關(guān)于省級(jí)CIM基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)的思考

文｜奧格科技股份有限公司 許浩 張明婕 李珊珊

自2007年Khemlani 提出City Information Modeling(CIM)，即城市信息模型，直到2018年11月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部將北京城市副中心、廣州、南京、廈門、雄安五個(gè)城市列入運(yùn)用建筑信息模型(BIM)進(jìn)行工程項(xiàng)目審查審批和城市信息模型(CIM)平臺(tái)建設(shè)試點(diǎn)城市[1]，標(biāo)志著CIM 正式進(jìn)入建設(shè)階段。2020年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、工信部等部門接連出臺(tái)了《關(guān)于加快推進(jìn)新型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》《城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)技術(shù)導(dǎo)則》等關(guān)于CIM 的一系列政策文件，各級(jí)政府高度重視并相繼開展CIM 平臺(tái)建設(shè)工作。而CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)作為CIM 平臺(tái)的基礎(chǔ)支撐，是CIM 平臺(tái)建設(shè)不可或缺的必要組成部分，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提出：構(gòu)建國家、省、市三級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)體系，逐步實(shí)現(xiàn)城市級(jí)CIM基礎(chǔ)平臺(tái)與國家級(jí)、省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)的互聯(lián)互通[2]，由此可以看出，省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)在三級(jí)體系中處于承上啟下的作用，本文重點(diǎn)介紹省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)的研究成果，為省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)提供思路與建議。

1.省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)與內(nèi)容

1.1 建設(shè)目標(biāo)

省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)核心目標(biāo)旨在為所轄城市實(shí)現(xiàn)智慧規(guī)劃、建設(shè)、管理、運(yùn)行提供一個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)和操作平臺(tái)，提高統(tǒng)籌管理水平。

1.2 建設(shè)內(nèi)容

CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)目前以城市建設(shè)為主，省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)仍處于起步階段，筆者通過大量研究，認(rèn)為省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)主要內(nèi)容包括：制定一套標(biāo)準(zhǔn)體系、建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫、搭建一個(gè)平臺(tái)、突出在工改四個(gè)階段的共性支撐應(yīng)用。

1.2.1 一套標(biāo)準(zhǔn)體系

省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)體系要結(jié)合國家和行業(yè)發(fā)展需求研究制定，包括基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)和專用標(biāo)準(zhǔn)。通過研究，筆者認(rèn)為省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)包含《城市信息模型(CIM)基礎(chǔ)平臺(tái)數(shù)據(jù)共享交換標(biāo)準(zhǔn)》《城市信息模型數(shù)據(jù)治理與建庫技術(shù)規(guī)程》《省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)與國家級(jí)、市級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)的互聯(lián)互通規(guī)范》《省級(jí)城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)運(yùn)行維護(hù)管理辦法》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保障省級(jí)CIM 平臺(tái)統(tǒng)一性、系統(tǒng)性與可持續(xù)性。

1.2.2 一個(gè)數(shù)據(jù)庫

省級(jí)CIM 平臺(tái)是統(tǒng)籌管理城市的操作平臺(tái)，涉及經(jīng)濟(jì)、民生、社會(huì)等方方面面，而CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)作為CIM 平臺(tái)的底座，需搭建可以融合海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫，支撐省級(jí)CIM 平臺(tái)正常運(yùn)行。

1.2.3 一個(gè)平臺(tái)

省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)是CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)的核心，是融合各類CIM 數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)清洗及更新、模型處理及查詢管理、數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用的系統(tǒng)[3]。經(jīng)過研究大量CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)，本系統(tǒng)需具備統(tǒng)一、規(guī)范管理海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)，尤其是各類BIM 數(shù)據(jù)的能力；具備全生命周期BIM 模型歸集，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)在項(xiàng)目、地塊和模型之間互相關(guān)聯(lián)的能力；具備模擬仿真展示城市地上地表地下、白天黑夜、陰晴雨雪、四季交替的能力；具備二次開發(fā)支撐的能力，足以支撐基于省級(jí)CIM 平臺(tái)的各類應(yīng)用場(chǎng)景。

表1 省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)類型

1.2.4 工改四個(gè)階段的共性支撐功能

通過借鑒城市CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及研究省級(jí)CIM 平臺(tái)，認(rèn)為省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)可以拓展到工改四個(gè)階段的共性支撐功能，既可以通過CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)承載城市的存量空間，也能為城市增量空間高效率、低成本地接入CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)提供助力。各階段共性支撐功能見圖1。

圖1 省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)工改四個(gè)階段的共性支撐功能

1.3 總體架構(gòu)

在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)技術(shù)導(dǎo)則》中CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)總體架構(gòu)的基礎(chǔ)上，筆者根據(jù)省級(jí)情況對(duì)其基礎(chǔ)功能進(jìn)行了延伸，認(rèn)為省級(jí)CIM基礎(chǔ)平臺(tái)總體架構(gòu)由部分設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層以及部分應(yīng)用層組成。見圖2。

圖2 省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)總體架構(gòu)（虛線框區(qū)域）

2.省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

2.1 快速部署平臺(tái)

省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)部署分兩種情況：一是政務(wù)外網(wǎng)部署。省級(jí)CIM 平臺(tái)承載的不含敏感信息的數(shù)據(jù)，可直接部署在政務(wù)外網(wǎng)云平臺(tái)上應(yīng)用。二是政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、政務(wù)外網(wǎng)分別部署。對(duì)省級(jí)CIM 平臺(tái)承載的各類涉密數(shù)據(jù)，政務(wù)內(nèi)網(wǎng)部署包含敏感信息在內(nèi)的全量數(shù)據(jù)CIM 平臺(tái)，通過“數(shù)據(jù)交換前置機(jī)+單向光閘+數(shù)據(jù)交換前置機(jī)（出）”的方式將脫敏后的數(shù)據(jù)傳輸給政務(wù)外網(wǎng)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)，政務(wù)外網(wǎng)以同樣的方式將物聯(lián)感知數(shù)據(jù)、政務(wù)數(shù)據(jù)傳輸給政務(wù)內(nèi)網(wǎng)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)，保證政務(wù)內(nèi)外網(wǎng)兩套基礎(chǔ)平臺(tái)除敏感信息以外的數(shù)據(jù)一致性。

2.2 獲取底圖數(shù)據(jù)

省級(jí)CIM 平臺(tái)主要通過測(cè)繪采集（房屋建筑和市政設(shè)施普查）和數(shù)據(jù)利用兩種渠道獲取底圖數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星影像、DOM（數(shù)字正攝影像圖）、電子地圖、房屋建筑白模、房屋建筑規(guī)則批量化模型、道路、橋梁、綜合管線、供水廠站符號(hào)化模型等基礎(chǔ)時(shí)空數(shù)據(jù)、房屋建筑和市政設(shè)施在內(nèi)的工程建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)以及人口、經(jīng)濟(jì)等公共專題數(shù)據(jù)。

2.3 治理融合數(shù)據(jù)

省級(jí)CIM 平臺(tái)獲取的數(shù)據(jù)主要包括衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀三維模型數(shù)據(jù)和BIM 模型數(shù)據(jù)，入庫前必須進(jìn)行數(shù)據(jù)治理。衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)通過大氣校正、正射校正、影像融合、影像裁切等技術(shù)處理；現(xiàn)狀三維模型數(shù)據(jù)中的傾斜攝影模型通過傾斜攝影技術(shù)，進(jìn)行多視影像區(qū)域聯(lián)合平差、多視影像密集匹配、數(shù)據(jù)表面模型生成，得到具有豐富地物側(cè)面紋理及位置信息的傾斜模型數(shù)據(jù)；現(xiàn)狀三維模型數(shù)據(jù)中的手工建模數(shù)據(jù)從模型面數(shù)優(yōu)化、建筑外觀細(xì)節(jié)的取舍、模型個(gè)數(shù)優(yōu)化和貼圖優(yōu)化四個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化處理；BIM 模型數(shù)據(jù)通過輕量化處理、LOD 技術(shù)以及生成三維緩存等方式對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，提高省級(jí)場(chǎng)景下的加載速度，滿足快速傳輸、高效顯示、敏捷分析的性能需求。

數(shù)據(jù)治理后，通過統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)、統(tǒng)一格式標(biāo)準(zhǔn)、匹配關(guān)聯(lián)實(shí)體屬性后方可接入數(shù)據(jù)庫。

2.4 搭建數(shù)據(jù)庫

省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)需要融合海量大數(shù)據(jù)，因此，平臺(tái)建設(shè)必須構(gòu)建豐富的存儲(chǔ)機(jī)制與多類型存儲(chǔ)引擎，以此滿足數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)、更新、計(jì)算需求。筆者通過實(shí)踐及大量研究，針對(duì)省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫選型提出表2建議。

表2 省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫選型建議

2.5 管理數(shù)據(jù)資源

2.5.1 資源目錄管理

以業(yè)務(wù)需求和服務(wù)應(yīng)用為導(dǎo)向，基于數(shù)據(jù)資源有序匯聚和高效管理的需求，建議形成以金字塔形式大中小類的分層管理的數(shù)據(jù)資源目錄，提供數(shù)據(jù)目錄服務(wù)。

2.5.2 元數(shù)據(jù)管理

建議省級(jí)CIM 平臺(tái)打造一套涵蓋住建、規(guī)劃、城市管理、水務(wù)等政務(wù)行業(yè)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)的管理體系，實(shí)現(xiàn)政府跨部門間數(shù)據(jù)匯集、清洗、融合等數(shù)據(jù)治理流程，形成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的城市信息模型元數(shù)據(jù)資源湖。

2.5.3 專題圖制作

更加形象的展示城市建設(shè)、運(yùn)行、管理全場(chǎng)景，根據(jù)不同場(chǎng)景、不同領(lǐng)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)制作專題圖，同時(shí)，根據(jù)設(shè)置的登錄權(quán)限顯示不同的專題圖層。

2.5.4 資源共享與交換

省級(jí)CIM 平臺(tái)需要開發(fā)接口服務(wù)和組件服務(wù)，對(duì)外提供結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)接第三方機(jī)構(gòu)。通過在線共享、前置交換和離線共享三種方式實(shí)現(xiàn)與各相關(guān)數(shù)據(jù)信息的有效關(guān)聯(lián)、無縫對(duì)接和互相調(diào)用，增強(qiáng)數(shù)據(jù)資源的可用性和共享性。

2.5.5 資源更新與多版本管理

省級(jí)CIM 平臺(tái)數(shù)據(jù)庫要定期進(jìn)行更新,主要有要素更新、專題更新、局部更新和整體更新幾種方式。建議BIM 和GIS 數(shù)據(jù)通過版本升級(jí)進(jìn)行更新，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過第三方系統(tǒng)進(jìn)行更新。

2.6 數(shù)據(jù)查詢與可視化

通過資源加載與集成展示、圖屬聯(lián)動(dòng)、空間屬性查詢與統(tǒng)計(jì)、多維空間計(jì)算與分析、多端多體驗(yàn)展示等技術(shù)實(shí)現(xiàn)省級(jí)CIM基礎(chǔ)平臺(tái)可視化與數(shù)據(jù)查詢。

3.省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)建議

3.1 摸清現(xiàn)狀，把脈痛點(diǎn)

省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)首要任務(wù)是梳理現(xiàn)狀，包括省級(jí)相關(guān)政府部門的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀、信息化建設(shè)現(xiàn)狀以及所轄城市CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)現(xiàn)狀，理清省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)核心需求，為省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)開好篇，打好樁。

3.2 頂層設(shè)計(jì)，合理建設(shè)

省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及到的政府部門管控環(huán)節(jié)、應(yīng)用維度非常廣泛，包括從前期調(diào)研、方案設(shè)計(jì)到平臺(tái)建設(shè)再到項(xiàng)目交付運(yùn)行全過程。因此，必須根據(jù)省級(jí)特色及要求，制定符合省情的《省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)總體建設(shè)方案》，指導(dǎo)省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)工作。

3.3 安全保障，穩(wěn)定運(yùn)行

省級(jí)CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)是智慧城市操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，必須確保平臺(tái)的安全運(yùn)行，因此要建立運(yùn)行、維護(hù)、更新與安全保障體系，重點(diǎn)要做好系統(tǒng)運(yùn)維管理與基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維管理，保障CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、應(yīng)用及服務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行。