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智慧城市與基礎設施智能化管理

發布日期:2017-05-24 16:13:31       作者:王文廣 蘇仲洋       來源:市政所

摘要:

城市基礎設施是建設智慧城市的重要環節,智能化的基礎設施管理,可以大幅提升城市運行管理水平,降低管理成本,增加運營管理收益。文章從城市基礎設施與智慧城市、市政設施智能化體系設計、萬達智能化技術等幾個方面探討了市政基礎設施智能化技術在萬達項目中設計、建設、運營等方面的應用前景。

關鍵詞:基礎設施;智慧城市;運行管理;市政設施智能化

Abstract:

Unban infrastructure is the key point to build a smart city, intelligent infrastructure management can improve unban operation management dramatically, also reduce management cost and increase operation profit. This article explores the application of intelligent municipal infrastructure system with Wanda project during design, construction and operation period, based on unban infrastructure and smart city, intelligent municipal infrastructure system design and Wanda intelligent technology etc.

Key Words: Infrastructure, Smart City, Operation Management, Intelligent Municipal Infrastructure System

1.城市基礎設施與智慧城市概論

“智慧城市是運用物聯網、云計算、大數據、空間地理信息集成等新一代信息技術,促進城市規劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和模式”[1]。智慧城市的四個核心要素,就是采用新信息化技術、建立智慧城市標準體系、建立關鍵技術標準體系、智慧城市標準應用與實施。

萬達智慧城市的規劃與建設應圍繞在這四個核心要素上,并應具備清晰的規劃理念及遠景(如智慧、生態、文化),萬達商業規劃院同時參考國家指導意見并與國外專家進行技術路線探討, 結合萬達的智能化技術經驗進行智慧城市的頂層設計,參考國內外相關標準來決定智慧城市平臺各子系統的功能選擇及框架搭建。深化設計階段更應重視實際的效用, 充分考慮企業利益平衡、城市運營模式、管理模式以及用戶需求。

1.1智慧城市基礎設施全球案例描述

萬達根據“2016 IESE國際城市排名”[2],針對在科技、經濟、環境等方面排名靠前的多個智慧城市進行了調研,總結出11個智慧城市最重要的關鍵應用領域,統計數據如圖1-1所示。

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圖1-1 11個智慧城市技術關鍵領域 (圖片來源:萬達商業規劃院)

在關鍵應用領域中,智慧市政、智慧交通、智慧安全分居前三名,智慧能源以及智慧服務并列第四。萬達在與智慧城市顧問及相關專家研討后,得出的初步結論認為:由企業建造及運營的智慧城市,優先投資建設的關鍵領域技術排序如下:

(1)智慧市政;(2)智慧交通;(3)智慧安全;(4)智慧能源 ;(5)智慧服務;(6)智慧環境;(7)智慧商務;(8)智慧醫療;(9)智慧社區(建筑);(10)智慧垃圾;(11)智慧學校 。

1.2市政設施智能化設計的考慮要點

企業負責開發及建設的智慧城市設計必需結合業務管理需求與商業模式,重點考慮如下要點:

(1)市政設施基礎配套建設內容及管理界面劃分

應明確智慧城市所有市政配套設施的施工范圍,以及政府與企業應分別負責的項目內容。作為產業新城的市政設施一般會有以下建設內容: 

交通配套設施:路網、路燈、公交站點、公交場站、慢行系統(包括區域性外圍慢行廊道、內部休閑綠道及慢行設施),加油站、加氣站、直升機停機坪、停車場;

給水設施:包含凈水廠及給水管網;

污水設施:包含污水處理廠、污水提升泵站及污水收集管網;

雨水系統:包含提升泵站及雨水收集管網;

電力設施:包含220/132/33KV變電站、132/11KV變電站、11KV開關站、電力管網;

電信設施:電信局站、有線電視前端、通信基站、通信管網;

燃氣設施:高/中/底壓調壓站(CNG臨時燃氣站)、燃氣管網;

環衛交通設施:基層環衛管理機構、垃圾轉運站、垃圾收集點、進城車輛清洗站;

公共安全與綜合防災:消防站、視頻監控

(2)市政設施商業運營模式及管理單位需求

企業是否參加運營管理是影響智能化整體設計的重要因素之一,智能化設計應充分考慮運營方的實際需求, 否則可能會造成無謂的浪費及過度設計。在企業參與運營管理的模式下,我們可以按表1-1的建議來進行城市智能化系統的初步規劃;

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表1-1 國內外智慧城市相關標準比較表(圖片來源:萬達商業規劃院)

(3)當地政府的需求

當企業必須與當地政府共同管理運營時,智慧城市智能化系統的規劃就應更多地考慮運營管理中心的區域功能定位,并規劃市政基礎設施的數據集成及提供居民各種線上服務,以提高城市運營效率及城市居民服務體驗。同時應考慮當地智慧城市規劃設計指導、標準、二次開發導則等相關開發及規劃指導文件。

萬達智能化技術體系現狀及發展趨勢

萬達集團在諸多信息化管理及慧云智能化管理方面的研發與應用,已經取得顯著成績,加上BIM總發包模式的推行,為建設“萬達智慧城市”提供了堅實基礎。智慧城市是當今世界城市發展不可逆轉的潮流和趨勢,智能化應用也是萬達集團重要發展的戰略之一。萬達商業規劃系統研發的BIM總發包管理模式的上線打開了通往智慧規劃、智慧建造、智慧運營三位一體化管理模式的大門, 并為公司大型項目全生命周期管控提供了一個后續研究方向。

1.3萬達的智能化技術助力企業轉型

隨著萬達持有物業面積、在建項目數量的不斷增長,能夠完成如此龐大的建設目標及進行有效的運營管理,主要靠的就是萬達三大智能化技術:BIM總發包管理技術、慧云智能化管理技術以及飛凡網絡平臺。這三大智能化技術覆蓋了萬達項目的設計建造、運營管理和商務經營。

1.4智能化技術在城市開發生命周期中的應用趨勢

根據調研資料顯示,智能化應用在城市規劃、設計、建設及運營階段都有成功案例, 在規劃階段的成功案例以采用GIS+BIM等三維可視技術為主, 設計階段及建造階段則以BIM技術應用為主, 在運營方面則是以智能化建筑技術為主。雖然每個階段的技術應用案例都已成熟,但是能夠貫穿以上三個階段并做到全生命周期管理的智能化技術并不多見。

通過對比國內外智慧城市評價標準及相關文件(表1-1)[1][3]~[8],可以發現智慧城市標準的覆蓋領域分為“政府單位關注領域”及“政府與私人公司共同關注領域”兩部分。第一個關注點主要集中在政府職能及服務,關注的是高效管理、居民便利、經濟發展、推行國家政策等,第二個部分的關注點則是重視基礎設施管理,節約智慧城市運營成本及城市安全保障等。從國內外標準可以發現目前智慧城市標準的覆蓋面已經非常完整, 但都是屬于綱要性的指導文件, 而具體實施的技術部份則是參照每個國家現有的工業、軟件、硬件、工程等各種技術標準。萬達目前正在研究國際與國內智慧城市的發展趨勢及相關技術,結合萬達目前自有的技術體系標準,例如慧云標準、BIM標準、飛凡標準等, 通過項目試點研發企業智慧城市的技術平臺、規劃標準、設計標準及管理標準等,這些成果在未來可以協助萬達建立項目全生命周期的技術管控體系。

1.5市政基礎設施智能化技術體系及功能

不論是政府單位、公私合營或私人建造運營的智慧城市,市政基礎設施的智能化都應被列為重點的關注內容。因為僅僅一個單體建筑竣工后在其生命周期內的運營費用就會是其建造費用的5~6倍[9],更何況是一個城市的運營費用。一個完善的城市智能化規劃可以給運營單位帶來的節省及收益是非常可觀的,萬達商業規劃院通過對智慧城市技術體系的梳理,結合萬達實際項目需求,為萬達智慧城市技術應用初步建議以下體系及功能。  

萬達智慧城市及市政智能化子系統框架

城市運營、單體運營、單系統運營的智能化系統框架及工作界面的劃分建議,如圖1-2所示。 智慧城市系統平臺接入各城市智能化子系統, 子系統包括各單體及市政的智能化系統。智慧城市智能化系統將彼此之間集成,并可按管理模式彈性組織、調度城市資源及監控城市總體的安全與運營。

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圖1-2 智慧城市系統平臺框架圖(圖片來源:萬達商業規劃院)

2.市政系統設計主要功能與效益

表1-2的市政智能化規劃實施內容是定性不定量的表述原則,智慧城市系統雖是一個龐大復雜的工作,但是由于城市的發展也是一個漸進式的過程,所以應該采用一次規劃,分期分段或重點實施的方式來進行建設。

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表1-2 智慧城市實施規劃內容(圖表來源:萬達商業規劃院)

智慧市政規劃關系表(表1-3),主要用以說明智慧市政系統與各獨立智能化系統及開放空間物聯網數據之間的對接關系。

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表1-3 智慧城市-智慧市政規劃關系表(圖片來源:萬達商業規劃院)

3.萬達智慧城市應用初探

3.1BIM+GIS+物聯網+慧云等新技術融合應用

通過調研資料發現智慧城市未來的主流技術之一可能是CIM(城市信息模型)技術,CIM就是指把BIM+ GIS+物聯網+各種應用匯聚在一個平臺之上 。 CIM 技術在整個城市發展生命周期都可以派上用場,前期及規劃階段可以節省大量審批、測算、方案比較、成本測算的時間,減少后面的重復施工。在建造階段可以確保建造品質,避免大、小市政、景觀碰撞及缺漏。 在運營階段還可以匯聚所有的動態及靜態數據協助城市管理。

圖1-3[10]表示了智慧城市、使用者與CIM之間的關系,可以看到CIM可以作為智慧城市的載體。規劃師、設計時、建設者、運營商和管理員,利用CIM進行智慧城市各階段的規劃、運營及管理工作, 也可以通過CIM來服務管理員及居民。

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圖1-3 智慧城市與CIM的關系圖(圖片來源:Arivaldo Le?o de Amorim)

CIM技術概念的提出非常早, 但是由于CIM技術的基礎是在BIM之上, 所以在BIM技術還沒有成熟前CIM的技術無法成形, 但是近年來BIM技術已進入成熟階段, CIM技術的呼聲也越來越高。我們設想了一個CIM管理平臺, 它可以貫穿規劃、建造、運營三個階段。CIM管理平臺可以充分利用BIM技術、GIS技術、三維可視化技術、虛擬實境技術、智慧建筑技術、信息網路技術、物聯網技術等, 并緊密結合企業開發、銷售、規劃、設計、成本、技術、計劃、質量管理、運營流程,進行企業資產及業務的全生命周期管理, 政府單位還可以結合自己的政策、法規、戰略形成一個智慧政府、智慧國家的可視化管理平臺。

3.2智慧城市與單體建筑、園區及其他智能化系統的關系

我們可以用系統初步技術框架圖(圖1-4),描述出一個一體化智慧城市平臺的開發設想及技術路線, 包含平臺在規劃、建造、運營階段的功能, 平臺與城市里獨立地塊(如工業園區、住宅區等)的關系,平臺與單體建筑及獨立市政設施智能化系統之間的關系。初步框架圖具體說明如下:

用戶層: 用來表示使用智慧城市平臺的人員及單位。使用目的可以包含管理、控制、分析、資源調度、政府合規、審批、數據調研、繳費、預訂、報表等。在一體化平臺的規劃之下, 用戶類型包含了城市規劃、建設、管理、使用等四類人員。

應用層:用來表示一體化智慧城市平臺在三個階段的應用功能,智慧城市的規劃系統、建造系統、運營系統應為三個獨立系統,規劃系統由企業集團使用并用來管理全集團的規劃項目、建設項目及運營項目;建造系統由建造單位使用。 

運維層:在三個階段的功能分類, 例如在智慧規劃系統中有城市設計、模擬仿真、成本測算及規劃審批的功能模塊;在指揮建造中有進度管理、實施優化、成本核算及質量管理的功能模塊;在智慧運營里有市政管理、交通管理、安全管理、環境能源等運營的功能模塊。

數據層:匯聚的數據可包含控規數據、總規數據、地形數據、景觀數據、市政管網數據、道路數據、建筑數據、BIM數據等靜態數據, 還可加上慧云數據如火災報警、基礎市政設施智能化數據、視頻監控數據、環境數據、交通數據、車流數據、人流數據等動態數據。所有數據的重組或分類可以在這里完成。

設施層: 表示智慧城市的信息物理建設及網絡終端設備, 包含數據采集設備、智能終端設備、通信網路、無線網路、物聯網設備及網關、互聯網絡接入帶寬等。

萬達智慧城市系統初步框架只是一個前期的研究成果,萬達雖然已有慧云、BIM總發包、飛凡科技等智能化技術基礎, 但是要把智慧城市的技術提煉總結,結合企業管理并落實在萬達的項目開發生命周期中, 還需要在BIM總發包實施的基礎上,結合具體項目進行試點及研究才會找到真正適合萬達自身項目的實施方案。

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圖1-4 智慧城市系統初步框架圖(圖片來源:仇寧海)

圖1-5是萬達商業規劃院對CIM一體化管理平臺的設想圖, 這個平臺可以從項目的開發階段開始應用,此系統可以讓多個協作部門共同輸入規劃條件、項目調研成果、現地考察數據、投資審批強條、項目現有商業條件、項目周邊庫存及售價、概念方案、成本估算、租金測算等, 一鍵獲取投資回報率的計算成果, 甚至可以通過改變輸入條件, 實時更新投資回報率并提供一個可視化的項目開發初步模型。

當項目立項后, 智慧規劃系統也可將數字移交成果交由規劃部門進行后續規劃設計,如城市設計、土方平衡、景觀設計、參數建模、模擬計算、方案比較、大市政設計、設計優化等,同時還可以導入各單體BIM模型設計成果,實時形成材料清單及成本投資測算等。

在設計規劃完成后, 智慧規劃系統可進行數字移交,并將所有成果匯入智慧建造系統中,建設單位及招標單位可在招標及建設階段用來進行建設質量、計劃、成本的管控 ,即建設類似萬達的BIM總發包平臺。所有項目的施工計劃、工程進度、設計變更、質量改善、工程驗收、各種相關審批、成本測算等都在一個平臺上完成。項目完成時,接收單位會得到一個實際的物理項目,和一個帶有項目所有數據的虛擬項目。

在項目驗收后, 所有數據可以導入智慧運營系統中, 模型數據、成本、廠商等靜態數據, 通過結合智能化系統的動態數據, 可以高效的管控城市及重要單體建筑或基礎設施的運行, 監控城市整體、個別區域以及單體的安全狀態,科學調度城市的整體資源。

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圖1-5 智慧城市一體化系統設想圖(圖片來源:萬達商業規劃院)

4.結束語

城市基礎設施智能化是智慧城市平臺的重要基礎,利用智慧城市智能化技術,管理城市基礎設施規劃、建設與運營,可以大幅降低城市建設成本,縮短城市建設時間,提升城市運行管理水平,降低管理成本,增加運營管理收益。文章以企業經營目標為基礎,提出了一個一體化全生命周期的管理模式,探討了CIM在智慧城市的全程應用,并聚焦智慧市政基礎設施智能化的應用探討。另外希望本文可以拋磚引玉,讓業界同行及智慧城市專家能夠提出更多新穎的技術理念、案例分享及管理經驗,讓中國智慧城市技術可以到達國際水平并落于實處,真正創造出智慧城市的經濟價值及國際競爭力。

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