城市更新背景下基于CIM的新型智慧城市建設(shè)和運(yùn)用分析

方建明，劉明，朱澤彪

（中國電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 引言

一直以來，城鎮(zhèn)化建設(shè)被作為擴(kuò)大內(nèi)需和推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可行舉措，從2019年開始我國的城鎮(zhèn)化率就突破了60.6%，也是由此開始進(jìn)入到城鎮(zhèn)化的關(guān)鍵時(shí)期，不僅是發(fā)展主體發(fā)生改變，發(fā)展動(dòng)力與發(fā)展邏輯也有明顯的變化。當(dāng)城市規(guī)模擴(kuò)大之后，與之相關(guān)的要素也隨之增多，系統(tǒng)復(fù)雜性增加，以前采用的城市管理模式不再適合新環(huán)境與發(fā)展趨勢(shì)。在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建設(shè)新型智慧城市，使城市管理、社會(huì)治理等工作有技術(shù)支持，也為城市工作帶來全新的方法，為各個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造契機(jī)。在此環(huán)境下進(jìn)行城市更新成為重要的工作，以CIM（City Information Modeling，城市信息模型）為基礎(chǔ)的新型智慧城市建設(shè)，必須在實(shí)踐中達(dá)到信息化與智能化的目標(biāo)，與城鎮(zhèn)化建設(shè)結(jié)合，全面實(shí)現(xiàn)智慧城市建設(shè)這一目標(biāo)。

2 CIM與新型智慧城市

CIM是以建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）為基礎(chǔ)延伸而來，在管理建筑物全過程中，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)信息共享以及業(yè)務(wù)協(xié)同[1]。CIM則是以城市為對(duì)象，在包括規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)維、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)的全鏈條中運(yùn)用，重點(diǎn)在于規(guī)避新型智慧城市建設(shè)可能面臨的數(shù)據(jù)孤島。從技術(shù)角度分析，CIM技術(shù)是以云計(jì)算為基礎(chǔ)，構(gòu)建大場(chǎng)景GIS技術(shù)+小場(chǎng)景BIM技術(shù)+微觀物聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)結(jié)合的新形式。一些專家認(rèn)為，CIM和實(shí)體物理城市屬于同步關(guān)系，也因此提出了“數(shù)字孿生城市”的概念。

這里提到的“數(shù)字孿生”并不能完全等同于“CIM”，因?yàn)镃IM關(guān)系到的城市三維全要素全空間數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)行匯聚、整合、管理以及運(yùn)用，最終達(dá)到數(shù)據(jù)、技術(shù)、業(yè)務(wù)之間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)。但是“數(shù)字孿生”則比較關(guān)注數(shù)據(jù)匯聚、可視化，最終目標(biāo)是城市真實(shí)再現(xiàn)，所以信息融合與運(yùn)用沒有完全的體現(xiàn)，也會(huì)限制數(shù)據(jù)賦能優(yōu)勢(shì)[2]。

2020年《城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)技術(shù)導(dǎo)則》的發(fā)布，正式提出了“城市信息模型”“城市信息模型基礎(chǔ)平臺(tái)”兩個(gè)概念。城市信息模型屬于有機(jī)系信息綜合體，容納了城市所有類型的要素模型，CIM基礎(chǔ)平臺(tái)則作為基礎(chǔ)設(shè)施，負(fù)責(zé)城市信息模型管理。在CIM基礎(chǔ)上建設(shè)新型智慧城市，提供了技術(shù)、信息的支持。

目前智慧城市作為城市建設(shè)的新著手點(diǎn)，各項(xiàng)建設(shè)工作正在緊鑼密鼓地進(jìn)行，但是其間也面臨資源能源浪費(fèi)以及路線模糊等問題。市場(chǎng)與企業(yè)等作為智慧城市參建方，有時(shí)對(duì)于智慧城市概念的了解過于模糊，整體性落地工程較少，而且更多集中在交通、教育、醫(yī)療等業(yè)務(wù)范圍，智慧城市的整體設(shè)計(jì)與分層實(shí)施的落實(shí)力度還有待增加。所有參與方?jīng)]有完全認(rèn)識(shí)到智慧城市建設(shè)技術(shù)的復(fù)雜程度，認(rèn)為智慧城市只是信息化項(xiàng)目，只是應(yīng)用大數(shù)據(jù)即可，制定建設(shè)方案和目標(biāo)也比較盲目，沒有關(guān)注到當(dāng)?shù)匕l(fā)展階段、技術(shù)實(shí)力等，導(dǎo)致智慧城市建設(shè)不夠深入。

行政、技術(shù)等層面在智慧城市建設(shè)中存在一些限制，無法完全突破數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)協(xié)同模式的限制。不同種類的數(shù)據(jù)具有龐大體量，而且數(shù)據(jù)格式各異，最終交付成果不能通用。與此同時(shí)，接口標(biāo)準(zhǔn)沒有完全實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，也會(huì)引發(fā)數(shù)據(jù)孤島、信息煙囪等問題。智慧城市建設(shè)業(yè)務(wù)的所有參與方，在各個(gè)業(yè)務(wù)階段的信息流轉(zhuǎn)是非常關(guān)鍵的任務(wù)，需要重點(diǎn)做好協(xié)調(diào)管理，這是各個(gè)參與方在智慧城市建設(shè)中必須重視的問題。一些核心技術(shù)、軟件開發(fā)面臨研發(fā)時(shí)間長、信息共享難度大等問題，基礎(chǔ)信息在密級(jí)管理的影響下，沒有辦法更加深入地展開，需要在今后智慧城市建設(shè)中加以重視。

3 基于CIM的新型智慧城市建設(shè)方案

3.1 新型智慧城市建設(shè)框架

3.1.1 城市感知與數(shù)據(jù)整合

城市更新進(jìn)程中，越來越多種類的信息技術(shù)層出不窮，包括傳感器終端、新媒體等，建設(shè)新型智慧城市，需要用到的城市感知設(shè)備、感知方法也非常多，越來越豐富，采集信息精度、頻度在此環(huán)境下發(fā)生了很大的變化，創(chuàng)新了城市海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集渠道，也增強(qiáng)了城市空間監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性。創(chuàng)建CIM平臺(tái)之后，所有遙感數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)等，都可以在城市地理空間地址的連接下實(shí)現(xiàn)整合，使采集到的信息、要素空間位置能夠保證唯一性，拓?fù)潢P(guān)系和信息掛接的準(zhǔn)確性，從而組成城市數(shù)字空間資產(chǎn)[3]。

3.1.2 建立、健全標(biāo)準(zhǔn)體系

因?yàn)槌鞘行畔?shù)據(jù)是從各個(gè)渠道采集獲得，所以數(shù)據(jù)格式也十分多樣化，更新數(shù)據(jù)頻率體現(xiàn)出差異性，在了解了數(shù)據(jù)、接口、安全、交付等一系列標(biāo)準(zhǔn)之后，將CIM分類、編碼統(tǒng)一，建立坐標(biāo)體系，加強(qiáng)數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)交付成果的規(guī)范性，使所有信息都可以得到整合。

3.1.3 創(chuàng)建CIM基礎(chǔ)平臺(tái)

當(dāng)已經(jīng)建立了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，可以將城市信息多源數(shù)據(jù)全部上傳到CIM基礎(chǔ)平臺(tái)中，通過CIM基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全過程管理，并且實(shí)現(xiàn)三維可視化與空間分析。創(chuàng)建CIM基礎(chǔ)平臺(tái)時(shí)，不是建設(shè)新的平臺(tái)，而且是要在現(xiàn)有平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行整合，增加城市二、三維空間要素的管理功能，還可以提供數(shù)與基礎(chǔ)支撐等各項(xiàng)服務(wù)。

3.1.4 CIM+服務(wù)

不同行業(yè)的業(yè)務(wù)決策、模擬模型等各有差異，CIM基礎(chǔ)平臺(tái)搭載、拓展業(yè)務(wù)等也會(huì)形成針對(duì)性的應(yīng)用場(chǎng)景，以人民群眾、政府部門和行業(yè)為對(duì)象，提供現(xiàn)實(shí)問題的解決方案，達(dá)成業(yè)務(wù)之間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，也可以解決城市治理、智慧城市建設(shè)中的問題。

3.2 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

3.2.1 技術(shù)架構(gòu)

城市基礎(chǔ)設(shè)施在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，技術(shù)構(gòu)架必須保證拓展性，即智慧生態(tài)系統(tǒng)除了要滿足群眾在日常生活中的需求外，還要考慮到今后城市化建設(shè)的拓展要求，以免出現(xiàn)城市更新受限的現(xiàn)象。所以，更新技術(shù)構(gòu)架非常重要。按照城市要素繪制三維地圖，確定城市空間節(jié)點(diǎn)的所在位置。城市基礎(chǔ)設(shè)施必須要有光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的相互連接，再通過大數(shù)據(jù)挖掘城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)，將其儲(chǔ)存在互聯(lián)網(wǎng)中，為后續(xù)智慧城市建設(shè)提供數(shù)據(jù)參考。

3.2.2 開放機(jī)制

智慧城市建設(shè)過程中，離不開開放平臺(tái)的支持，以大眾為對(duì)象搭建互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)組件，可獲得具有統(tǒng)一性、規(guī)范性的實(shí)用能力接口。以開放對(duì)象為基準(zhǔn)劃分類別，有對(duì)外開放、內(nèi)部開放能力兩種，可以此作為能力組件。再根據(jù)功能模塊的詳細(xì)分類，獲得語音、消息、視頻、位置、搜索能力、運(yùn)維管理等諸多能力。以上組件進(jìn)行封裝處理之后便可作為能力接口得到運(yùn)用，組建能力開放平臺(tái)。

3.2.3 GIS共享平臺(tái)

搭建GIS共享平臺(tái)，平臺(tái)中有應(yīng)用層、平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層、支撐層。設(shè)計(jì)應(yīng)用層的對(duì)象為所有用戶，用戶利用智能終端、應(yīng)用系統(tǒng)，可享受到城市地理信息共享平臺(tái)提供的各項(xiàng)服務(wù)。設(shè)計(jì)平臺(tái)層的對(duì)象為開發(fā)者，其作用是為開發(fā)者提供服務(wù)接口，使其可以快速搭建集成業(yè)務(wù)系統(tǒng)，一般服務(wù)接口涵蓋了認(rèn)證服務(wù)、地理編碼服務(wù)及查詢服務(wù)等。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)層，通常情況下需要搭建公共地理框架數(shù)據(jù)庫，根據(jù)地理框架創(chuàng)建多元數(shù)據(jù)庫，具體對(duì)象包括矢量、地名地址、三維景觀庫。設(shè)計(jì)支撐層對(duì)于GIS共享平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行非常重要，由云計(jì)算中心、信息安全中心共同提供軟硬件平臺(tái)、安全保障與管理等諸多服務(wù)。

4 城市更新背景下的CIM新型智慧城市應(yīng)用

4.1 不同級(jí)別的應(yīng)用

CIM中儲(chǔ)存了不同空間尺度的模型，可以在城市規(guī)劃、建設(shè)、維護(hù)等各個(gè)階段應(yīng)用。比如項(xiàng)目級(jí)管理，其是以BIM模型為基礎(chǔ)，結(jié)合了附近實(shí)體環(huán)境中采集到的GIS信息，可由原來的宏觀地理空間轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒂^環(huán)境[4]。在BIM模型基礎(chǔ)上全面分析項(xiàng)目能耗、資產(chǎn)管理情況，并且開展實(shí)時(shí)監(jiān)控，搭建典型應(yīng)用場(chǎng)景，具有智能審圖功能。再如園區(qū)級(jí)應(yīng)用，應(yīng)用對(duì)象為工業(yè)園區(qū)、醫(yī)院這一類面積相對(duì)適中的區(qū)域，管理應(yīng)用也集中在小范圍，實(shí)施社區(qū)、校園、疫情等管理。最后，城市級(jí)應(yīng)用的范圍比較大，如城市建成區(qū)與新區(qū)，是在三維城市空間底板基礎(chǔ)上應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行信息挖掘與空間分析，制定行業(yè)決策模型后實(shí)施等量化分析，加強(qiáng)城市決策治理方案落實(shí)的準(zhǔn)確性與精準(zhǔn)性。

4.2 不同階段的應(yīng)用

CIM平臺(tái)中整合了城市各個(gè)階段的多源數(shù)據(jù)，根據(jù)城市生命周期可劃分為過去、現(xiàn)在、未來相應(yīng)空間，在CIM平臺(tái)中組建專門針對(duì)不同階段的CIM應(yīng)用體系。各個(gè)階段得到的應(yīng)用成果在CIM平臺(tái)當(dāng)中沉淀，再利用CIM平臺(tái)共享數(shù)據(jù)，為一體化協(xié)同管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供服務(wù)。實(shí)際上處于規(guī)劃階段，建議立足于城市三維空間編制多種設(shè)計(jì)方案，開展空間模擬、對(duì)比、智慧審查。進(jìn)入到建設(shè)階段之后，按照創(chuàng)建的BIM模型可以實(shí)現(xiàn)一些重點(diǎn)微觀場(chǎng)景、線性工程智慧建設(shè)，對(duì)其中涉及到的所有設(shè)備進(jìn)行安全管理及碰撞檢測(cè)，同時(shí)以BIM模型為基礎(chǔ)實(shí)施裝配式設(shè)計(jì)。CIM平臺(tái)中涵蓋多源數(shù)據(jù)，例如城市現(xiàn)有人口、房屋數(shù)量與規(guī)模、企事業(yè)單位，將這些多項(xiàng)專題數(shù)據(jù)和空間實(shí)體數(shù)據(jù)掛接，成為城市更新建設(shè)不可缺少的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。一些城市更新項(xiàng)目搭建了CIM平臺(tái)之后，便對(duì)城市拆遷量、實(shí)際受到影響的人口以及經(jīng)濟(jì)投入量等重要數(shù)據(jù)進(jìn)行定量估算，得到的估算結(jié)果是決策部門制定、調(diào)整方案的基礎(chǔ)。已經(jīng)進(jìn)入到運(yùn)營管理階段時(shí)，CIM平臺(tái)整合了各個(gè)行業(yè)相關(guān)的多源數(shù)據(jù)，通過IOT技術(shù)達(dá)到城市智慧化管理、運(yùn)營的目的[5]。對(duì)于一些城市尺度大場(chǎng)景，還具有基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)效率以及社會(huì)、城市治理能力評(píng)價(jià)的功能。比如城市交通方面，便可以應(yīng)用CIM平臺(tái)設(shè)計(jì)交通信息數(shù)據(jù)專項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)，將城市有關(guān)的環(huán)境保護(hù)、氣象、地鐵運(yùn)營等數(shù)據(jù)加以整合，確保數(shù)據(jù)、信息資源能夠得到有效利用，還可以在專項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)中加以協(xié)調(diào)，使交通領(lǐng)域的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享、聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)了解到城市中交通狀態(tài)、交通流量情況，還可以提供預(yù)警、應(yīng)急監(jiān)測(cè)與安全導(dǎo)航等服務(wù)。

5 結(jié)語

綜上所述，新型智慧城市建設(shè)，是城市更新背景下的重要任務(wù)之一，需要運(yùn)用到大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段。創(chuàng)建CIM模型之后制定新型智慧城市建設(shè)方案，可覆蓋到城市化建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，采集數(shù)據(jù)信息后展開深入挖掘分析，總結(jié)對(duì)新型智慧城市建設(shè)有利的決策，不僅可以加快城市更新效率，還能夠帶動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。