“雙碳”目標(biāo)下CIM技術(shù)和LIM技術(shù)的發(fā)展趨勢探究

姜杰議

（四川大學(xué)錦江學(xué)院，四川 眉山 620860）

2020年起，在黨和國家的大力倡導(dǎo)下，中國正式進入“碳中和”倒計時?！疤贾泻汀蹦繕?biāo)是要實現(xiàn)中國范圍內(nèi)二氧化碳或溫室氣體“排放量”與“固碳量”的抵消中和，從而達到相對“零排放”。由此可見，二氧化碳“排放量”和“固碳量”的監(jiān)測計算，是“雙碳”技術(shù)路徑上的重要環(huán)節(jié)。因此，本研究以“雙碳”技術(shù)路徑中的“碳排放量”與“固碳量”監(jiān)測計算需求為出發(fā)點，探討城市信息模型技術(shù)和風(fēng)景園林信息模型技術(shù)的更新發(fā)展方向。

1 城市信息模型技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

城市信息模型（City Information Modeling簡稱“CIM”），現(xiàn)學(xué)界普遍的界定是BIM（建筑信息模型）+GIS（地理信息系統(tǒng)）+IoT（物聯(lián)網(wǎng)）的技術(shù)集成產(chǎn)物。理想狀態(tài)下，運用CIM技術(shù)體系可以構(gòu)建動態(tài)信息協(xié)同定量信息與實體城市同步的數(shù)字孿生城市。具體而言，數(shù)字孿生城市以實體城市為基礎(chǔ)，通過物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等高端技術(shù)匹配城市的動態(tài)信息建構(gòu)相應(yīng)的數(shù)字孿生城市。數(shù)字孿生城市可以在災(zāi)害預(yù)警、城市管理、城市運營等方面反哺實體城市，與實體城市同步生長，共同建構(gòu)實體城市與數(shù)字孿生城市互動交織的新興未來。

當(dāng)前對城市信息模型的應(yīng)用也得到了國家相關(guān)政策的明確指示，2018年4月，黨中央、國務(wù)院在對《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》的批復(fù)精神和要求中就明確提出：“堅持?jǐn)?shù)字城市與現(xiàn)實城市同步規(guī)劃、同步建設(shè)，適度超前布局智能基礎(chǔ)設(shè)施，打造全球領(lǐng)先的數(shù)字城市”。2020年9月21日，住建部印發(fā)《城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺技術(shù)導(dǎo)則》通知。明確了CIM平臺架構(gòu)、BIM數(shù)據(jù)格式等內(nèi)容。這意味國家層面已逐步開始對CIM技術(shù)的應(yīng)用進行規(guī)范化引導(dǎo)。

2 風(fēng)景園林信息模型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)景園林信息模型（Landscape Information Modeling，國內(nèi)部分學(xué)者稱之“風(fēng)景園林BIM”，后文統(tǒng)稱“LIM”）這一概念是由哈佛大學(xué)Drvin教授在2009年國際數(shù)字景觀大會中首次提出，是指創(chuàng)建并利用動靜態(tài)信息結(jié)合的模型對風(fēng)景園林工程的設(shè)計、建造和運營進行全生命周期的管理和優(yōu)化的技術(shù)。

在理論方面，經(jīng)過十余年的研究應(yīng)用，在豐富的產(chǎn)學(xué)研平臺項目的支撐下，英國、新加坡等國家的LIM技術(shù)應(yīng)用形成了較為標(biāo)準(zhǔn)化、相對完善的實踐應(yīng)用體系。相對而言，國內(nèi)LIM技術(shù)的研究起步也確實較晚，推廣應(yīng)用也較為緩慢，LIM現(xiàn)有技術(shù)架構(gòu)大多移植主流的BIM技術(shù)架構(gòu)。從國內(nèi)外現(xiàn)有的應(yīng)用經(jīng)驗中分析，現(xiàn)階段國內(nèi)LIM技術(shù)的應(yīng)用體系還不夠成熟，應(yīng)用環(huán)境較差，需要持續(xù)地研究和完善。理想狀態(tài)下的LIM集成體系，是可以實現(xiàn)負(fù)責(zé)不同工作的工程師在“一張圖”上完成鋪裝場地、景觀植物、園林建筑、給排水和電氣等不同園林工程版塊的設(shè)計、施工和前期管理工作。并且將IoT技術(shù)加持的感知設(shè)備接入LIM集成體系，讓LIM形成動態(tài)信息加持的信息模型，服務(wù)于項目后期的運行和維護工作。

3 “雙碳”目標(biāo)下CIM需整合LIM模塊

“雙碳”目標(biāo)需要通過“節(jié)能減排”和“固碳”兩條技術(shù)路徑實現(xiàn)，其核心原理是“碳排放量”與“固碳量”的相互抵消，所以關(guān)于“量”的監(jiān)測計算，是實現(xiàn)“雙碳”的重要技術(shù)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的BIM技術(shù)理論上可以結(jié)合IoT技術(shù)較好地實現(xiàn)建筑、交通系統(tǒng)設(shè)計、施工、運營全生命周期低碳運行和科學(xué)規(guī)則設(shè)定下的節(jié)能減排?？梢灶A(yù)見，未來在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上新建建筑能耗與碳排放限額設(shè)計監(jiān)管體系、超低能耗建筑規(guī)?；l(fā)展、建立城市建筑碳排放智慧監(jiān)管平臺是可以實現(xiàn)的。

然而，在人類現(xiàn)有認(rèn)知中最有效的固碳方式還是植物的光合作用，在光合作用的過程中植物吸入二氧化碳釋放出氧氣。目前現(xiàn)有的CIM技術(shù)模塊中并沒有中觀尺度上可承載植物動態(tài)信息的模塊，所以在“雙碳”目標(biāo)下CIM技術(shù)集成體系還需要加入可承載植物動態(tài)信息的風(fēng)景園林信息模型（LIM）技術(shù)模塊，以實現(xiàn)城市中二氧化碳的固碳量可監(jiān)測的目的。所以在“雙碳”目標(biāo)下未來城市建設(shè)需要將LIM技術(shù)模塊融入到CIM技術(shù)集成體系之中，將原有的BIM+GIS+IoT三位一體的集成體系更新為BIM+LIM+GIS+IoT四位一體的技術(shù)集成體系（如圖1所示）。

圖1 四位一體的CIM技術(shù)集成體系

4 “雙碳”目標(biāo)指引下的LIM技術(shù)更新方向

之所以說“未來”需要將LIM技術(shù)模塊融入到CIM技術(shù)集成體系之中，是因為目前客觀來講LIM技術(shù)尚不夠成熟。主要體現(xiàn)在以下幾點：

首先，現(xiàn)階段主流LIM軟件平臺大多依托于BIM的軟件平臺。強行將Revit為核心的BIM軟件平臺用于園林工程、生態(tài)工程的實踐中，學(xué)習(xí)成本極高，中轉(zhuǎn)速率較慢，集成度低，匹配景觀全產(chǎn)業(yè)鏈難度大，所以很難全流程應(yīng)用。

其次，與“雙碳”聯(lián)系最為緊密的植物軟景工程在當(dāng)下城市建設(shè)中越發(fā)重要，Revit在植物族庫的編輯、調(diào)用方面不夠靈活，缺乏完善的景觀植物屬性數(shù)據(jù)名目，更無法編輯固碳量等“雙碳”相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。

最后，城市建設(shè)中園林工程動態(tài)信息較多。施工、運營養(yǎng)護等工作對信息模型的動態(tài)化要求更高，尤其是土方工程和植物造景兩個版塊形成了諸多變量因子，變量因子出現(xiàn)得越多，對信息模型的動態(tài)反饋要求越高，目前是缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)支撐LIM形成系統(tǒng)化的動態(tài)反饋體系。

針對LIM技術(shù)尚不成熟的方面，我們從政策引導(dǎo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)鏈人才四個方面闡述LIM技術(shù)適應(yīng)“碳中和”的發(fā)展更新方向。

4.1 政策引導(dǎo)城市綠地開啟數(shù)字化建設(shè)

2018年，廣州市已印發(fā)《廣州市“多規(guī)合一”管理辦法》，開展運用BIM系統(tǒng)報建與“多規(guī)合一”管理平臺銜接試點，深化“多規(guī)合一”一張圖成果應(yīng)用。該試點舉措為政策引導(dǎo)城市綠地數(shù)字化建設(shè)開啟了先河。

誠然LIM技術(shù)目前尚不成熟，無法高精度介入景觀植物工程版塊，但在“碳中和”目標(biāo)下，LIM是未來最好的固碳量監(jiān)測計算平臺，應(yīng)該給予相應(yīng)的政策支持推動其不斷完善發(fā)展。與此同時，從未來數(shù)字孿生城市和CIM技術(shù)的原理來看，現(xiàn)階段未交付信息模型的綠地建設(shè)項目，未來必將重構(gòu)模型，融入城市信息模型。為了避免重復(fù)工作，現(xiàn)階段人才儲備豐富的城市，可以通過地方性政策推動城市綠地建設(shè)的LIM交付，即使現(xiàn)階段交付的這套LIM缺乏完整的動態(tài)信息接入，也可以為未來技術(shù)完善后的IoT接入留存一套完整的模型框架。

4.2 加快行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定，促進LIM信息標(biāo)準(zhǔn)化

從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上看，BIM技術(shù)現(xiàn)在已相對成熟，國內(nèi)現(xiàn)已相繼出臺了多項法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，普及度較高，在建筑設(shè)計、施工、交付、運營過程中可實現(xiàn)全生命周期管理。近年來，住建部出臺了多部國家標(biāo)準(zhǔn)，包括《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51269—2017）、《建筑信息模型設(shè)計交付標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51301—2018）、《建筑信息模型使用應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB /T 51212—2016）及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程設(shè)計信息模型制圖標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T448—2019）?？傮w而言，在這些標(biāo)準(zhǔn)中國家僅對BIM應(yīng)用作了規(guī)定，沒有對LIM技術(shù)的應(yīng)用提出剛性要求，也沒有制定LIM相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

但住建部關(guān)于城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域新技術(shù)的相關(guān)政策明確了政府將統(tǒng)一格式的項目成果模型納入數(shù)據(jù)庫，進行項目審查、決策和可視化表達等工作。這意味著LIM模型需要以更精簡、更通用的數(shù)據(jù)信息格式對各階段成果進行交付。所以隨著“雙碳”時間節(jié)點的臨近，需要加緊研發(fā)LIM底層數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，這一工作不能完全依靠IT工程師和軟件開發(fā)人員，還需要聯(lián)合風(fēng)景園林師，發(fā)揮各自專業(yè)特長共同完成。

4.3 多學(xué)科協(xié)作助推LIM技術(shù)升級

依據(jù)2020年我國住建部頒布的《城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺技術(shù)導(dǎo)則》的要求，CIM基礎(chǔ)平臺架構(gòu)包括：設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層三個層次。設(shè)施層包括信息基礎(chǔ)設(shè)施和物聯(lián)感知設(shè)備；數(shù)據(jù)層包括時空基礎(chǔ)、資源調(diào)查、規(guī)劃管控、工程建設(shè)項目、物聯(lián)感知和公共專題等類別的CIM數(shù)據(jù)資源體系；服務(wù)層包括提供基本功能、模型匯聚管理、物聯(lián)監(jiān)測和模擬仿真等功能與服務(wù)。

基于CIM平臺架構(gòu)，設(shè)施層還需要研發(fā)匹配更多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以滿足LIM技術(shù)多樣化的動態(tài)數(shù)據(jù)需求。就“雙碳”目標(biāo)而言，需要能實時、精確采集植物體態(tài)變化與生理現(xiàn)狀的感知設(shè)備，為了保證實時效率，這類設(shè)備還需要便捷化，基礎(chǔ)數(shù)量多樣化，比如國外相關(guān)研究中開始測試的“車聯(lián)網(wǎng)”城市環(huán)境信息采集集成體系；數(shù)據(jù)層中我們還缺少科學(xué)“算法”，這套科學(xué)算法需要能夠?qū)⒐庹蘸椭参锏奈锢硇畔⑥D(zhuǎn)化為固碳量數(shù)據(jù)的信息資源體系，這將面臨整合生物學(xué)、植物學(xué)等學(xué)科的挑戰(zhàn)；服務(wù)層作為終端，目前最缺乏的是風(fēng)景園林專業(yè)性較強的LIM核心軟件，以Revit為例，軟件原生并不具備豐富的植物屬性信息接口，這很難滿足城市綠地建設(shè)和養(yǎng)護階段對景觀植物動態(tài)信息的需求。更加難以滿足“雙碳”目標(biāo)對植物信息模型“固碳量”計算的需求。

因此，從技術(shù)層面上講，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，LIM作為可承載二氧化碳固碳量監(jiān)測計算的信息載體，還需從設(shè)備層硬件研發(fā)、數(shù)據(jù)算法、軟件開發(fā)等方面進行專業(yè)性、針對性的更新升級。與此同時，從現(xiàn)有學(xué)科分類上看，要完成這個技術(shù)升級還需要軟件工程、計算機科學(xué)與技術(shù)、儀器科學(xué)與技術(shù)、風(fēng)景園林學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科的協(xié)作共研，合力助推LIM技術(shù)升級。

4.4 優(yōu)化相關(guān)學(xué)科人才培養(yǎng)，夯實LIM研發(fā)應(yīng)用基礎(chǔ)

技術(shù)普及需要以技術(shù)人才培養(yǎng)為基礎(chǔ)，尤其是對于LIM這類門檻較高的技術(shù)。LIM技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用和維護是一個龐雜的工作體系，對相關(guān)人才的專業(yè)要求高。一方面，在這個體系中不同的環(huán)節(jié)對工作人員的專業(yè)要求各不相同，另一方面，又需要不同環(huán)節(jié)的工作人員對信息模型有一個整體認(rèn)識和了解，這就導(dǎo)致了目前市場缺乏熟練運用LIM的技術(shù)人才。此類人才短缺的原因和當(dāng)前高校的人才培養(yǎng)體系固化有關(guān)。當(dāng)前，僅有清華大學(xué)、東南大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)等“頭部學(xué)?！遍_始涉足到LIM技術(shù)的研究，并在研究生培養(yǎng)階段有過LIM技術(shù)研究的引導(dǎo)。其余學(xué)校在LIM應(yīng)用人才培養(yǎng)方面，鮮有作為，這對一般院校而言，既是問題同時也是機遇和挑戰(zhàn)。近兩年，受全球“疫情”和中國整體經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的市場環(huán)境變化影響，一般院校的風(fēng)景園林和環(huán)境設(shè)計專業(yè)就業(yè)情況持續(xù)惡化，相關(guān)專業(yè)可以把握住“雙碳”時代的機遇，擁抱“智能建造”的浪潮，向“雙碳”方向和“智能建造”方向調(diào)整專業(yè)培養(yǎng)計劃，這或許是突破自身發(fā)展困境的新方向。同時，也可以推動LIM技術(shù)在服務(wù)層的應(yīng)用普及，加快培養(yǎng)應(yīng)用環(huán)節(jié)上的人才儲備。具體做法就是在計算機輔助設(shè)計類課程上普及Revit或Vectorworks等信息模型技術(shù)軟件，在專業(yè)課程體系建設(shè)中增加涵蓋Python基礎(chǔ)編程語言和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的“LIM應(yīng)用”課程系統(tǒng)，有條件的學(xué)校甚至可以開設(shè)“景觀數(shù)字建造”“風(fēng)景園林?jǐn)?shù)字建造”專業(yè)方向。

綜上所述，在當(dāng)下“雙碳”目標(biāo)指引下，CIM技術(shù)體系需從整體構(gòu)成上聯(lián)合LIM技術(shù)。從技術(shù)內(nèi)部而言，服務(wù)層上研發(fā)適用于“雙碳”所需信息接口的軟件或插件，設(shè)備層上匹配高效便攜的IoT感知設(shè)備，數(shù)據(jù)層上開發(fā)專用算法，用以監(jiān)測計算固碳量。從市場外部環(huán)境而言，需要做好政策引導(dǎo)和應(yīng)用人才的培養(yǎng)儲備?！半p碳”目標(biāo)的核心是二氧化碳排放量與固碳量的計算關(guān)系，CIM和LIM作為未來城市信息和風(fēng)景園林信息的關(guān)鍵技術(shù)，在研發(fā)完善的過程中就應(yīng)主動適配“雙碳”所需，從而實現(xiàn)以問題為導(dǎo)向，以標(biāo)準(zhǔn)為尺度，最終以技術(shù)解決問題，以信息模型技術(shù)助推“雙碳”進程，為未來城市建設(shè)保駕護航。