通信世界网（wǎng）消（xiāo）息（CWW）随着城市（shì）化进程加快，城市人口（kǒu）的（de）密集度越来越大，城市（shì）空间资（zī）源利（lì）用呈现向三层空间发展的总体趋（qū）势（shì），城（chéng）市空间基础设（shè）施的信息化也将成必（bì）然趋势。如（rú）何更好地利用（yòng）、管理城市地下空间？

当前国内外学术界和市政管理机构也在探讨，例如有行（háng）业专家以“武汉（hàn）城（chéng）市地（dì）下交通发展趋（qū）势（shì）”为基（jī）础提出改变当前（qián）交通（tōng）结构和交（jiāo）通方式，大力发展地下交通设施；依据“物（wù）联（lián）网（wǎng）和BIM技术在地下综合管（guǎn）廊（láng）建设（shè）运维（wéi）中的应用研（yán）究”，提出从设（shè）计、施工（gōng）、维护3个阶段全面利用物联网和BIM工具；有专家在（zài）《北斗（dòu）+物联网（wǎng）技术在地下管线管理中的应用（yòng）》一文中提出，利用（yòng）北斗（dòu）卫星系统（tǒng）定位+物联网技术开展（zhǎn）地下（xià）燃气管线的安（ān）全监管。从以上案（àn）例中不难看出当（dāng）前行业内对于（yú）地下空间的利用大多局限于具体的行业，如交（jiāo）通、燃气、供水、综合管廊建设（shè）等，但对于城市空间（jiān）如何整体规（guī）划（huá）当前（qián）还没有（yǒu）具体（tǐ）成果（guǒ）。

城市（shì）空间三层发展的总体趋势（shì）

由于（yú）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（chéng）市环境的呼声越来越高。但目前（qián）城市问题（tí）的根源在（zài）于城市发展模式、基础设施等一定（dìng）程度上违背了人与自然和谐发展的规律。城市空间发（fā）展趋势（shì）是（shì）向三层空间拓展的，包括地下空间、地（dì）面空间和城市上（shàng）空空（kōng）间。

未来（lái）城市发展的（de）趋势是基础设施尽量（liàng）向地下空（kōng）间发（fā）展，包（bāo）括交通、电力、通信、燃气、自来（lái）水、蓄水排水等；城市建筑、花（huā）园植被（bèi）、市民活动空间（jiān）、渗透型道（dào）路，建（jiàn）筑（zhù）活动工业化、城市工厂搬（bān）迁至郊区（qū）（未来工厂（chǎng）将大规模采用机器人（rén）作业）可优（yōu）化地（dì）面自然空间；城市风道（dào）、无人机交通航线（xiàn）、无人飞行车交（jiāo）通（tōng）航线将优（yōu）化城市上层空（kōng）间。

三层（céng）空间城市（shì）基础设施（shī）比重应在（zài）5:4:1，而当前该（gāi）比重为3:7:0。但随着综合管廊技术、海绵城市技术、无人驾驶技术的发（fā）展（zhǎn），城市地下交通的（de）比重会越来越（yuè）高，城市的地下基础设施占（zhàn）比也将越（yuè）来（lái）越大。

开发（fā）智慧（huì）城市地下空（kōng）间与基础设施刻（kè）不（bú）容缓

我国大部（bù）分老城区已经暴露出交通拥堵、城市基础设（shè）施支撑能力下（xià）降、人居环境（jìng）恶化等城市通病，地（dì）下空（kōng）间的开发（fā）能够（gòu）有效缓（huǎn）解老城的现实（shí）问题（tí）；随（suí）着城市化进程的加快，未来5~10年，城市将负担（dān）70%的人口，城市地（dì）面（miàn）空（kōng）间开发余量已非常有限（xiàn），60%以上城市的老（lǎo）城区在超负荷运转，大（dà）大降低了城（chéng）市居民的舒适度。未来，地（dì）下（xià）空（kōng）间规（guī）划体系与管理机（jī）制将（jiāng）逐步走（zǒu）向完善。

与此同时，当前电力、通信、燃（rán）气、给排水等城市（shì）地下管线（xiàn）管理方分属不同政（zhèng）府部门或企业，形（xíng）成了信（xìn）息孤岛，使得地下空间越来越拥（yōng）挤，地（dì）下管（guǎn）线（xiàn）被（bèi）挖断（duàn）、施（shī）工受阻挠等问题时有发生。据估算，我国城市每年因施工造成的地下管线事故直接经济（jì）损（sǔn）失（shī）约50亿元，间接经济（jì）损失约400亿元。亟需通过实（shí）行（háng）统一的规划、设计、建设和管理，彻底改变管（guǎn）道（dào）自建、各自管理的零乱局面。而统一规划的前（qián）提是建立地下空间的管网信息模型，通过（guò）数（shù）字（zì）化模型实时展示各（gè）类管线的功能、位（wèi）置、深度、间距等。

在（zài）当前大交（jiāo）通（tōng）理（lǐ）念下，城市地下交（jiāo）通与城（chéng）际高（gāo）铁、地铁形（xíng）成了大交通趋势，城市以地下隧（suì）道方式建设（shè）了越来越多的快速路，快速路是（shì）未来（lái）城市（shì）全面走入地下（xià）的雏形（xíng）。同时城（chéng）市地铁在规划时也需要（yào）在城（chéng）市楼宇地下层、车库之间进行接驳和（hé）参照，避（bì）免地（dì）铁震动扰民和对建筑地基的损害，这需要建立（lì）城（chéng）市（shì）地平面以下的（de）空间模（mó）型（xíng），没有这个空（kōng）间（jiān）模型就无法进行（háng）统筹规划。

内（nèi）涝（lào）也是我国（guó）的城（chéng）市的一大（dà）棘手（shǒu）问题。每年夏季我国（guó）一线城市都会发生内涝，且（qiě）随（suí）着人口密度（dù）增（zēng）长和城市扩展，内（nèi）涝问题愈（yù）加严重。而以英国、德国（guó）、日本等发达国家的（de）发展经历来看，建设地下宫殿式的蓄水、排（pái）水系统是必然趋势（shì）。面（miàn）向海绵城市的地下给水、排水系统的（de）规（guī）划和设计（jì）需要有完整的城市地下空间（jiān）模型。因此城（chéng）市公共管线设施、地下交（jiāo）通设（shè）施（shī）、海绵城市（shì）设施均需要统一（yī）的城市地下空（kōng）间模型才能进行统一（yī）规划、协同设计、同（tóng）步实施。

如（rú）何开发智慧城市地下（xià）空间与基础设施

基于以（yǐ）上现状（zhuàng），城市地（dì）下（xià）公共设施信息模型（Information model of urban underground public facilities，本文简（jiǎn）称UIM）应（yīng）运而生，UIM是以物联（lián）网技术为基（jī）础，面向城市地下空间资（zī）源（yuán）规划的（de）发展（zhǎn）趋势（shì），充分（fèn）管理好、利用好城市地下空间，为市民的生活腾（téng）挪出更多的自然环境空间，顺应（yīng）自然规（guī）律，减少（shǎo）城市交通污染以及水泥地（dì）面对（duì）地表自然环（huán）境的侵（qīn）害。

当前行业内已经有建筑信息模（mó）型（Building Information Modeling ，BIM）、ArcGIS+Engine地理信息（xī）系统、OpenGL（Open Graphics Library)等开（kāi）发（fā）环境，在此基础（chǔ）上，与数字孪生城市相结合，完成整个城市的物理环境与（yǔ）数字环境（jìng）的映射、同（tóng）步。在（zài）一个（gè）统一的平台上展现城市地（dì）下基础（chǔ）设施、地质（zhì）条（tiáo）件等。

如何（hé）实现智慧城市地下空间与基础设施的开发

传统的数字城市（shì）侧重于政务信（xìn）息化（huà）、城市地理（lǐ）空间GIS（Geographic Information System）系统、无线城市、光网城（chéng）市建设等，是初（chū）步的数（shù）字化应（yīng）用（yòng）。数字（zì）孪（luán）生（Digital Twin）是将城市（shì）活动（dòng）和城市物（wù）理（lǐ）环境全部实现数字化，映（yìng）射到数字世界（jiè）中去。数字（zì）孪生最初只在工（gōng）业精密（mì）制（zhì）造领域（yù）使用（yòng），是充分（fèn）利用物理模型（xíng）、传感器更新（xīn）、运行历史等数据，集成多学科、多物理（lǐ）量（liàng）、多尺度、多概率的（de）仿真过程（chéng），在虚拟（nǐ）空间（jiān）中完成（chéng）映（yìng）射，从而反（fǎn）映相对应的实体装备的全生命周期过程。对（duì）于城市空间（jiān）资源来（lái）说，数字孪生技术应用（yòng）前景广阔。过（guò）去，城（chéng）市管（guǎn）理（lǐ）者是将政务信息管（guǎn）理（lǐ）起来（lái），通过流程信（xìn）息（xī）化（huà）管理数（shù）据的互联互通，这（zhè）是城市活动数（shù）字孪生（shēng）化。城市的（de）数字化给城市（shì）带来的是数字（zì）资产，它与矿产资源（yuán）不同，可（kě）以重复无限次（cì）使（shǐ）用，从而发挥最大价值。

物联网（Internet of Everything 或Internet of Things，本文称（chēng）之为IoT）概念（niàn）早在2001年已经提（tí）出。互联网使人类的活动得以数字化，打通了人（rén）类和人类之（zhī）间的快速交互通道，而（ér）物联（lián）网（wǎng）使物理世界（jiè）得以（yǐ）数字化（huà），打（dǎ）通了数字世界与物理世界之间的（de）通道（dào）。物联网在整个（gè）人类技术经（jīng）济（jì）的发展演进（jìn）路径上处于数字（zì）经济的中期阶段，是物理世（shì）界（jiè）数（shù）字（zì）化之后的阶（jiē）段，借助现有的通信网络、互联网（wǎng）通道，采（cǎi）集现（xiàn）场（chǎng）数字化（huà）信（xìn）息（xī）改变以前“互联（lián）网—人（rén）—互联网（wǎng）”的交互模式为“物—互联网（wǎng）—物”的模式（shì），在（zài）这个过程（chéng）中人的（de）作（zuò）用（yòng）是不断提（tí）升这种交互方式的技术（shù）水平、经（jīng）济价值、应用功能（néng），为后续人工智能（néng）技术经济形态下的社（shè）会做好铺垫。

物联网不是一场技术的革命，而（ér）是一场升级和进化。传统物联网通常（cháng）被称作传感（gǎn）网，是通过RFID、传感器自上而下采集数据，通常分（fèn）为感知（zhī）层、网络层、传（chuán）输层，城市智能（néng）抄表、工业物联（lián）网（wǎng）（IIoT）、商场智能停车等目前应用较（jiào）多（duō）。新型物（wù）联网强（qiáng）调物（wù）与物之间的本（běn）地通信能力、协同能力，减少人的参与，它（tā）是未来（lái）人（rén）工智（zhì）能的基础。城市中人们的活动（dòng）是动态（tài）的，物联网负（fù）责（zé）搜（sōu）集动态环境、设施的实时数据（jù），然后进行汇总，反映整（zhěng）个城市的交（jiāo）通、水电燃气等公共（gòng）设施、污（wū）水雨（yǔ）水（shuǐ）排水（shuǐ）情况。空气（qì）状况、智（zhì）慧（huì）路灯杆、照明、停（tíng）车位、充（chōng）电站、公共自行车、环卫（wèi）车（chē）辆等基础设（shè）施都可通过物（wù）联网（wǎng）连接（jiē）。物联网连接（jiē）的本质是将城市（shì）作为特（tè）大型企（qǐ）业来运营，想要更好的（de）运营特大型企业（yè），就必须知道城市的实时（shí）运（yùn）转情况，感受城市律（lǜ）动（dòng）的脉搏，按照预案做好实时处置。连（lián）接本身（shēn）就是（shì）一种（zhǒng）价（jià）值，互联网、物联网（wǎng）时代，一个（gè）节（jiē）点的连接数越大，它的价值越大，城市也是（shì）如此。Gartner预计（jì）2020年（nián）全球物联网连接数将达97亿。

城市地下信息基础设施的大数据系统

当前我国（guó）城市地下管线的总长度已经（jīng）超过200万千米，且每年以（yǐ）10万千米的速度增长。管线的建设数据、状（zhuàng）态（tài）数据、维护数据（jù）等组成了海量数（shù）据，现有地下空间（jiān）基础（chǔ）设施将逐（zhú）步转变为综合管廊的形（xíng）式。目前很多老城区人（rén）口密集、管（guǎn）线老化、管孔资源饱和，多次重复开挖（wā）的社会（huì）成本和污染成（chéng）本较大（dà），城市将探索综（zōng）合管（guǎn）廊的形式，城市地下基础（chǔ）设施（shī）未来（lái）将通过综合管廊的升（shēng）级改造而具备更（gèng）多的智（zhì）能感知、数字（zì）孪生功能。城（chéng）市地下是宝贵的空间资源，除了用（yòng）于地（dì）铁、管线、城市（shì）快速路小型隧道（dào）以外，未来会逐步（bù）将城市地（dì）上（shàng）交通、管线（xiàn）设（shè）施移到地下（xià）。而（ér）城市（shì）地下空间的规划、设（shè）计、施工、维护均（jun1）需（xū）要一套以数字孪生为基础的大数据系统，实（shí）现（xiàn）多规合一、协同规划和协同建（jiàn）设。有了这套大数据系统，才有人（rén）工智能城市的（de）基础（chǔ）。

智慧城市在传统意（yì）义上是（shì）城市（shì）的信息化，信息（xī）化是（shì）物理（lǐ）世界和（hé）数字（zì）世界的（de）映射。由于人工智能可以识（shí）别的是数字环境，因此只有基于数字化（huà）、物联网、互联网、大数据基础上的大（dà）数据系（xì）统才（cái）能给（gěi）人工（gōng）智能打（dǎ）下基础，否则广泛的人工智能不可（kě）能实现（xiàn）。以（yǐ）无（wú）人驾驶为例，目前主流技术路线是智能网联汽车，即通过道路数字化（huà）、车辆数字（zì）化、车辆网联、模式识别技术（shù）才能（néng）最终实现城市道路的（de）无人驾驶，仅依靠单车（chē）智能无法（fǎ）实现无人驾（jià）驶，这是一（yī）个循序渐进的过程（chéng）。而（ér）未来城（chéng）市的（de）地面（miàn）交通，则是（shì）向地下发（fā）展（zhǎn），通过地下空（kōng）间（jiān）大数（shù）据系统为无人驾驶车辆提（tí）供整个城市的（de）最佳路（lù）线、最佳（jiā）车（chē）速、交通动态。诸（zhū）如此类，其他各个行业也是基（jī）于这样（yàng）一个大数据系统实现数（shù）据的调用和边缘计算进行（háng）决策判断。

智慧城（chéng）市的理论和实践从2009年开始，已经发展了10个年头（tóu）。回顾这10年的实践情况（kuàng）可以看出，从（cóng）数字化到互联网（wǎng）、物联网（wǎng）再到数字（zì）孪生大数据系统的路径是循序渐进的。当前，政（zhèng）府是智慧（huì）城市建设（shè）的主要推动力。而未来（lái），理念的更新将带动整个社会技术的升级和（hé）革新（xīn），智慧城市建设将形（xíng）成政（zhèng）府（fǔ）主（zhǔ）牵头、全行业共同参与的双赢模式，实（shí）现生（shēng）态化、协同化、社会化（huà），城市地下信（xìn）息基础设施模型（xíng）将成为这一方向的重要载体。