智慧城市下的基础设施建设研究

白玉杰

【摘要】智慧城市的建设方兴未艾，在全球化建设的背景下，加快智慧城市建设成为国家的发展战略。基础设施是智慧城市的重要组成部分，它运用了众多的现代化的新技术。新型基础设施建设战略的提出，为智慧城市的发展提供了新的思路，也提供了新的动力和助力点。BIM+GIS技术的应用，为基础设施的建设提供了重要的技术保证。

【关键词】智慧城市;新型基础设施建设;BIM GIS

智慧城市（Smart city）是利用各种信息化技术，将城市的系统和服务打通、集成，以提高资源的运用效率，优化城市服务和管理，以及改善市民的生活质量。是利用云计算、物联网等技术，打造城市的数字化、现代化、物联化、智能化，以最终实现智慧化。

1、智慧城市发展现状

2008年IBM公司提出了“智慧地球”的概念，从而在全球开启了“智慧城市”建设的热潮。借助互联网技术的发展，信息化技术的完善，利用信息技术，建设智慧城市，是当今世界城市发展的必然趋势。特别是欧美、亚太的发达国家，凭借完善的基础设施、先进的发展理念和模式、较高的信息化水平、充足的財力支持，在智慧城市的各个领域处于领先水平。

我国的智慧城市建设与国际接轨，发展较早，早在2012年，我国就确定了第一批试点城市。2014年，国家八部委联合印发了《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》。党的十九大明确提出：要建设“数字中国，智慧社会”。从国家和政策层面对智慧城市建设进行了规划。

我国智慧城市建设的发展经历了几个阶段：2013 年前，建设处于认知和起步阶段，确定了第一批试点城市。2014年到2017年，建设进入高速发展阶段，全国有500余座城市开展实施智慧城市发展战略。自2018年起，我国的智慧城市建设进入了资源整合和信息融合阶段。2020年，政府工作报告中明确提出加快新型基础设施的建设。国家从顶层视角考虑整个系统，从上而下的推动资源整合。建设也呈现出由点到面、由外表向内涵、由基础设施到智慧应用、由政府主导到各种经济主体共同发展、由顶层规划设计到各个层面共同发展探索等特点。不同的城市也呈现不同的发展特点和思路，提出了不同的发展理念，如济南的物联网+互联网+，银川的PPP模式等。

2、智慧城市的基础设施和基本体系

基础设施是国家或部门为社会生活和生产提供基础服务的非营利性的行业和设施。是城市生存和发展所必须的工程型设施和社会性设施。它一般可分为交通设施、能源设施、环境设施、通信设施、水设施、防灾设施等方面，各种设施相互促进和影响，缺一不可，共同在社会运行中发挥重要的作用。

智慧城市是城市信息化、智能化的大的综合体。主要包括以下几个方面：智慧的基础设施（如：智慧交通设施，智能安保设施、智能网络系统等），智慧的资源环境系统：（如：智慧水资源，智慧电网、智慧环保监控等），智慧的公共服务（如：智慧医疗、智慧教育、智慧社保、智慧的社会管理、智慧文化服务、智慧的安居服务等），智慧的产业发展（如：智慧企业、智慧制造、智慧物流、智慧旅游、智慧家居等），智慧城市管理（如智慧政府、智慧电子政务、智慧城管、智慧决策、智慧安全管理等），智慧民生（智慧养老、智慧终生学习等）。其中，基础设施的建设是智慧城市的基石。

3、发展新型基础设施的建设

（1）2020年3月，中共中央政治局常务委员会召开会议提出：加快5G网络、数据中心等新型基础设施的建设进度，掀开了全国建设新型基建的热潮。在2020年的《政府工作报告》首次提及“新基建”，报告提出：加强新型基础设施建设，发展新一代信息网络，拓展5G应用，建设充电桩，推广新能源汽车，激发新消费需求，助力产业升级。新型基础设施建设以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新的等服务的基础设施体系。涵盖了5G网络、人工智能、工业互联网、物联网、数据中心的方面，重点突出以下方面的建设：

1.信息基础设施的建设，主要指基于新一代信息技术而生成的基础设施，以5G、工业互联网、物联网、代表的通信网络基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等，以云计算、人工智能、区块链等为代表的新技术基础设施等。

2.改造传统基础设施，深度应用互联网、大数据、人工智能等技术，支撑传统基础设施转型升级，进而形成智能的基础设施，比如，智能交通设施、智慧能源设施、智慧水网设施、智慧电网设施、智慧公共服务设施等。

3.着重发展创新基础设施，主要指支撑科学研究、技术开发、产品研制的具有公益属性的基础设施，比如，重大科技基础设施、产业技术创新基础设施等。

（2）新型基础设施与传统的基础设施有着本质的区别。它是为了未来阶段保证社会的物质、能量、信息更高效、安全的流动，弥补现代经济下传统基础设施的缺点，加快新兴产业的发展，更好的服务于民计民生，实现社会的智能化、智慧化。新基建将极大的促进新型智慧城市的发展。人工智能的发展可以推动智能社区、智能驾驶、智慧制造、智能安防等新兴行业的壮大。大数据中心的建设可以带动智慧交通、智慧市政、智慧电网等行业的兴起。5G技术可以推动智能电子政务、智慧医疗、智慧通讯、智慧文化服务的发展。随着新基建的发展，必然催生更多的行业的发展，更深层的为智慧城市的建设服务。

（3）新型数字基础设施不仅涵盖传感终端、5G网络、大数据中心、工业互联网、物联网、人工智能等新设施的建设，也包含对交通、环保、能源、工农业生产等传统基础设施进行数字化、网络化、智能化改造升级。打造以特高压、新型能源、核能等为代表现代智能的能源基础设施，以智能制造和先进材料为代表的制造基础设施，以智慧教育、智慧医疗、智慧文化为代表的基础文体卫服务设施等。

要建设新型基础设施，就要以5G技术为重点，5G建设不仅推进了通信网络设备、人工智能等新技术产业发展，还将拉动了智能交通、智能家居、智慧市政、智能制造及智慧能源等应用场景和商业模式的快速迭代，促进产业生态系统更加丰富。

（4）共享基础设施的建设也在智慧城市建设中发挥重要作用，基础设施除了发挥自身基本功能外，还可搭载多个智慧化、数字化的应用。使得一个设施多功能，提高设施的利用率。

新型基础设施建设应该注重数字化设施的建设，数字化建筑是以大数据、云计算、人工智能、物联网等信息技术，集成人员、流程、数据和技术，实现建筑的全过程、全要素、全参与的数字化、在线化、智能化。以平台的方式形成共享、开放、生态聚集的产业生态圈。它是支撑技术、社会、产业、基建的多个行业体系的交叉融合。

（5）新型基础设施建设应以市场为基础，以企业为主体，抓住发展机遇，运用市场经济的调节力量尽快转变发展理念，树立以技术先行、创新为驱动力的发展观念，强化核心技术的创新能力。

新基建的建设也应以政府的引导为主导。基础设施前期投入大、收益周期长，因此政府规划要有全局性、前瞻性、发展性。不能是低水平重复投资，要强化顶层统籌的力度，形成责任明确、分工合理、运行顺畅的推进机制。

4、增强BIM+3D GIS在基础设施建设中的应用

（1）建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，它具有可视性、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特点。通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、建造、运行和维护的全生命周期过程中进行数据的共享和传递，为设计团队以及各方建设主体提供协同工作的数据基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。地理信息系统GIS（Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS）是一种特定的十分重要的空间信息系统。它结合地理学和地图学、遥感和计算机科学技术，对地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、运算、分析、显示的技术系统。它具有数据管理、空间定位、空间分析、多元展示等强大的功能。

BIM+GIS相结合可以为智慧城市提供各种应用管理。BIM将设施建设所需要的各种数字化的组件和工程属性信息整合，建筑工程全生命周期中涉及到的各个参与方，均可利用BIM进行协同作业，从而提高了沟通协调的效率。GIS用来采集、管理、分析地理空间信息，对整个地球空间进行宏观的分析和管理。BIM可将地球系统中某一具体的建筑物的详细信息导入到GIS中去。为GIS系统增添具体建筑的微观信息。GIS的空间地理几何信息也可导入BIM系统中，可在BIM中表达出建筑物周边的宏观的地理信息。二者的结合，可以增强大规模的公共设施的建设和管理能力，拓宽和优化各自的功能，提高长周期工程和大规模工程的管理能力。

大场景的GIS数据和小场景的BIM数据有机的融合，从而形成了城市信息模型CIM（City Information Modeling）系统，它以城市的信息数据为基础，组建了城市的三维空间模型和城市信息模型。利用CIM平台，通过物联网、云计算等技术，可以将城市的信息传感设备连接，形成一体化的信息平台，实现跨部门、跨行业、跨领域的多角度协调和管理。

（2）利用GIS技术，通过对城市空间、人群分布、地形地貌的分析，合理规划城市里各种智能设施的分布，形成多维度的空间数据体系，建立虚拟现实的城市三维可视化的模型。用BIM技术对建筑的外形、内部功能、建造成本、运维等进行模拟，并整合到GIS建立的三维模型中，基于此对城市的基础设施建设进行合理化规划。

通过BIM和GIS的有机融合也可对地下管网进行建模，通过GIS建立基本地理信息数据，地面设施分布，找到最短路径，分析最小运输损失。通过BIM技术对具体的管道施工进行模拟，模拟碰撞检查、后期运营。为参与管网建设、运维的各个单位建立一个全方位的交流和运维管理平台。

结语：

智慧城市建设方兴未艾，全国都在积极推进中。在政府的主导下，新型基础设施的建设会得到飞跃式的发展，将对推动智慧城市有着决定性的作用。以5G、人工智能为代表的新型基础设施将为智慧城市的发展奠定物质基础。BIM+GIS技术的应用，将为基础设施的建设提供技术的服务。

参考文献：

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[5]刘佰涛.BIM+3DGIS技术在智慧城市基础设施及数字化管线运管系统中的应用与研究[J].信息技术与应用，2019， （5）：37-41.

[6]新型基础设施建设[J].计算机技术与发展，2020，30（5）：3.

课题项目：

智慧城市下的公共基础设施建设研究; 19RSW048