济南市规划设计研究院
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顶层设计引领多元孪生融合 智慧运维赋能精细韧性治理
来源：中国建设报 2023-03-30
作者：吕永鹏
近年来，由于各类“城市病”的频发，国家和地方发展战略都对城市韧性和精细化管理提出更高要求。作为城市发展的基础，市政基础设施传统管理模式已无法适应城市精细化管理的需求。2023年是全面贯彻落实党的二十大精神开局之年，全国住房和城乡建设工作会议提出“着力打造宜居、韧性、智慧城市”“提高城市科学化、精细化、智能化管理水平”“深化‘数字住建’建设”等要求。基于物联网、云计算、大数据、人工智能等技术，加强市政运行的复杂性管理和多层次协同共治能力，从而智慧赋能精细韧性治理水平，已成为城市市政管理的必然趋势。
上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司（以下简称“总院”）近年来在智慧市政领域顶层设计、数字孪生底座建设、监测感知网络体系构建、模型算法体系建立、业务应用系统建设等方面做了一些有意义的探索与实践。
在智慧市政顶层设计方面，总院主参编了包括《城市智慧水务总体设计标准》《智慧城市智能设施运行指标体系》《城市排水管渠系统在线监测技术标准》《城镇内涝防治系统数学模型构建和应用规程》《排水系统数学模型建模及应用标准》等在内的多项国家、地方和团体标准，为规范城市智慧市政总体设计、运行感知、模型算法和场景应用，以及实现城市市政基础设施智能化和韧性管理提供了标准支撑。
在数字孪生底座建设的实践应用方面，基于上海市水务行业GIS（地理信息系统）数据库，总院围绕业务场景应用高标准要求，建立了排水系统拓扑梳理与修正的方法，形成了上海市中心城区雨污水系统拓扑图，并完成水务行业GIS数据库的业务属性数据校核与优化。
总院承担的台州市椒江排水一体化管控平台项目，涵盖雨污水系统，融合三维GIS+BIM（建筑信息模型），建立了城市排水数字三维模型示范，立体展示地上地下厂—站—网基础设施运行情况；承担的上海市长宁区城市建设数字化转型重点项目——上海长宁建管新泾港数字孪生项目，融合倾斜摄影、三维模型和MR技术，打造了以新泾港为试点的市政水务数字孪生底座。
在监测感知网络体系构建的实践应用方面，围绕上海市排水系统运行管理需求，总院开展了现状排水管网拓扑和监测网络梳理，确定了排水监测网络的优化目标，形成了上海市中心城区排水运行感知网络的布局优化方案。
总院研发了高效桥梁精确感知支座，为公路、铁路、轨道交通高架桥梁的支座及附属设施检测提供高效和可靠保障。同时研发了智能水质监测设备，可实现监测水质的高精度多指标全天候自动监测。
在模型算法体系建立的实践应用方面，总院承担了全国规模最大的排水系统水力模型——上海市排水运行调度系统排水模型的建设工作，解决临时监测、模型率定验证和整合应用等难点问题，成果为上海市排水系统韧性治理提供了重要支撑，形成的模型构建技术标准已在长三角其他城市推广应用。同时，总院还承担上海、杭州、芜湖等多个城市重点区域的河道水动力水质模型建设工作，通过对河道水力水质模拟评估，为水利泵闸建设及运行提供重要支撑。
此外，总院开展了供水水力模型与监测大数据耦合的供水管网运行状态实时智能诊断技术、基于多目标优化算法的城市韧性排水系统多要素协同控制策略、城市排水系统韧性治理与泵闸联调提质增效技术与示范、超大城市自然灾害综合风险预警关键技术与示范等课题研究，为市政设施运行风险预警及韧性策略优化提供算法支撑。
在业务应用系统建设的实践应用方面，总院充分利用自身专业优势，精心打造以相关业务专家为核心的智慧市政平台研发团队，在精准把握业务管理需求的基础上确定智慧市政业务应用系统的功能框架。同时业务系统开发过程中以“V字模型”为业务指导方法，采用“开发+运维”的敏捷开发模式，构建市政设施智慧韧性管控业务场景。
目前总院已自主研发了包括台州市椒江区智慧排水一体化管控、临港海绵城市智慧管控、上海长宁新泾港数字孪生在内的多个具有特色的智慧市政管控平台。台州市椒江区智慧排水一体化管控平台打造了“实时感知、闭环管理”“模型分析、智能预警”“韧性调度、精准施策”等核心应用场景，该平台成功入选浙江省大数据局数字孪生及住房和城乡建设厅数字化应用场景首批试点，于2022年6月成功入选台州市数字化改革首批“最佳应用”。
基于城市市政精细韧性管理的目标需求，建议在智慧市政领域加强三方面的研究：
一是智慧市政管控系统标准化体系研究。开展以布局优化为核心的感知网络构建技术标准研究、智慧市政大数据建设标准研究以及复杂环境、多标准协议下的感知终端数据传输技术标准研究。
二是业务模型算法体系研究。开展具有本土自主知识产权的模型研发，注重机理模型与大数据分析技术的融合；研发系统风险实时预警与韧性调度策略智能算法。
三是业务系统建设研究。研发构建融合多元数字孪生技术的数字底座；精准把握差异化业务管理需求，开展定制化业务功能场景研发。
•吕永鹏
上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司研究院院长，正高级工程师。入选水业杰出青年、上海市优秀技术带头人、上海市青年拔尖人才等人才计划。担任《UrbanWaterJournal》等期刊的同行评议专家、华东师范大学兼职研究生导师、中国城镇供水排水协会海绵城市专业委员会副主任委员、中国工程建设标准化协会海绵城市工作委员会副秘书长、上海市河长制办公室技术专家组专家。“中国建设智库”专家。
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