2012年首批90個(gè)國家智慧城市試點(diǎn)城市作為開(kāi)拓者，歷經(jīng)十年的探索，中國的智慧城市建設已進(jìn)入新階段，一座座更高效、更靈敏、更可持續發(fā)展的城市正在應運而生。數據統計顯示，截至2018年底，中國超過(guò)600個(gè)城市均已明確提出或正在建設智慧城市。2019年2月全球首個(gè)5G火車(chē)站建設啟動(dòng)儀式在上海虹橋火車(chē)站開(kāi)始，這意味著(zhù)中國5G技術(shù)智慧化轉型應用里程碑式的突破。

自2008年末IBM公司“智慧地球”理念提出到如今，十多年的光景，中國的智慧城市和5G技術(shù)發(fā)展便取得了驕人的成績(jì)。5G網(wǎng)絡(luò )下的智慧城市系統建構順應了中國新型城鎮化發(fā)展進(jìn)程，為解決城鎮化的發(fā)展難題，建設智慧城市、創(chuàng )建新型數字化城市已成為國家級戰略發(fā)展規劃。在實(shí)現綠色、生態(tài)、現代化、信息化同步發(fā)展和“兩步走”戰略第二階段：即建成富強、民主、文明、和諧、美麗的社會(huì )主義現代化強國的奮斗目標具有重大歷史意義。

本文以城市規劃視角分析了基于5G網(wǎng)絡(luò )和CIM的智慧城市數字化建設系統構建——城市信息綜合管廊構建，多元大數據交叉釆集處理系統構建、城市生態(tài)空間監控與預警系統構建、城市規劃動(dòng)態(tài)管理與可視化設計構建。通過(guò)構建從理論系統框架到實(shí)踐的例舉，探討智慧城市系統建設可行性。

信息綜合管廊是5G網(wǎng)絡(luò )普及以后信息傳輸速度方面的重大突破，以往的網(wǎng)絡(luò )速度在構建信息通道時(shí)無(wú)法做到實(shí)時(shí)聯(lián)通，比如以往的遠程醫療手術(shù)僅有部分的醫院才有條件實(shí)現，而未來(lái)這樣的聯(lián)通在智慧城市建設中實(shí)現了全民普及。電信業(yè)推動(dòng)著(zhù)各行各業(yè)數字化轉型，可預測的“主動(dòng)運維”乃至實(shí)現自動(dòng)、自?xún)?yōu)、自意和自治的“自動(dòng)駕駛”網(wǎng)絡(luò )，以提升運維和運營(yíng)效率是信息綜合管廊構建中信息線(xiàn)路的的保障。

雖然目前通信管道資源在城區覆蓋和介入較完善，但未能實(shí)現管道資源的全覆蓋，網(wǎng)絡(luò )的建設需要管廊的保駕護航，而網(wǎng)絡(luò )的質(zhì)量提升為智慧城市的建設提供了可能。

自2015年起我國先后有25個(gè)城市成為地下綜合管廊試點(diǎn)城市，而這些城市幾乎覆蓋了智慧城市試點(diǎn)城市。其規模化、智慧化、市場(chǎng)化運作的特點(diǎn)加上BIM技術(shù)構建和引入“元模型”智能化檢測手段，即刻可通過(guò)CIM中城市基礎設施監控、模擬、預警、可視化操作，在所構建的模型上實(shí)現各種信息的關(guān)聯(lián)，不僅可以實(shí)時(shí)査看主體全部位置信息，而且還可以對任意部位進(jìn)行剖切査看，使技術(shù)人員快速掌握主體的結構形式及其位置尺寸信息。

脫離傳統耗時(shí)費力的排査，運用手機等端口設備就可實(shí)現電力、通信、燃氣、供排水等市政設施的維護和檢修。在規劃方面減少架空線(xiàn)與綠化的矛盾，保持路容完整和美觀(guān)，降低了返修維護成本。目前國內一些新區已經(jīng)能夠實(shí)現自動(dòng)化養護數字平臺的構架，使5G時(shí)代的基礎設施的安全和維護管理逐步實(shí)現流程標準化、信息智能化、時(shí)效可視化。總之城市信息綜合管廊構建是智慧城市構建的骨架。

2018年自然資源部接手了城鄉規劃的管理職能，實(shí)行多規合一和多管合一將涉及城市發(fā)展的規劃落實(shí)到了一張藍圖上，運用一個(gè)共同的空間規劃平臺，形成融合平臺，將空間資源內利用效率提高，解決利益矛盾，為大數據的采集提供了一個(gè)有效媒介。在住建部《“多規 合一"業(yè)務(wù)協(xié)同平臺技術(shù)標準》中也曾提出有條件的城市可在BIM應用的基礎上建立CIM，建立規劃、建設、管理精細化應用模型。另外我國的北斗系統高密度組網(wǎng)，為智慧城市的數據傳遞和提取的國產(chǎn)化實(shí)現提供了前提。

此系統的構建使國內的部分城市已經(jīng)走在了智慧城市建設的前列。常州市從空間形態(tài)及地理信息數據的整合，二次軟件技術(shù)開(kāi)發(fā)，到數據子系統開(kāi)發(fā)，提取，都可以通過(guò)“智慧常州"數據信息釆集平臺實(shí)現成果信息的自動(dòng)提取、轉錄、統計、運籌及應用。

近些年研究的較為火熱的海綿城市、韌性城市都是在數據倉庫的語(yǔ)境下，通過(guò)ETL離線(xiàn)、Flumex Kafka實(shí)時(shí)、互聯(lián)網(wǎng)Crawler, DPI等展開(kāi)城市物理環(huán)境、產(chǎn)業(yè)P0I、交通組織、生態(tài)保育、基礎設施、擬態(tài)體驗、人文感受等方面的數據采集。

而5G網(wǎng)絡(luò )是未來(lái)數據收集的主陣地，采集的大數據如果運用實(shí)時(shí)流式，處理涉及數據的聚合，數據的處理和展現能夠在秒級或者毫秒級得到響應。Flume專(zhuān)注于大數據的收集和傳輸類(lèi)似的大數據開(kāi)源系統有Logstash和Fluentdo MapReduce可以做批量計算，計算完成的數據如需數據倉庫的存儲，直接存入Hive，然后從Hive進(jìn)行展現。有些則會(huì )運用交互的OLAP和OLTP,但這些信息還不足以涵蓋所有。

智慧城市的核心“以人為本”最終是由程序化運算向人工智能邏輯的過(guò)渡。信息采集需要5G網(wǎng)絡(luò )的速度，更離不開(kāi)信息管廊的建設。智慧城市的管理一般都是平臺化處理，而能夠將信息在平臺上處理則離不幵信息源和信息流，CIM是智慧城市構建中的左膀右臂，那么5G則是它的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。一個(gè)高效能的管理和運維系統不僅靠硬件還需要軟件的支撐，多元大數據交叉采集處理系統是智慧城市構建中的神經(jīng)中樞。

美國早在1997年就開(kāi)始對城市的生態(tài)系統進(jìn)行了監控，有些是以流域單元為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行流域水文和水質(zhì)的監測, 并建立了城市碳通量觀(guān)測塔，有的則以城市整體為著(zhù)眼點(diǎn)，采用網(wǎng)格分層雙密度采樣布點(diǎn)和社會(huì )調查的舉措，為城市生態(tài)系統長(cháng)期演變規律研究提供基礎數據。

2016年國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規劃的通知，提到生態(tài)文明建設要擺在更加重要的戰略位置，堅持綠色發(fā)展、標本兼治就是要在智慧城市系統構建中將生態(tài)環(huán)境問(wèn)題這塊短板補齊。于此同時(shí)，國內的生態(tài)監控系統還大多處于人工巡查階段，如何能夠將實(shí)時(shí)的環(huán)境反映在眼前還要考慮成本控制, 是很多西方國家都在致力解決的。利用衛星進(jìn)行檢測的成本很高，只能實(shí)現重點(diǎn)區域重點(diǎn)地段的階段性監測。而5G的高頻傳輸術(shù)為此提供了實(shí)現的可能，通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò )能夠實(shí)現監測的高質(zhì)量和穩定。

國內一些企業(yè)已經(jīng)建立城市生態(tài)環(huán)境綜合監測指標體系。利用增強現實(shí)技術(shù)將傳統的三維地貌與數據傳感、數據展示、數據查詢(xún)合而為一，將生態(tài)學(xué)、氣象學(xué)、地理學(xué)、水文學(xué)、森林學(xué)等交叉學(xué)科的數據進(jìn)行平臺整合，利用5G網(wǎng)絡(luò )將地區內布建的各類(lèi)環(huán)境監控傳感器網(wǎng)絡(luò )（包括空氣質(zhì)量指標，土壤環(huán)境質(zhì)量指標檢測網(wǎng)絡(luò )）所釆集的數據，結合相關(guān)數據預測模型生成的預報數據，實(shí)時(shí)上傳智慧城市生態(tài)云平臺，為生態(tài)環(huán)境演變突變、災害預測、管控治理等提供了有力支撐。

國內某些大學(xué)建立的區域與城市空氣質(zhì)量和灰霾天氣預報系統，正是基于中國環(huán)境監測總站所提供的數據進(jìn)行預報的。水質(zhì)自動(dòng)監測、空氣質(zhì)量監測、土壤質(zhì)量監測、植物植被監測、環(huán)境演變預測在智慧城市建設中所提供的數據與城市環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)修復修補，以及政府決策均有著(zhù)直接關(guān)系。城市生態(tài)空間監控與預警系統是智慧城市構建中的血肉。

隨著(zhù)地下管線(xiàn)、構筑物等城市地下空間基礎設施的規模和密度的增大，現代城市規劃建設和管理從二維向三維轉變。運用CIM將規劃、國土、市政、交通、水利、安防、人防等各自為政的主管部門(mén)管理制度向協(xié)同管理，多管合一的動(dòng)態(tài)管理，有利于打破部門(mén)壁壘，避免資源要素間的人為分界與管理上的交叉重疊，還可以通過(guò)統一協(xié)調資源、法律規章等，對城市的動(dòng)態(tài)發(fā)展隨時(shí)調控，在存量規劃中實(shí)現人、地、錢(qián)掛鉤。

建立BIM和三維傾斜攝影以及三維激光掃描等技術(shù)為基礎的多方參與城市可視化平臺，以此用于解決建筑、社區、城市層面信息不關(guān)聯(lián)和縱向斷層的問(wèn)題。智慧動(dòng)態(tài)管理的物質(zhì)化是運用建設運營(yíng)可視化實(shí)現智慧城市的終極目標。以往靜態(tài)三維展示已經(jīng)無(wú)法實(shí)現動(dòng)態(tài)管理的需求，城市的管理需要海量的數據與平臺進(jìn)行輸送，智慧交通、智慧就醫、應急安防、智慧建筑、智慧能源、智慧社區都需要有專(zhuān)業(yè)的設備和專(zhuān)業(yè)的人員進(jìn)行管理。

將城市管理的大任務(wù)分擔到社區、到居民家中，讓城市居民也參與到管理中來(lái)，建立人一空間一網(wǎng)絡(luò )復合智慧系統，讓智慧城市的運營(yíng)和管控朝著(zhù)人與物理系統整合的方向邁逬。

北京、南京、貴陽(yáng)等以數字經(jīng)濟和智慧產(chǎn)業(yè)為支撐的新型智慧城市已成為我國戰略推進(jìn)、經(jīng)濟崛起的主要陣地，在智慧產(chǎn)業(yè)提升城鎮化質(zhì)量、在公共交通、買(mǎi)菜購物、就醫安防等方面使得人民的幸福感逐步提升。“城市大腦”逐步構建也使得城市的管理不再由人主導，城市動(dòng)態(tài)管理與可視化設計由智慧城市構建中的大腦承擔。

智慧城市是一項涉及物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據等眾多技術(shù)的復雜巨系統。隨著(zhù)5G時(shí)代的來(lái)臨，大容量、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò )傳輸將變?yōu)楝F實(shí)，人類(lèi)將進(jìn)入萬(wàn)物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，智慧城市建設也將步入一個(gè)嶄新階段。

這些便利的條件也為智慧城市規劃的發(fā)展提供了基礎，延伸到規劃領(lǐng)域即城市信息模型 （City Information Modeling）的建立，即以城市信息數據為基數，建立起三維城市空間模型和城市信息的有機綜合體，將動(dòng)態(tài)管理的大腦思維與數據處理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )結合。

加之，信息管廊的骨架延伸配合，監控預警的血肉感知，智慧城市未來(lái)的發(fā)展前途無(wú)量。智慧城市在新時(shí)代的提出，完全能夠實(shí)現國家與城市協(xié)調，達到為人民服務(wù)的宗旨。而CIM這個(gè)概念的提出，把視野從單體建筑拉高到建筑群和城市一級，給予智慧城市更加有力的支撐。5G網(wǎng)絡(luò )和CIM的共同技術(shù)支撐，為智慧城市系統的構建提供了無(wú)限的可能性。最后，也還是要警惕CIM和5G的在城市建設中的“灰犀牛”。

來(lái)源：齊齊哈爾大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院（李揚，劉平，王丹丹）