通信世（shì）界网消息（CWW）随着城（chéng）市化进（jìn）程加快，城（chéng）市（shì）人口的密集度越来越大，城市空间资源（yuán）利用呈（chéng）现向三层空间（jiān）发（fā）展的总体趋势，城（chéng）市（shì）空间基础设施的信息化也将成必然趋（qū）势。如（rú）何更好地（dì）利（lì）用、管理城市地下空间（jiān）？

当（dāng）前国内外学（xué）术（shù）界和市（shì）政管（guǎn）理机（jī）构也在（zài）探讨，例如有行业（yè）专家以“武汉城（chéng）市地下交通发展趋势”为基础提出改变当前交通结构和交通方式，大力发展（zhǎn）地下交通设施；依据“物联网和BIM技术在地下综合管廊（láng）建设（shè）运维中的应用研究”，提出从（cóng）设计（jì）、施工、维护3个阶段全（quán）面利用物联网和BIM工具；有专家在《北（běi）斗+物联网技术在地下管线管理中（zhōng）的应（yīng）用》一文中提出，利用北斗卫星系统定位+物联（lián）网技术开展地下（xià）燃气管线的安全（quán）监（jiān）管。从以上案例中不难看出当（dāng）前（qián）行业内对（duì）于地下空间的（de）利（lì）用大多局限于具体的行（háng）业，如交通（tōng）、燃气、供水（shuǐ）、综合管廊建设等，但对（duì）于城市空间如何（hé）整体规划当前还没有具体成果。

城（chéng）市（shì）空间三层发展（zhǎn）的总体趋势

由于城市道路拥堵（dǔ）、马路拉链（liàn）、雾霾、城市内涝（lào）等问题，人们对改善城市环境（jìng）的呼声越来越（yuè）高。但目前城市问题的根源在于城（chéng）市发展（zhǎn）模式、基础设施等一定程度上（shàng）违背了人与（yǔ）自然和谐发展的规律（lǜ）。城市空间发展（zhǎn）趋势是（shì）向三（sān）层空（kōng）间拓展的，包括地下空间、地面空间和城市上空空间。

未来城市发展的趋势（shì）是基础设施（shī）尽量向（xiàng）地下（xià）空间发展，包括交通、电力、通（tōng）信、燃气（qì）、自（zì）来（lái）水、蓄水排水等；城市建筑、花园（yuán）植被、市民活动空间、渗（shèn）透型道路，建筑活动（dòng）工业化（huà）、城市工厂搬迁至（zhì）郊区（qū）（未来工厂将（jiāng）大（dà）规模（mó）采用机器人作（zuò）业）可（kě）优化地面（miàn）自然空间；城市风道、无人机交通航线、无人飞行车（chē）交通航线将优化城市上层空间（jiān）。

三层空（kōng）间城市基础（chǔ）设施比重应（yīng）在5:4:1，而当前（qián）该比重为3:7:0。但随着综合管（guǎn）廊（láng）技术、海绵城市技术、无人（rén）驾驶技术的发展，城（chéng）市（shì）地下交通（tōng）的比（bǐ）重会越来越高，城市的地下基础设施占比也将越来越大。

开发（fā）智慧城市地下（xià）空间与基础设施（shī）刻不容缓（huǎn）

我国大部分老城（chéng）区已经暴露出交（jiāo）通拥堵、城市（shì）基础设施支撑能力下降、人（rén）居环（huán）境恶化等城市通病，地下空间的开发能够有效缓（huǎn）解（jiě）老城的现实问题；随着城（chéng）市化（huà）进程的加快，未来5~10年，城市将负担（dān）70%的人口，城（chéng）市地（dì）面空间开发余量已（yǐ）非常有限，60%以上（shàng）城市的老城区在超（chāo）负荷运（yùn）转，大（dà）大（dà）降低了城市居民的（de）舒适度。未来（lái），地下空间规划体系与管理机（jī）制将逐步走向完善（shàn）。

与此（cǐ）同时，当前电力、通信、燃（rán）气、给（gěi）排水等城市地（dì）下（xià）管线管理方分属（shǔ）不同政府部门或企业，形成（chéng）了信息孤岛（dǎo），使得地（dì）下空间越来越拥挤（jǐ），地下管（guǎn）线（xiàn）被挖断、施工受阻（zǔ）挠（náo）等问题时有发（fā）生。据估算，我国城（chéng）市每（měi）年因施工（gōng）造成的（de）地下管线事故直接经济损失（shī）约50亿元，间接经济（jì）损失约400亿元。亟需通过实（shí）行统一的规划、设（shè）计、建设和管（guǎn）理，彻底改变（biàn）管道自建、各自管理的零乱局面。而统一规（guī）划的前提是建（jiàn）立（lì）地下空（kōng）间的管网信息（xī）模型，通过数（shù）字化（huà）模（mó）型（xíng）实时（shí）展示各类管（guǎn）线的功（gōng）能（néng）、位置、深度、间距等。

在当前大交（jiāo）通理念下，城市地下交通与城际高（gāo）铁、地铁形成（chéng）了大（dà）交（jiāo）通趋势，城（chéng）市以（yǐ）地下隧道（dào）方（fāng）式（shì）建设（shè）了（le）越来越多的（de）快速路，快速路是（shì）未来城市全面走入地下的雏形。同时城市地铁在规划时（shí）也需要在城市楼宇地下层（céng）、车库之间进行接驳和参照，避免地（dì）铁震动扰民和对建筑（zhù）地基的损害（hài），这需要建立城市地平面以下的空间模型，没有这个空间模型就（jiù）无法（fǎ）进行统筹规划（huá）。

内（nèi）涝（lào）也是（shì）我国的城市的一大棘手问题。每年夏季（jì）我国（guó）一线（xiàn）城市都会发生内涝，且随（suí）着人口密度增（zēng）长和城市扩（kuò）展，内涝问题愈加严重。而以英国、德国、日（rì）本等发达国家的发（fā）展经历来看，建设地下宫殿（diàn）式的（de）蓄水、排水系统（tǒng）是必然（rán）趋势（shì）。面向海绵城市的地下给水、排水系（xì）统的规划和设计需（xū）要有完整的城市地下空间模型。因此城市公共管线设（shè）施、地下交通（tōng）设施、海（hǎi）绵城市设施（shī）均需要统一的城市（shì）地下（xià）空间模型才能进行统（tǒng）一规划、协同（tóng）设（shè）计、同（tóng）步（bù）实施。

如何（hé）开发（fā）智（zhì）慧（huì）城市地下空（kōng）间（jiān）与基础设施

基于以上现状，城市地下（xià）公共设施信息模型（Information model of urban underground public facilities，本（běn）文简称UIM）应运（yùn）而生（shēng），UIM是以物联网（wǎng）技术为基（jī）础，面（miàn）向城市（shì）地下空间（jiān）资源规（guī）划的发展趋势，充分管理好（hǎo）、利用好城市地下空（kōng）间（jiān），为市民的（de）生活腾挪出（chū）更多（duō）的自然环（huán）境空间，顺应自（zì）然（rán）规律，减少城市交通（tōng）污（wū）染（rǎn）以及水泥地面对地表自（zì）然环境的侵害。

当前行业内已经有建筑信息（xī）模型（Building Information Modeling ，BIM）、ArcGIS+Engine地（dì）理信息系统、OpenGL（Open Graphics Library)等开（kāi）发环境（jìng），在此基（jī）础（chǔ）上，与数字孪生城市相结合，完成整个（gè）城市的物理环境（jìng）与数（shù）字环境的映射、同步（bù）。在一个统（tǒng）一的平台上展现城市地下基（jī）础设施（shī）、地质条件等。

如（rú）何实（shí）现（xiàn）智慧城市地（dì）下空间与（yǔ）基础（chǔ）设施的开发

传统的数字城市（shì）侧重于政务信息化、城市地（dì）理（lǐ）空间GIS（Geographic Information System）系统、无线城市、光网城市建设等（děng），是初（chū）步（bù）的数（shù）字化应用。数字孪生（shēng）（Digital Twin）是将城（chéng）市活（huó）动和城（chéng）市物理（lǐ）环境全（quán）部实现（xiàn）数字化，映射到数字世（shì）界中（zhōng）去。数字孪生（shēng）最初只在工（gōng）业精（jīng）密制造领域使用（yòng），是充（chōng）分利用物理模型、传感器（qì）更（gèng）新、运行历史（shǐ）等数据，集成多学（xué）科、多物理量、多尺（chǐ）度、多概（gài）率的仿真（zhēn）过程，在虚拟空间（jiān）中完（wán）成映射，从而反映相对应的实体装（zhuāng）备（bèi）的全生（shēng）命（mìng）周（zhōu）期（qī）过程。对于城市空（kōng）间资源来说，数字孪（luán）生技术（shù）应用前景广阔。过去（qù），城市管理者是将（jiāng）政务信息管理起来，通过流程信息（xī）化管理数据的互联（lián）互通，这是城市活动（dòng）数（shù）字孪生化。城市的数字化（huà）给城（chéng）市带来的是（shì）数字资产，它与矿产资源不同，可以重（chóng）复（fù）无限次使用，从而（ér）发挥最大价值。

物联（lián）网（Internet of Everything 或Internet of Things，本文称之为（wéi）IoT）概念早在2001年（nián）已经提出。互联网使人类的活动（dòng）得以数字（zì）化，打（dǎ）通了人类和人（rén）类之间（jiān）的快（kuài）速交互（hù）通（tōng）道，而物联网使物（wù）理世界得以数字化，打（dǎ）通了数字世界与物理世（shì）界之（zhī）间的通道。物联网在整个（gè）人类技术经（jīng）济的发展演进路径（jìng）上处于数字经济的中期（qī）阶段，是物（wù）理世界数字化之后的阶段，借助（zhù）现有（yǒu）的（de）通信网络、互联网（wǎng）通道，采集现场数字（zì）化信息改变以前“互（hù）联网—人—互联网”的（de）交互模式为“物—互联网—物（wù）”的模式，在（zài）这个过（guò）程中（zhōng）人的作（zuò）用是不（bú）断提（tí）升这种（zhǒng）交互方式的技术水平、经济价值、应（yīng）用功能，为后（hòu）续人工（gōng）智能技术经济形态下的社会做（zuò）好（hǎo）铺垫。

物（wù）联网不是一场技术的革（gé）命，而是一场升级和进化。传统物联（lián）网通常被称（chēng）作传感网，是通过RFID、传感器自（zì）上而（ér）下采集数据，通常分（fèn）为（wéi）感知层、网络层、传输层，城市（shì）智能抄（chāo）表（biǎo）、工（gōng）业物联网（wǎng）（IIoT）、商场智能停车（chē）等（děng）目前应用较多。新型物联网强调物与物之间的（de）本地通信能力、协同能力，减少人的参与，它（tā）是未来人工智能的（de）基础。城市（shì）中人们的活动是动（dòng）态的，物联网负责（zé）搜集动态环境、设施（shī）的实时数（shù）据，然（rán）后进行汇总，反映整（zhěng）个城市的交（jiāo）通（tōng）、水电燃气等公共设（shè）施、污水雨水排水情况。空气（qì）状况（kuàng）、智（zhì）慧路灯（dēng）杆、照明（míng）、停车位、充电站、公（gōng）共自行车、环（huán）卫车辆（liàng）等基础设施都可（kě）通过物联网连接。物（wù）联（lián）网连接的（de）本质（zhì）是将城（chéng）市（shì）作为特大型企业来运（yùn）营，想（xiǎng）要更好的运营特大型企业（yè），就必须知道城市（shì）的实时运转情况，感受城市律动的脉搏，按照（zhào）预案做好实时处置。连接本身（shēn）就是一种价值（zhí），互（hù）联网、物联网时代，一个节点（diǎn）的连（lián）接数越大，它的价值越大，城市也是如此。Gartner预计2020年全球物联网连（lián）接数将达（dá）97亿（yì）。

城市（shì）地下信（xìn）息（xī）基础设施的大（dà）数据系统（tǒng）

当前我国城市地（dì）下管线的总长度已经超过200万千米，且每年以10万千米的速度（dù）增长。管线的建设数据、状态数据、维护数据等（děng）组成了（le）海量数据，现有地下空（kōng）间基础设施将逐步转（zhuǎn）变为综合管廊（láng）的形式。目前很多老城区人（rén）口密集、管线老化、管孔资源饱（bǎo）和，多次重复（fù）开挖的社会成本和污染（rǎn）成本较大，城市将探索综合（hé）管廊的形式，城市地（dì）下基础设（shè）施（shī）未来（lái）将通过（guò）综合（hé）管廊的升级（jí）改造而具备更多的智（zhì）能感知、数字孪（luán）生功能。城（chéng）市地下是宝贵的空（kōng）间资源，除了（le）用于地铁、管线、城市快速路小（xiǎo）型隧道（dào）以外，未来会逐步将城市地上交通（tōng）、管线设施移到地下。而（ér）城市地下空间的规划、设计、施工、维护均需要（yào）一套以（yǐ）数（shù）字孪生为基础的大数（shù）据（jù）系（xì）统（tǒng），实现多规（guī）合一（yī）、协同规划和协（xié）同建设。有了这（zhè）套大数据系统，才有人工智（zhì）能城市（shì）的（de）基础。

智（zhì）慧（huì）城市在传统意义上是城市的信息化，信息化是（shì）物理世（shì）界和数字世界（jiè）的映射。由于人工智（zhì）能可以识别的是数字环境，因此只有基于数字化、物（wù）联网、互联网（wǎng）、大数（shù）据基础上的大数据系统才（cái）能给人工智能（néng）打（dǎ）下基础，否则广泛的人工智能不可能实现。以无人（rén）驾驶为例，目前主流技术路（lù）线是智能网联汽车，即通过道路数字化、车（chē）辆数（shù）字化、车（chē）辆网联、模式识别（bié）技（jì）术才能最终实现城市道路（lù）的无人驾驶，仅依靠单车（chē）智能无法实现无人驾驶（shǐ），这是一个循序渐进的过程。而未来城市（shì）的地（dì）面交通，则是向地下发展，通过地下空间大数据（jù）系统为无（wú）人驾驶（shǐ）车（chē）辆提供整个（gè）城市的最佳路线、最佳车速、交通动态。诸如此类，其他各个行（háng）业也是基于这（zhè）样一个大数据（jù）系统（tǒng）实现数据（jù）的调用和边缘（yuán）计算进行决策判断。

智慧城市的理（lǐ）论和实践（jiàn）从2009年开始，已经发（fā）展了10个年（nián）头。回顾这（zhè）10年的实践情（qíng）况可以看出（chū），从（cóng）数字（zì）化（huà）到（dào）互（hù）联（lián）网、物联（lián）网（wǎng）再到数字孪生大数据（jù）系统（tǒng）的路径是（shì）循（xún）序渐进的。当前，政府（fǔ）是智慧（huì）城市建设的主要推动力。而未来，理（lǐ）念的更新（xīn）将带（dài）动整（zhěng）个社会技术（shù）的（de）升（shēng）级（jí）和（hé）革新，智慧城市建设将（jiāng）形成政（zhèng）府主牵头、全行业共同（tóng）参（cān）与的双（shuāng）赢模式，实现生态化、协（xié）同化、社会化，城市（shì）地下信息基础（chǔ）设施模型将成为（wéi）这（zhè）一（yī）方向的重要载体。