智慧化海绵城市

智慧城市是指运用以物联网、云计算、大数据为核心的新一代信息技术来感测、分析、整合城市各项信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出快速、智能响应，提高城市运行效率，为居民创造更美好的城市生活。海绵城市的智慧化就是在海绵城市中融入智慧城市的理念，通过物联网、云计算、大数据等信息技术，把各种各样的集中或分布式的能源、绿色设施和海绵城市建设设施协同起来，从而使海绵城市的建设与管理更加高效和智慧。海绵城市的智慧化遵循这样一个总体思路：首先，通过传感器等物联网智能传感系统，对涉及到的各种信息进行监测和收集；然后，通过互联网、3G/4G等网络传输方式，将这些数据信息传输到服务器；其次，利用云计算等手段对数据信息进行处理、分析，利用各种模型对数据进行模拟，对涉及的问题给出优化的解决方案；同时，通过对方案的准确指挥和迅速执行，解决出现的各种问题；最后，通过全面合理的绩效评价，对结果进行反馈和修正。五个部分形成一个完整的信息回路（见图1），但在具体的智慧化海绵城市应用中，可根据实际情况，有效地选取信息的收集、处理、分析、决策等步骤。海绵城市智慧化的优势是使原来非常难于获取的监测数据和难于决策的控制参数，变得容易实现，并使海绵城市更好、更高效地发挥其在排水防涝、雨水资源利用和生态环境保护等方面的作用。

因此，海绵城市智慧化对于解决海绵城市建设和管理中存在的一些问题将会是一种高效且应用前景广阔的新思路和新方法。下文将从海绵城市的规划建设、运行管理、绩效评价三个阶段分别来探讨智慧化理念的应用。

海绵城市的规划建设中，一些试点城市出现了诸如年径流总量、径流污染等控制目标规划过大或建设方案生搬硬套一些发达地区的做法和模式、缺少城市或区域尺度内各类设施的系统性规划设计、专项规划中缺少各种低影响开发设施之间和设施与管网系统之间的有效衔接、实施方案中僵化分割控制指标与项目建设方案等问题。这些问题的出现与对城市自身实际情况了解不清、没有因地制宜和科学地进行规划建设有很大关系。而现代信息技术在信息的监测、收集、整合、分析、模拟、优化等方面有着传统技术不可比拟的优势。因此，为了因地制宜确定建设目标和具体指标，科学编制和严格实施相关规划，需要将智慧化理念应用到海绵城市的规划建设之中，发挥智慧的优势。智慧化理念可应用在规划建设阶段的多个方面:对规划所需信息进行监测、收集、分析，从而提供数据支撑；对规划建设方案进行模型模拟，优化设施组合、规模和平面布局；对各方案的效果进行直观显示，选取优化方案等。下面以城市的排水防涝综合规划为例，说明在城市规划建设阶段如何利用现代信息技术实现智慧化。

城市的排水防涝综合规划涉及的条件复杂，是海绵城市规划建设中的一个难点问题。对该规划实现智慧化的思路如下：（1）应用传感器、3S和LIDAR等信息技术，对城市易涝点雨量、下垫面条件、土地利用情况、管网分布、淹没情况等相关信息进行监测收集，并对这些信息进行栅格化、精细化整合和分析；（2）利用获得的信息对城市排水防涝能力和内涝状况进行评估，结合海绵城市总体规划要求，确定径流总量控制目标和综合控制指标；（3）利用模型模拟的方法，对径流总量控制目标和综合控制指标（单位面积控制容积）进行分解，合理选择蓄水池、渗透塘、雨水湿地等低影响开发设施及其规模；（4）给出初步的低影响开发设施规划方案，利用SWMM模型对方案进行模拟，按照先渗、滞、蓄、净、用，最后排放的原则，优化设施组合和平面布局，确定最终优化的低影响开发设施规划方案；（5）利用SWMM、MIKE等模型模拟和云计算技术，对优化的低影响开发设施的雨水消纳能力和管网的排水能力进行分析，并结合排水防涝的总体目标，确定低影响开发雨水系统与雨水管渠系统以及超标雨水排放系统的连接方式，实现三者的有效衔接，并给出排水防涝综合规划方案；（6）对满足控制目标的多种方案进行分析，还可利用三维展示等多媒体仿真技术，对各方案的效果进行直观显示，取社会效益、环境效益和景观效果较优且成本较低的方案作为优选方案。具体步骤见图2。

排水防涝综合规划流程图

海绵城市建设项目实际效益的发挥，受制于后期的运行管理。无论是小型、分散的低影响开发设施，还是大型的雨水湿地、多功能调蓄水体设施，如果缺少后期管理与维护或者管理不当，不但其作用不能有效发挥，甚至可能出现水质污染、水体破坏、雨水资源浪费等现象。因此，在运行管理阶段，维护和管理的实时、科学和高效至关重要，而智慧城市作为一种新的城市管理理念，其突出的一个优势就是可实现城市方便、快捷、智能、高效的管理。

原文发表于《南水北调与水利科技》2016年第1期

本文作者：李运杰，张弛，冷祥阳，刘海星

通讯作者：张驰

单位：大连理工大学 水利工程学院