处于数字经济的（de）中（zhōng）期阶段，是物理世界数（shù）字（zì）化之（zhī）后的阶段，借助现（xiàn）有的通（tōng）信网络（luò）、互联网通道，采集现场数字（zì）化信息改变以前“互联网—人—互联网”的交（jiāo）互模（mó）式（shì）为“物—互联网（wǎng）—物（wù）”的模（mó）式，在这（zhè）个（gè）过程（chéng）中人的作（zuò）用是（shì）不断提升这（zhè）种交互方式（shì）的（de）技术水（shuǐ）平（píng）、经济价值、应用功能，为后续人工（gōng）智能（néng）技术经济形态（tài）下的社会做好（hǎo）铺垫（diàn）。

物（wù）联网不是一场技术的革（gé）命，而（ér）是一（yī）场升（shēng）级和（hé）进化（huà）。传统物联网（wǎng）通常被称（chēng）作（zuò）传感（gǎn）网，是通过RFID、传感器自上而下采集数据，通常（cháng）分为感知层、网（wǎng）络层、传输层（céng），城市智（zhì）能抄（chāo）表、工业物联（lián）网（IIoT）、商场智（zhì）能（néng）停车等目前应用较多。新（xīn）型物联网（wǎng）强调物与物之间的本（běn）地通信能力（lì）、协（xié）同能力，减少（shǎo）人的参与，它是未来人工智能的基础。城市中人（rén）们的（de）活动是动态的（de），物联网负责搜集动态环境、设施的实（shí）时数据，然后进行汇总，反（fǎn）映（yìng）整（zhěng）个城市（shì）的交通、水电（diàn）燃气等公共设施（shī）、污水雨水排水情（qíng）况。空气状（zhuàng）况、智慧路（lù）灯（dēng）杆（gǎn）、照明、停车位、充电站、公共自行车、环（huán）卫车辆等（děng）基（jī）础设施都（dōu）可通过物联（lián）网连接。物联网（wǎng）连接的本质是将城市作为特大（dà）型企业来运营，想要（yào）更好的运营特大型企业（yè），就必须知道（dào）城市（shì）的实时运（yùn）转情况，感受城市律动的脉（mò）搏，按照预案做好实时处置。连接本身就是一种价值，互（hù）联网、物联（lián）网（wǎng）时代，一个节点的连接数越大（dà），它的（de）价值越大，城市也是如此（cǐ）。Gartner预计2020年（nián）全球（qiú）物联网（wǎng）连接数将达97亿（yì）。

城市地下信息基础设施的大数据系统

当前（qián）我国城市（shì）地（dì）下管线的（de）总长度已经超过200万千米，且每年以10万（wàn）千米的速度（dù）增长（zhǎng）。管线（xiàn）的建设（shè）数（shù）据、状态数据、维护数据等组成了海量数据，现有地（dì）下空间基础设施（shī）将逐步转变为综（zōng）合管廊的形式。目前很多（duō）老城区人口密集、管线老化（huà）、管（guǎn）孔（kǒng）资源饱和，多次（cì）重复（fù）开挖的社会成本和污染（rǎn）成本较大，城市将（jiāng）探索综合管廊的形（xíng）式，城市地下基础设（shè）施未来将通（tōng）过（guò）综合管廊（láng）的升级改造而（ér）具备更（gèng）多的智能感知、数字孪生功（gōng）能。城市（shì）地下是宝贵的空（kōng）间（jiān）资源（yuán），除了用于地（dì）铁、管线、城市快速路小型隧道以外，未（wèi）来会逐步将城（chéng）市地上交通、管线（xiàn）设施移到（dào）地下。而城市地下空间的（de）规划（huá）、设计、施工、维护均需（xū）要（yào）一套以数字孪生为基础的大（dà）数据系统，实现（xiàn）多规合一、协同（tóng）规（guī）划和协（xié）同建设。有了这套大数据系统，才有人工（gōng）智能城市（shì）的基础。

智（zhì）慧城市在（zài）传统意（yì）义上是城（chéng）市的信（xìn）息（xī）化，信（xìn）息化是物理世界和数字世界的映射。由（yóu）于人（rén）工智能可以识别的是数字环境（jìng），因此只有基于数字化、物联（lián）网、互联网、大数据基础上（shàng）的大数据系统（tǒng）才能给（gěi）人工智能打下（xià）基（jī）础，否（fǒu）则广泛的（de）人工智能不可能（néng）实现。以无人驾（jià）驶为（wéi）例（lì），目前主（zhǔ）流技术路线是（shì）智能网联汽（qì）车（chē），即通过（guò）道（dào）路数字化、车辆（liàng）数字化、车（chē）辆网联、模式（shì）识别技术才能最（zuì）终（zhōng）实现城市（shì）道路的无人驾（jià）驶，仅依靠（kào）单车智能（néng）无法实现无（wú）人驾驶（shǐ），这是一个循序（xù）渐（jiàn）进的过程。而未来城市（shì）的地面交通，则是（shì）向地下发展，通过地（dì）下空间（jiān）大（dà）数据（jù）系（xì）统为无人驾驶（shǐ）车（chē）辆提供整个城市（shì）的（de）最佳路线、最（zuì）佳车速、交（jiāo）通动（dòng）态。诸如此类，其他各个行业（yè）也是基于这样一个大数据系统（tǒng）实现数（shù）据的调用（yòng）和边缘计算进（jìn）行决策（cè）判断。

智（zhì）慧城市的理论和（hé）实践从2009年开始，已经（jīng）发（fā）展了（le）10个（gè）年（nián）头。回顾（gù）这10年的实践情况可以看（kàn）出，从数字化到互（hù）联网、物（wù）联网再到数（shù）字孪生大数据系统（tǒng）的路径是循序渐（jiàn）进的。当前，政（zhèng）府是智（zhì）慧城市（shì）建设的主要推（tuī）动（dòng）力。而未（wèi）来，理念（niàn）的更（gèng）新（xīn）将带动整（zhěng）个社会技术的升级和革新，智慧城市建设将形成政府主牵头、全行（háng）业共同参与的双赢模式，实现生态化、协同化、社（shè）会（huì）化，城市（shì）地下信息基础设施模型将成为这一方向的重要载体。