西安市西咸新區灃東CIM數字孿生平臺建設

文｜清華大學信息國家研究中心 杜明芳

陜西省政府第21 次常務會議審議通過《西咸新區總體規劃》(2010-2020年)，并通過國務院新聞辦發布此規劃，規劃載明：灃東新城作為西咸新區渭河南岸的重要組成部分，在五個新城中起步最早、發展基礎最好、配套設施最完善，絕大部分區域位于西安市范圍內。灃東新城地處關中渭河沖積平原，北臨渭河，南靠秦嶺、灃河貫穿全城，新河、沙河等多條河流水系在區內縱橫交匯，新區山水田園生態獨樹一幟。優越的區位，便捷的交通，對當地旅游業起著強有力的推動作用。

灃東新城的地理區位及灃東CIM 中心在新城中的地理位置如圖1。

本項目由清華大學信息國家研究中心、清華大學數據科學研究院智慧城市大數據研究中心智慧城市團隊完成，西咸新區和灃東新城給予全力配合與支持。

建設基礎

灃東新城信息基礎設施建設已經取得初步成效。固定網絡建設穩步推進，光纖接入網速達10M 以上，移動網絡建設快速推進，4G 覆蓋率均超 94%，NBIoT 基本覆蓋，灃東新城智算IDC 中心初具規模。本項目實施前尚存的主要問題是：（1）融合智算功能的CIM 平臺欠缺。（2）數據中心與城市管理、城市治理及城市產業的融合不足，數據平臺的帶動性不強。（3）數據的采集力度不大，數據在CIM 平臺的匯聚程度不高，多源異構數據缺乏有機融合。（4）數據智能程度不高，開源開放的人工智能計算與服務平臺尚未真正建成，能夠高效計算城市大數據的AI 平臺與算法模型庫缺失。（5）數據價值的挖掘方法模糊，大數據沒有產生足夠價值。本項目結合西咸新區建設發展過程中面臨的主要問題以及西安市“十四五”規劃設想，以打造“全國國家級新區新型智慧城市標桿”為目標，以CIM 智算平臺為抓手打造西部新型智慧城市試點，補齊西咸新區智慧城市建設中的短板。

本項目實施前，西咸新區在用信息系統大多為垂管系統。據不完全統計，新區在用的67 個信息系統中，53 個系統為國家、陜西省和西安市垂管系統，這些信息系統之間沒有按照城市信息模型基礎平臺的基本要求進行互聯共享，也沒有在CIM 平臺的統一指導下進行開發建設。本項目在灃東新城大數據中心一期工程的基礎上進行整體智能提升與深度融合設計，在《城市信息模型（CIM）基礎平臺技術導則》（建辦科〔2020〕45 號）的指導下，將人工智能（多核計算、數據智能等）、知識工程（知識圖譜、專家系統等）、數字孿生（BIM 建模與可視化、智能系統建模仿真、CPS 預測預警、存-算-智-管-運系統鏈等）先進理論和技術與灃東大數據中心及業務需求精準融合，將灃東新城大數據中心整體提升為灃東CIM 數字孿生平臺，該平臺的數字化、智能化、集成化水平應該超越了一般的CIM 基礎平臺。

圖1 灃東CIM 中心（黃色圓圈）地理位置

灃東CIM 智算平臺

灃東CIM 智算平臺是西咸新區城市和產業智慧化轉型、一體化發展的核心基礎，其歷史使命是為西咸新區的發展提供新動能、新機遇、新模式，開辟新區發展的新階段。

灃東CIM 智算平臺總體架構如圖2所示。

基于CIM 平臺的智慧灃東工程實施架構如圖3所示。

圍繞灃東新城總體建設目標，結合發展現狀設計出“八橫、十縱、一數、一腦”的智慧灃東工程體系架構，向上對接西咸新區、西安市、陜西省及國家層面CIM平臺，承接上級資源，為國家多級CIM 平臺體系的打造做好支撐。

灃東CIM 知識管理平臺

目前，真正的智慧城市知識工程并未被開發出來，核心制約因素分析如下：一是數據庫與知識庫的銜接與轉換。二是應用推理機的研究與開發。三是人類經驗智慧的借鑒與利用。為解決以上問題，提出“CIM知識管理平臺”概念，設計出CIM 知識管理平臺架構，以CIM 知識管理平臺為管控中心構建出云邊端一體化CIM 管理體系。

基于CIM 知識管理平臺的CIM 管理體系架構如圖4所示。

灃東CIM 專項工程建設

目前，采用灃東CIM 智算平臺和知識平臺的部分專項工程已經啟動建設，代表性專項工程如下：

（1）智算中心機房建設。智算中心一期已采購、安裝、交付完成，主要應用場景為AI 推理平臺。二期機房當前僅有場地、機房、機柜、電力、集成布線等基礎設施，需要繼續擴展提升。二期軟硬件環境的建設完善正在根據應用場景需求做資源規模預算。

圖2 灃東CIM 智算平臺總體架構

圖3 智慧灃東CIM 城市建設工程總體架構

圖4 基于CIM 知識管理平臺的CIM 管理體系架構圖

（2）雪亮工程。目前灃東新城道路交通的攝像頭等設備尚未采購安裝，雪亮工程項目當前由西咸公安部門牽頭落實。計劃建設時空基礎設施，實現全市遙感遙測、衛星定位、移動定位、物探、激光、雷達等各類地理空間數據和時空大數據的統一標準、統一匯聚和統一服務。

（3）醫療云。灃東新城本地醫療資源相對較為匱乏。醫療兩大體系衛健委和醫保局的接入單位位于西咸新區。當前陜西省省級衛健和省級醫保云均處于項目調研階段。

（4）智慧旅游。灃東新城旅游資源豐富，旅游景點較多，預算資金充足，且多為新建景區。在相關配套產業中，也包含灃東地產自建的酒店、公寓等。

（5）智慧園區。灃東新城下轄的各個產業園區多為自建，當前僅停車場設置了ETCP 設備，其他諸如園區門禁、辦公樓門禁等尚未建設。未來在智慧園區方面存在較大的發展空間。

（6）智慧社區。將CIM 創新應用于智慧社區，量身定制未來社區CIM 平臺，打造政府-物業-居民三端協同治理體系。未來社區CIM 平臺注重各子系統的數據互聯互通與安全共享，實時匯聚建設過程中的關鍵數據和BIM、GIS 等模型數據，形成數據資產，為智慧化運營奠定基礎。在運營階段，以BIM 模型為代表的海量建設期數字資產與智慧服務平臺充分融合，持續服務智慧化管理和運維。

（7）政務云和行業云。灃東新城目前尚未建設任何類型的云平臺，考慮在智算中心二期工程中加入政務云平臺，以承載本地各委辦局的資源需求；同時考慮建設不限于政務的全行業托管云，目前灃東管委會已開始收集各入駐企業的資源需求，統計數據正在形成中。

（8）AI 訓練平臺和云存儲數據湖。針對智算中心的核心定位，以及一期應用生態的缺失，考慮在二期建設AI 訓練平臺，以及云存儲數據湖，與一期AI 推理平臺建立協同聯動關系，共同推動AI 的場景化應用，培育AI 產業。

建設亮點與先進經驗

本項目的建設亮點暨先進經驗總結如下：

（1）“存-算-智-管-運”CIM 數字孿生平臺規劃設計運營模式。在CIM 基礎平臺框架下，充分融入數字孿生的系統思維、理論、技術，在數字孿生系統設計方法的指導下，將數據存儲（“存”）與云計算（“算”）、AI 模型（“智”）、城市管理（“管”）、城市運營（“運”）五大CIM 關鍵環節徹底打通，從業務上連接為一個大系統、形成一個鏈條，深度融合智能計算和知識管理功能，大幅提升CIM 平臺的智能性與系統性，在此基礎上進一步實現智慧化管理、決策及可持續運營。

（2）“智能產業個性定制CIM 平臺，CIM 平臺深度服務智能產業”模式。本項目從頂層規劃開始便以當地產業發展支撐為首要規劃設計依據，以當地發展智能產業的訴求為根本出發點，定制化設計CIM 特色平臺，使CIM 平臺資源最大化直接服務于產業發展，使CIM 平臺中的經濟大數據成為真正的產業大數據，實現智能產業導向的算力、算法、算量供需最佳匹配，最大化節省投資，有效避免重復建設，實現以平臺為統領的統一規劃、設計、施工、評價，打造了平臺經濟新典范。

（3）“應用場景+智能算例兩級模塊”嵌入CIM平臺實踐。本項目在充分調研陜西省、西安、西咸新區及灃東新城的基礎上，有針對性的規劃設計了涵蓋軍用、民用場景的幾十個實用化應用模塊，并進一步下沉到智能算例，暨每個應用模塊下又包含了支撐場景智慧化實現的若干算例程序、模型、硬件，形成了“應用場景+智能算例兩級模塊”資源池，CIM 平臺管理程序可便捷調用和復用算例資源。

未來，隨著西咸新區建設發展的深度推進，在足夠多項目、資金、技術、人才的合力推動下，灃東CIM 平臺將進一步演化為區域標桿化CIM 生態，形成能夠有力促進地方經濟高質量發展的新型數字經濟生態，可在西咸新區、西安市、陜西省、西北地區甚至全國推廣。