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隧道股份总裁周文波谈智慧城市

  来源:上海工地   发布:2017/11/25   浏览:+ 放大字体 | - 减小字体

摘 要:在“世界城市日”系列活动——2016中国城市基础设施建设与管理国际大会上,中国土木工程学会市政工程分会理事长、隧道股份总裁周文波先生为大会作了题为《城市发展与智慧城市的建设管理》的主题报告。


中国土木工程学会市政工程分会理事长 隧道股份 总裁周文波先生

一、智慧城市是城市发展的必然趋势 
其实从这张图上不难看出,工业革命的发展,从蒸汽机、内燃机,到现在的信息技术,给我们带来了很多好处,但同时对城市也带来很大变革。

工业化革命带来了世界人口的城市化
下面我想用一组数据论证这个观点:
◆工业革命前全球仅有2%的人口居住在城市,
◆2000年,世界上大约有一半的人口迁入了城市。
◆2010年,全世界的城市人口基本上占总人口的55%。
◆到2050年,根据联合国的预测,全世界的城市人口将占总人口的70%。
我国的城市化主要开始于20世纪70年代后期,即改革开放后。
根据国家统计局数据,2011年是中国城市化发展史上具有里程碑意义的一年,城市化水平首次超过50%。
这是中国历史上第一次城市人口超过乡村人口,标志着中国发展进入了城市化引领经济社会发展新阶段。
城市规模的快速膨胀与城市综合承载力提升间的矛盾造成了“城市病” 的出现。带来了
1.城市交通拥堵的困局
2015年,全国667个城市中,约有三分之二的城市交通在高峰时段出现拥堵。
传统思维(新建、扩建)破解道路交通拥堵的方法无法解决交通现状。
2.城市地下综合管线的乱局
例如大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件、“马路拉链”现象。
3.基础设施运维落后的僵局
工业革命带来了城市化,而“城市病”是城市化进程的必然;
“城市病”也只能从技术革命中寻找答案;
工业4.0时代给出了城市化进程迈进高级阶段后城市病的解决之道;
李克强总理在2015年政府工作报告中明确提出:推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等新技术与传统产业结合,探索城市基础设施的系统规划和全生命周期管理中互联网+技术的应用;
所以说,建设智慧城市是城市发展的必然趋势 。
二、信息技术发展带来智慧城市建设的新思路
我们为什么提出“智慧城市”这个概念呢?
◆这个概念最早的时候是在2008年11月,IBM首次提出“智慧地球”概念。
◆真正提出来是2010年3月,IBM通过转型,提出了“智慧的城市”愿景,是希望为世界和中国的城市发展贡献自己的力量。
◆到了2012年我们国内就开始引入这个概念,在上海、广东、南京、沈阳、昆山的城市就跟IBM合作,开始“智慧的城市”战略。
◆在2014年8月,经国务院同意,八部委促进了《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》,意见指出:到2020年,中国将建成一批特色鲜明的智慧城市。
之所以现在来谈“智慧城市"有了一个基础,我把它总结为五个方面。
第一个是信息技术基础,就是所谓的技术支撑,指我们大家熟悉的物联网、云计算和大数据。
第二个是信息管理技术基础,现在对一个建筑物或者基础设施,已经有了全生命周期的管理理念,它能够帮助人们在信息生命周期的各个阶段获得最大的信息使用价值。
我是搞施工的,对此深有体会。经过对基础设施的评测,发现在它整个生命周期中,70%的成本发生在运营和维护阶段(使用阶段),而在整个设计建设中它用到的成本只有30%。所以对基础设施进行全生命周期管理的理念非常重要。
第三个是信息化基础设施网络的建成,这个大家体会很深,20年以前我们在家里上网,当时用的是电话拨号56k modem,后来发展到2M ADSL拨号上网。那个时候,我们想在盾构里想搞点试验,把大数据带到地面上来也是通过这个东西,但是速度非常非常慢。现在光纤的速度已经不成问题了,就有了信息化基础设施网络的基础。
第四个是最关键的,就是我们社会人文的基础。
最常见的一个现象,比如我们现在家庭聚会,餐桌上来先拍照,带着家人小孩也很少交流,都在低头发微信、刷微博。我们手机中的APP逐渐都被老百姓接受了,习惯用了,这对我们的智慧城市提供了非常好的社会人文基础。
第五是数据驱动基础,其实我们现在很多的地方,特别是城市交通的管理过程中已经用到了大数据,比方说我们的出行,公共交通网络化运营信息系统、城市市政管网智能化管理系统等信息平台、城市交通实时监控指挥系统等。
所以这5个方面奠定了我们现在来谈智慧城市的基础。
三、施工数据处理和信息化监控平台的实践推进智能技术发展
这个拿我最熟悉的隧道中盾构施工的例子来说,我就举“两个系统一个平台”例子(1盾构法隧道施工专家系统2盾构隧道远程信息智能管理系统3盾构法施工管控平台),来看看我们整个施工数据处理和信息化的平台建设,是如何推动智能发展的。

在1992年的时候,我们开发了一个盾构法隧道施工专家系统。在上海建地铁,用盾构法隧道施工带来一个最大的问题就是地面沉降的问题,如何做才能对原有建筑物进行保护。其实我们在90年代初的时候就,有软件商开发了比较粗略的专家系统,所以我们就想把专家系统的方法放在施工中进行研究。
大约1990年以后,由上海的隧道公司,隧道设计院汇同地铁公司、同济大学、当时的上海工业大学(上海大学),5个单位联合组成了项目组,开始开发盾构法项目施工的系统,也最早步入了相对智能化的领域。而这个系统,从1992年一直开发到1999年,我都全过程参与。
那最早,我们开发系统用到什么原理?
首先是知识驱动,主要以领域专家的经验和知识为基础,形成知识库和模型库,同时用PECK沉降计算公式,绘制地面横、纵向沉降曲线;利用数值分析法预测地面沉降、人工神经网络预测地面沉降。

当时我们也开始尝试用人工智能的算法来预测地面沉降,所以我们下面有几大的子系统,是在不断的发展过程中,渐渐丰满的。
-1992年,我们依靠100多条隧道的经验,开发了STES子系统,主要是用于设计阶段对周边建筑物的安全评判。就是看看用这些参数(建筑物)会不会坍,用什么方法进行加固,比较粗糙。
-到1993年,开始采用GMF预测子系统,主要应用于施工前对地面沉降的静态预测。
-到1998年的CS咨询子系统,主要用来参考施工时候的参数如何选定。怎么来使盾构推的更好,所以就用了动态预测系统,用每一米的施工参数来拟合,算它推了100米之后有什么样的情况。
-到了1999年,我们从管理上有要求,不光要考虑地面是否沉降,还要考虑隧道的质量,所以我们又开发了QCF的系统。
-2002年,我们觉得系统要发展,光用前面模拟数字还不够,当时我们就想到了要建设一套完整的盾构法隧道的动态数据库。所以我们当时就运用了经典的解析公式和分级的神经网络技术,对地面进行预测,通过经典的计算方法和遗传的计算方法对采集的数据进行分析研究,最后得出,推动盾构的参数的最佳方案我们,知道你推是最好的。

同时我们建立了一个有多模型的优化城市,来优化整个过程中的研究方法和数学模型的决策能力。当然,这个系统的运用最大的一个好处就是实现隧道施工的实时监控和管理。它的技术信息的数字化以及数据资源在系统中得到共享。

-到了现在2015年2016年,我们开始做盾构法的施工监控平台,这个平台和以前又有了很大的飞跃。就是致力于想把我们整个盾构法施工过程当中基于隧道施工中质量、进度、安全和设备等海量数据和实时数据,采用大数据技术、BIM技术和物联网技术,实现盾构法隧道施工动态监控、风险预警及智能决策。
是基于大数据处理方式,深度挖掘盾构法隧道施工数据指导施工;并针对盾构设备的健康状况,开展盾构机设备全生命周期管理研究;利用信息平台数据快速高度共享,为协同工程抢险提供服务。
这个探索最大的改变是希望通过这样一个系统来改变我们在整个盾构法施工过程中的模式转变。

以前,我们管盾构,要实体化,都是要盾构拿到下面,然后坐在盾构里面来指导盾构推。
现在,我们可以坐在上面,坐在总部就可以直接指挥远在新加坡、印度的盾构,指导它怎么推。当然还有很多是辅助决策,也还要用很多的人工,但相信这个工作不断做,当数据量积累到一定大的时候,将完全可以用大数据来指挥整个施工。

综上所述,通过这三个系统、平台的开发,还是有比较鲜明的技术路线的。
我们用到的技术,专家的经验信息,通过计算预测,解决施工的难题。
到了2002年开发的远程智能管理系统用到的是什么呢?是基础数据,我们最后用的手段是精准的计算,预测的成交量已经很准了,精准的预测,最后达到的效果是提高管理水平。想用的是海量的数据,希望通过远程的监控,来创造一个全新的管理模式,在管理模式当中我们还想创建一个商业模式。我们现在得到了申通的支持,和申通联合一起建一个管控中心。
通过这个管控中心,可以告诉他今天做的好不好,明天指导应该怎么推,在发现风险前我们会有一个系统预测,真正发生危险了,我们可以在协同的平台上进行抢险。

四、BIM技术的广泛应用驱动城市基础设施大数据管理
BIM在理念上发源自制造业;真正用到我们建筑行业的还是2002年的时候,由美国Autodesk 公司伯恩斯坦副总裁提出BIM的概念并首次公开使用。

BIM(Building Information Modeling)这三个英文词,很多人有不同的解释,
我认为比较精准的解释是美国BIM国家标准的解释
第一说BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达;
第二它是一个共享的知识资源。
第三通过项目不同利益相关方,在项目不同阶段,在BIM中插入、提取、更新和修改信息,可实现各自职责的协同作业。
从BIM的发展来看,欧洲也发展很快,很多建筑都是采用了BIM的建筑做的。
新加坡和香港是2005年提出来的,现在香港已经做的比较好,逐步形成了以是否符合BIM规范作为判断设计和施工企业能力的重要标准。
反过来看日本和韩国相对比较滞后一点是2009年2010年提出来的。

我国在2007年的时候,清华大学已经在议论这个东西了。
我觉得最鲜明的例子就是上海的迪斯尼。当时专门做了一天的讲座,所有去听的人不是设计方就是总包方,给我带来了BIM的概念。最后美国人说一个观点,你要到迪斯尼做就必须用BIM系统。
2015年以后因为国家从政策导向上出了很多报告,上海推进也非常快,得到了很多的尝试,现在我们在很多方面都用到了。
就BIM而言,我个人观点,我觉得它发展应该可以分这样三个阶段。
第一个阶段,是解决了项目的技术难题的应用阶段。
大概在2013年之前,主要是解决工程的难题,我们在设计的时候老是觉得设计要解决钢筋碰撞了,管线碰撞了。在施工阶段我们老是说3D、4D、5D,只是解决一个可视化,解决一个施工进度的控制,包括解决工程量的统计,成本的估算。我们隧道股份在上海的装配式的预制实验项目也有所尝试,我们有一个试验蛋,当时拿到了国家产业化基地的证。于是,我们就做了这样一个建筑,当时首先用了BIM的技术。并且尝到了甜头,效率提高了,钢筋碰撞了,这些东西到了现场就解决问题。同时我们也把成本的问题,工期的问题放进去应用。

到了第二个阶段,我认为它是覆盖项目全生命周期管理的应用阶段,我们现在要解决什么问题呢?
不光是单一的技术问题,我们现在希望解决的是工程管理的问题,手段要改变。通过很多项目的实践下来,现在我们觉得做BIM,与项目业主的主导非常关键,怎么是通过业主的主导,标准的建立,平台网络的技术,实现多方面的协同平台。
并且形成项目数字资产,并移交运营为目标。我觉得我们有一个比较好的例子,就是厦门的地铁一号线的BIM的总体咨询。

厦门的地铁一号线是厦门的本岛连接北部的南美线,这条线是我们厦门的地铁公司,业主牵头来做,专门咨询各方面实施对BIM的技术建立一个标准,标准建立完了以后建立一个平台,应用“同城光网”协同技术,首次将11家设计单位(20个专业)、16家施工单位通过BIM平台联系在一起,建立了126.87GB的协同模型;建立了一整套业主主导、专业咨询、各方实施的BIM技术应用实施标准;

这样的运作带来了很大的好处,解决了轨道交通项目参与方多、协调工作量大、项目周期长、信息庞大,而导致信息损失和传递不流畅问题,并形成了完整的项目数字资产。因为这个项目的成功,所以这个项目在今年获得了全国的创新杯BIM的应用奖,这个是到目前为止,全国官方唯一一个最高级的BIM大奖。工程的全生命周期优质的BIM奖。我们非常有幸作为BIM的总咨询方,就是我们隧道股份地下设计研究总院也获得了最佳的BIM应用企业奖。


第三个阶段就是形成一个全面大数据集成的分析应用阶段。
项目数字资产、企业管理流程的数字信息集成为大数据资源;这样可以使企业级、城市级信息中心,通过大数据分析,辅助企业运营决策,服务智慧城市基础设施建设管理
为此我觉得BIM的广泛应用也是推动了BIM基础设施大数据的管理。
五、智能交通引领智慧城市发展
为什么这么说呢?
大约2012年12月份的时候,美国博士提出了城市智慧轮的体系,

根据这个体系排出了全世界所有智慧城市排名前10的城市。

如表格所述,大部分城市都将发展智慧城市的重点放在了智能交通里面,所以,智能交通的发展已经成为智慧城市发展的先驱
例如瑞典的斯德哥尔摩,它的智能车流量的智能系统与道路的堵塞。完全是根据堵塞不堵塞进行收费的,这个系统做完以后发挥了很大的效果,交通流量也降低了20%。

再比如说英国的曼彻斯特,它的智能停车,在网上可以预约停车,告诉你离你最近什么地方有车位。

而在我国,目前需要开到停车库面前看看有没有车位。

新加坡的电子收费,就是ERP系统做的最好的,是把很多大的集成到手机APP系统里,它把出租车系统MRT、MMAS系统全部放到手机里面。
我听到有一个专家说什么是智慧城市,智慧城市的最后就是你拿手机什么都能做。

 
再看国内,智能化的交通,包括智能化的交通管理。比如智能GPS系统以前我们用,是不知道在哪里,用汽车导航找到那里。现在,我回家都用导航,这个导航是跟实时交通联网的,告诉你一个最快捷的路径,所以这个也是比较大的发展。

包括停车,现在很多城市已经考虑智能交通的系统。
我们隧道股份的城建设计总院就承接了珠海的智能系统,我们从一开始就考虑。将11个领域,44个服务项目全部放在里面。

包括我们现在承接的武汉汉口的二七滨江商务区也是,所以我认为智能交通还是引领智慧城市发展

我感觉智慧城市催生智能交通产业与商业模式的创新,是非常好的契机
这里还有一个例子,法国智能自行车发展,他们一直做自行车的系统,但是一直没做好,特别是到21世纪的初到了瓶颈,直至2003年做了改革,推出了智能化的自行车系统。

它的用户量急剧地提升,它是政府主导,所以里昂的政府当时找到了德高,里昂政府和德高联合成立了一个公司,就是德高城市自行车公司。里昂政府给他12年的广告经营权,你这个自行车公司赚到的钱要还给我,当时是2003年做这件事,现在回顾过去12年,他利用这个广告就拿到了6个亿欧元的收入。
我们在国内,摩拜(mobike)是去年才有的,车子本身并不好骑,每辆车的造价近1000元左右,近期改进了,也有了轻便款。

我们的政策跟法国不一样,我们是民营资本进入。因为有好的市场,产品也有很好的效果,2015年的时候第一次融资,拿到了大概百万美元的融资,到今年的8月19日,第二次融资就拿到了数千万美元的融资,到了9月30日,拿到将近1亿美元的投资,可以看出金融界对此的广泛认可,更足以证明这是大家非常看好这样一个商业模式。
还有个我们国内非常有切身体会的例子,就是滴滴打车,这个平台提出了新的出行的理念——拼车,2015年年底的时候用户量已经超过了2个亿,在这个过程中还有很多政策的瓶颈,2015年的订单已经达到了14.3亿元,实现的收入达到了61.62亿元,融资的总额达到了40亿美元,预测一下企业的增长达到了56%这些数字足以证明智慧城市催生着智能交通的产业与商业模式的创新。

历史发展的脚步不会停止,人类科技文明与社会文明的进步将一直推动城市的发展,我们认为智慧城市中将成为城市发展的必然趋势。作为城市基础设施建设运营综合服务商,隧道股份一直聚焦于城市,开展了很多数字化创新应用,未来,智慧城市的建设需要更多资源的互通协同,我们非常愿意搭建平台,促进各方的合作交流,共同承载城市梦想,建筑美好生活。
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