孙宏军 何勇 马云桥
南京市南部新城开发建设（集团）有限公司
南京市南部新城开发建设管理委员会
一、建设背景
城市基础设施是保障城市正常运行和健康发展的物质基础，新型基础设施是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、融合创新等服务的基础设施体系。2021年3月，国家“十四五”规划纲要明确将新型基础设施作为我国现代化基础设施体系的重要组成部分，提出要“统筹推进传统基础设施和新型基础设施建设，打造系统完备、高效实用、智能绿色、安全可靠的现代化基础设施体系。”2022年8月，住建部与国家发展改革委联合发布了《“十四五”全国城市基础设施建设规划》，提出“加快新型城市基础设施建设，推进城市智慧化转型发展”。
南部新城地处主城东南，核心区约10平方公里，是南京城市总体规划中确立的与新街口、河西新城并立的城市新中心。南部新城作为南京市重要功能板块，承担了大量新技术、新场景的示范和试点建设，是南京市BIM/CIM双试点地区，也是中芬低碳生态示范城、江苏省绿色建筑和生态城区区域集成示范、江苏省综合管廊试点等示范地区。
智慧城市典范是南部新城建设的战略发展定位之一，在2018年到2020年之间，先后通过顶层设计编制、合作伙伴招募、组织架构保障等工作，有效推动智慧城市落地，提出以CIM平台为核心，推进规划、建设、运营管理三方面应用的建设目标，并逐步形成了具备南部新城特色的智慧城市建设路径和一系列的建设成果。
南部新城市政基础设施数量多、分布范围广，需要对全域市政基础设施依托CIM等技术实现数字化、智能化管理。因此，南部新城按照国家“新基建”、“新城建”相关政策要求，对市政基础设施进行智能化升级改造，打造融合基础设施，并构建综合管养智慧运营系统，实现了对市政基础设施运行状态实时监测预警和事件闭环管理，有效提升了市政管养的效能。
二、建设内容
1 总体架构
以“打牢共用、整合通用、开放应用”理念为指引，提出南部新城智慧城市“物联感知终端、智慧城市数字底座、智慧城市运营管理、标准规范体系和信息安全体系”三横两纵的系统架构，如图1所示。
图1 智慧城市总体架构
1.1 物联感知终端
在南部新城智慧城市建设过程中，充分利用RFID、传感器、摄像头、等物联感知技术和设备，通过身份、位置、多媒体和状态感知等多种相结合的感知方式，针对河道、工地、灯杆、井盖、园林绿地、交通出行、建筑等领域进行信息的采集处理，实现对南部新城基础运行状况的全面感知。同时在上述手段之外，补充无人机、遥感等多种数据采集手段，丰富数据获取维度和途径，为南部新城的高效运行提供完备的基础运行信息。
1.2 智慧城市数字底座
打造以CIM和物联感知为核心的智慧城市数字底座，通过综合信息网络、数据中心、CIM基础平台、物联网平台等基础共性支撑平台建设，汇聚地理信息系统（GIS）、建筑信息模型（BIM）、物联网（IoT）等南部新城全域数据，推进新一代信息技术与城市发展各领域深度融合，实现资源的统建共享、集中管理、统一调度、集约管理、按需分配，为南部新城智慧城市提供统一的基础设施运行服务，夯实智慧城市建设基础。
1.3 智慧城市运营管理
城市运营管理平台是技术、业务、数据高度融合，跨系统、跨部门、跨业务的南部新城智慧城市全业务承载平台。下层是以支撑工作开展、解决实际问题为目的建设的面向“规划、建设、运管”各个细分领域的专业应用，更加聚焦于具体业务，例如土方管理、车辆管理、空间规划、智慧水务、智慧管廊等，上层是智慧城市运营管理门户，通过对下层应用进行整合，便于管委会对南部新城各方面工作的统筹安排和高位监管，主要分为综合展示门户、开发建设管理门户和城市运营管理门户，综合展示门户重点对南部新城的规划建设、智慧城市建设理念、建设成果进行展示，开发建设管理门户主要提全生产管理、生产现场指挥调度等功能，城市运营管理门户主要提供城市综合管养、应急智慧调度、公共空间运营、智能辅助决策等功能。
1.4 标准与安全体系
构建标准规范体系，遵循系统整合与集成、数据共享与交换、云安全与保障、建设与运维等在内的信息技术与安全标准，遵循信息系统建设各项标准规范；从基础设施、数据、网络、应用等不同方面建立统一的安全防护体系，对南部新城智慧城市建设的全生命周期各阶段起到“指导、规范、约束、保障”的作用。
以实现网络信息安全清朗、生态良好为目标，将网络信息安全作为南部新城智慧城市的重要内容同步规划、同步建设、同步运行，通过建立统一的网络信息安全服务体系，实现网络安全从多点防护向体系防护演进，提高南部新城智慧城市网络空间的整体防御能力。
2 系统功能
南部新城智慧城市系统功能主要包括CIM基础平台的能力支撑和基于CIM的智慧应用的业务赋能。
南部新城CIM基础平台充分依托南京市CIM平台建设成果，采取离线部署方式，共享平台建设成果，实现与市级CIM基础数据协同与共建共享，推动形成试点片区联动机制。平台通过汇聚地理信息系统（GIS）、建筑信息模型（BIM）、物联网（IoT）等南部新城全域数据，推进新一代信息技术与城市发展各领域深度融合，实现资源的统建共享、集中管理、统一调度、集约管理、按需分配，为南部新城智慧城市提供统一的基础设施运行服务，夯实智慧城市建设基础。
基于CIM的智慧应用主要涵盖城市“规划、建设、运营管理”三个方面。
1）基于CIM的城市规划：围绕城市规划成果展示以及规划管理处室业务需求，建设智慧规划应用。基于规划数据、BIM数据等与CIM能力平台的有效融合，实现规划成果及规划设计模型的综合展示、城市生长动态展示及综合分析，基于CIM平台的仿真分析与模拟，支撑城市设计、智慧规划等典型场景应用。智慧规划应用建设内容主要包括用地规划、城市设计、土地出让、设计方案、专项规划等功能模块。
2）基于CIM的城市建设：围绕区域整体管控目标，建设智慧工地应用，接入在建工程项目信息以及工地视频监控、扬尘、车冲、喷淋设备数据，实现区域整体管控，并对具体工地实时监管；打造基于BIM的智慧建造应用，采集施工现场中的高点摄像头捕获的视频信息，基于人工智能方法识别施工场景中的建筑物及构件等信息，通过与设计BIM模型及构件的匹配，识别工程项目的现场进度、质量风险以及安全风险，实现指导施工和可视化项目管理。
3）基于CIM的城市运营管理：通过汇聚各类基础设施数据建立智慧管养应用，并结合智能终端实现基于CIM的三维可视化实时监控，提供可视化、智能化的实施场景，实现基于CIM的智慧水务、管廊、环卫、绿化、道路等综合管养一张图，制定科学有效的养护和管理方案，实现智慧化高效运管。另外，通过汇聚招商政策信息，产业政策信息，配套设施和招商载体BIM模型等各类招商数据，打造智慧招商应用，实现招商概览一张图、招商载体一张图、招商土地一张图。
3 典型应用
3.1 智慧环卫
以环卫业务管理为核心，通过加装车载设备（定位终端、摄像头、油量感应），配备电子工牌等物联网感知设备，调用智慧灯杆视频监控，接入垃圾满溢、高温监测传感设备，实现对环卫作业所涉及到的人、车、物、事进行全过程实时管理。智慧环卫应用如图2所示。
图2 智慧环卫
3.2 智慧水务
围绕响水河、农花河等水体，翁家营、响水河、北圩、肖家盘4座泵站，以及调蓄池等海绵设施，从水环境、水调度等方面进行研究，加强水环境治理，融合城市水体的监测、调度和管理，建设涵盖管网、泵站、内河、外河的“监测-预警-处置”一体化管控体系；建立管网水质、流速的监测系统，实现城市管网-调蓄池联动的监测调度防汛机制。智慧水务应用如图3所示。
图3 智慧水务
3.3 智慧园林
通过园林绿化设施普查建库，形成全面准确的园林绿化一本账，支撑园林绿化精细化管理。对都市田园、常淮桥等绿化建设智慧灌溉系统，通过安装土壤传感器，实时监测植物生长的土壤环境；在园林养护项目的重点区域安装远程视频监控设备，实时掌握重点区域情况。智慧园林应用如图4所示。
图4 智慧园林
3.4 智慧管廊
搭建智慧管廊系统，安装气体（氧气、硫化氢、甲烷）检测、温湿度检测、液位监测、声光报警、视频监控、结构健康监测等设备，接入综合管廊运维管理平台，实时获取管廊运行状态数据，对管廊运行状态进行实时监测预警，同时，配备巡检机器人，实现对管廊的智能化巡检，提升南部新城管廊智慧化管理水平。智慧管廊应用如图5所示。
图5 智慧管廊
3.4 智慧交通
围绕承天大道、校场大道等主要路段，南外学校周边道路，建设完善交通感知监测、智能信号灯、信息屏等智慧交通基础设施。搭建智慧管控平台，依托采集到的实时交通大数据，实时在线交通推演，即时生成交通应急方案，助力新城交通管控。智慧交通应用如图6所示。
图6 智慧交通
3.6 智慧灯杆
在主要道路沿线部署完成100余根智慧灯杆，利用灯杆挂载的环境监测设备、摄像头、AI设备、广播设备、信息屏、报警器等终端设备提供的实时数据，支撑城市管理、市政管养、安全校园、交通出行、生态环境监测等多元化场景应用。智慧灯杆应用如图7所示。
图7 智慧灯杆
3.7 智慧管养
基于南部新城CIM平台，打造统一的南部新城智慧管养系统，实时获取城市部件、市容环卫、绿化园林、河道水务、综合管廊、智慧停车等市政基础设施运行状态数据，实现了对南部新城全域市政基础设施运行状态实时监测、分析和预警。同时，基于智慧管养系统中的事件管理平台，实时接入市政基础设施相关告警事件，通过派发告警事件工单、事件处置进展跟踪等全流程管控，实现事件闭环管理。智慧管养应用如图8所示。
图8 智慧管养
三、创新应用
在水务业务管理方面，南部新城基于CIM和调水模型实现水务管理。通过采集河道泵站、排口、自流涵的水位和流量信息，根据流速、流量、水质信息并基于“水文-水质-水动力”机理建立水调度模型，通过调水实验统计调水量、水质变化情况等数据建立支持向量机（SVM）模型，将机理模型和统计模型相结合支撑水调度管理，并结合CIM技术可视化展示水调度过程，保障区域内河水质达标。水务综合管理如图9所示。
图9 水务综合管理
水环境调度重点展示响水河泵站、机场河泵站水质达标率以及纬七路桥实时水质相关信息。当纬七路桥站点发生水质报警，系统将自动启动模型计算，并展示模型推荐调度方案，可通过自定义方案模块进行自定义方案输入，查看执行对应方案后可能出现的水质效果。同时，可以添加未来降雨数据来优化调度结果的准确性。当纬七路桥上游站点发生水质报警，系统自动启动模型进行计算，确定上游水质是否会对纬七路桥水质产生影响。如果产生影响，则展示模型推荐调度方案以及自定义方案，查看执行对应方案后可能出现的水质效果，支持两个方案做对比展示。水务环境调度如图10所示。
图10 水环境调度
防汛指挥调度主要通过展示工地防汛监控视频，南部新城主要河道的水位走势，内、外河实时水位信息等，辅助防汛决策和指挥调度。同时，展示泵站闭启状态信息。防汛指挥调度如图11所示。
图11 防汛指挥调度
四、推广价值
1 社会效益
基于智慧城市建设成果，南部新城开展了多项智慧城市课题研究和多个智慧城市优秀案例及科技奖项申报。2020年5月，申报住建部科技示范项目“基于5G网络和CIM的智慧城市系统构建与服务体系研究”；2022年4月，申报住建厅省建设系统科技项目“基于CIM平台的数字孪生城市建设研究”；2022年5月，申报住建厅新城建实践案例；2022年7月，申报全国信标委2022年城市数字孪生优秀案例；2022年9月，荣获住建厅建设科技成果二等奖；2023年7月，申报2023年度“华夏建设科学技术奖”；2023年11月，荣获2023世界智慧城市大奖·中国区城市类别大奖（基础设施和建筑大奖）。
2 经济效益
南部新城智慧城市参建单位将相关建设成果在全国范围内进行了推广，取得了较好的应用效果。如，向江西省鹰潭市推广了以CIM为核心的智慧城市建设架构，鹰潭市开展了鹰潭物联大脑项目建设；向广东省中山市、山东省东营市推广了项目设计方案，中山市和东营市分别开展了城市级物联感知平台建设；向江苏省南京市和新疆博乐市推广了智慧运管应用，南京市法制园区开展了智慧海绵内涝监测预警系统建设，南京报业大厦开展了智慧楼宇建设，鼓楼区开展了智慧社区建设，博乐市开展了综合服务管理平台建设；向广东省广州市推广BIM应用，广州市开展了工程BIM协同管理平台建设。
3 推广价值
3.1 为新城区新型基础设施建设提供指导
基于智慧城市建设基础，利用物联感知技术，融合CIM技术，成功打造了智慧环卫、智慧园林、智慧水务、智慧管廊、智慧交通、智慧灯杆等多个智能基础设施典型应用案例，可为全国范围内新城区新型基础设施建设提供建设方案和实施路径方面的指导，建设方案内容包括智慧城市以及各个典型应用（创新应用）的总体架构、技术路线和系统功能等，实施路径主要是试点示范推广和科技项目引领的建设模式。
3.2 帮助解决城市基础设施管理实际问题
围绕市政基础设施智能化管理需求，基于南部新城CIM基础平台，建设南部新城智慧管养系统，统筹市政基础设施运行信息，打造“管养一张图”，以三维可视化方式全面展示全域市政基础设施的运行状态，并对其运行状态异常情况实时告警，生成事件工单自动推送至相关部门及负责人。事件处置完成后，系统指派特定人员对事件处置情况进行复核，形成事件闭环管理。这种“全面感知-实时预警-闭环处置”的运行模式可以高效解决城市基础设施运营管理问题，保障城市正常运行和健康发展。
3.3 提高南部新城智慧城市建设的影响力
通过在全国范围内推广南部新城城市基础设施建设的经验，可以强化南部新城智慧城市建设的影响力，更好地将南部新城智能建造、绿色低碳等领域的建设成果向外推广，进一步提升南部新城智慧城市的知名度。同时，可以吸引更多智慧城市领域的优质企业和知名专家关注南部新城，进一步推动南部新城智慧城市建设，为南部新城智慧城市建设出谋划策，促进南部新城智慧城市可持续发展。
