通信（xìn）世（shì）界网消息（CWW）随着城市化进程加快，城市人口的（de）密集度越来（lái）越大，城市空（kōng）间资源利用呈现向（xiàng）三层（céng）空间发展的总体趋势，城市空间（jiān）基础（chǔ）设施（shī）的信息化也将（jiāng）成必然趋势。如（rú）何更好地利用、管理城市地下空（kōng）间？

当前国内外学术界和市政（zhèng）管理机（jī）构（gòu）也在（zài）探讨，例如有行业专家（jiā）以“武（wǔ）汉城市地下（xià）交通（tōng）发展趋势”为基础提出改变当前交（jiāo）通结构和交通方式，大力发展地（dì）下交通设施；依据“物（wù）联（lián）网和BIM技术在地下综合管廊建设运维中的应（yīng）用研究”，提出从设（shè）计、施工（gōng）、维护（hù）3个阶段全面利用（yòng）物联网（wǎng）和BIM工具；有专家在《北斗+物（wù）联网技术在地（dì）下管线管理中的应用》一文中提（tí）出，利用北斗卫星（xīng）系统定位（wèi）+物（wù）联网技（jì）术开展地下燃气管（guǎn）线的安全（quán）监（jiān）管。从以上（shàng）案例中不难看（kàn）出当（dāng）前（qián）行业内（nèi）对于地下空（kōng）间的（de）利用大多局限于具体（tǐ）的行业，如交通（tōng）、燃气（qì）、供水、综（zōng）合（hé）管廊建（jiàn）设（shè）等，但对于城市空间如何（hé）整体规划当前还没有具体成果。

城（chéng）市（shì）空间三层发展的总体趋势（shì）

由（yóu）于城（chéng）市道（dào）路拥堵（dǔ）、马（mǎ）路拉链、雾霾、城市内（nèi）涝等（děng）问题，人们对改善城市环境（jìng）的呼声越来越（yuè）高。但目（mù）前城市问题（tí）的根源在于城市发展模式（shì）、基础设施等一定程度（dù）上违背了人（rén）与（yǔ）自（zì）然（rán）和（hé）谐发展的规律。城市空间发展趋（qū）势（shì）是向三（sān）层空间拓展（zhǎn）的，包括地（dì）下（xià）空间（jiān）、地面空间和城（chéng）市上（shàng）空空（kōng）间。

未来城市发展的趋势是基础设施（shī）尽量向（xiàng）地下空间发展，包括交通、电力、通信、燃气（qì）、自来水、蓄水排水等；城（chéng）市（shì）建筑、花园植被、市民活动空间、渗透型（xíng）道路，建（jiàn）筑活动工业化（huà）、城市工厂搬迁至郊（jiāo）区（未来工厂将大规模采（cǎi）用机器人作业（yè））可（kě）优化地面（miàn）自然空（kōng）间（jiān）；城市风道、无（wú）人机（jī）交通航线、无人飞行车交（jiāo）通航线将优化城市上（shàng）层空间（jiān）。

三层空间城市（shì）基（jī）础设施比重应在5:4:1，而当前该比重为3:7:0。但随着综合管（guǎn）廊技术、海绵（mián）城市技（jì）术、无人驾驶技术的发展，城（chéng）市地（dì）下交通的比（bǐ）重会（huì）越来（lái）越（yuè）高，城市的地下基（jī）础设施占比也将越（yuè）来（lái）越（yuè）大。

开发智慧城（chéng）市地下空间与基础设施刻不容缓

我国（guó）大部分老（lǎo）城（chéng）区已经（jīng）暴露出交通拥堵、城市基（jī）础设（shè）施支（zhī）撑（chēng）能力下降（jiàng）、人居（jū）环境恶化等城（chéng）市（shì）通病，地下空间的开发能够有效缓解老城的（de）现实（shí）问题；随着城市化进程的加（jiā）快（kuài），未来（lái）5~10年，城市（shì）将负担70%的人口，城（chéng）市地面空间（jiān）开发余量已非常有限，60%以（yǐ）上城市的（de）老城区在超负荷运转（zhuǎn），大大降低了（le）城市居民的舒适（shì）度。未来，地下空间（jiān）规划体系与管理机制将逐步走向完善。

与此同时，当（dāng）前（qián）电力、通信、燃气（qì）、给排（pái）水等城市地下管线管理方分属（shǔ）不同（tóng）政（zhèng）府（fǔ）部门或企业，形（xíng）成了信息孤岛，使得地下空间（jiān）越来越拥挤，地下（xià）管线被挖断、施工受阻挠等问题时（shí）有（yǒu）发生。据估算，我国城市每年（nián）因施工造成的地（dì）下管线事故直接（jiē）经济（jì）损失约50亿元，间接经济损（sǔn）失约400亿（yì）元（yuán）。亟需（xū）通过实行统一的（de）规划、设计、建设和（hé）管理，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（de）前提是（shì）建立（lì）地下空间的管（guǎn）网信息模（mó）型，通过数字化模（mó）型实时展（zhǎn）示各类（lèi）管线（xiàn）的功能、位置、深度、间（jiān）距（jù）等。

在当前大交通理念（niàn）下，城市地下交通与城际高铁、地铁形成了大交通趋（qū）势，城市以（yǐ）地下隧道方式建设了越（yuè）来（lái）越多的快（kuài）速路，快速路是未来城市全（quán）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、车（chē）库之间进行接驳（bó）和参（cān）照，避免地铁震动扰民和对建筑地基（jī）的损害，这需要（yào）建立城市地平面（miàn）以下的空间模型，没有这个空间（jiān）模（mó）型就无（wú）法进行统（tǒng）筹规（guī）划。

内涝也是我（wǒ）国（guó）的城市的一大棘手（shǒu）问题（tí）。每年夏（xià）季我国（guó）一线城市都会发生（shēng）内涝（lào），且随着（zhe）人口密度（dù）增长和（hé）城市扩（kuò）展，内涝问题愈加严（yán）重。而以英国、德国、日本等发达（dá）国家的发（fā）展经历来看，建设地下宫殿式的蓄（xù）水、排水系统是（shì）必然趋势。面向海绵城市的地下给水、排水系统的规划和设计（jì）需要有（yǒu）完整的城市地下空间模（mó）型。因此城市公共管线设施、地下交通设（shè）施、海绵（mián）城市设施均需要统一的城市（shì）地下（xià）空间模型才能进行统一规划、协同（tóng）设计、同步实施。

如何开发智（zhì）慧城市地下（xià）空（kōng）间与基础设施

基于以上现状，城（chéng）市（shì）地下公共设施（shī）信（xìn）息模型（xíng）（Information model of urban underground public facilities，本文简称（chēng）UIM）应运（yùn）而生，UIM是以物联（lián）网技术为基（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、利用好城市地下空间，为市民的生（shēng）活腾（téng）挪出更（gèng）多的自然环境空间，顺应自然规律，减少城市交通（tōng）污（wū）染以及水泥地面对（duì）地（dì）表自（zì）然环境的（de）侵害。

当前行业内已经（jīng）有建筑信（xìn）息模型（xíng）（Building Information Modeling ，BIM）、ArcGIS+Engine地理信（xìn）息（xī）系统、OpenGL（Open Graphics Library)等（děng）开发环境（jìng），在（zài）此基础上，与数字孪（luán）生城市（shì）相（xiàng）结合，完成整个城市（shì）的物理环境与数字（zì）环境的映射、同步。在一个统一的平台上展现城市地下基础设施、地质条（tiáo）件等。

如何实现智慧城市地（dì）下空间与基（jī）础设（shè）施的开发

传统的数字城市侧重于政务信息化、城市地理空间GIS（Geographic Information System）系统、无线城市、光网城市建设等，是初步的数字（zì）化应用（yòng）。数字孪生（shēng）（Digital Twin）是将城市（shì）活动和城市（shì）物理（lǐ）环境全部实现数（shù）字化，映（yìng）射（shè）到数字世界中去。数字孪生最初只（zhī）在工业精密制造领域使用（yòng），是充分利用物（wù）理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科（kē）、多物理量、多尺度、多概（gài）率的仿真（zhēn）过程，在虚拟空间中完（wán）成映（yìng）射（shè），从而反映相对应的（de）实体装备的全生命（mìng）周（zhōu）期过程。对于城市空间资源来说（shuō），数（shù）字（zì）孪生技术应（yīng）用前景广阔。过去，城市（shì）管（guǎn）理者是（shì）将（jiāng）政务信息管理起来（lái），通过（guò）流程信息化（huà）管理数据的互（hù）联互通，这是（shì）城市活动数字孪（luán）生（shēng）化。城（chéng）市的数字化给城市带来的是数字（zì）资产，它与矿产资源不（bú）同，可以重复（fù）无限次使用，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（gài）念早在2001年已经提出。互（hù）联网使人类的活动得以数字化，打通了人类（lèi）和人类之间的快速（sù）交互通（tōng）道，而物（wù）联网使物理世界（jiè）得以数字化，打通（tōng）了数（shù）字世界与（yǔ）物理（lǐ）世界之间的通道。物（wù）联网在整个人类技术经济的发（fā）展演进路径上（shàng）处于数字经（jīng）济的（de）中期阶（jiē）段，是物理世界（jiè）数字化（huà）之后的阶（jiē）段（duàn），借（jiè）助现有的通信网络、互（hù）联网通道，采集（jí）现场数字化（huà）信息改变以前“互联网—人—互联网”的（de）交（jiāo）互模式为“物—互联网—物（wù）”的模式，在这个过程中人的作用是不断提升这种交互方式的技术水平、经济价值、应用功能，为后续（xù）人工（gōng）智能技术经济形态下（xià）的社会（huì）做好铺垫（diàn）。

物（wù）联网不是（shì）一场技术的革命，而（ér）是一（yī）场升级和进化。传统物联网通（tōng）常被称作（zuò）传（chuán）感网，是通过RFID、传感（gǎn）器（qì）自上而下采集数据，通常分（fèn）为感知层、网络层、传输层，城市智能抄表、工业物联网（IIoT）、商场智能（néng）停车等目前应用较（jiào）多。新型物联（lián）网强调物与物（wù）之间的本地通信（xìn）能力、协同能（néng）力，减少人的参与，它是未（wèi）来人（rén）工智（zhì）能的基础。城（chéng）市中人们的活动是动态（tài）的，物联网负（fù）责搜（sōu）集动态环境（jìng）、设施的（de）实时数据，然后进行（háng）汇总，反（fǎn）映整个城市的交通、水电燃气等公共设施、污水雨水排（pái）水情况。空气状（zhuàng）况、智慧（huì）路灯杆、照明（míng）、停车位、充电站、公共自行车、环卫车（chē）辆（liàng）等基础设施都可通（tōng）过（guò）物联网连接（jiē）。物联网连接的本（běn）质是将城市作（zuò）为特（tè）大型企（qǐ）业来运营，想要更好的（de）运（yùn）营特（tè）大型（xíng）企业，就（jiù）必（bì）须知道城市的实时运转情况（kuàng），感受城（chéng）市律（lǜ）动的脉搏，按照预案做好实时（shí）处置（zhì）。连接本身就是一种价（jià）值，互联网、物（wù）联网时代，一个节点的（de）连（lián）接（jiē）数越（yuè）大（dà），它的价值越（yuè）大（dà），城市也是如此。Gartner预计（jì）2020年（nián）全球物联网连接数将（jiāng）达97亿。

城市地下信息基础（chǔ）设施（shī）的大数据系（xì）统

当（dāng）前我国城市地下管线的总长度已经（jīng）超过（guò）200万（wàn）千米（mǐ），且每年以10万千米的（de）速度增长。管线的建设数据、状（zhuàng）态（tài）数据、维护数据（jù）等组成了海量数据，现有地下空（kōng）间基础设施将逐步转变为综合管廊的形式（shì）。目前很（hěn）多老城区人口密集、管线老化、管孔（kǒng）资源饱和，多次重（chóng）复开挖的（de）社会成本和（hé）污染（rǎn）成本（běn）较大，城市将探索综合管廊的形式，城市地下基础设施（shī）未来将通过综合（hé）管廊的升级改（gǎi）造而具备更多的（de）智能感知、数字孪生功能（néng）。城市地（dì）下是宝贵的空间资（zī）源（yuán），除了（le）用于地铁、管线、城市（shì）快速（sù）路小型（xíng）隧道以外，未（wèi）来会（huì）逐步将城市地上（shàng）交通、管（guǎn）线（xiàn）设施（shī）移（yí）到地下。而城市（shì）地下空间（jiān）的（de）规划、设（shè）计（jì）、施工、维护均（jun1）需要一（yī）套以数字（zì）孪生为基（jī）础（chǔ）的大数据系统，实现多规合一（yī）、协同规（guī）划（huá）和（hé）协同建设。有了这套大数据系（xì）统，才有人工智能城市（shì）的基础。

智慧城市在（zài）传统意义上是城（chéng）市的信息化，信（xìn）息化（huà）是物理世界和（hé）数字世界的（de）映射。由于人工智能可（kě）以识别的是数字环境，因此只有基于数字化（huà）、物联网、互联网、大（dà）数据基（jī）础（chǔ）上（shàng）的大数据系统（tǒng）才能给人工智能打下（xià）基础，否则广（guǎng）泛的人工智能不可（kě）能（néng）实现。以无人驾驶（shǐ）为例，目（mù）前主流（liú）技术（shù）路线是智能网联（lián）汽车，即（jí）通过道（dào）路数字化、车辆数字化、车辆网联（lián）、模式识别技（jì）术才能最终实（shí）现（xiàn）城市道（dào）路的（de）无人驾驶，仅依靠单车智能无法实现无（wú）人驾驶，这是一（yī）个（gè）循序渐进的过程。而未（wèi）来城（chéng）市的地面（miàn）交通，则是向（xiàng）地（dì）下发展，通过（guò）地下（xià）空间大数据（jù）系统为无（wú）人驾驶车辆提供（gòng）整个城市的最（zuì）佳路（lù）线、最（zuì）佳（jiā）车速、交（jiāo）通（tōng）动态。诸如此类，其他（tā）各（gè）个行业也是基于这样一（yī）个大数（shù）据（jù）系统实现数据的（de）调用和边缘（yuán）计算进行决策判断。

智慧城市（shì）的理论和（hé）实践从2009年开（kāi）始，已（yǐ）经发展了10个（gè）年头（tóu）。回（huí）顾（gù）这（zhè）10年的实（shí）践情况可（kě）以看出，从数字化到互（hù）联网（wǎng）、物联网再（zài）到数（shù）字（zì）孪生大数（shù）据（jù）系统的路径是循序渐进（jìn）的。当前，政府是智慧（huì）城市建设的主（zhǔ）要推动力（lì）。而未来（lái），理念的（de）更新将（jiāng）带动整个社会技术的升级和革新，智慧城市建设将（jiāng）形成政府主牵头、全（quán）行业共同参与（yǔ）的双赢模式，实（shí）现生态化、协同化（huà）、社会化，城市地下（xià）信息基础设施模（mó）型将成（chéng）为这一方向的重要载体。