關(guān)于城市信息模型對未來城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)的思考

張澤林，安海娜

（中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，蘭州 7300300）

1 數(shù)字孿生與CIM之間的關(guān)系

城市信息模型（City Information Modeling，CIM）是數(shù)字孿生城市建設(shè)的底層數(shù)字載體，數(shù)字孿生是數(shù)字城市發(fā)展的高級階段，是新型智慧城市的起點(diǎn)。隨著城市發(fā)展的迭代更新，逐漸暴露出系列現(xiàn)實(shí)問題，如數(shù)據(jù)獲取與處理受阻、時空數(shù)據(jù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)難統(tǒng)籌、CIM 平臺重復(fù)建設(shè)、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)兼容性弱、各部門協(xié)調(diào)組織難度大等。

近年來，在城市建設(shè)的過程中，CIM 通過BIM、三維GIS、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、人工智能等先進(jìn)數(shù)字技術(shù)，同步形成與實(shí)體城市“孿生”的數(shù)字城市，實(shí)現(xiàn)城市從規(guī)劃、建設(shè)到管理的全過程、全要素、全方位的數(shù)字化、信息化和智能化，改變城市的表達(dá)形式，重塑城市新型基礎(chǔ)設(shè)施[1]。數(shù)字孿生城市是融合統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、城市信息模型、城市運(yùn)行數(shù)據(jù)、共性支撐平臺、數(shù)字孿生應(yīng)用等多個單元的復(fù)雜系統(tǒng)，其中CIM 是最重要的一環(huán)，作為龐大數(shù)據(jù)的信息載體，實(shí)現(xiàn)了將物理城市的實(shí)體模型構(gòu)建為虛擬的數(shù)字孿生體。CIM 平臺是服務(wù)于城市規(guī)劃建設(shè)管理的數(shù)字化模型，可展示城市運(yùn)行全貌，支撐城市全流程智慧應(yīng)用與管理，提供切實(shí)可行的智能決策，將成為提升城市管理能效、促進(jìn)城市高質(zhì)量發(fā)展的重要驅(qū)動力。

2 CIM平臺建設(shè)的重要性

目前，新型城市建設(shè)蓄勢待發(fā)，我國正處于“新基建”到“新城建”的轉(zhuǎn)型升級期，依托新技術(shù)的CIM 平臺建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生。2020 年，住建部發(fā)布的《城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺技術(shù)導(dǎo)則》，指導(dǎo)各地開展CIM 基礎(chǔ)平臺建設(shè)。在“十四五”規(guī)劃和2035 年綱要中，“第五篇加快數(shù)字化發(fā)展，建設(shè)數(shù)字中國”“第十五章打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢”“第十六章加快數(shù)字社會建設(shè)步伐”“第十七章提高數(shù)字政府建設(shè)水平”“第十八章營造良好數(shù)字生態(tài)”均談了數(shù)字化問題，指出以數(shù)字化助推城鄉(xiāng)發(fā)展和治理模式創(chuàng)新，完善城市信息模型平臺，構(gòu)建城市數(shù)據(jù)資源體系，推進(jìn)城市數(shù)據(jù)大腦建設(shè)。目前，廣東、上海、浙江、重慶等省市陸續(xù)出臺了相關(guān)政策指導(dǎo)CIM 平臺建設(shè)工作，并取得階段性成果。CIM 平臺作為數(shù)字孿生城市的時空基礎(chǔ)底座，聚焦歷史文化、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)資源的特色優(yōu)勢與城市建設(shè)發(fā)展的時代需求，有效解決了跨區(qū)域、跨部門的數(shù)據(jù)融合、技術(shù)融合和業(yè)務(wù)融合難題，為“新城建”高質(zhì)量發(fā)展提供了核心動力。

從頂層設(shè)計(jì)層面統(tǒng)籌考慮實(shí)際情況與業(yè)務(wù)需求，預(yù)留縱向和橫向接口，實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享（見圖1）。搭建CIM 平臺，匯聚城市三維數(shù)字底板，充分對接新型基礎(chǔ)測繪建設(shè)基礎(chǔ)地理實(shí)體和實(shí)景三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)成果，全面接入住建、城管、資源規(guī)劃等部門城市部件、管廊、管線數(shù)據(jù)，可推進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域感知設(shè)備建設(shè)，實(shí)現(xiàn)城市地理環(huán)境數(shù)據(jù)、靜態(tài)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的一體化融合應(yīng)用，為市級各部門、各區(qū)縣（開發(fā)區(qū)）提供全方位數(shù)據(jù)服務(wù)[2]。

圖1 CIM總體框架和分層結(jié)構(gòu)

3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)

3.1 CIM平臺所需數(shù)據(jù)類型

CIM 基礎(chǔ)平臺所有數(shù)據(jù)源可分為空間類和管理類兩大類?？臻g類包括實(shí)景三維模型、BIM 模型、物探數(shù)據(jù)等，管理類包括人口、規(guī)劃、氣象數(shù)據(jù)等。根據(jù)CIM 平臺數(shù)據(jù)資源情況，以及實(shí)際需要，形成可對內(nèi)共享的數(shù)據(jù)服務(wù)，包括電子地圖、三維模型、地址信息、規(guī)劃建設(shè)等。

3.2 BIM數(shù)據(jù)的采集

現(xiàn)階段，BIM 模型并不具備與圖紙同等的法律效應(yīng)，在BIM 數(shù)據(jù)的收集與管理上，呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)散落、管理混亂等情況。要將現(xiàn)有的BIM 數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、審核、利用，形成CIM 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，避免重復(fù)性工作及資源浪費(fèi)。應(yīng)積極探索建筑信息模型（BIM）報(bào)建審批新模式，重點(diǎn)推進(jìn)BIM 報(bào)建審批、施工圖BIM 審圖與CIM 平臺的聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)BIM 數(shù)據(jù)同步推送至CIM 平臺，滿足城市“規(guī)、建、管、運(yùn)”智能化需求[3]。

3.3 建設(shè)內(nèi)容

3.3.1 構(gòu)建三維底板

依托智慧時空大數(shù)據(jù)平臺，充分整合各類城市異構(gòu)數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建城市三維有機(jī)綜合體，實(shí)現(xiàn)多格式、多維度、時空數(shù)據(jù)超融合（見圖2），為各部門CIM 平臺應(yīng)用提供空間地理數(shù)據(jù)信息服務(wù)。

圖2 數(shù)據(jù)匯聚

3.3.2 智慧住建模塊

基于住建部門的工作職能，智慧住建模塊主要涉及住房建設(shè)、管理和服務(wù)3 個方面，在住房建設(shè)方面，通過BIM 技術(shù)應(yīng)用，提高建筑設(shè)計(jì)的效率和精度，推進(jìn)綠色建造、智能建造發(fā)展，形成全產(chǎn)業(yè)鏈的智能建造體系。在住房管理、服務(wù)方面，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能樓宇管理、維修保養(yǎng)管理等，為居民提供便捷的社區(qū)服務(wù)，提高城市管理效率和服務(wù)水平。

3.3.3 智慧水務(wù)模塊

結(jié)合情報(bào)收集、綜合研判等手段，接入感知設(shè)備數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、監(jiān)管監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)時采集物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測水務(wù)數(shù)據(jù)。經(jīng)過云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)進(jìn)行多層次分析展示，實(shí)現(xiàn)水務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時查看及水務(wù)預(yù)警功能，實(shí)現(xiàn)水務(wù)數(shù)據(jù)分時曲線、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能，對重點(diǎn)災(zāi)害點(diǎn)、設(shè)備的實(shí)時監(jiān)測預(yù)警，加強(qiáng)對安全生產(chǎn)、災(zāi)害等風(fēng)險的管控。

3.3.4 智慧規(guī)劃模塊

基于市規(guī)劃和自然資源局工作職能，將三維空間數(shù)據(jù)底板與國土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)相融合，通過城市全要素、全空間、全時域的數(shù)據(jù)，依托國土空間規(guī)劃“一張圖”，實(shí)現(xiàn)對城市空間、資源、環(huán)境、人口等方面的分析和評估，優(yōu)化規(guī)劃管理監(jiān)督職能。

3.3.5 智能交通模塊

該模塊是城市智慧交通的重要組成部分，集成了交通數(shù)據(jù)感知、交通信號控制、交通仿真與優(yōu)化、交通信息服務(wù)等子系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，通過實(shí)時監(jiān)測和預(yù)測交通流量，提升交通運(yùn)輸指揮研判能力，確保城市交通運(yùn)行的順暢和安全。

4 平臺建設(shè)重點(diǎn)工作

4.1 加強(qiáng)部門協(xié)作，穩(wěn)步協(xié)同推進(jìn)

平臺建設(shè)涉及多個領(lǐng)域及部門，如規(guī)劃、交通、住建等，需要成熟的組織引導(dǎo)，確定統(tǒng)一目標(biāo)和路線，統(tǒng)籌CIM 平臺規(guī)劃與建設(shè)工作。采取“穩(wěn)步推進(jìn)”策略，先在具有代表性的項(xiàng)目上設(shè)立試點(diǎn)，由點(diǎn)到面，積累經(jīng)驗(yàn)后再全面推廣。同時，形成互動溝通的工作機(jī)制，注重多方協(xié)調(diào)聯(lián)動，推動CIM 平臺的共建共享，確保按時按質(zhì)完成。

4.2 統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，夯實(shí)平臺技術(shù)基礎(chǔ)

堅(jiān)持“立足實(shí)際，標(biāo)準(zhǔn)先行”原則，依據(jù)住建部《城市信息模型平臺應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》及《城市信息模數(shù)據(jù)加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)文件與指導(dǎo)意見，構(gòu)建平臺建設(shè)、城市規(guī)劃、數(shù)字城管等CIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化體系，編制CIM 平臺技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、CIM 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、CIM 基礎(chǔ)平臺運(yùn)維保障規(guī)范等技術(shù)文件。

4.3 實(shí)行動態(tài)維護(hù)，構(gòu)建有效更新機(jī)制

為保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和權(quán)威性，制定更新機(jī)制，設(shè)立專員檢測、維護(hù)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新，做到“一數(shù)一源、歸口統(tǒng)一”。同時，按照工程各階段（設(shè)計(jì)、方案審查、施工、竣工驗(yàn)收）的要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全過程、全流程實(shí)時更新，以保持?jǐn)?shù)據(jù)時效性。

4.4 加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)合作

建立新城建技術(shù)產(chǎn)學(xué)研用一體化創(chuàng)新機(jī)制，加強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)攻關(guān)，積極探索“CIM＋”技術(shù)在商業(yè)、環(huán)保、數(shù)字政府中的應(yīng)用，建立多方共贏的合作機(jī)制，創(chuàng)造CIM 建設(shè)運(yùn)維新模式，促進(jìn)CIM 產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

5 存在的問題與思考

由于數(shù)字孿生城市的算法模型成熟度不高，CIM/BIM 技術(shù)發(fā)展程度不夠，應(yīng)用場景仍然有限，跨場景聯(lián)動少、城市級應(yīng)用少，無論從政府、企業(yè)或市場對數(shù)字孿生城市、CIM/BIM等新技術(shù)的推進(jìn)目的和方向都不清晰，脫離實(shí)際業(yè)務(wù)需求和應(yīng)用場景，盲目跟風(fēng)建設(shè)數(shù)字平臺，追求表面的可視化效果，缺乏數(shù)據(jù)格式的整體架構(gòu)，對業(yè)務(wù)邏輯的深層理解，費(fèi)時費(fèi)力，效果不明顯。實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生一張圖，統(tǒng)一的城市級數(shù)字底圖和數(shù)據(jù)資產(chǎn)，是數(shù)字孿生城市建設(shè)首先要面對的問題。

6 結(jié)語

加強(qiáng)項(xiàng)目規(guī)劃、立項(xiàng)、設(shè)計(jì)方案比選、招投標(biāo)、施工圖審查、工程質(zhì)量安全監(jiān)督與驗(yàn)收備案、工程檔案管理等工作中BIM 技術(shù)的研究與應(yīng)用，并逐步開展施工圖BIM 審查、建設(shè)項(xiàng)目數(shù)字化檔案管理機(jī)制的建設(shè)，加強(qiáng)對于數(shù)字孿生城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集與管理工作，并基于統(tǒng)一的數(shù)字孿生CIM 平臺，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G 等新技術(shù)融合應(yīng)用，推動知識集成、技術(shù)集成、數(shù)據(jù)集成、算法集成、應(yīng)用集成。

同時，開展空間數(shù)據(jù)匯聚、管理、共享及安全保障等工作，建立新城建技術(shù)產(chǎn)學(xué)研用一體化創(chuàng)新機(jī)制，加強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)攻關(guān)，明確CIM 基礎(chǔ)平臺、智慧社區(qū)等建設(shè)要求，加快建設(shè)市級CIM 技術(shù)創(chuàng)新中心，開展CIM 關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用。積極探索“CIM＋”商業(yè)化應(yīng)用，建立各方共贏的市場運(yùn)作機(jī)制，創(chuàng)造CIM 建設(shè)運(yùn)維新模式，促進(jìn)CIM 產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。