基于人本主义的城市基础设施更新决策模型研究.pdf

第5期（总第230期）2023 年 10 月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGN o.5 (S e r i a l N o.2 3 0)O c t.2 0 2 31基于人本主义的城市基础设施更新决策模型研究狄 迪1，2，何 静1，21.上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125；2.上海城市基础设施更新工程技术研究中心，上海 200125摘要：随着城市更新成为当今城市发展和建设的重要内容，亟需支撑城市基础设施更新的量化评估与决策方法。基于这一现实需求，首先，对人本主义的城市基础设施更新内涵进行分析，提出了生态、品质、韧性的3点本质要求，并以此归纳各类基础设施场景的更新视角；随后，系统性研究城市基础设施更新的评价方法、决策流程、模型体系，并以高快速路场景为例，验证方法流程与模型算法的可行性；相关研究可为城市基础设施更新的实践工作提供理论依据与数学方法。关键词：人本主义；城市基础设施更新；决策模型中图分类号：TU984.11 文献标识码：A 文章编号：1004-4655（2023）05-0001-05收稿日期：2023-09-08第一作者简介：狄迪（1985），男，高级工程师，博士，主要从事交通规划、城市更新、交通大数据等领域的工作。DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2023.05.001在城镇化不断提高的今天，我国的城市发展已进入城市更新阶段，从大规模增量建设转为存量提质改造和增量结构调整并重的时期。新的发展模式更注重有机更新和内涵提升，从数量导向转向品质导向，从重物质保障转向重文化传承和机制建设。值得注意的是，与过去存在显著区别的是现今城市基础设施把满足人民的幸福生活放在首要位置，重视更新内容的人性化与品质化，引入人本尺度视角，确保更新内容更符合人民的需求与期待。因此，有必要对面向人本主义的城市基础设施更新的方法展开研究，并结合大数据技术的普及，把握全面推进“数字化转型”的时代要求，将“数字智慧城市”的理念贯穿更新决策的全流程，为城市基础设施更新的实践工作提供科学化的理论支撑。1 人本主义的城市基础设施更新内涵人本主义强调“以人为本”，结合我国的具体国情，就是将以人民为中心的理念贯彻到城市基础设施更新工作，秉持“人民城市人民建，人民城市为人民”的核心理念，将加快建设数字智慧城市、韧性安全城市、绿色低碳城市和健康活力城市，促进科技充分惠及民生，使城市让生活更美好。由此，“生态城市、品质城市、韧性城市”构成了人本主义的城市更新的核心内容1。1）“品质城市”强调城市更新的全过程人民民主，强调共建、共治、共享，切实提升居民的生活品质。2）“生态双碳”强调城市更新的低碳发展，聚焦于更新过程中的全过程碳排放控制。3）“韧性城市”强调城市基础设施在紧急情况、自然灾害等极端条件下保持功能正常的能力。因此，在进行城市基础设施更新中应体现生态、品质、韧性的理念，遵循的原则包含：对城市基础设施的更新逐步实现从结构固化到机会均等化的转变，为全体居民和外来创业者提供充分发展的机会条件；摆脱单纯技术主义的规划思维，向“共建、共治、共享”的营造观迈进，提升公众参与的质量与效能；实现从供给导向到需求导向的转变，不再单纯强调更新总量或规模，而是更强调满足人民的需求，以人民群众满意度和获得感为标尺；实现从效率主义到人本关怀的转变，注重各类设施的利用率、人气指数而非硬件指标，注重基础设施增进社会交往、社区互助以及社会关爱的作用2。22023 年第 5 期狄迪，何静：基于人本主义的城市基础设施更新决策模型研究2 城市基础设施更新场景与视角2.1 城市基础设施场景分类与更新特征城市基础设施主要分为交通基础设施、绿色基础设施、市政基础设施、数字智慧基础设施。1）交通基础设施。交通类基础设施包含 5 大场景：轨交站域、高快速路与隧道、交通场站、桥下空间、街道空间。（1）轨道站域一般特指城轨、即城际轨道交通和城市轨道交通的站点，及其站点附近的公共活动空间。更新设计主要聚焦于：解决因城市发展及交通方式的更新所产生的人流压力，提升空间品质将轨道交通站域与城市活动建立联系，在轨道交通站域内部和周边添加更多配套服务形成人流聚集的公共场所，保护原有建筑、延续城市文脉。（2）高快速路包括高架路和高架桥，通常为快速性道路。隧道则主要指为机动车修建的隧道。高快速路和隧道场景均属于交通性的道路场景，二者的更新设计主要聚焦于：提升城市道路空间风貌与空间环境水平，注重这类基础设施的结构性能稳定性与韧性，解决交通需求增加导致的交通拥堵问题。（3）交通场站通常是指保证城市公共交通运营正常进行的设施。更新设计主要聚焦于：提高土地利用效率，增加功能混合度，衔接公交场站空间与城市公共空间，提高公交出行便捷性。（4）桥下空间通常是指城市立交桥下的地面附属空间，通常作为城市防护绿地的、腹地较为广阔的立交区域内用地。更新设计主要聚焦于：对现有支撑结构的空间潜力充分挖掘、寻找可以融入城市的空间，为空间提供更加多元化的功能，疏通慢行系统、提高行人可达性。（5）街道空间通常指城市范围内，全部或大部分地段两侧建有各式建筑物、设有人行道和各种市政公用设施的道路。更新设计主要聚焦于：提高街道步行空间品质，增加公共空间，提高绿化水平。2）绿色基础设施主要包含：城市滨水空间、城市绿地。（1）滨水空间一般指在城市中同海、湖、江、河等水域濒临的陆地建设而成具有较强观赏性和使用功能的一种城市公共绿地的边缘地带。更新主要聚焦于：打造城市公共活动空间增加城市活力，修复当地生态环境，保留原有工业文脉。（2）城市绿地一般指城市中以自然植被或人工植被为主要存在形态的用地，如公共绿地、公园绿地等。更新主要聚焦于：打造具有活动功能的绿地增加城市活力，修复绿地生态。3）市政基础设施主要包含 3 类场景：环卫设施、市政管网、雨洪设施。（1）环卫设施包括环境卫生公共设施、环境卫生工程设施、垃圾分类设施、环境卫生机构使用的工作场所等。更新设计主要聚焦于：提升环卫设施垃圾处理能力或增加片区环卫设施数量，提高设施可达性，提升设施服务品质或优化管理模式。（2）市政管网包括供电管道、雨水管道、污水管道、给水管道、雨污分流系统、消防管道、燃气管道、通讯管道、小区智能化管道等市政基础设施。更新设计主要聚焦于：结合现有建（构）筑物情况，检查原有设施是否老化，新建补充所需管网设施，将原有管线进行综合设计整理、合杆综合整治情况。（3）雨洪设施充当海绵城市功能落实的微观尺度的“海绵体”，具有调节水文特征、改善水质以及提升城市应对气候变化的韧性等功能。更新设计主要聚焦于：增强区域排水能力、防止洪涝灾害的发生、构建合理植物体系提高设施净水能力、增加景观面积和美化环境。4）数字化基础设施主要包含 3 类场景：数字基建、以数字化为核心的全新基础设施、经数字化改造的传统基建。（1）数字基建包括 5G 设施、大数据设施、人工智能设施等，是新基建的核心。更新设计主要聚焦于：现有设施的软硬件升级、现有设施的功能拓展、新建设施的覆盖率提升。（2）以数字化为核心的全新基础设施包括新能源、新材料及其应用领域配套设施，无人化配套设施等。更新设计主要聚焦于：新建设施的数字化水平、新建设施的普及程度。（3）经数字化改造的传统基建设施主要涉及传统基建“短板”而生的新型细分领域，如智慧城市、轨道交通等。更新设计主要聚焦于：原有设施的功能提升、原有设施数字化更新比率。2.2 人本主义的城市基础设施的更新视角通过对城市基础设施各场景的更新设计聚焦方向的研究可知，各类场景的更新视角与生态双碳、32023 年第 5 期狄迪，何静：基于人本主义的城市基础设施更新决策模型研究品质城市及韧性城市息息相关。其中，轨道交通站域、桥下空间、街道空间、滨水空间与交通场站的更新大多从生态双碳、品质城市视角出发考虑。高快速路、市政管网、雨洪设施和环卫设施则从韧性城市、品质城市视角考虑更新，隧道则主要从韧性城市角度出发，部分还会涉及生态双碳理念。由此可见，城市基础设施更新理念的出发点，除了提升设施本身的韧性、生态、低碳的使用需求，更要从品质需求出发，考虑设施如何更新更加符合人本主义的生活需求。3 城市基础设施更新评价方法与决策分析3.1 城市基础设施更新评价方法城市基础设施场景的决策过程中将涉及多方面、多要素的场景特征进行研判。由于不同的特征与要素对于基础设施建设影响的重要性及程度存在差异，因此需对各项影响因素进行评价并且加权赋值。在选取赋值的评价方法中，现有研究主要采取主观赋权法、客观赋权法和综合赋权法。考虑到基础设施更新中，更新的研判和策略的提出通常需相关领域的专家利用专业知识与经验进行研判，再应用客观赋权法排除一定的干扰因素。本文主要采用德尔菲法，即专家意见法和层次分析法结合进行评估指标赋值。首先，针对各场景分别设置问卷，邀请专家以匿名的方式填写权重表，获得具有高准确度与专业性的评价结果；其次，利用层次分析法针对场景更新中多评估指标的特性，参考专家意见进行量化评估，为不同场景的城市基础设施指标重要性进行判断，并最终得出权重。由此，形成面向基础设施更新场景的两级评价指标体系。3.2 城市基础设施更新评估与决策流程城市基础设施更新评估与决策是一个连续复杂的过程。为获得评估结果及相应的更新策略，需搜集评估对象的有关数据并进行多次判断与反馈。因此，在评估体系中主要分为 2 个端口，一个是输入数据的端口，另一个是负责分析与输出策略的端口，整体流程包含以下步骤，见图 1。1）在输入端选择相应需要改造的场景后，系统会提示所需要的数据。2）输入相关的城市数据，如规划用地数据、路网数据、街景数据或传感器数据后，系统会依据对应分析场景的数据列表进行二级指标的计算。3）通过 AHP 层次分析法确定二级指标权重，计算一级指标结果并反馈，选择期望改造的方面（一级指标），系统接受指令以后开始进行改造策略匹配。4）输入的改造比例或数量，计算出改造的区域信息，并输出相应区域范围信息与改造策略，完成整个城市的此类基础设施更新。用户侧白盒系统侧黑盒选择改造场景输入城市数据选择关注的一级指标输入改造比例或数量计算二级指标计算一级指标匹配改造策略计算需要改造的区域规划用地数据路网数据街景数据相关传感器数据规划用地数据路网数据街景数据相关传感器数据通过附表中的各二级指标计算方式计算AHP 层次分析法道路可达性道路宽度绿化率交通、服务设施、环境等具体场景下的一级指标输出改造策略改造区域轨交站点桥下空间生活性街道交通性道路市政管网雨洪设施滨水绿地交通场站环卫设施图 1 城市基础设施更新评估与决策流程3.3 城市基础设施更新评估与决策模型以高 快速路场景为例高快速路场景的决策模型由 4 个决策模块组成：准备层、输入层、判断层和输出层，决策更新模型从结构性能、空间环境、防灾能力 3 个方面进行评估决策，所涉及的分析数据类型包括地图类数据、现场调研数据等，具体采用设施等级综合判断的方式，模型见图 2。42023 年第 5 期在模型中需对相关指标进行计算，用以研判高快速路是否需更新，由此构建高快速路的评价指标体系，包含两级：一级指标共有 5 个类型，分别为结构性指标、功能性指标、高效性指标、绿色性指标、适应性指标，二级指标共有 10 个类型，并由此形成 17 个输入参数，见表 1。表 1 高快速路评价指标与输入参数维度一级指标二级指标输入参数参数来源建筑物结构性指标安全类指标路基性能状态传感器/仪器监测隧道构造物性能状态 传感器/仪器监测韧性类指标路基结构韧性结构材料取样数据隧道结构韧性结构材料取样数据道路交通功能性指标功能类指标路面性能状态视频影像数据沿线设施性能现状调查智能化指标路面性能精细化视频影像数据沿线设施精细化现状调查防灾能力高效性指标服务类指标路网常时运行视频卡口数据路网应急反应专家评价品质类指标公众满意度问卷调查空间品质绿色性指标环保类指标空气污染类设备检测数据噪声污染类设备检测数据双碳优化指标碳排放视频监控数据经济效益适应性指标经济性指标产业布局需求规划数据交通需求匹配度GPS 数据公众期望指标公众期望值问卷调查注：依据相关计算标准进行打分，分为前 20%、20%40%、40%60%、60%80%、80%100%，分别对应等级 A-E，分数记为 5-1。1）准备层。建立高快速路基础数据库，一般包括各个高快速路路段的名称、位置、结构、功能和周边环境信息，流程图见图 3。内置上海中心城区高快速路网数据高快速路构造物性能状态指标深度神经网络算法（基于领域知识、ASINVOS）信号雷达反射波自动增益技术经外热像仪与雷达技术钻芯取样检测技术轻量化路面性能快速检测技术视频图像识别技术环境指标检测技术（噪音、空气污染物）问卷调查专家打分输入指标主要技术支持读取预存路段数据输入待更新研判的路段范围路基性能状态指标路基结构韧性指标桥梁结构韧性指标路面性能状态指标沿线设施性能状态指标路面性能精细化指标沿线设施精细化指标路网常时运行指标路网应急反应指标公众满意度指标空气污染类指标噪声污染类指标碳排放指标产业布局需求指标交通需求匹配度指标公众期望值指标图 3 高快速路准备层工作流程图准备层输入层判断层输出层结束输出更新策略结构提升路基结构加固增强路基韧性功能增强与扩充路面修复是结束 否判断是否更新与评价标准对比设施状态指数等级开始输入分析范围输入相关数据框选需要评估的路段各指标等级定序数据内置上海中心城区高快速路网数据，包括道路名称、等级位置等高快速路基础数据库结构性指标安全类指标韧性类指标功能性指标功能类指标智能化指标高效性指标服务类指标品质类指标绿色性指标环保类指标低碳类指标适应性指标经济性指标社会性指标一、二级指标的等级从 AE五个等级判断流程计算逻辑与评价标准表对比判断是否更新1.设施状态等级综合判断A-B 级 无需更新C 级 选择性更新D 级 建议更新E 级 迫切更新2.设施状态分指标等级判断（对设施状态等级综合判断为 C-E 级）优化交通标识、电子监控等设施沿线设施智慧化改造效用提升增加/调增匝道路网应急反应鼓励公共参与绿色改造道路增加消音板道路种植绿植适应性改造道路拓展道路等级调整图 2 高快速路更新评估与决策模型狄迪，何静：基于人本主义的城市基础设施更新决策模型研究52023 年第 5 期2）输入层。首先，系统依据将评估范围信息与准备层中的预存数据进行对比，获取周边相关信息；其次，输入高快速路设施的结构性指标、功能性指标、高效性指标、绿色性指标等数据；最后，系统根据准备层内数据和输入的相关数据，与评价标准对比，获得评价等级数据，流程图见图 4。高快速路构造物性能状态指标路基性能状态指标路基结构韧性指标桥梁结构韧性指标路面性能状态指标沿线设施性能状态指标路面性能精细化指标路网常时运行指标路网应急反应指标公众满意度指标空气污染类指标噪声污染类指标碳排放指标产业布局需求指标交通需求匹配度指标公众期望值指标桥梁结构韧性指标等级加权等级加权等级加权等级加权等级加权等级加权等级加权等级最低值决定等级最低值决定等级最低值决定等级最低值决定等级最低值决定安全类指标韧性类指标功能类指标智能化指标服务类指标品质类指标环保类指标双碳优化指标经济性指标社会性指标适应性指标绿色性指标高效性指标功能性指标结构性指标进入下一步判断层0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.40.60.60.4ABB图 4 高快速路输入层工作流程图3）判断层。基于高快速路的各类指标数据，进行高快速路现状的研判，并根据指标取值方式将所有输入指标分为均衡性指标与弱势型指标两类，然后进行设施状态等级的评判。若各项指标的计算结果均为“C 级”，说明该片区高快速路整体达到城市日常使用需求无需更新，则系统显示不需要输出更新策略，决策研判结束；若相关指标的计算中结果存在“C 级”，则表示该片区高快速路需要输出更新策略，流程图见图 5。结构性指标系统依据分项指标等级低值展示迫切需要更新的指标系统依据分项指标等级低值建议用户进行更新用户依据分项指标等级低值选择性进行更新输出对应指标的更新策略功能性指标高效性指标绿色性指标适应性指标设施状态分指标等级判断无需更新计算结束 与评价标准表对比设施状态等级综合判断设施状态等级“C级”设施状态等级“C级”“=C 级”选择性更新“=D 级”建议更新“=E 级”迫切更新图 5 高快速路判断层决策流程图4）输出层。对于需要输出更新策略的高快速路，在输出层中进行更新策略选择，如“结构类型指标”的设施等级的评价结果为 C、D、E 级，依据“安全类指标”、“韧性类指标”的等级低值，输出结构类型提升的更新策略，如“路基结构加固”、“增强路基韧性”等。4 结语人本主义是未来城市发展的指导思想，体现了“生态城市、品质城市、韧性城市”的基本理念；具有量化评估与精准决策功能的城市基础设施更新决策分析模型则具有重要的实际意义，是支撑城市基础设施科学化更新的有效工具，具体应包含：场景设计、评价体系、方法流程、模型算法等。本文研究了城市基础设施更新决策分析模型与算法，未来借助海量的城市数据积累，利用机器学习与人工智能的技术，将进一步丰富基础设施更新场景，促进更新决策的研判更加高效与准确。参考文献：1 奚建武.“人民城市论”的逻辑生成与意义呈现习近平关于城市建设和发展的重要论述研究 J.上海城市管理,2022(1):81-89.2 樊钧,唐皓明,叶宇.人本尺度下的社区生活便利度测度基于多源城市数据的精细化评估 J.新建筑,2020(5):10-15.狄迪，何静：基于人本主义的城市基础设施更新决策模型研究114ABSTRACTSSPECIAL COLUMN FOR THE 60TH ANNIVERSARY OF SUCDRIResearch on the Decision-Making Model of Urban Infrastructure Renewal Based on HumanismDI Di1,2,HE Jing1,2(1.Shanghai Urban Construction Design&Research Institute Group Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China;2.Shanghai Engineering Technology Research Center for Urban Infrastructure Renewal,Shanghai 200125,China)Abstract:As urban renewal has become an important part of urban development&construction today,there is an urgent need for quantitative evaluation&decision-making methods to support urban infrastructure renewal.Based on the practical need,firstly,the connotation of humanistic urban infrastructure renewal is analyzed,and three essential requirements of ecology,quality&resilience are proposed,which summarize the perspective of various infrastructure scenarios.Subsequently,systematic research is conducted on the evaluation methods,decision-making processes,and model systems of urban infrastructure renewal,and the feasibility of method processes&model algorithms is verified by taking the expressway scenario as an example.Relevant research can provide theoretical basis&mathematical methods for the practical work of urban infrastructure renewal.Keywords:humanism;urban infrastructure renewal;decision-making modelExploration&Practice of Digital Intelligence Technology in Shanghai Urban Transportation RenewalDONG Zhi-guo,GU Wei-jian,PENG Yi-li(Shanghai Urban Construction Design&Research Institute Group Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)Abstract:Through analyzing the differences between urban transportation renewal research&urban transportation planning research,it summarizes the research ideas of urban transportation renewal for urban stock development,and proposes that more attention should be paid to high-quality transportation development,multi-objective dynamic analysis,and innovative application of digital technology.