孫宏軍 何勇 馬云橋
南京市南部新城開發建設（集團）有限公司
南京市南部新城開發建設管理委員會
一、建設背景
城市基礎設施是保障城市正常運行和健康發展的物質基礎，新型基礎設施是以新發展理念為引領，以技術創新為驅動，以信息網絡為基礎，面向高質量發展需要，提供數字轉型、智能升級、融合創新等服務的基礎設施體系。2021年3月，國家“十四五”規劃綱要明確將新型基礎設施作為我國現代化基礎設施體系的重要組成部分，提出要“統籌推進傳統基礎設施和新型基礎設施建設，打造系統完備、高效實用、智能綠色、安全可靠的現代化基礎設施體系。”2022年8月，住建部與國家發展改革委聯合發布了《“十四五”全國城市基礎設施建設規劃》，提出“加快新型城市基礎設施建設，推進城市智慧化轉型發展”。
南部新城地處主城東南，核心區約10平方公里，是南京城市總體規劃中確立的與新街口、河西新城并立的城市新中心。南部新城作為南京市重要功能板塊，承擔了大量新技術、新場景的示范和試點建設，是南京市BIM/CIM雙試點地區，也是中芬低碳生態示范城、江蘇省綠色建筑和生態城區區域集成示范、江蘇省綜合管廊試點等示范地區。
智慧城市典范是南部新城建設的戰略發展定位之一，在2018年到2020年之間，先后通過頂層設計編制、合作伙伴招募、組織架構保障等工作，有效推動智慧城市落地，提出以CIM平臺為核心，推進規劃、建設、運營管理三方面應用的建設目標，并逐步形成了具備南部新城特色的智慧城市建設路徑和一系列的建設成果。
南部新城市政基礎設施數量多、分布范圍廣，需要對全域市政基礎設施依托CIM等技術實現數字化、智能化管理。因此，南部新城按照國家“新基建”、“新城建”相關政策要求，對市政基礎設施進行智能化升級改造，打造融合基礎設施，并構建綜合管養智慧運營系統，實現了對市政基礎設施運行狀態實時監測預警和事件閉環管理，有效提升了市政管養的效能。
二、建設內容
1 總體架構
以“打牢共用、整合通用、開放應用”理念為指引，提出南部新城智慧城市“物聯感知終端、智慧城市數字底座、智慧城市運營管理、標準規范體系和信息安全體系”三橫兩縱的系統架構，如圖1所示。
圖1 智慧城市總體架構
1.1 物聯感知終端
在南部新城智慧城市建設過程中，充分利用RFID、傳感器、攝像頭、等物聯感知技術和設備，通過身份、位置、多媒體和狀態感知等多種相結合的感知方式，針對河道、工地、燈桿、井蓋、園林綠地、交通出行、建筑等領域進行信息的采集處理，實現對南部新城基礎運行狀況的全面感知。同時在上述手段之外，補充無人機、遙感等多種數據采集手段，豐富數據獲取維度和途徑，為南部新城的高效運行提供完備的基礎運行信息。
1.2 智慧城市數字底座
打造以CIM和物聯感知為核心的智慧城市數字底座，通過綜合信息網絡、數據中心、CIM基礎平臺、物聯網平臺等基礎共性支撐平臺建設，匯聚地理信息系統（GIS）、建筑信息模型（BIM）、物聯網（IoT）等南部新城全域數據，推進新一代信息技術與城市發展各領域深度融合，實現資源的統建共享、集中管理、統一調度、集約管理、按需分配，為南部新城智慧城市提供統一的基礎設施運行服務，夯實智慧城市建設基礎。
1.3 智慧城市運營管理
城市運營管理平臺是技術、業務、數據高度融合，跨系統、跨部門、跨業務的南部新城智慧城市全業務承載平臺。下層是以支撐工作開展、解決實際問題為目的建設的面向“規劃、建設、運管”各個細分領域的專業應用，更加聚焦于具體業務，例如土方管理、車輛管理、空間規劃、智慧水務、智慧管廊等，上層是智慧城市運營管理門戶，通過對下層應用進行整合，便于管委會對南部新城各方面工作的統籌安排和高位監管，主要分為綜合展示門戶、開發建設管理門戶和城市運營管理門戶，綜合展示門戶重點對南部新城的規劃建設、智慧城市建設理念、建設成果進行展示，開發建設管理門戶主要提全生產管理、生產現場指揮調度等功能，城市運營管理門戶主要提供城市綜合管養、應急智慧調度、公共空間運營、智能輔助決策等功能。
1.4 標準與安全體系
構建標準規范體系，遵循系統整合與集成、數據共享與交換、云安全與保障、建設與運維等在內的信息技術與安全標準，遵循信息系統建設各項標準規范；從基礎設施、數據、網絡、應用等不同方面建立統一的安全防護體系，對南部新城智慧城市建設的全生命周期各階段起到“指導、規范、約束、保障”的作用。
以實現網絡信息安全清朗、生態良好為目標，將網絡信息安全作為南部新城智慧城市的重要內容同步規劃、同步建設、同步運行，通過建立統一的網絡信息安全服務體系，實現網絡安全從多點防護向體系防護演進，提高南部新城智慧城市網絡空間的整體防御能力。
2 系統功能
南部新城智慧城市系統功能主要包括CIM基礎平臺的能力支撐和基于CIM的智慧應用的業務賦能。
南部新城CIM基礎平臺充分依托南京市CIM平臺建設成果，采取離線部署方式，共享平臺建設成果，實現與市級CIM基礎數據協同與共建共享，推動形成試點片區聯動機制。平臺通過匯聚地理信息系統（GIS）、建筑信息模型（BIM）、物聯網（IoT）等南部新城全域數據，推進新一代信息技術與城市發展各領域深度融合，實現資源的統建共享、集中管理、統一調度、集約管理、按需分配，為南部新城智慧城市提供統一的基礎設施運行服務，夯實智慧城市建設基礎。
基于CIM的智慧應用主要涵蓋城市“規劃、建設、運營管理”三個方面。
1）基于CIM的城市規劃：圍繞城市規劃成果展示以及規劃管理處室業務需求，建設智慧規劃應用。基于規劃數據、BIM數據等與CIM能力平臺的有效融合，實現規劃成果及規劃設計模型的綜合展示、城市生長動態展示及綜合分析，基于CIM平臺的仿真分析與模擬，支撐城市設計、智慧規劃等典型場景應用。智慧規劃應用建設內容主要包括用地規劃、城市設計、土地出讓、設計方案、專項規劃等功能模塊。
2）基于CIM的城市建設：圍繞區域整體管控目標，建設智慧工地應用，接入在建工程項目信息以及工地視頻監控、揚塵、車沖、噴淋設備數據，實現區域整體管控，并對具體工地實時監管；打造基于BIM的智慧建造應用，采集施工現場中的高點攝像頭捕獲的視頻信息，基于人工智能方法識別施工場景中的建筑物及構件等信息，通過與設計BIM模型及構件的匹配，識別工程項目的現場進度、質量風險以及安全風險，實現指導施工和可視化項目管理。
3）基于CIM的城市運營管理：通過匯聚各類基礎設施數據建立智慧管養應用，并結合智能終端實現基于CIM的三維可視化實時監控，提供可視化、智能化的實施場景，實現基于CIM的智慧水務、管廊、環衛、綠化、道路等綜合管養一張圖，制定科學有效的養護和管理方案，實現智慧化高效運管。另外，通過匯聚招商政策信息，產業政策信息，配套設施和招商載體BIM模型等各類招商數據，打造智慧招商應用，實現招商概覽一張圖、招商載體一張圖、招商土地一張圖。
3 典型應用
3.1 智慧環衛
以環衛業務管理為核心，通過加裝車載設備（定位終端、攝像頭、油量感應），配備電子工牌等物聯網感知設備，調用智慧燈桿視頻監控，接入垃圾滿溢、高溫監測傳感設備，實現對環衛作業所涉及到的人、車、物、事進行全過程實時管理。智慧環衛應用如圖2所示。
圖2 智慧環衛
3.2 智慧水務
圍繞響水河、農花河等水體，翁家營、響水河、北圩、肖家盤4座泵站，以及調蓄池等海綿設施，從水環境、水調度等方面進行研究，加強水環境治理，融合城市水體的監測、調度和管理，建設涵蓋管網、泵站、內河、外河的“監測-預警-處置”一體化管控體系；建立管網水質、流速的監測系統，實現城市管網-調蓄池聯動的監測調度防汛機制。智慧水務應用如圖3所示。
圖3 智慧水務
3.3 智慧園林
通過園林綠化設施普查建庫，形成全面準確的園林綠化一本賬，支撐園林綠化精細化管理。對都市田園、常淮橋等綠化建設智慧灌溉系統，通過安裝土壤傳感器，實時監測植物生長的土壤環境；在園林養護項目的重點區域安裝遠程視頻監控設備，實時掌握重點區域情況。智慧園林應用如圖4所示。
圖4 智慧園林
3.4 智慧管廊
搭建智慧管廊系統，安裝氣體（氧氣、硫化氫、甲烷）檢測、溫濕度檢測、液位監測、聲光報警、視頻監控、結構健康監測等設備，接入綜合管廊運維管理平臺，實時獲取管廊運行狀態數據，對管廊運行狀態進行實時監測預警，同時，配備巡檢機器人，實現對管廊的智能化巡檢，提升南部新城管廊智慧化管理水平。智慧管廊應用如圖5所示。
圖5 智慧管廊
3.4 智慧交通
圍繞承天大道、校場大道等主要路段，南外學校周邊道路，建設完善交通感知監測、智能信號燈、信息屏等智慧交通基礎設施。搭建智慧管控平臺，依托采集到的實時交通大數據，實時在線交通推演，即時生成交通應急方案，助力新城交通管控。智慧交通應用如圖6所示。
圖6 智慧交通
3.6 智慧燈桿
在主要道路沿線部署完成100余根智慧燈桿，利用燈桿掛載的環境監測設備、攝像頭、AI設備、廣播設備、信息屏、報警器等終端設備提供的實時數據，支撐城市管理、市政管養、安全校園、交通出行、生態環境監測等多元化場景應用。智慧燈桿應用如圖7所示。
圖7 智慧燈桿
3.7 智慧管養
基于南部新城CIM平臺，打造統一的南部新城智慧管養系統，實時獲取城市部件、市容環衛、綠化園林、河道水務、綜合管廊、智慧停車等市政基礎設施運行狀態數據，實現了對南部新城全域市政基礎設施運行狀態實時監測、分析和預警。同時，基于智慧管養系統中的事件管理平臺，實時接入市政基礎設施相關告警事件，通過派發告警事件工單、事件處置進展跟蹤等全流程管控，實現事件閉環管理。智慧管養應用如圖8所示。
圖8 智慧管養
三、創新應用
在水務業務管理方面，南部新城基于CIM和調水模型實現水務管理。通過采集河道泵站、排口、自流涵的水位和流量信息，根據流速、流量、水質信息并基于“水文-水質-水動力”機理建立水調度模型，通過調水實驗統計調水量、水質變化情況等數據建立支持向量機（SVM）模型，將機理模型和統計模型相結合支撐水調度管理，并結合CIM技術可視化展示水調度過程，保障區域內河水質達標。水務綜合管理如圖9所示。
圖9 水務綜合管理
水環境調度重點展示響水河泵站、機場河泵站水質達標率以及緯七路橋實時水質相關信息。當緯七路橋站點發生水質報警，系統將自動啟動模型計算，并展示模型推薦調度方案，可通過自定義方案模塊進行自定義方案輸入，查看執行對應方案后可能出現的水質效果。同時，可以添加未來降雨數據來優化調度結果的準確性。當緯七路橋上游站點發生水質報警，系統自動啟動模型進行計算，確定上游水質是否會對緯七路橋水質產生影響。如果產生影響，則展示模型推薦調度方案以及自定義方案，查看執行對應方案后可能出現的水質效果，支持兩個方案做對比展示。水務環境調度如圖10所示。
圖10 水環境調度
防汛指揮調度主要通過展示工地防汛監控視頻，南部新城主要河道的水位走勢，內、外河實時水位信息等，輔助防汛決策和指揮調度。同時，展示泵站閉啟狀態信息。防汛指揮調度如圖11所示。
圖11 防汛指揮調度
四、推廣價值
1 社會效益
基于智慧城市建設成果，南部新城開展了多項智慧城市課題研究和多個智慧城市優秀案例及科技獎項申報。2020年5月，申報住建部科技示范項目“基于5G網絡和CIM的智慧城市系統構建與服務體系研究”；2022年4月，申報住建廳省建設系統科技項目“基于CIM平臺的數字孿生城市建設研究”；2022年5月，申報住建廳新城建實踐案例；2022年7月，申報全國信標委2022年城市數字孿生優秀案例；2022年9月，榮獲住建廳建設科技成果二等獎；2023年7月，申報2023年度“華夏建設科學技術獎”；2023年11月，榮獲2023世界智慧城市大獎·中國區城市類別大獎（基礎設施和建筑大獎）。
2 經濟效益
南部新城智慧城市參建單位將相關建設成果在全國范圍內進行了推廣，取得了較好的應用效果。如，向江西省鷹潭市推廣了以CIM為核心的智慧城市建設架構，鷹潭市開展了鷹潭物聯大腦項目建設；向廣東省中山市、山東省東營市推廣了項目設計方案，中山市和東營市分別開展了城市級物聯感知平臺建設；向江蘇省南京市和新疆博樂市推廣了智慧運管應用，南京市法制園區開展了智慧海綿內澇監測預警系統建設，南京報業大廈開展了智慧樓宇建設，鼓樓區開展了智慧社區建設，博樂市開展了綜合服務管理平臺建設；向廣東省廣州市推廣BIM應用，廣州市開展了工程BIM協同管理平臺建設。
3 推廣價值
3.1 為新城區新型基礎設施建設提供指導
基于智慧城市建設基礎，利用物聯感知技術，融合CIM技術，成功打造了智慧環衛、智慧園林、智慧水務、智慧管廊、智慧交通、智慧燈桿等多個智能基礎設施典型應用案例，可為全國范圍內新城區新型基礎設施建設提供建設方案和實施路徑方面的指導，建設方案內容包括智慧城市以及各個典型應用（創新應用）的總體架構、技術路線和系統功能等，實施路徑主要是試點示范推廣和科技項目引領的建設模式。
3.2 幫助解決城市基礎設施管理實際問題
圍繞市政基礎設施智能化管理需求，基于南部新城CIM基礎平臺，建設南部新城智慧管養系統，統籌市政基礎設施運行信息，打造“管養一張圖”，以三維可視化方式全面展示全域市政基礎設施的運行狀態，并對其運行狀態異常情況實時告警，生成事件工單自動推送至相關部門及負責人。事件處置完成后，系統指派特定人員對事件處置情況進行復核，形成事件閉環管理。這種“全面感知-實時預警-閉環處置”的運行模式可以高效解決城市基礎設施運營管理問題，保障城市正常運行和健康發展。
3.3 提高南部新城智慧城市建設的影響力
通過在全國范圍內推廣南部新城城市基礎設施建設的經驗，可以強化南部新城智慧城市建設的影響力，更好地將南部新城智能建造、綠色低碳等領域的建設成果向外推廣，進一步提升南部新城智慧城市的知名度。同時，可以吸引更多智慧城市領域的優質企業和知名專家關注南部新城，進一步推動南部新城智慧城市建設，為南部新城智慧城市建設出謀劃策，促進南部新城智慧城市可持續發展。
