北京未來科學(xué)城CIM平臺建設(shè)

文｜北京未來科學(xué)城科技發(fā)展有限公司；中新城鎮(zhèn)化（北京）科技有限責(zé)任公司

1.項目概況

1.1 北京未來科學(xué)城

未來科學(xué)城地處首都北京北部，總規(guī)劃面積170.6平方公里，在空間布局上呈現(xiàn)“兩區(qū)一心”格局，其中東區(qū)建設(shè)具有國際影響力的“能源谷”，西區(qū)以中關(guān)村生命科學(xué)園為主體建設(shè)具有全球領(lǐng)先水平的“生命谷”，以沙河高教園為主體建設(shè)一流科教融合新城，一心為生態(tài)綠心，位于未來科學(xué)城核心位置，與東、西兩區(qū)共同構(gòu)建藍(lán)綠交織、水城共融的生態(tài)發(fā)展格局。2014年未來科學(xué)城獲評北京市首批綠色生態(tài)示范區(qū)。作為北京建設(shè)國際科技創(chuàng)新中心主平臺之一，未來科學(xué)城聚焦先進(jìn)能源、先進(jìn)制造、醫(yī)藥健康領(lǐng)域，集聚一批高水平企業(yè)研發(fā)中心，深化央企、高校、科研院所匯聚優(yōu)勢，建設(shè)重大共性技術(shù)研發(fā)平臺，不斷完善創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)生態(tài)，建設(shè)宜居宜業(yè)的生態(tài)智慧城市，打造全球領(lǐng)先的技術(shù)創(chuàng)新高地。

1.2 未來科學(xué)城CIM 平臺建設(shè)

2016年北京市科技創(chuàng)新大會及“深化央地人才合作推進(jìn)未來科學(xué)城建設(shè)”專題會議提出將未來科學(xué)城作為智能城市試驗區(qū)，推動智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。為此，未來科學(xué)城大力推動智慧能源、智能交通、5G 等建設(shè)，建筑信息模型（BIM）技術(shù)已在區(qū)域內(nèi)逐步推廣應(yīng)用，2017年，未來科學(xué)城完成云計算中心等智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。2018年初，北京市科委重大專項立項支持《未來科學(xué)城時空信息一張圖智能支撐平臺》（CIM 平臺）建設(shè)，示范建設(shè)智能城市試驗區(qū)的新型基礎(chǔ)設(shè)施。

北京未來科學(xué)城空間示意圖

未來科學(xué)城時空信息一張圖智能支撐平臺（CIM平臺）建設(shè)，充分利用3DGIS、BIM、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)手段，突破多項技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了表達(dá)和展示城市實(shí)景三維空間的CIM 平臺功能，開展基于平臺的城市規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)行管理、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)等典型應(yīng)用示范。未來科學(xué)城CIM 平臺規(guī)劃覆蓋全域范圍170.6 平方公里，其中東區(qū)一期10 平方公里CIM 平臺已經(jīng)于2020年9月通過了專家評審，實(shí)現(xiàn)了CIM 平臺系統(tǒng)的上線運(yùn)行，實(shí)施了10 個城市綜合管理服務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)的集成及示范應(yīng)用，成果質(zhì)量得到了市科委和業(yè)內(nèi)專家的高度認(rèn)可。項目匯集了未來科學(xué)城城區(qū)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)維和地上地下三維建筑和基礎(chǔ)設(shè)施模型信息，具有良好的時空數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，構(gòu)建了數(shù)字化、全維度的城市空間，逐步實(shí)現(xiàn)與實(shí)體城市同步建設(shè)的數(shù)字化孿生城市建設(shè)。

2.總體思路和技術(shù)路線

2.1 總體思路

北京未來科學(xué)城CIM 平臺建設(shè)采取頂層設(shè)計、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定，謀劃區(qū)域數(shù)據(jù)底座，與智慧專項系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)了以一張圖三維可視化呈現(xiàn)方式支撐專業(yè)場景應(yīng)用。

2.2 技術(shù)路線

項目進(jìn)行了深度調(diào)研，以滿足未來科學(xué)城管理與應(yīng)用的實(shí)際需求為目標(biāo)，編制CIM 平臺建設(shè)方案，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，逐步實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)采集處理與匯集。

項目過程中，研究突破統(tǒng)一環(huán)境下的3DGIS+BIM全空間無縫集成關(guān)鍵技術(shù)、BIM 模型規(guī)劃建設(shè)信息自動掛接關(guān)鍵技術(shù)、海量時空數(shù)據(jù)可視化與輕量化關(guān)鍵技術(shù)、基于規(guī)劃與時空數(shù)據(jù)的智能預(yù)測決策模型關(guān)鍵技術(shù)和基于時間和空間維度高度融合的多源異構(gòu)時空大數(shù)據(jù)一體化關(guān)鍵技術(shù)。

項目通過建設(shè)區(qū)域內(nèi)統(tǒng)一的CIM 平臺，實(shí)現(xiàn)按需提供的個性化服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)集成及應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)室外、地上地下、二三維一體化全空間技術(shù)支撐及應(yīng)用服務(wù)、擴(kuò)充感知定位及解譯服務(wù)接口等，提升未來科學(xué)城時空大數(shù)據(jù)集成管理能力、時空分析能力和按需服務(wù)能力。

項目成果中，實(shí)施基于未來科學(xué)城規(guī)劃與時空數(shù)據(jù)的智能預(yù)測決策模型，實(shí)現(xiàn)未來科學(xué)城區(qū)域范圍內(nèi)城市用地規(guī)劃、建筑高度控制、建筑輪廓、在建項目等時空信息一張圖典型應(yīng)用示范。

3.核心建設(shè)內(nèi)容

3.1 總體框架

北京未來科學(xué)城CIM 平臺由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、軟件層、接入層構(gòu)成。

基礎(chǔ)設(shè)施層包含未來科學(xué)城華為云計算中心的基礎(chǔ)信息化資源環(huán)境、互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，部署各類基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)層主要包括構(gòu)成時空大數(shù)據(jù)的四大主庫及支撐運(yùn)維所需的運(yùn)行庫，為上層系統(tǒng)運(yùn)行提供各類數(shù)據(jù)支撐。服務(wù)層采用服務(wù)總線技術(shù)，其能夠協(xié)調(diào)上層系統(tǒng)在交互后產(chǎn)生的功能需求，完成對數(shù)據(jù)的獲取、處理、統(tǒng)計、分析以及導(dǎo)出等功能。軟件層提供CIM 平臺的所有基礎(chǔ)功能，包括時空信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等，支撐上層各類專題應(yīng)用的數(shù)據(jù)分發(fā)與共享使用。接入層即應(yīng)用層，主要包括城市運(yùn)行一張圖和規(guī)劃建設(shè)一張圖兩大業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。平臺的建設(shè)基于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、應(yīng)用程序標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、硬件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等一系列的體系以指導(dǎo)平臺的規(guī)范化建設(shè)。

3.2 建設(shè)內(nèi)容

北京未來科學(xué)城CIM 平臺建設(shè)包括功能建設(shè)、數(shù)據(jù)建設(shè)、安全運(yùn)維建設(shè)。其中，功能建設(shè)包含三維模型和BIM 匯聚的能力（含模擬仿真建筑單體到社區(qū)和城市的能力），具備工程建設(shè)項目各階段模型匯聚的能力。

（1）功能建設(shè)

時空信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。主要包括時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和時空數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。時空信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對多源、異構(gòu)、多尺度多時態(tài)時空數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲管理的系統(tǒng)，解決多級海量時空數(shù)據(jù)的一體化存儲管理和快速訪問。數(shù)據(jù)庫管理體系總體上采用分布式存儲技術(shù)，根據(jù)矢量、柵格、瓦片等不同類型數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，采用不同的存儲管理技術(shù)，形成一體化的異構(gòu)空間數(shù)據(jù)混合存儲系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布與管理。CIM 平臺時空信息公共系統(tǒng)，包涵了二維及三維 GIS 地圖引擎服務(wù)，將時空大數(shù)據(jù)中的矢量、影像、三維、地名地址及建（構(gòu)）筑物等靜態(tài)數(shù)據(jù)，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的形式（如WMS/WMTS/WFS/WCS 等）發(fā)布、管理，從而提供了從二維到三維的各種 GIS 功能。另處，通過對 BIM數(shù)據(jù)的無縫整合，使平臺具備了 GIS+BIM 的能力。瀏覽地圖可以從二維到三維，從建筑物外到建筑物內(nèi)的全方位的暢游。

一張圖應(yīng)用系統(tǒng)。基于CIM 平臺，根據(jù)管理需求搭建一張圖應(yīng)用系統(tǒng)，按照區(qū)域開發(fā)建設(shè)階段劃分為城市規(guī)劃建設(shè)時空信息一張圖和城市運(yùn)行時空信息一張圖。同時，支持其他專業(yè)系統(tǒng)基于CIM 平臺進(jìn)行一張圖展示和管理應(yīng)用開發(fā)。

（2）數(shù)據(jù)建設(shè)

①數(shù)據(jù)庫建設(shè)

基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)庫按照使用的對象劃分為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫主要存儲各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，包括交換數(shù)據(jù)；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫主要用于存放具有通用屬性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠方便地被其他系統(tǒng)調(diào)用。

②數(shù)據(jù)共享建設(shè)

數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)建設(shè)，主要包括數(shù)據(jù)資源交互和二次開發(fā)接口兩部分內(nèi)容。對采集的數(shù)據(jù)源進(jìn)行配置，定義采集指標(biāo)規(guī)格，配置采集流程，最后配置數(shù)據(jù)采集的周期，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過程的自動化。

（3）安全運(yùn)維建設(shè)

未來科學(xué)城CIM 平臺部署于未來科學(xué)城華為云計算中心，軟硬件與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境均具有安全保障。運(yùn)維方面包含運(yùn)行管理規(guī)定、平臺維護(hù)操作規(guī)程等平臺運(yùn)行維護(hù)和更新機(jī)制、數(shù)據(jù)協(xié)同共享和更新維護(hù)機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)與平臺建設(shè)“同步規(guī)劃、同步建設(shè)、同步使用”，綜合評估各類安全風(fēng)險、設(shè)計安全方案，開展網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)定級和備案，符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)定級指南》（GB/T 22240）的安全等級保護(hù)要求。

4.項目建設(shè)進(jìn)展

北京未來科學(xué)城CIM 平臺項目于2018年初啟動建設(shè)，2020年9月通過驗收。目前項目已經(jīng)部署在未來科學(xué)城云計算中心，進(jìn)入運(yùn)行階段，并結(jié)合城區(qū)發(fā)展需要，持續(xù)完善時空數(shù)據(jù)資源，支撐未來科學(xué)城智慧城市建設(shè)。

未來科學(xué)城利用CIM 平臺積極拓展智慧應(yīng)用，目前在建項目包含綠色生態(tài)評價管理系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)招商地圖系統(tǒng)等，有力地推動了園區(qū)智慧化發(fā)展。

5.項目建設(shè)成果與成效

隨著未來科學(xué)城建設(shè)科技領(lǐng)域先行先試，CIM 平臺+智慧能源、BIM 的全覆蓋應(yīng)用，推動了智能城市示范區(qū)建設(shè)，從而持續(xù)支撐未來科學(xué)城的城市運(yùn)行（如產(chǎn)業(yè)發(fā)展、交通、能源、生態(tài)、通信、基礎(chǔ)設(shè)施等方面）、規(guī)劃建設(shè)（如土地規(guī)劃、開發(fā)、規(guī)劃實(shí)施與監(jiān)測評估等方面）、運(yùn)營決策分析等智能化應(yīng)用建設(shè)需求，全面促進(jìn)未來科學(xué)城城市管理水平的提升。

在項目實(shí)施過程中，編制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范四則、規(guī)范數(shù)據(jù)成果多個專題、論文兩則、軟著兩則。其中標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范分別為《未來科學(xué)城建筑信息模型（BIM）建模標(biāo)準(zhǔn)》（團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)）、《未來科學(xué)城時空信息數(shù)據(jù)分類編碼標(biāo)準(zhǔn)》《未來科學(xué)城時空信息共享與交換技術(shù)規(guī)范》和《未來科學(xué)城時空信息一張圖智能支撐平臺開發(fā)接口規(guī)范》；核心期刊發(fā)表兩篇論文；多項軟著。未來科學(xué)城CIM 平臺技術(shù)以標(biāo)準(zhǔn)、專利、專業(yè)文獻(xiàn)等形式，為北京市推動CIM 平臺試點(diǎn)工作奠定了基礎(chǔ)，同時帶動了市場推廣，帶動了一批CIM 平臺及智慧應(yīng)用項目的建設(shè)。

6.項目建設(shè)亮點(diǎn)

（1）本項目作為北京市科委正式專項支撐計劃的驗收成果，是首個通過省級科技項目立項驗收的CIM平臺項目，具有專業(yè)認(rèn)可。

（2）本項目是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CIM 平臺項目，在項目建設(shè)過程中，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新突破，研究解決四項關(guān)鍵技術(shù)難題，突破了CIM 平臺建設(shè)的瓶頸。

（3）本項目是全國率先在園區(qū)范圍內(nèi)實(shí)施的CIM平臺應(yīng)用示范，CIM 平臺成功建設(shè)及投入使用，對于CIM 平臺+園區(qū)綠色智慧建設(shè)具有推動作用，通過與未來科學(xué)城綠色生態(tài)評價管理系統(tǒng)對接，可實(shí)現(xiàn)評估監(jiān)測綠色生態(tài)規(guī)劃和指標(biāo)實(shí)施情況，對提升綠色生態(tài)建設(shè)管理水平起到積極的推動作用；基于CIM 平臺，未來科學(xué)城建設(shè)了“產(chǎn)業(yè)招商地圖”系統(tǒng)，為管理者提供了招商資源信息管理的工具，對于園區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有一定的帶動作用。

（4）本項目在BIM 應(yīng)用方面，考慮到了單體建筑和大體量園區(qū)級場景應(yīng)用，編制了園區(qū)級BIM 交付標(biāo)準(zhǔn)，對大區(qū)域BIM 工程交付進(jìn)行了探討。

（5）在智慧城市的技術(shù)架構(gòu)里，未來科學(xué)城CIM平臺已經(jīng)發(fā)揮基礎(chǔ)平臺的作用，成為未來科學(xué)城智慧園區(qū)建設(shè)的基礎(chǔ)平臺之一。

（6）從城區(qū)角度，基于未來科學(xué)城城市用地、地理環(huán)境、空間規(guī)劃、綠色生態(tài)規(guī)劃、資源環(huán)境等數(shù)據(jù)，項目研究建立基于規(guī)劃和時空數(shù)據(jù)的能耗與碳排放模型，用于對未來科學(xué)城綠色發(fā)展與城市管理決策提供科學(xué)參考和重要支撐。

城市規(guī)劃建設(shè)時空信息一張圖（規(guī)劃應(yīng)用）

城市規(guī)劃建設(shè)時空信息一張圖（建設(shè)應(yīng)用）

7.經(jīng)驗總結(jié)

未來科學(xué)城CIM 平臺，做為全國首個CIM+園區(qū)應(yīng)用案例，在北京科委重大項目和昌平區(qū)政府支持下，突破技術(shù)關(guān)鍵形成自主知識產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)驗收交付使用。未來科學(xué)城CIM 平臺是支撐北京未來科學(xué)城進(jìn)行城市規(guī)劃建設(shè)管理和社會公共服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺，是推進(jìn)北京未來科學(xué)城綜合城市管理服務(wù)提質(zhì)增效，支撐“新城建”智能化市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和提升改造、協(xié)同發(fā)展智慧城市與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、創(chuàng)新城市綜合管理服務(wù)平臺和智慧社區(qū)等應(yīng)用場景的新型基礎(chǔ)設(shè)施。

CIM 平臺在城區(qū)的綜合管理應(yīng)用中具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)底座的支撐作用。CIM 平臺從城市規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)行、與決策分析方面入手，深化未來科學(xué)城智能示范應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，推動信息化技術(shù)與日常業(yè)務(wù)融合，為未來科學(xué)城應(yīng)用場景拓展提供一張圖服務(wù)，對提升城區(qū)政府公共服務(wù)能力，提高園區(qū)科學(xué)決策水平具有現(xiàn)實(shí)意義。

城市運(yùn)行時空信息一張圖（1）

城市運(yùn)行時空信息一張圖（2）