【摘要】由于城市化进程深化、极端气候频发与基础设施日趋老化等多重因素叠加，城市生命线系统正面临严峻的安全挑战。传统依赖人工巡检与事后应急的治理模式，在风险感知、预测预警、协同处置等层面存在“感知零散、预警失效、协同脱节”的系统性瓶颈，难以支撑复杂城市系统对安全韧性的时代要求。以总体国家安全观及党的二十大和二十届四中全会精神为指引，系统论述数智赋能驱动城市生命线安全治理从“事后处置”向“事前预警”范式跃迁的核心理念、架构体系、关键技术与实践路径。研究提出，数智赋能并非技术的简单叠加，而是一种以大数据、物联网、机器人、人工智能、数字孪生、区块链等数智技术集群为基础，通过与治理流程深度融合，优化和提升治理效能的作用机制。通过对典型案例的深入剖析，揭示数智技术集群在重构风险全链条感知、认知、决策与协同能力中的核心驱动作用。在此基础上，归纳提出“技术驱动—平台赋能—协同治理—制度保障—产业生态”的实施路径与保障体系。研究认为，数智赋能是实现城市生命线安全治理从“事后处置”向“事前预警”转型的必然选择，其本质是融合“自主可控技术体系+全场景应用矩阵+可持续实施保障”于一体的系统性工程。面向未来，随着元宇宙、具身智能、量子计算等前沿科技领域的深度融合，城市生命线安全治理将迈向具有高强度自适应、自修复能力的“韧性城市生命体”。这可为推进城市安全治理现代化、建设更高水平韧性城市提供理论参照与路径借鉴。

【关键词】城市生命线；安全治理；数智赋能；事前预警；韧性城市

一、引言

城市是现代化建设的重要载体，安全是城市发展的底线^[1]。在总体国家安全观指引下，城市生命线安全治理已上升为统筹发展和安全、建设更高水平平安中国的关键命题。党的二十届四中全会审议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》对推进国家安全体系和能力现代化作出战略部署，强调“完善公共安全体系，推动公共安全治理模式向事前预防转型”^[2]。

当前，我国城市化进程已进入平稳发展与存量提质并重的新阶段^[3]。现有供水、排水、供电、燃气、热力、桥梁、隧道、通信等城市生命线基础设施，正面临自然老化、运行负荷持续攀升等多重压力叠加的风险。传统的以人工巡检、事后处置为核心的安全治理模式，在风险感知、预测预警、协同处置等层面日益显露出“感知零散、预警失效、协同脱节”的系统性瓶颈，难以支撑复杂城市系统对安全韧性的时代要求。因此，城市治理模式亟需从“被动应对”向“主动免疫”转型。

2024年11月印发的《中共中央办公厅 国务院办公厅关于推进新型城市基础设施建设打造韧性城市的意见》提出，“构建智能高效的新型城市基础设施体系，持续提升城市设施韧性、管理韧性、空间韧性，推动城市安全发展。”^[4]2025年8月，住房城乡建设部办公厅等九部门联合印发《贯彻落实〈中共中央办公厅、国务院办公厅关于推进新型城市基础设施建设打造韧性城市的意见〉行动方案（2025—2027年）》，把“推进城市生命线安全工程建设”^[5]列为重点任务，系统提出要以数字化、网络化、智能化技术为手段，对城市基础设施运行状况做到实时监测、及时预警、有效处置。以数智赋能驱动城市生命线安全治理转型，已经从地方探索正式上升为国家行动。

本文以总体国家安全观及党的二十大和二十届四中全会精神为指引，阐述数智赋能城市生命线安全治理的核心理念、架构体系、关键技术及实践路径，通过深入剖析“合肥模式”城市生命线工程安全运行监测系统^[6-7]、光纤传感技术赋能城市交通生命线安全治理^[8-9]两个典型创新实践案例，探究数智技术集群对风险感知、认知、决策、协同全链条的重构逻辑，为推进城市安全治理现代化、建设更高水平的韧性城市提供理论参照与路径借鉴。

二、城市生命线安全治理范式转型的需求

（一）传统城市生命线安全治理模式面临的系统性瓶颈

由于城市快速发展、极端气候频发、基础设施日趋老化等因素交织叠加，以人工巡检、事后处置为基本逻辑的传统城市生命线安全治理模式正面临系统性瓶颈。在风险感知方面，人工巡检受时空覆盖范围的限制，效率低、漏检率高，难以直接感知地下管网、深埋隧道的隐蔽性病害；在面对气候变化带来的突发强降雨、冰冻等极端天气灾害时，人工巡查碎片化的定点排查模式也难以满足全域风险动态监测的需要。在预测预警层面，传统生命线安全治理模式多依赖历史经验及事后倒查，缺乏对多维实时数据汇聚、建模的能力，因而无法及时、准确地识别道路积水、电力故障等风险叠加及耦合放大的早期征兆，预警滞后于成灾临界点，被动响应成为常态。在协同处置维度，市政、电力、交通等领域存在的条块分割管理体制可能导致信息孤岛，进而引发应急指令层层转办与跨部门资源调度效率低下，极易错失风险处置黄金窗口。故而传统城市生命线安全治理模式整体呈现出“感知零散、预警失效、协同脱节”的特征，在复杂风险交织的城市巨系统中，其系统韧性面临挑战。

（二）城市生命线安全治理模式范式转变的必要性

相较于“灾后救”的传统被动响应模式，“事前预警”模式把治理关口从应急响应期前移到风险萌发期，对城市生命线风险防控逻辑做出了系统性、层次性重构。具体而言，在降低事故损失方面，基于实时感知的早期预警机制可以把突发风险消灭在萌芽状态，如燃气管网泄漏可在爆燃前得到及时管控、路面塌陷可在空洞扩大之初加以遏制、内涝积水可在成灾水位之下予以化解，即灾害止损效果不再依赖事后抢险力度，而直接取决于预警前置的精准度与时效性。在提高城市韧性方面，预警机制本身就赋予了城市安全运行系统动态适应的能力。在遇到超标准降雨等超负荷冲击时，可通过及时调控、主动降压、分区隔离等方式，确保城市生命线系统在局部失效时仍能保持整体功能，真正从刚性承灾转向弹性适应。在优化应急资源配置层面，预警机制驱动运维资源由“平均覆盖”向“风险靶向”转变，应急力量无需进行全域布防，而是根据预测热力图进行精准前置部署，从而大幅减少人力、财力等资源的空转损耗。因此，实现城市生命线安全治理模式范式转变的根本前提，是构建具备全要素风险感知、全过程风险智能研判的支撑体系：依托感知新技术实现城市生命线系统隐蔽节点的泛在互联，以数字化转型打破气象、市政、交通等数据壁垒，用人工智能从历史规律中学习灾害演化的非线性路径，在风险链形成之前完成识别、推演、干预的完整闭环。

（三）破解城市生命线安全治理困局的技术逻辑

以大数据、物联网、机器人、人工智能、数字孪生、区块链等为代表的数智技术集群是破解城市生命线安全治理瓶颈、提升系统治理能力的关键支撑。大数据连通气象、市政等多种系统，以数据融通的方式打破部门壁垒，实现数据要素高效汇聚与协同；物联网实时感知系统隐蔽节点，有效消除人工巡检盲区；机器人深入特殊、高危区域，自主开展精准巡检与快速处置，构建起从监测预警到干预处置的治理闭环；人工智能从微弱异常中及时、精准识别灾害前兆，推动被动响应向早期预警、主动防控转变；数字孪生为极端天气、突发事件、超量负荷冲击等复杂情景提供完备预演能力，推动应急决策由经验判断向数字化模拟推演转型；区块链以不可篡改、可追溯的技术特性，为跨部门、跨层级资源调度筑牢信任底座。各类技术彼此嵌套、协同发力，构建起风险感知、智能认知、模拟推演、精准干预的城市生命线安全治理闭环，成为推动城市生命线安全治理由碎片化应对向系统性敏捷治理转型的技术路径。

三、数智赋能城市生命线安全治理转型的核心理念与架构

（一）数智赋能城市生命线安全治理转型的核心理念

城市生命线安全治理以燃气、交通、通信等维系城市正常运行的各类基础设施为治理对象，以风险全周期管控为基本思路，其根本目的是推动城市安全治理由“被动应对”向“主动韧性”转型。因此，其核心要义绝非仅保障基础设施的物理完好，更要在气候波动、设施老化等因素叠加的背景下，确保城市具有功能的连续性与自适应能力，筑牢城市生命线安全运行的坚实防线。

数智赋能在城市生命线安全治理中并非简单的技术叠加，而是推动数智技术集群与治理流程深度融合，全面提升治理主体的感知、认知、决策、执行能力。本文所阐释的数智赋能模式，构建了清晰、可辨识的“事前预警”机制，通过有机衔接四大关键环节，形成全流程风险预警闭环：一是风险监测，实现泛在感知与数据汇聚；二是分析评估，开展模型研判与风险定级；三是预警发布，实施分级分类靶向推送；四是预案触发，自动关联应急资源与处置指令。上述环节贯通联动，形成从风险萌发到干预响应的完整治理链条，推动治理关口前移至成灾之前，实现城市生命线安全治理从“被动承灾”转向“主动免疫”。这一转型具体表现为：治理决策及行动从传统经验主导转变为数据、模型、协同“三重驱动”的精准决策范式。其优势在于推动城市生命线安全治理从单点感知向系统认知、从滞后响应向模拟推演、从分散处置向全局联动的系统性跃升。

在数据驱动层面，通过物联网、机器人等构建全域感知网络，及时汇聚管网压力、沉降位移、气体浓度等全量数据，实现对基础设施运行状态的实时监测与精准感知。如，区域燃气管网可借助数万个智能感知监测终端，将泄漏定位精度从千米级提升至米级，以秒级更新的风险热力图替代月度巡检报告，降低人力巡检频次、提升隐患发现率。

在模型驱动层面，通过物理认知模型与人工智能模型深度融合，将流体力学、结构力学等应用于灾害演化过程的推演，并依托人工智能模型从海量历史数据中挖掘非线性耦合规律，实现对灾害演化过程的精准模拟与预测。以城市内涝治理为例，数字孪生平台可先将气象预报、河道水位、排水能力等数据输入物理认知模型开展淹没模拟，再由AI模型根据过去百场降雨数据进行实时参数校正，将积水点预测提前至降雨前2小时。

在协同驱动层面，统一的城市生命线安全平台以数据流打破部门之间的信息壁垒，通过整合市政、电力、交通、通信等条块系统，实现风险处置跨部门横向贯通。以应对超强台风为例，平台可自动触发多部门预案，将预警信息靶向推送至受影响社区。在此过程中，交管部门依据积水预测提前部署封路与绕行方案；供电公司联动调整电力负荷并调派应急发电车，全流程指令同步响应时间由“小时级”压缩至“分钟级”。

（二）数智赋能城市生命线安全治理转型的核心架构

数智赋能城市生命线安全治理转型，其核心架构体现为“感知—网络与平台—知识—应用”的闭环运行体系。该架构构建起全链条贯通、闭环高效的技术生态，实现从物理世界到数字空间、从认知生成到实战干预的逐层跃迁，有效提升了城市生命线安全治理的能力与水平。

感知层作为城市生命线安全治理的“神经末梢”，依托“空天地”一体化监测网络实现全时全域无感监测。具体而言，地下布设光纤传感、智能井盖与气体探测器；地面部署巡检机器人；空中融合卫星遥感与高点视频，并同步运用AI视觉算法，实时识别路面塌陷隐患、井盖异常移位及施工侵界等风险。

网络与平台层是城市生命线安全治理的“中枢系统”。具体而言，通过物联专网与5G融合，实现海量异构数据承载；依托政务云提供弹性算力支撑，保障系统运行的灵活性与可靠性；以CIM（城市信息模型）平台构筑数字底座，将地下管网、交通设施、建筑群落统一映射到三维数字孪生空间，实现物理城市的精准数字化表达。同时，借助大数据平台对气象、市政、交通等多源数据进行清洗、汇聚与时空配准，为上层认知分析筑牢坚实的数据基座。

知识层是城市生命线安全治理的“智慧大脑”，其核心在于三类技术体系的协同演进：风险知识图谱将设施属性、历史事故、隐患特征等要素关联成结构化知识网络，从时序数据中识别泄漏、拥堵等风险前兆；物理认知模型以水力学、电力学、结构力学等学科为基础，可精准推演灾害演变过程，实现故障溯源与状态评估；AI算法仓集成预测、诊断、优化三类算法，可生成控制策略与资源调度方案。三类技术体系深度融合，推动系统实现机理认知与智能归纳有机统一。

应用层承载城市生命线安全治理的实战场景：面向供水系统，智能应用可实现爆管预警与压力调控；面向燃气管网，智能应用可提供泄漏溯源与扩散模拟；面向城市内涝，智能应用可进行积水预测与泵站联调；面向桥梁隧道，智能应用可完成荷载评估与寿命预测。各智能应用基于统一平台构建和调度，既具备专业深度，又支撑跨系统协同。

四层架构相互嵌套，感知驱动数据汇聚，网络与平台支撑知识生成，知识反哺应用智能，应用指令经由平台触达执行终端，形成从风险感知、认知推理到精准干预的完整闭环，最终实现城市生命线安全治理从“人防”到“技防”、从“被动应对”到“主动干预”的系统性重构。

四、数智赋能城市生命线安全治理的关键技术

从技术赋能城市生命线安全治理闭环出发，结合数智赋能城市生命线安全治理转型的核心架构，可将数智赋能城市生命线安全治理的关键技术体系划分为感知与采集、网络与平台、认知与知识、决策与应用、安全与协同、支撑与集成六大类，每一大类包含若干关键技术。

（一）感知与采集层技术

感知与采集层技术是以物联网智能传感器、智能机器人、无人机/巡检机、卫星遥感、视频AI分析、光纤传感等为基础，以“空天地”一体化多模态感知装备为载体，实现对基础设施状态及环境风险的全域、全天候、高精度动态采集。具体而言，物联网智能传感器依托MEMS（微机电系统）技术，可实现压力、流量、沉降、气体浓度等多种物理量的实时、可靠采集，其突出优点是低功耗、微型化、宜于大规模组网。目前，该项技术已在燃气管网压力监测、供水流量计量、井盖位移感知等场景中得到成熟应用。智能机器人（管道内检测微机器人）集成轮式里程计、惯性测量单元及多模态传感设备，可在带压、非开挖工况下完成深埋管道“精准定位—缺陷检测—三维建模”全流程作业，有效填补传统外检的诸多监测盲区，定位精度可达亚米级。无人机载激光甲烷遥测仪采用TDLAS（可调谐半导体激光吸收光谱）技术，能在复杂气流环境中快速、可靠地捕捉泄漏信号，降低误报与漏检风险，是长输管线、居民区架空管巡检的理想工具。卫星遥感InSAR（合成孔径雷达干涉测量）技术可测量地表毫米级形变，适用于城市区域地面沉降监测及大型桥梁结构位移追踪。视频AI分析以Mask R-CNN（掩膜基于区域的卷积神经网络）等深度学习模型为基础，可自动、准确识别路面裂缝、井盖缺失、施工侵界等各类异常，且在本地部署，实现数据不外传、离线稳定。光纤传感技术采用布里渊散射光时域反射及光纤布拉格光栅原理，通过在桥梁主梁、拉索、隧道管片、边坡防护结构上连续、均匀地布设传感光缆，由此对结构应变、沉降变形、裂缝扩展、振动响应实现真正意义上的分布式实时监测。

（二）网络与平台层技术

网络与平台层技术是以物联专网、5G/B5G、边缘计算、政务云平台、CIM基础平台、时空大数据平台等为支撑构成的有机整体，其主要功能是实现海量异构数据的可靠传输与统一汇聚，进而构建城市生命线安全治理的数字底座。具体而言，物联专网以NB-IoT（窄带物联网）等低功耗广域网络传输技术为代表，具有广覆盖的特点，可广泛应用于各类静态市政设施监测场景。5G/B5G具备高带宽、低时延的突出特性，能够有效支撑无人机高清视频实时回传及机器人远程操控等场景应用。边缘计算依托网关设备载体，通过内嵌多协议采集模块及轻量化AI推理引擎，可在2秒级周期内完成水泵能效计算、漏损负压波定位等实时分析。政务云平台可提供统一算力资源池及弹性扩展能力，能够承载城市级生命线安全系统的集中部署。CIM基础平台以BIM（建筑信息模型）、GIS（地理信息系统）、IoT（物联网）等技术为基础，可实现对地下管网、地上建筑物的统一数字化映射，并提供空间分析与辅助决策能力。时空大数据平台可汇聚气象、市政、交通等多源数据，通过时空配准、数据清洗等标准化处理流程，为风险态势“一张图”的构建提供有力支撑。

（三）认知与知识层技术

认知与知识层技术是以风险知识图谱、物理认知模型、机器学习、深度学习、强化学习、物理信息神经网络模型、数字孪生等为基础，帮助实现风险处置从感知到认知、从推演到预测各环节的能力跃升。具体而言，风险知识图谱以Neo4j图形数据库等为基础，将隐患特征、事故案例、设施属性、应急资源等信息整合为结构化的知识网络，可直接支撑风险溯源及辅助决策。物理认知模型以流体力学、电力学、结构力学等学科为基础，建立水力模型、管网负荷模型及桥梁荷载等模型，能够对灾害演化路径进行可靠推演。机器学习中所采用的LSTM（长短期记忆网络）模型，可从时序数据中自动学习泄漏前兆、效率衰减规律，适合用于设备剩余寿命预测及异常检测。深度学习中的Mask R-CNN等模型可高效应用于图像、视频信号中的缺陷识别及语义分割。强化学习可有效应用于应急调度中抢修力量部署及泵组控制策略的动态优化。物理信息神经网络模型能有效解决小样本工况下的精准建模问题。数字孪生将多物理场仿真与实时感知数据无缝融合，构建起管网、桥梁等设施的高保真虚拟镜像，进而有效支撑“假设推演”与极端情景预演。

（四）决策与应用层技术

决策与应用层技术涵盖智能预警引擎、预案数字化系统等方面及可视化决策支持、多目标优化算法等技术，可将感知、认知的结果有层次地转化为精准预警、科学调度、协同处置等能力，有效提升治理效能。具体而言，智能预警引擎采用多指标融合与动态阈值调整的方法，对桥梁形变超限、燃气浓度异常、管网压力突降等突发事件实施分级预警，并依托AI模型对潜在的结构性风险进行前瞻性预判。预案数字化系统将文本预案转化为结构化流程库，可自动、精准关联应急资源清单与处置指令，实现预警发布之后“一键触发”联动响应。可视化决策支持以CIM为基础，构建风险态势“一张图”，可实时、全景地呈现隐患热力分布、应急物资位置、抢修队伍轨迹，使指挥调度决策更加高效。多目标优化算法在泵站调压、抢修路径规划、电力负荷分配等场景中均有较为出色的应用效果，能真正实现时效、成本、安全等多维目标的同步优化。

（五）安全与协同保障技术

安全与协同保障技术以区块链、隐私计算等技术及零信任安全架构为基础构建而成，其根本目的是保障共享数据可信、敏感信息受控、网络接入安全，被称为城市生命线安全治理的“信任基座”。具体而言，区块链利用分布式账本和智能合约，实现跨部门监测数据存证、预警指令追溯、资源调度记录不可篡改，有效破解“数据不愿共享、指令责任不清”的协同难题。隐私计算的技术路径以联邦学习、多方安全计算为主。联邦学习侧重于联合建模，可实现数据不出域联合建模；多方安全计算侧重密文计算，可实现跨源风险研判，适用于对数据隐私和安全性要求极高的场景。零信任安全架构以“持续验证、永不信任”为基本原则，能较好抵御城市生命线安全系统中网络攻击面持续扩大带来的安全风险，提升系统整体防御能力。

（六）支撑与集成技术

支撑与集成技术以API（应用程序编程接口）网关、低代码开发平台、技术中台/数据中台等为载体，其根本目的在于沉淀共性组件，打通异构系统，加快应用开发，把技术资产从项目级推向平台级复用，被视作城市生命线安全治理的“能力中台”。具体而言，API网关作为系统互联的唯一出入口，承担着协议转换、流量控制、路由鉴权等职能，能很好地支持排水、燃气、交通等多种平台的标准化互操作。低代码开发平台采用可视化拖拽方式，结合成熟组件库，使业务人员能够快速开发巡检工单、隐患台账等轻量化应用，显著缩短交付周期。技术中台/数据中台通过系统化、层次化的共性沉淀与共享封装，将算法模型、物联接入、GIS服务等能力进行整合，实现跨业务、跨场景的能力复用与高效协同。

五、数智赋能城市生命线安全治理的典型案例

（一）城市生命线工程安全运行监测系统赋能城市治理

安徽省合肥市依托清华大学合肥公共安全研究院系统推进城市生命线安全工程建设，在全国率先提出并逐步建立起城市生命线工程安全运行监测系统^[10]。这一创新实践范式以“数智赋能”为核心驱动力，以“全域感知—智能研判—协同处置”为全链条技术路径，成功推动城市生命线安全治理从“被动应对”向“主动防控”、从“事后处置”向“事前预警”转型，获应急管理部高度肯定，被总结为“清华方案·合肥模式”，并被推荐在全国300多个地级市实施^[11-12]。

“合肥模式”在感知层建设了覆盖地下、地面、空中的全域联动监测网络，具备成熟的三维数字孪生底座，可自动汇聚前端感知信息，能及时生成城市风险四色图，形成前端物联感知网络，对城市基础设施较高的风险区域进行点位现场勘察^[13]。截至2025年6月16日，合肥全市已布设100余种、8.5万套前端监测设备，实现对137座桥梁、7316公里地下管网的实时监测^[11]。更难得的是，其在关键技术领域实现多项重要突破^[11]：燃气探测器灵敏度可达到0.1%，在地下空间使用寿命突破5年；供水管网检测智能球在25公里范围内泄漏定位精度达到1米，实现了供水管网微小泄漏检测……

“合肥模式”在认知层所建立的核心中枢是城市生命线工程安全运行监测中心，其以数据指标为基础，整合燃气泄漏、管网水力学、桥梁多参数耦合分析等场景机理模型，通过采集、融合从大数据中提取出的风险涌现、突变、演化和爆发等特征，构建起“前端感知—动态体检—专业研判—预警溯源—协同处置”风险防范体系，实现自动生成桥梁超载、燃气泄漏、供水爆管、路面塌陷等险情的分级预警，把风险识别窗口从“事后数小时”前移到“事前数天”^[13]。

“合肥模式”在协同层有效突破了传统“九龙治水”式的部门壁垒，以城市生命线工程安全运行监测中心为枢纽，构建起融通联动的“闭环处置”机制。该中心自成立以来，逐步推动形成市政府领导、市安委办牵头、市级多部门联合的协同运行机制。监测中心对预警信息实行“点对点分层推送”，第一时间将预警信息及时、准确地推送给权属责任单位、行业主管部门、安全监管机构及辖区政府，真正做到“报警—研判—推送—处置”各环节分钟级闭环。目前，合肥市各类预警事件平均响应时间已压缩至7分钟，联合处置时间从过去的24小时以上缩短至1小时^[11]。2023年11月28日，安徽省合肥市肥东县燃气阀门泄漏事件的成功预警和稳妥处置，正是这一机制运行成效的极好印证：相关部门在7分钟内完成警情响应，52分钟内完成联动处置，大幅提升了突发事件的处置效率与应急保障能力^[14]。在省级层面，安徽省已经建成比较成熟完备的城市生命线安全“1+16”运行体系^[15]，布设18.7万套前端感知设备，覆盖全省17万公里地下管网、1230平方公里地上建构筑物^[16]。

目前，“合肥模式”已走出安徽，服务全国：截至2024年9月，该模式在全国范围内累计预警超3500起，与实施部署前相比，地下管网事故发生率下降了60%，风险排查效率提高了70%^[13]。数智赋能驱动城市生命线安全治理的“合肥模式”实质上是依托物联网技术构建起全域感知体系，以算法模型、人工智能实现智能认知决策，以一体化平台打通协同处置环节，以标准体系固化制度创新成果，以产业生态保障长效可持续运行。它是中国特色城市生命线安全治理范式的跃迁，为全国其他城市的生命线安全治理提供了一套成熟、可复制、可推广的理论体系、技术谱系及实施路径。

（二）光纤传感技术赋能城市交通生命线安全治理

城市交通生命线作为城市正常运转的核心脉络，其安全稳定直接关系到人民群众生命财产安全与城市治理效能。光纤传感技术凭借灵敏度高、抗干扰能力强、适应恶劣环境等优势，在城市交通生命线安全治理方面发挥着关键支撑作用。在中国工程院院士、武汉理工大学姜德生教授团队的自主攻关下，我国光纤传感技术实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越式发展^[9]。姜德生教授团队提出的治理模式依托光纤传感技术，构建起大容量、高密集、高精度的光栅阵列光纤传感网络，并形成“感知—认知—决策—协同”全链条治理体系，系统应用于高速公路、桥梁、隧道、机场跑道等交通基础设施，通过技术创新破解治理痛点，推动交通基础设施安全监测从“点式抽样、定期检测”向“全域感知、连续监测、事前预警”转变，助力城市交通生命线安全治理模式迭代升级，为城市交通安全筑牢科技防线。

在感知层，依托光纤传感技术将交通基础设施构建为架构清晰、部署智能神经元的“光纤神经系统”^[9]。在高速公路领域，姜德生教授团队联合湖北交通投资集团有限公司建成全国首条基于光栅阵列传感技术的智慧高速——鄂州花湖机场高速公路^[17-19]。该项目在13公里的高速公路上，布设了1.6万个光栅传感器^[18]，将光纤光栅、车牌识别、激光雷达、毫米波雷达等多源感知数据进行有效融合，形成“车路运行一张图”，实现对车牌号、车速、车距以及车辆运动轨迹、驾驶行为等多种信息的全域、全天候感知^[19]。在桥梁领域，该团队将光栅阵列传感光纤植入深中大桥主缆内部，首次完整、可靠地获取了3000米主缆全域范围内的温湿度场分布及变化规律，为实现智慧缆索健康状况感知提供了关键数据支撑^[20]。在隧道领域，光纤神经系统对管片错台、拱顶沉降、火灾隐患等实现分布式实时监测。在机场跑道领域，光纤传感技术成功应用于鄂州花湖国际机场跑道及武汉地铁工程，实现了对基础设施结构健康状况、航空器及列车运行态势的有效监测。

以光纤传感技术为支撑，在认知层与决策层构建起“既识车，也识路”的光纤传感网络系统，实现从“识路”到“识车”的智能跃升。在认知层，系统通过海量光栅阵列实时回传的应变、振动、温度等数据，依托大数据平台与人工智能算法，可实现道路结构健康状况诊断和车辆行为精准识别：一方面，可及时发现微小路面损伤、结构变形等情况，实现早发现、早预警；另一方面，可对车辆所在车道、行驶速度、危险驾驶行为及整体交通态势进行精准感知，实现“全域无盲区”监测。在决策层，系统可结合车道使用率、车辆密度、路面碾压震动等数据，为道路养护时机优化、信号灯配时调整、节能增效策略生成等提供智能化决策支持。

在协同层，以全域光纤传感网络为“神经末梢”，以城市级或行业级数字底座为“协同中枢”，打通交通、交管、应急、运维等多部门信息壁垒，实现从单点预警向跨部门联动响应的机制升级。以鄂州花湖机场高速公路为例，依托光栅阵列传感网络实时生成的车道级车辆运行数据，可同步推送至机场运营指挥中心、高速路政、物流调度等相关平台。在系统识别到异常占道、超速行驶或路面结构损伤等风险事件后，预警信息可并行推送至各方协同响应：机场方面可根据预警信息动态调整货运车辆编队通行时段；路政可就近调度巡检力量进行现场核查；物流平台则即时优化在途车辆路径。通过跨机构协同联动，将传统“发现—上报—派单—处置”的串行流程压缩为分钟级并行响应，显著提升了应急响应效率和运行协同水平。

光纤传感技术赋能城市交通生命线安全治理，其本质是以大容量光栅阵列光纤传感网络为感知基座，依托自主可控的核心技术突破关键领域技术瓶颈，通过物理认知模型与人工智能的深度融合驱动智能认知升级，借助数据融合平台破除行业数据孤岛，并以场景化联动规则打破部门职能边界，从而推动交通基础设施安全治理从“被动应对、定期体检”向“全域感知、事前预警、数字孪生”的系统性范式跃迁。

六、数智赋能城市生命线安全治理的实践路径与保障体系

（一）强化技术驱动，构建自主可控全域感知基座

数智赋能城市生命线安全治理，需从突破感知技术入手，系统构建覆盖城市生命线全要素的“空天地”一体化监测网络，筑牢自主可控的全域感知基座。感知层建设需坚持核心技术自主可控原则，通过研发自主核心装备，实现对进口产品的有效替代，以此破除规模化应用的难题。同时，可依托新型传感技术构建核心监测网络，在城市生命线关键场景植入“光纤神经系统”，实现对结构应变、温度、振动等指标的连续分布式监测。总体而言，感知层建设需以新材料、新工艺、新原理突破传统传感器的性能及成本瓶颈，推动城市治理从“点式采样”向“面域感知”转型，为上层智能认知提供全量、实时、高质量的数据支撑底座。

（二）搭建一体化数字中枢，实现平台赋能

数智赋能城市生命线安全治理，需搭建集“感知—认知—决策”于一体的数字中枢平台，通过数据汇聚、模型推演、预警生成等功能的深度融合，实现感知数据向治理效能的系统性转化，为城市安全运行提供有力支撑。结合实践经验，数字中枢平台需具备三大核心能力：一是全域数据融合能力，打破气象、市政、交通等各领域数据壁垒，实现多源数据的贯通共享与高效整合；二是物理认知机理与人工智能融合建模能力，以结构力学等基础性学科与数字化智能相互支撑、优势互补，构建科学高效的风险防范体系，全面提升城市基础设施的监测预警与应急处置水平；三是分级预警生成能力，突破单纯的指标超限报警模式，实现对安全风险态势的精准预判，推动治理模式从“被动应对”向“主动防控”转变。

（三）重塑跨部门跨层级联动响应流程，提升协同治理水平

数智赋能城市生命线安全治理的根本目的是重塑治理流程，而流程重塑的关键是打破部门壁垒，建立“预警—处置”分钟级闭环响应机制。在实践过程中，需以统一的安全运行监测枢纽为核心，建立预警信息“点对点分层推送”机制，将预警信息精准、及时推送至权属单位、行业主管部门、应急机构及辖区相关责任主体，进而缩短突发风险的响应时间与联合处置时间，有效提升风险处置效能。同时，要以数据流驱动业务流，推动感知数据与各类处置系统、管控设施实现自动联动，将结构监测数据自然转化为具体的交通管控指令、应急调度预案及养护维修工单，构建跨部门、跨层级协同治理机制，形成“系统触发、并行响应”的应急联动模式，提升城市生命线安全治理的协同性与高效性。

（四）完善制度保障，筑牢数智治理长效根基

数智赋能城市生命线安全治理是长期的系统工程，必须以制度化建设巩固技术成果、稳定运行预期。推进数智化深度赋能，要建立健全标准化、法治化的制度保障体系。首先，要以技术标准为基础，制定科学规范的行业标准，如统一数据接口、预警阈值、评估方法，打通治理协同的“技术通道”。其次，要以法治建设为保障，通过立法赋予监测中心法定地位、预警信息法律效力并明确各部门响应的责任边界，确立治理运行的“法治准绳”。通过技术标准的统一、法律法规的完善及权责边界的明确，形成相互支撑、协同发力的制度闭环，确保数智治理运行全程有章可循、有法可依，推动城市生命线安全治理从“项目建设”走向“长效治理”。

（五）打造创新共同体，夯实数智治理产业生态

数智赋能城市生命线安全治理具有高投入、长周期、跨学科的显著特征，单一主体难以独立实现全链条推进。因此，构建可持续的创新生态系统和多元协同的共同体，是保障治理效能持续提升的关键。应以国家战略需求为导向，构建“政产学研用”深度融合的可持续创新共同体，形成“需求牵引研发、研发催生技术、技术赋能产业、产业反哺科研”的正向循环，为数智治理注入创新动能。具体而言，需依托各类科研平台强化基础研究与技术攻关能力，培育市场化主体作为技术转化与产业落地的载体，推动形成覆盖基础研究、技术攻关、装备制造、系统集成、运维服务的完整产业链条；注重人才梯队建设，为创新发展提供智力支撑，通过多元主体协同发力，实现创新资源高效整合、技术成果快速转化，为数智赋能城市生命线安全治理持续注入创新动能，筑牢产业生态根基。

七、结语

需要明确的是，数智赋能并非单一技术线性叠加，而是由自主可控技术体系、全场景应用矩阵、可持续实施保障共同构成的系统性工程，是推动城市生命线安全治理实现范式转型与效能提升的重要引擎。未来，数智赋能的深度与广度将与技术变革、治理愿景紧密关联。可以预见：元宇宙推动城市生命线数字孪生从“可视化映射”向“全要素交互”升级，实现应急演练与预案推演在虚拟空间无限接近真实场景；具身智能将赋予巡检机器人、应急装备自主决策与物理干预能力，形成“感知—认知—自主执行”的完整智能闭环；量子计算则可高效破解超大规模管网水力模型、桥梁结构力学场等亿级自由度求解难题，将风险推演的时间粒度从分钟级进一步压缩到毫秒级。由此，面向未来的城市生命线安全治理目标愈发清晰，即构建具备高强度自适应、自修复能力的“韧性城市生命体”，使城市生命线安全系统在极端冲击下能够主动阻断风险、动态重构功能、快速恢复秩序，实现城市运行的安全、稳定与可持续。

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（作者简介：吕伟系武汉理工大学安全科学与应急管理学院副院长、教授、博士研究生导师）