城市地下空间一体化智能运营管理

城市地下空间一体化智能运营管理

金俊武 ,李吴灏 ,孙亚军

湖北省武汉市，武汉市信息管网投资有限公司   430000

摘要：随着城市化进程的加速，城市地下空间作为城市空间资源的重要组成部分，也受到了越来越多的关注。然而，由于缺乏有效的管理和利用手段，城市地下空间利用率低、管理混乱、安全问题频发等问题日益凸显。城市地下空间一体化智能运营管理通过城市地下空间智能监控系统、数字孪生平台和智能管理系统应用方案等三个方面，提出了一种新的城市地下空间管理方法。该方法能够提高地下空间的利用率和管理效率，降低管理成本，并有利于城市可持续发展和提升城市形象，为城市地下空间的规划和管理提供新思路。

城市地下空间是指城市地下的各类用地和设施。我国城市地下空间的发展可以追溯到20世纪50年代，当时主要是为了保障国家安全而建设各种地下人防工程。随着城市化进程的加快，城市地下空间开始向多个方向发展，包括交通、商业、公共设施等多个领域。为实现城市地下空间高效有序的运营管理，需要加强多部门协调合作，建立科学规范的管理体系，同时增加资金和技术投入，确保地下空间的建设和运营达到最佳效果。

1. 国内城市地下空间管理

城市地下空间是指地下建筑和地下空间利用活动所形成的一个立体空间系统[1]。我国城市地下空间的利用和管理已经成为城市规划和建设的重要组成部分。目前，城市地下空间的利用主要涵盖了地下商业、地下停车场、地下综合管廊、地下绿化和地下文化设施等方面[2]。其中，地下商业已成为中国城市地下空间利用的重要形式，例如位于上海、北京等城市的地下商场已成为城市生活的重要组成部分。

但是，随着城市人口增长和经济发展，地上空间的利用已趋于饱和，城市地下空间的规划和利用变得愈加重要。我国的城市地下空间建设非常活跃，尤其是地下商业设施和地下交通设施的建设增长迅速[3]。根据国家发展改革委员会的数据，截至2020年底，全国共有332座城市地下综合管廊，总长达到12198.6公里；地下商业综合体达到了101个，总面积达到了250万平方米；地下停车场达到了1500个，总停车位数超过300万个。然而，目前国内城市地下空间的管理存在一些问题和挑战，例如安全管理、运营管理、监管等方面存在不足之处[4]。目前国内地下空间的管理现状和缺陷主要表现在以下几个方面：

①信息化程度不高：目前地下空间的管理存在信息不对称、数据孤岛、信息共享困难等问题，信息化程度相对较低。这导致了很多管理决策无法准确、及时地做出，也使得监管难度加大。

②安全管理不到位：地下空间具有一定的危险性，但是目前很多地下空间的安全管理措施并不完善，存在一定的安全风险。例如，在地下商场的管理中，存在消防安全、人员疏散等方面的问题。

③运营模式单一：目前地下空间的运营模式主要是由政府或开发商进行经营，缺乏市场化的运营模式。这导致了资源配置不够有效，难以激发地下空间的商业活力。

④缺乏先进技术支持：地下空间的管理涉及到多个方面，例如地下建筑结构、设备设施、运营管理等，需要借助先进的技术手段来提高管理效率和减少安全隐患。但是目前国内在地下空间管理方面的技术水平还有待提高。

为了解决地下空间管理方面的技术问题，需要采取一系列措施，例如推进信息化建设、加强安全管理、探索市场化运营模式、引入先进技术等，以提高地下空间的管理效率和安全性。同时，也需要制定相关政策和法规，加强城市地下空间的监管和管理，以确保城市地下空间的安全和可持续利用。

2. 城市地下空间一体化智能运营管理方法

城市地下空间一体化智能运营管理方法以管廊运维为依托，通过综合管控平台，实现对城市地下空间的全面监管和运营管理，包括各种地下管网、隧道、地下车库、地下商业、地下工程等。该方法整合了区域地下空间维修管理和抢修资源，合理安排维管网点，统一维管修标准，实现了对城市地下空间的维护和管理的智能化。同时，创新研发智能监管设施，提高了城市地下空间的安全性和稳定性，如智能化检测系统、远程监控系统、自动化控制系统等。

此外，该方法还能够在城市市政改造、扩容、新建的时候布设新研发智能监管设施，进一步优化城市地下空间的运营管理。通过这种方法，城市地下空间的利用效率得以提高，同时能够满足城市的快速发展需求，保障城市的安全稳定。

（1）城市地下空间智能监控系统

城市地下空间智能监控系统是一种利用分布式光纤传感系统与物联网技术的结合，实现对地下管廊的多物理量参数全方位实时监控的方案。该系统以管廊运维为依托，实现对地下空间管网、隧道等的整体运维监控。将光纤布设在地下管廊、隧道等地下空间中，通过分布式光纤传感器对光信号进行分析，可以实时获取被测物理量的变化情况。通过分析这些数据，可以及时发现管道堵塞、泄漏等问题，从而避免可能发生的事故。此外，还可以根据数据分析结果进行预测性维护，对管道进行有效的保养和修理，延长其使用寿命。

图1 城市地下空间管廊智能监控设备示意图

物联网技术是指通过各种感知设备、信息通信技术和互联网技术实现智能化的物品互联和信息交互的技术。在城市地下空间监控中，物联网技术可以实现对地下空间各个部分的实时监控和数据采集，以及对数据进行分析处理和管理。例如，可以将分布式光纤传感系统的监测数据与其他传感设备的数据进行整合，建立地下空间的实时监控系统，实现对地下空间的全方位监控和数据管理。同时，物联网技术还可以实现对城市地下空间的资源调配和优化，提高资源利用效率，降低资源浪费。

（2）城市地下空间一体化管理数字孪生平台

城市地下空间一体化管理数字孪生平台是一种基于大数据、物联网、云计算等新一代信息技术的集成平台，通过对城市地下空间进行数据采集、处理、分析、挖掘、可视化等多个环节的深度整合，实现了城市地下空间的数字化模拟，构建了一种基于数字孪生技术的城市地下空间全生命周期管理模式。

图2 一体化管理数字孪生平台

数字孪生平台的搭建需要多个环节的深度整合。首先，需要对城市地下空间进行数据采集，包括地下管廊、隧道、地下商场等物理设施的位置、结构、使用情况等信息。其次，需要进行数据处理和分析，包括数据清洗、建模、仿真等过程。然后，需要进行数字化模拟和可视化，使平台用户能够直观地了解城市地下空间的情况，并对其进行管理和优化。最后，需要进行平台的集成和应用，包括与其他系统的对接、用户管理等环节。

城市地下空间一体化管理数字孪生平台具有多种用途。首先，它可以帮助城市管理者全面了解城市地下空间的情况，包括管廊、隧道、地下商场等设施的位置、结构、使用情况等，从而制定更加精准的管理和优化措施。其次，它可以提高城市地下空间的运维效率和安全性，通过对地下空间的实时监测和分析，能够及时发现并处理问题。最后，数字孪生平台可以帮助城市规划者进行预测和规划，通过对城市地下空间的数据分析，可以为未来的城市规划和建设提供有价值的参考。

（3）城市地下空间智能管理系统应用方案

城市地下空间智能管理系统应用方案是一个综合性的解决方案，结合了分布式光纤传感技术、物联网技术和数字孪生平台。该方案通过部署光纤传感器在管廊、地下通道、地下管网等地下空间中，实现对温度、湿度、氧气含量、烟雾、水位等多种物理参数的实时监测和数据采集，并将这些数据传输至物联网网关。物联网网关通过无线通信技术将数据传输至数据采集与处理系统，实现对数据的实时处理、分析和管理。同时，数字孪生平台则提供了基于实时数据的建模、仿真和预测能力，为城市地下空间运维和管理提供全面支持。

搭建城市地下空间智能管理系统需要安装分布式光纤传感系统和物联网传感器，这些设备可以实时监控管廊、隧道、地下道路等地下设施的温度、湿度、振动、位移等多种物理量。这些传感器将采集到的数据通过物联网传输到数字孪生平台上进行处理和管理。

数字孪生平台是城市地下空间智能管理系统的核心。它是一个高度仿真的数字模型，可以将地下空间的实际情况数字化并进行精细化管理。数字孪生平台需要对实际地下空间进行三维建模，包括管廊、隧道、地下道路等设施，以及地下管网的布局情况。数字孪生平台可以对地下空间的数据进行管理和分析，为地下空间的运维管理提供更多的依据和支持。

城市地下空间智能管理系统还需要配备智能监管设施，例如视频监控、火灾报警、环境检测等，这些设施可以实时监控地下空间的安全情况，并及时报警和处置。

这个系统的应用方案非常广泛，可以应用于城市地下管网的管理和运维，也可以应用于隧道、地下道路等地下设施的管理和监控。在城市市政改、扩、新建时，这个系统可以被广泛应用。例如在地铁、高速公路、市政道路等建设过程中，可以安装分布式光纤传感系统和物联网传感器，采集数据上传到数字孪生平台上，实现对地下空间的实时监控和管理。此外，在城市管网维修和改造中，城市地下空间智能管理系统也可以起到重要的作用。通过数字孪生平台，可以对地下空间进行更加精准的维修和改造，提高管网的运行效率。

3. 城市地下空间一体化智能运营优点

随着城市化进程的加快和城市人口的不断增加，城市地下空间的重要性越来越受到人们的关注。为了更好地管理和利用城市地下空间，一体化智能运营成为了发展的趋势。城市地下空间一体化智能运营的优点主要包含以下几个方面：

①提高城市地下空间利用率

传统的城市地下空间管理方式通常是各个部门独立运营，管理和利用效率低下，存在重复建设和闲置浪费的现象。而通过一体化智能运营，可以实现对城市地下空间的综合利用，提高地下空间的使用效率和利用率。例如，将不同的管线集中在一个管廊内，不仅可以减少地上空间占用，还可以避免因为各部门独立维护管道而导致的交叉施工和冲突问题。

②提升城市地下空间的安全性

城市地下空间涉及到诸多公共设施，如供水、供气、供电、通信等。一旦发生故障或事故，会对城市的正常运行造成严重影响。而通过分布式光纤传感技术和物联网技术，可以对地下管廊的多物理量参数进行实时监控，如温度、湿度、压力、流量等，及时发现并处理异常情况，有效提升城市地下空间的安全性。

③降低城市地下空间运维成本

城市地下空间包含各类管线和设施，需要不断进行维护和修缮。传统的管理方式存在着各部门之间的信息孤岛和维护成本较高等问题。通过一体化智能运营，可以将地下空间的各个部分进行整合，统一运维和管理，降低维护成本。同时，数字孪生平台可以对地下空间的状态进行全方位监测，实现预测性维护，避免了紧急维护所产生的高额成本。

④提高城市运行效率

城市地下空间的一体化智能运营，能够更好地协调城市运行中各个系统的相互影响，提高整个城市的运行效率。例如，通过实时监测地下管廊的运行状态，可以协调各个管线的使用情况，避免管网交叉，降低管理和维护成本。此外，数字孪生平台可以通过模拟和仿真，提前预测出某些事件的发生和影响，为城市决策提供科学依据。

4. 意义

在过去几十年里，中国城市地下空间得到了空前的发展，成为城市化进程中不可或缺的一部分。然而，由于地下空间的复杂性和分散性，其管理和运营面临着许多困难和挑战。在这种情况下，城市地下空间一体化智能运营管理平台的出现无疑为城市地下空间管理带来了巨大的变革和提升。

本文详细介绍了城市地下空间一体化智能运营管理平台的基本构成和实现方法。通过分布式光纤传感技术、物联网技术和数字孪生技术等先进技术的应用，实现了对城市地下空间的全面实时监控和智能化管理。这种智能化管理平台可以优化城市地下空间的资源利用、提高设施的运行效率、加强安全管理、降低成本和提高管理水平。

总之，城市地下空间一体化智能运营管理平台的出现标志着城市管理和运营向数字化、智能化和高效化的转变。未来，这种平台将继续发挥重要作用，为城市地下空间的发展和管理提供更加可持续和高效的解决方案。

参考文献

[1]雷升祥, 孙嘉良, 张文丽. 专利视角下的城市地下空间发展现状和趋势[J]. 地下空间与工程学报, 2023, 19(02): 351-358.

[2]雷升祥, 申艳军, 肖清华, 等. 城市地下空间开发利用现状及未来发展理念[J]. 地下空间与工程学报, 2019, 15(04): 965-979.

[3]马景月. 城市地下空间与开发利用规划[J]. 地下空间, 2002(03): 200-204+208-281.

[4]王成善, 周成虎, 彭建兵, 等. 论新时代我国城市地下空间高质量开发和可持续利用[Z]//地学前缘: 卷 26. 2019: 1-8.