張璐璐， 羅向平， 呂楊輝

（浙江嘉興數(shù)字城市實(shí)驗(yàn)室有限公司）

1 引言

在智慧城市不斷發(fā)展、不斷進(jìn)階的過程中，逐漸形成了全要素采集、全專業(yè)建模、全生命周期管理、全空間數(shù)字化管理、全場(chǎng)景支撐的建設(shè)理念，CIM的概念正是在這樣的行業(yè)發(fā)展中提出的。2018年，廣州、廈門、南京等地成為運(yùn)用BIM 系統(tǒng)和CIM 平臺(tái)建設(shè)的首批試點(diǎn)。2020年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合相關(guān)部門印發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》，把全面推進(jìn)CIM 平臺(tái)建設(shè)放在了“新城建”建設(shè)的突出位置?！笆奈濉币?guī)劃綱要提出“完善城市信息模型平臺(tái)和運(yùn)行管理服務(wù)平臺(tái)”[1]，將CIM 平臺(tái)建設(shè)推向更突出位置，數(shù)字孿生城市建設(shè)已然成為國(guó)家城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化的目標(biāo)和方向之一。

2021年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)技術(shù)導(dǎo)則》（修訂版）（下稱《導(dǎo)則》）將CIM 平臺(tái)定義為管理和表達(dá)城市立體空間、建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施等三維數(shù)字模型，支撐城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、運(yùn)行工作的基礎(chǔ)性操作平臺(tái)，是智慧城市的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性信息基礎(chǔ)設(shè)施[2]。

在“加快數(shù)字化發(fā)展、建設(shè)數(shù)字中國(guó)”的新時(shí)代新階段發(fā)展要求下，加快新型智慧城市建設(shè)已成為提升城市核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵抓手與內(nèi)在要求，加快建設(shè)CIM 對(duì)于推行城市“一張圖”數(shù)字化管理和“一網(wǎng)統(tǒng)管”，推動(dòng)新型智慧城市高質(zhì)量發(fā)展，構(gòu)建城市發(fā)展新格局具有重要意義。

2 CIM平臺(tái)與數(shù)字孿生城市

數(shù)字孿生城市是智慧城市發(fā)展的一種新理念。數(shù)字孿生城市充分融合新一代信息技術(shù)，以模型、數(shù)據(jù)和工具構(gòu)建起功能強(qiáng)大的城市級(jí)數(shù)字底板[3]，用全局的視角、一體化的模式智能操控城市的整體運(yùn)行發(fā)展。值得強(qiáng)調(diào)的是，數(shù)字孿生城市將不僅僅是實(shí)體城市的拷貝或者鏡像，它將基于城市的歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，融合幾何、機(jī)理、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)等多種數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體城市的映射呈現(xiàn)、分析優(yōu)化、診斷預(yù)測(cè)和閉環(huán)控制。

CIM 平臺(tái)是數(shù)字孿生城市的核心信息載體。CIM 平臺(tái)以城市建筑構(gòu)件BIM（建筑信息模型）數(shù)據(jù)、城市二三維一體化的GIS（地理信息系統(tǒng)）數(shù)據(jù)以及動(dòng)態(tài)變化的感知信息IoT（物聯(lián)網(wǎng)）數(shù)據(jù)等各類多源異構(gòu)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)融合治理、空間分析計(jì)算等，建立起城市全要素三維數(shù)字底座[4]，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生城市精準(zhǔn)映射運(yùn)行細(xì)節(jié)、挖掘洞悉發(fā)展規(guī)律、推演仿真未來趨勢(shì)的前提。

CIM 平臺(tái)是數(shù)字孿生城市運(yùn)行的核心技術(shù)支撐。數(shù)字孿生城市精準(zhǔn)映射、分析洞察、虛實(shí)交互、智能干預(yù)等能力建設(shè)離不開CIM平臺(tái)為其提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐?；贐IM 和GIS 技術(shù)的融合，CIM將數(shù)據(jù)顆粒度精確到城市建筑物內(nèi)部的單個(gè)模塊，是城市空間信息分析與挖掘的能力之源和城市全生命周期管理過程的信息循環(huán)底盤，為智慧城市與數(shù)字孿生城市提供全面的能力來源。

3 CIM平臺(tái)建設(shè)重點(diǎn)

根據(jù)《導(dǎo)則》，CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)總體架構(gòu)包括五個(gè)層次和兩大體系，包括設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層應(yīng)用層和用戶層，以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和信息安全與運(yùn)維保障體系，如圖1所示。

圖1 CIM基礎(chǔ)平臺(tái)總體架構(gòu)[2]

CIM平臺(tái)的建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期不斷迭代發(fā)展的過程，需要基于GIS軟件、BIM軟件和IoT信息源，在整體設(shè)計(jì)框架下，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類空間數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接、轉(zhuǎn)換與建模，其核心能力建設(shè)主要包括以下三個(gè)方面：

1）時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)

CIM 平臺(tái)作為城市全空間數(shù)據(jù)整合的載體，需要覆蓋從空間地理、規(guī)劃管控、工程建設(shè)到城市調(diào)查、公共感知和物聯(lián)感知等城市系統(tǒng)全要素?cái)?shù)據(jù)框架，滿足各類數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)模型構(gòu)建需求，同時(shí)具備對(duì)二三維時(shí)空數(shù)據(jù)的兼容能力，實(shí)現(xiàn)二三維一體化、時(shí)空一體化城市數(shù)字底板。

2）空間建模

以CIM平臺(tái)為核心將多源數(shù)據(jù)在同一空間尺度下融合表達(dá)，搭建可計(jì)算的城市空間模型，可為城市綜合管理和精細(xì)治理提供重要支撐。真實(shí)空間到數(shù)字空間的模型映射不一定是可視的幾何模型，甚至可能僅僅是一組簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)，關(guān)鍵是采用孿生思維，根據(jù)對(duì)象的內(nèi)部機(jī)制、經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市各類對(duì)象、業(yè)務(wù)、行為的語義化表達(dá)，推進(jìn)業(yè)務(wù)流程孿生、知識(shí)規(guī)則與機(jī)理算法孿生，發(fā)揮數(shù)字化對(duì)業(yè)務(wù)分析決策支撐的核心價(jià)值。

3）數(shù)字化呈現(xiàn)

CIM 是城市多源異構(gòu)信息的空間融合與再構(gòu)，通過空間關(guān)系和業(yè)務(wù)信息的建模，不但包括城市場(chǎng)景中涉及的人文要素、地理要素以及社會(huì)要素的數(shù)字化表達(dá)，還包括反映場(chǎng)景的空間分布模式、演化過程、相互作用機(jī)制的數(shù)字化表達(dá)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市級(jí)大規(guī)模場(chǎng)景預(yù)測(cè)推演。因此，CIM 平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界時(shí)空維度的“全息化”重構(gòu)，具備從宏觀到微觀的多尺度可視化呈現(xiàn)能力，直觀展現(xiàn)城市的運(yùn)行狀態(tài)，全景深度透視，洞察城市運(yùn)行規(guī)律，從而支撐精準(zhǔn)施策。

4 CIM平臺(tái)創(chuàng)新實(shí)踐

CIM 平臺(tái)建設(shè)為城市協(xié)同治理與服務(wù)創(chuàng)新，提升城市空間的全面表達(dá)能力和分析計(jì)算能力提供了重要支撐[5]。自2018年首批5個(gè)CIM試點(diǎn)開始，CIM相關(guān)項(xiàng)目數(shù)量呈現(xiàn)出逐年快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，投資的總量也在攀升，平臺(tái)建設(shè)迎來了快速發(fā)展期[6]。

廈門市的“多規(guī)合一”CIM平臺(tái)定位為城市大腦時(shí)空數(shù)據(jù)平臺(tái)，平臺(tái)具備數(shù)據(jù)共治共享、跨部門管理協(xié)同、能力沉淀復(fù)用、可視化泛應(yīng)用四大核心能力，支持各行業(yè)各領(lǐng)域信息與空間的融合匯聚，在原有空間治理理念基礎(chǔ)上延伸至城市治理，現(xiàn)已形成服務(wù)優(yōu)政、興業(yè)、惠民的多維應(yīng)用場(chǎng)景新格局。在CIM+政府應(yīng)用方面，搭建了生態(tài)環(huán)境“三線一單”系統(tǒng)、智慧消防系統(tǒng)、“森林防火一張圖”、智慧城管系統(tǒng)等10 余個(gè)應(yīng)用。在CIM+企業(yè)應(yīng)用方面，沉淀人口分析、商業(yè)選址、土地、產(chǎn)業(yè)等算法模型，為企業(yè)招商智能選址、地價(jià)測(cè)算等提供決策支撐。在CIM+公眾應(yīng)用方面，可為學(xué)位預(yù)警、房屋大數(shù)據(jù)查詢等提供服務(wù)[7]。

作為住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部試點(diǎn)城市之一，廣州市在國(guó)內(nèi)率先建成覆蓋全市的CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)，在立標(biāo)準(zhǔn)、匯數(shù)據(jù)、搭平臺(tái)、建應(yīng)用等方面形成了一系列工作成果，構(gòu)建了豐富多元的“CIM+”應(yīng)用體系，最典型的就是“穗智管”城市運(yùn)行管理中樞，為實(shí)現(xiàn)廣州市的“一網(wǎng)統(tǒng)管，全市統(tǒng)管”發(fā)揮了重要作用，除此之外還建設(shè)了智慧工地、城市更新、智慧園區(qū)等典型CIM+應(yīng)用。同時(shí)，為了配合平臺(tái)的建設(shè)和推廣，建立了平臺(tái)建設(shè)、規(guī)劃報(bào)批、施工圖審查及竣工驗(yàn)收備案四大類CIM 標(biāo)準(zhǔn)體系，編制了CIM 平臺(tái)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、CIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等11項(xiàng)配套標(biāo)準(zhǔn)及指引。

同時(shí)也應(yīng)注意到，CIM 平臺(tái)建設(shè)過程中也存在著數(shù)據(jù)融合缺乏指引、高價(jià)值場(chǎng)景較少等問題。在城市體檢、城市安全、市政管理、智慧社區(qū)、公共衛(wèi)生、智慧交通等領(lǐng)域的應(yīng)用深度還有待挖掘和提升。

5 CIM平臺(tái)建設(shè)發(fā)展方向

數(shù)字孿生城市的落地應(yīng)用離不開CIM技術(shù)的支持，CIM 平臺(tái)作為構(gòu)建城市數(shù)字空間城市空間數(shù)字化能力的基礎(chǔ)支撐與具體實(shí)踐，對(duì)于打造孿生城市運(yùn)行空間、強(qiáng)化城市大腦基礎(chǔ)能力、實(shí)現(xiàn)全域時(shí)空數(shù)據(jù)融合具有重要的基礎(chǔ)性支撐作用。

在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制方面，在“新基建”政策、需求的驅(qū)動(dòng)下，CIM 將在標(biāo)準(zhǔn)體系上進(jìn)一步梳理、制定，尤其是在數(shù)據(jù)采集、清洗、建模、分類、共享交互及CIM技術(shù)平臺(tái)的建設(shè)、服務(wù)及運(yùn)維等方面的規(guī)范。在核心技術(shù)演進(jìn)方面，GIS、BIM作為CIM的空間技術(shù)的核心組件，是實(shí)現(xiàn)物理世界實(shí)體的空間化關(guān)鍵，未來一段時(shí)間將在多元異構(gòu)的數(shù)據(jù)融合、模型輕量化、可視化上獲得一定的突破，支撐起城市級(jí)業(yè)務(wù)的智慧化應(yīng)用；在5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的迅猛發(fā)展支持下，驅(qū)動(dòng)CIM的發(fā)展更上新一臺(tái)階，為數(shù)字孿生城市建設(shè)提供新動(dòng)能。