智慧城市基础设施 开发和运营的框架 征求意见稿

1GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015智慧城市基础设施开发和运营通用框架本文件给出了智慧城市基础设施开发和运营通用框架的基本概念，描述了规划、开发、运营和维护方法，以促进作为智慧城市组成部分的各个基础设施的协调，并确保多个基础设施之间的互动得到良好协调。本文件适用于智慧城市基础设施生命周期全过程（从概念设计到规划、开发、运营、维护、二次开发和反馈）。所涵盖的基础设施包括能源、水、交通、废弃物管理、信息和通信技术等。本文件适用于智慧城市基础设施相关方，包括规划者、开发方、企业运营方和供应商等。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。4智慧城市基础设施开发运营特征及问题4.1智慧城市基础设施特征智慧城市基础设施的特征是：具有高效的资金和资源使用率，能够为人们提供高水平的便利服务。a）具有高效的资金和资源使用率，能够为人们提供高水平的便利服务。b）要实现特征a)，智慧城市基础设施需要：——具备协同功能：通过多种基础设施的协同效应，提高资金和资源利用率，并为人们提供便利服务；——具有适应性，可以应对城市环境的任何变化，包括灾害和人口结构变化，为人们提供便利的同时具备弹性和可靠性。由于智慧城市基础设施具有上述特征，它们有三个区别于传统基础设施的特点（见图1）。这三个特点带来了如下的问题。此外，解决这些问题的方案成为本框架的要素。a）“系统之系统”和长生命周期造成的问题——没有组件间的一致性，就无法实现整个智慧城市基础设施系统的功能；——外部系统或组件间的交互会影响整个智慧城市基础设施的质量和性能。b）众多相关方参与的问题——各种利益和广泛责任分散于不同相关方。从上述三个主要问题中提炼了6个焦点问题及其有效的解决方案，如表1所示。2GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015图1智慧城市基础设施的特征（框架）表1开发和运营智慧城市基础设施的焦点问题和解决方案没有组件间的一致性，就无法实现整个智慧城市基础设施系统无法实现智慧城市基础设施的目标价外部系统或组件间的交互会影响整个智慧城市基础设施的质3GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:20154.2问题分析4.2.1没有组件间的一致性，就无法实现整个智慧城市基础设施系统的功能4.2.1.1智慧城市基础设施作为一个整体的附加值不能简单地通过验证每个子系统或组件的性能来体现，这会低估基础设施集成的效益（见图2）图2整个智慧城市基础设施的附加值难以体现示例（a）：如果智慧城市基础设施给城市带来的附加值不可见，那么它对用户的吸引力就不足以获得投资回报。城市开发方通过引入智慧城市基础设施，可以增加智慧城市的价值（包括便利、舒适、低成本等无形要素从而产生利润。例如，一个城市引入一套可重复使用污水处理设施废热的供热系统，这将吸引那些愿意生活在租金或水费相对较高但是能源消耗和碳排放更少的城市的用户。然而，如果污水处理设施和供热系统之间没有确定的合作，可重复使用的热量也不明确，那么能够减少多少能源消耗和碳排放就难以预估，这将影响对这些用户的吸引力。这样，开发方将无法提高租金或水费，最终也无法为热量再利用系统的额外投资带来公平的回报。4.2.1.2无法实现智慧城市基础设施的目标价值，必须确保子系统/组件之间的一致性才能实现（见图4GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015图3需要确保子系统/组件之间的一致性，才能实现其目标值示例（b）：由于交通基础设施之间的服务不连贯和不一致，给乘客带来不便大型智慧城市基础设施集成项目的业务风险往往很高，所以项目会被划分为小的部分或小的功能，分别由指定的运营商或供应商管理和开发与其技术领域匹配的基础设施。这样，运营商和供应商就只能专注于他们负责的部件。这会影响智慧城市基础设施部件间的一致性协调。例如，日本铁路公司在该国运营着一个庞大的包括不同形式基础设施（包括铁路、渡轮和公共汽车）的地面运输服务网络。通过这些有组织互联的交通服务，即使是子弹头列车或新干线与巴士之间换乘，客户也可以轻松前往任何地方。但是，如果是不同的铁路、渡轮和公共汽车公司在各自的运营范围内独立安排和调度火车、渡轮或公共汽车，当客户在日本各地旅行时，他们必须自己安排行程。这会让他们在不同行程间变换，从而带来不便，并降低满意度。4.2.2外部系统或组件间的交互会影响整个智慧城市基础设施的质量和性能4.2.2.1各种交互参数短期或长期的波动会抑制智慧城市基础设施的性能（见图4）5GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015图4各种相互作用的参数波动示例（c）：不同于传统基础设施，要考虑新的基础设施与其他基础设施之间输入输出的变化。例如，废弃物管理系统曾经是处理城市产生的废弃物的“终点”。然而，在智慧城市中，它同时也是向城市提供回收资源的“起点”。如图5所示，需要根据资源的需求控制输入（废弃物）和输出（回收的资源）的变化。还需要明确谁对供应短缺负责。图5示例（c废弃物管理系统6GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015示例（d）：在智慧城市设备与智慧城市内外网络的集成中，需要确保安全性和可靠性。以电动汽车（EV）为例，需要考虑其何时接入电网，以及它会如何影响与电网连接的其他部件（见图6）。为了电动汽车的安全，有必要考虑到电网和连接部件。图6示例（d）：电动汽车接入电网示例（e）：在发展智慧城市基础设施时，必须考虑邻近地区的变化，如城市化。一些智慧城市基础设施，如交通或能源，与邻近地区的外部系统互联。因此，为了充分发挥这些设施的效能，必须考虑邻近地区的变化。比如，邻近地区人口数量的变化就会影响到智慧城市基础设施的需求。4.2.2.2智慧城市基础设施作为一个整体的要求和需求会因为外部设施能力的限制无法实现（见图7）图7外部基础设施的能力限制示例（f）：外部基础设施性能和质量的差异会导致无效和故障，进而造成损坏或损失。7GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015外国投资建设的污水处理厂，可能因为发展中国家没有与之匹配的污水管网而无法按预期运行。较差的交互条件影响了基础设施的效率，会造成损坏或损失。4.2.3各种利益和广泛责任分散于不同相关方4.2.3.1不同场景相关方间的沟通复杂（见图8）图8不同情况下的相关方示例（g开发商由不同的部门来管理不同的基础设施，不同的权威机构会管控不同的基础设施，由此造成相关方之间的沟通非常复杂。在整个智慧城市基础设施的开发和运营中，相关领域的不同相关方之间需要简洁而频繁的沟通。例如，许多政府开发项目中，一个基础设施由一个特定部门管理。因此，要探讨智慧城市基础设施的全貌，需要部门间进行充分的沟通。在泰国曼谷，有三家公司经营运输服务：泰国国家铁路公司负责重型铁路和机场铁路线，泰国地铁局负责地铁，曼谷大众交通系统公共有限公司负责高架铁路的有轨电车。曼谷市中心有一个关键的连接点，或Makkasan站（MakkasanStation）有一个重要的枢纽，可连接机场铁路，Phetchaburi站可连接地铁。这两条线路都是在同一时间规划的，但这两个重要的车站并没有连接起来，尽管它们有大量的乘客。在车站换车的乘客被迫在一条没有遮挡的熙熙攘攘的街道上步行10分钟。这是由于不同基础设施相关方之间的竞争或摩擦而导致的沟通不畅的典型例子。机场铁路线上的曼谷市中心站或Makkasan站和地铁Phetchaburi站间是曼谷市中心的一个关键枢纽点。尽管这两条线路是同时规划的，但这两个重要的车站并没有被连接起来。所以，大量换乘的乘客被迫要在一条无遮挡的街道上步行10分钟。这是一个不同基础设施相关方之间因竞争或摩擦导致沟通不畅的典型案例。4.2.3.2不同智慧城市基础设施的相关方之间难以共享有效信息，导致在规划和开发阶段面临困难（见图9）8GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015图9不同智慧城市基础设施的相关方之间难以共享有效信息示例（h）：独立的基础设施信息难以共享，使得规划提高智慧城市基础设施整体效率的解决方案变得复杂。例如，有如下提高医护系统效率的方案：——发展交通基础设施，促进患者高效出行；——发展远程医疗系统的信息通信技术基础设施；——结合上述两种方案。为了选择最佳方案，确定合适的交通和通信技术基础设施功能，需要结合这两种方式具体问题具体分析。为此，必须建立一套各基础设施的相关方之间进行信息共享的流程。缺少这套流程，就不可能及时获得必要的信息进行分析，进而探讨提高整个智慧城市基础设施效率的方法（例如，为不同的独立基础设施分配不同的功能或角色）。4.3开发和运营智慧城市基础设施时需要明确的相关要点开发和运营基础设施（包括智慧城市基础设施和传统基础设施）时，明确以下几点非常重要：——负责系统及承担相关责任的实体；——负责系统治理的实体；为治理提供资金的实体；——负责系统管理的实体；——系统的维护模型；确定维护所需流程；——系统的启动和关闭。要有确定的进程和中间点。——访问/连接系统并成为系统一部分的方式；——系统的相关方；——测量系统退化和系统故障的方法；及其指标；——协调不同国家不同所有权系统的方式；——初始系统创建的流程；拟邀请的实体；——一个实体是否可以拒绝加入该系统；对拒绝加入实体的回应；——适应变化或帮助系统演化的方法。5框架概述和优势9GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:20155.1概述解决第四章中出现的各个问题，可得出框架的三个要素，见图10，其表明智慧城市基础设施的开发和运营应基于单个基础设施之上的智慧城市基础设施整体架构。图10框架的三个要素5.2框架要素5.2.1要素（A组件的规格分配和分配程序的验证通过以下步骤确保智慧城市基础设施整体一致性和功能性：——首先为智慧城市基础设施设定整体要求和需求，宜从高层级（单个基础设施、子系统、设备和装置）分配满足上述要求和需求所需的功能。此步骤是一个最基础的过程，贯穿自基本概念、总体规划和设计的开发全过程。——开发各阶段，确定所分配功能的充分性和一致性（是否存在相互干扰的功能项）。——建设各阶段，通过测试和分析验证设计实现进程的准确性。该步骤宜在任何足以支撑测试开展的层级上进行，如设备级或由设备组成的系统级，或在单个基础设施层级。上述程序被称为“系统保证”，是一种已在铁路等复杂系统实践中使用的系统设计方法。对于铁路系统，一套基于“系统保证”的程序已形成国际标准（IEC62278等用以确保满足铁路系统RAMS（可靠性、可用性、可维护性和安全性）的要求，并进行符合性确认。GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015以GB/T21562-2008中的“安全性”要求为例，通过预先设置整个系统的安全目标，依次从系统级到装置级分配必要的安全功能，然后确定各装置需达到的可靠性水平（安全完整性等级：SIL）。在建设阶段，通过测试或其他方法验证各装置SIL符合度。SIL概念专用于系统安全方面，“系统保证”程序则广泛宜用于各行业，如核电站和车辆。图11给出了“系统保证”过程视角下的智慧城市基础设施全生命周期。图11智慧城市基础设施开发和运营过程示例5.2.2要素（B）：与互动相关的规范，内外部智慧城市基础设施探查，规划和运营对策通过对单个基础设施之间的相互作用或内部基础设施与外部系统（包括开发范围外的基础设施）的相互作用进行有效管理，可降低风险。为此，不可仅将相互作用视为“外部条件”，还须考虑这些条件的变化和由此产生的风险，并在系统设计中考虑这些变化（见图12），可采用以下方法：——识别单个基础设施之间的相互作用或待开发的基础设施与外部系统的相互作用；——分析和计算每次互动的预期变化，并提取由此产生的风险；——从设计和运行的角度检查其风险对策，将其纳入系统设计（包括运行设计——通过测试和分析对设计方案中设置的对策进行验证。GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015图12相互作用分析过程5.2.3要素（C促进相关方之间信息共享和交互如图13所示，为共享风险及其他因素相关信息，并建立共识，各相关方应遵循下述两套规则：——确定信息共享范围的规则（具体事项和参数、文件格式和指南等）；——确定信息共享管理的规则（程序、人力资源分配、更新时间/变更管理等）。GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015图13信息共享和建立共识的共同规则的重要性5.3优势开发和运营智慧城市基础设施项目的收益（项目效益）如表2所示，可按以下分类：——相关方：开发方、投资方、运营方/供应商/政府/终端用户；——生命周期阶段：项目启动、基本概念/设计和开发、建设/运营、再开发；相关方的分类中，开发方、投资方和运营方均关注智慧城市基础设施的整体开发和运营。从这个意义上说，上述各方业务交叠，收益诉求相似，故可归为同一类。表3给出了各相关方诉求的商业收益。由于商业收益随数据生命周期阶段的不同而变化，故按生命周期阶段对其进行陈述。表2智慧城市基础设施开发运营项目收益）：）：）：-将功能适当分配给各基础-将功能正确分配给各组件，-可建立有效的采购管理。--通过从基本概念设计阶段-针对由组件之间的相互作-从各基础设施相关方接收-通过文档和其他流程使项GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015-建立基础设施的要求和需-基于设计和开发阶段的分-利用相关方之间的共享信-对单个基础设施所需功能-项目顺利进行，防止由于组-建立了系统为满足智慧城-澄清与其他基础设施及其-基于设计和开发阶段的分-通过利用与系统要求有关-关于其他系统及其组件的-可以准确及时地掌握其他-可以有效地建立风险组成-对于操作中的故障，追踪根-可以有效地建立减少相互-操作故障的影响区域可以-权威机构可以从基本概念-能够有效地把握风险、实施-如果出现操作故障，可以及-确保整个智慧城市基础设-终端用户可以选择一个智-获取风险信息可以在早期GB/TXXXXX—2025/ISO/TR37152:2015-终端用户可以选择令人满