路、管道等城市基礎設施的(of)主要(want)功能就是(yes)輸送城市裏的(of)各種“流”，形成各種管網系統。“流”分爲(for)幾個(indivual)層次，物質流包括水（自來(Come)水、雨水、污水、中水）、燃氣、供熱、垃圾，道路也可歸爲(for)此類；能量流主要(want)是(yes)電網（供熱燃氣雖然本質上(superior)是(yes)傳遞能量，但實際的(of)邏輯還是(yes)運送物質載體）；信息流是(yes)廣義電信網絡（有線、無線，包括有線電視等）。可以(by)說，基礎設施的(of)運行邏輯決定了(Got it)城市運營管理的(of)基本模式和(and)水平。

近年來(Come)，互聯網公司開始進入城市智能化改造領域，并紛紛提出(out)把“雲”和(and)“城市大(big)腦”作(do)爲(for)城市新的(of)基礎設施。但我(I)國(country)城市目前的(of)問題是(yes)隻有“大(big)腦”，“肢體”和(and)“感官”都還不(No)健全，這(this)種狀态無法實現真正的(of)智能。所以(by)，傳統基礎設施的(of)智能化改造應該是(yes)城市智能化改造的(of)關鍵所在(exist)。

未來(Come)的(of)基礎設施運行邏輯離不(No)開CPS（信息物理系統）。CPS是(yes)一(one)個(indivual)綜合計算、網絡和(and)物理環境的(of)多維複雜系統，通過3C（通信技術、計算機技術和(and)控制技術）技術的(of)有機融合與深度協作(do)，實現大(big)型工程系統的(of)實時(hour)感知、動态控制和(and)信息服務。CPS可以(by)實現計算、通信與物理系統的(of)一(one)體化設計，可使系統更加可靠、高效、實時(hour)協同。數字孿生(born)技術隻是(yes)CPS的(of)數字化前提，并不(No)隻是(yes)建立三維模型、實現感知到(arrive)控制的(of)閉環才是(yes)目标。城市領域最關注的(of)規劃、建設、管理業務，其實不(No)可能變成CPS驅動的(of)工程邏輯閉環，所以(by)其并非數字孿生(born)的(of)最典型應用(use)。而城市工程性基礎設施系統作(do)爲(for)一(one)種工業化工程，其轉型的(of)大(big)邏輯則必然是(yes)從數字孿生(born)到(arrive)CPS的(of)過程。

在(exist)前面說的(of)幾種基礎設施流中，信息流具有天然的(of)信息化屬性，也基本上(superior)是(yes)完全意義上(superior)的(of)數據驅動運行。除此之外，作(do)爲(for)能量流的(of)電網，信息化程度也非常之高，在(exist)分布式能源和(and)新能源汽車等各種新型智能化設備的(of)新需求推動下，發電、輸變電、配電、用(use)電和(and)調度各環節已經基本實現了(Got it)智能化，這(this)一(one)點從末端的(of)智能電表普及率就可以(by)有所感受。随着能源互聯網、泛在(exist)電力物聯網等概念的(of)陸續提出(out)，電網系統從數據采集到(arrive)傳輸和(and)控制經過了(Got it)幾輪技術升級，提出(out)了(Got it)從芯片、終端、網絡、平台到(arrive)AI的(of)全面方案，即通過全感知、全連接，實現基于(At)全網實時(hour)數據的(of)毫秒級預測響應和(and)調度能力。

電網的(of)改造方向和(and)路徑基本可以(by)作(do)爲(for)基礎設施改造的(of)一(one)個(indivual)藍本，其數十億規模的(of)物聯網和(and)邊緣計算節點、毫秒級的(of)時(hour)延要(want)求、變壓器斷路器儲能設備等生(born)态鏈的(of)升級，即造就了(Got it)一(one)個(indivual)全國(country)規模的(of)基礎設施實體網絡，也造就了(Got it)一(one)個(indivual)巨大(big)的(of)新興市場。而與之相似的(of)城市路網作(do)爲(for)特殊的(of)基礎設施網絡，也很早就開始了(Got it)智能化改造，基本實現了(Got it)分布式的(of)流量和(and)事件監測，并開始用(use)微觀感知數據調控紅綠燈進行全網誘導調控的(of)嘗試。軌道交通網作(do)爲(for)相對簡單和(and)封閉的(of)系統，更是(yes)很早就開始讨論CPS化的(of)完全數據驅動控制。

物質流管網雖然各自有其物理特征和(and)拓撲結構，亦有壓力和(and)重力之分，但基本邏輯的(of)共同點很多，隻是(yes)由于(At)分屬不(No)同的(of)管理部門甚至不(No)同學科專業，因此很少被放在(exist)一(one)起探讨。壓力管網無論是(yes)環狀、枝狀、放射狀或是(yes)混合結構，在(exist)關鍵的(of)幹管節點都有各種壓力、流量、流速等指标的(of)傳感器。這(this)些傳感器通過數學模型一(one)方面可以(by)借助源頭調壓、沿途閘閥等手段進行全網的(of)需求平衡和(and)調節，另一(one)方面可以(by)通過指标的(of)異常發現大(big)型的(of)事故和(and)故障，如爆管、漏損、堵塞等。至于(At)重力管則是(yes)大(big)緻相反的(of)邏輯，分散的(of)源頭，集中的(of)末端處理或者排放，同樣靠中間的(of)傳感器和(and)閘泵以(by)及調蓄節點來(Come)平衡網絡負荷。雖然各種設備大(big)都實現了(Got it)聯網和(and)PLC控制，但大(big)多數設備的(of)控制時(hour)延都是(yes)分鍾級乃至小時(hour)級，因此隻能在(exist)事故級事件時(hour)觸發響應，日常問題隻能大(big)緻定位，通過經驗推斷，再配合人(people)工手段進行排查。

在(exist)CPS的(of)邏輯下，在(exist)通過CIM（城市信息模型）平台維護完整的(of)管線拓撲結構的(of)前提下，大(big)量無線小型分布式傳感器和(and)邊緣計算節點将整個(indivual)基礎設施網絡變成一(one)套新的(of)ICT（信息和(and)通信技術）基礎設施。加上(superior)實時(hour)無線遠傳的(of)末端計量儀表，配合新型管内巡線工具，理論上(superior)可以(by)實現一(one)個(indivual)全息的(of)數字孿生(born)系統。而基于(At)人(people)工智能建模的(of)全網動态平衡調度算法，可以(by)毫秒級控制各種設備進行調節；對各種管道損傷和(and)内部異常，可以(by)精準定位和(and)及時(hour)幹預。

這(this)套邏輯并不(No)複雜，但比起電力和(and)交通等系統，埋在(exist)地(land)下的(of)管網複雜程度極高，各種管線内部壓力、腐蝕、污染等情況各不(No)相同，土層和(and)多種管壁材質令通信和(and)傳感領域的(of)大(big)多數常規方法都無能爲(for)力。可以(by)說，管網領域的(of)絕大(big)多數需求尚無成熟的(of)産品響應，這(this)也是(yes)智慧城市領域最大(big)的(of)潛在(exist)市場。

就道路橋梁而言，結構安全（應變、裂縫、位移、撓度、傾角、溫濕度、沉降）、車輛荷載（車型、車速、車重、軸重、車長）等關鍵參數都可以(by)通過各種傳感器和(and)低功耗物聯網進行實時(hour)在(exist)線監測。地(land)下管網、建築結構等基礎設施的(of)運行狀态，包括洩露、開裂、形變、工程破壞等也都可以(by)采用(use)類似的(of)方法，識别微小的(of)事故隐患，并及時(hour)幹預。一(one)座上(superior)百米的(of)橋梁隻需要(want)上(superior)百個(indivual)各類傳感器，數萬元成本就可以(by)實現完整的(of)狀态監測。

除此之外，分布式光纖傳感技術利用(use)光纖自身既能作(do)爲(for)信号傳輸介質又能作(do)爲(for)傳感單元的(of)特點，通過連續獲取光纖沿線振動、應變以(by)及溫度等物理量的(of)分布情況，從而實現分布式長距離測量。分布式光纖傳感技術主要(want)包括基于(At)幹涉原理的(of)分布式傳感技術和(and)基于(At)瑞利、布裏淵以(by)及拉曼等散射機制的(of)分布式傳感技術，這(this)些技術的(of)單獨或結合使用(use)不(No)僅能實現高精度和(and)高空間分辨率傳感，而且還能實現多物理參數的(of)同時(hour)測量，從結構形變、交通流量、車輛類型，到(arrive)管道滲漏、施工震動等各種監測，幾乎無所不(No)能，近年來(Come)開始廣泛應用(use)于(At)基礎設施的(of)監測領域。由于(At)可以(by)複用(use)現有城市光纖通信網絡，因此隻需要(want)在(exist)電信運營商機房增加一(one)些設備，就能以(by)較低成本形成一(one)張覆蓋整個(indivual)城市的(of)新感知網絡。

此外，完全自動控制的(of)城市生(born)命線是(yes)運營商網絡很難保障的(of)，因此需要(want)真正意義上(superior)的(of)基礎設施物聯專網。但是(yes)除了(Got it)國(country)家電網，其他(he)基礎設施運營公司大(big)都隻運營城市規模的(of)系統，很少有實力建設大(big)範圍的(of)專用(use)網絡，因此負責基礎設施建設标準的(of)相關部委應該盡早介入基礎設施物聯專網的(of)建設，在(exist)未來(Come)的(of)基礎設施領域真正發揮政府的(of)指導和(and)引領作(do)用(use)，爲(for)城市的(of)安全和(and)可持續發展提供智慧保障。