城市信息模型（CIM）研究與展望

楊博

2015年以后，隨著IOT、AI、5G、VR等技術的日益成熟，越來越多建設主體的參與，智慧城市在密集的中央和地方政策指引之下迎來了新的發展，智慧交通、智慧建筑、智慧政務等細化分支極大改變城市發展運行。同時，隨著5G和物聯網技術的普及，實時、海量、并發的時空大數據場景越來越豐富，在這方面，現有的GIS和BIM廠商的既有產品架構都存在天然的缺陷，需要進行底層的重構而非簡單的功能完善。在此背景下，城市信息模型應運而生，采用“時空數據庫+時空數據引擎+時空網格體系”等技術體系構建完善的CIM系統成為智慧城市發展的重要方向。本文從CIM平臺的概念和發展歷程入手，圍繞其核心技術、平臺架構、應用現狀展開分析，最后對其產業生態的發展進行展望。

一、CIM的概念與發展

1. CIM的核心概念

城市信息模型（City Information Modeling，CIM）這一概念目前尚無確切解釋，但學者較認可的概念是：它是一種城市信息有機綜合體，以城市信息數據為基數，以三維數字空間為體現，以建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）、地理信息系統（Geographic Information System，GIS）和物聯網（Internet of Thing，IoT）等技術為基礎，融通整理城市室內室外、地上地下和過去到未來等空間時間信息模型數據和城市感知數據。由此可見，CIM是一種包容性的生態理念，它是GIS和BIM的相互融合。

2. CIM的發展

CIM是近幾年迅速發展起來的全新生態。從2018年至2020年，CIM在中國先后經歷了CIM概念階段、建設階段和發展階段，尤其在2020年我國新基建戰略提出以后，極大地推動了CIM行業的發展，自此CIM行業進入快速發展期。

BIM和GIS的融合應用，催生出CIM這一行業生態。首先，BIM的源頭可追溯到建筑史的發展。在物質貧乏的農耕時代，中西方推崇的是既有設計又有施工的工匠，而技術發展必然會引發社會分工的細化，這為后來的設計與施工分離埋下伏筆；在文藝復興時期，圖紙作為一種載體，充分體現出各個藝術流派教堂建筑大師的風格，此時建筑史開始出現專業化分工；后來到了工業革命時期，給排水、鋼結構、測繪圖紙逐漸興起；現如今，國外在專業劃分上，把設計、建筑工程（結構、暖通、水電等）和施工區分開來，構成業界認可的建筑業。隨著IT技術的發展，建筑界各類應用軟件出現，建筑設計真正實現專業獨立，使得BIM從概念階段逐步走向應用階段。

GIS之所以會出現，主要是因為人口普查、自動制圖和土地調查的需求。加拿大測量學家R.F.Tomlinson在1960年首先提出數字地圖的理念，緊接著又提出GIS概念。但是GIS真正在全球飛速發展，源自于1982年IT商業化軟件ESRI的Arc/info的出現。而在1991年各類商業軟件進入我國，GIS軟件與衛星遙感技術的集成，將空間信息分析帶入到新的應用發展階段。自此，我國實現GIS產業化。

綜合以上兩者的發展，都得益于IT技術革命，在IT技術推動行業發展的過程中，它們通過數據并基于軟件的電子化手段，創造出新的行業細分領域。在國內，BIM和GIS早已不是新概念，而CIM概念卻是近年來的新興理念，是把BIM和GIS兩者緊密融合催生的一個新的行業生態。

二、CIM政策研究

2021年3月，國家發布《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》，其中全面重點部署了數字化轉型戰略，將數字化轉型作為驅動我國生產生活的重要方式，規劃出我國數字化發展藍圖。

2018年至今，在住建部主導下，廣州、南京等地區先后開展了CIM基礎平臺建設的試點工作。同時，各地區的CIM基礎平臺建設也紛紛跟進，國內約有30多個大小城市，100多個項目提出CIM基礎平臺建設的意愿，主要包括工業園區、城市開發、和城市新區等各個體量的CIM基礎平臺建設。

2022年1月，住建部發布《城市信息模型基礎平臺技術標準》，該標準主要應用于CIM基礎平臺的建管運維各個階段?！稑藴省钒讶S數據對象分為CIM1—CIM7共七個等級，劃分依據分別為類別、層級、精確度。另外，不同的平臺建設會對CIM數據提出不同的要求，這就需要利用不同的方式處理數據，此時不僅要進行數據的分類、精度確認、單體化和拓撲，還要針對三維數據需要進行在加工，如多源異構的數據轉換、輕量化和數據組織存儲等流程，從而實現加載顯示的流暢度和速度要求。

三、CIM的核心技術

CIM平臺的組建涉及多技術融合，分別包括GIS、BIM、IoT、大數據和互聯網等，這些技術往往應用于平臺建設的各個階段。GIS是指地理信息系統，主要包括地理信息獲取、存儲、篩選與分析以及管理與展示等；BIM是指建筑信息模型，它將建筑物以數字化的形式展現，充分獲取建筑物的各項信息，從而實現其全生命周期的管理；IoT是指物聯網，它是基于互聯網的應用拓展和延伸，通過技術手段實現物體感知、識別、控制、互聯和處理，從而達到決策的智能化和高效化。

物聯網的主要作用是數據采集，它利用現有的物體感知技術鏈接到城市層面從而提取底層數據，服務于城市信息模型的建立；GIS和BIM主要作用于數據存儲過程，搭建形成可視化平臺，提供信息存儲、提取和交互作用；BIM和GIS之間是一種微觀和宏觀的互補關系，BIM可以看作一個個塊狀物，它儲存著建筑物的個體全域信息，GIS可以看作一整個面，它儲存著城市的社會層面信息，包括地理信息和經濟數據等。

四、CIM的平臺架構

智慧城市是一種現代科技理念，它是在現實城市的基礎上，圍繞政府、居民和企業而搭建起來的全新城市認知。其底層是城市的地理空間模型；然后是基于地理空間的自然資源（湖泊、森林等）；接下來則是城市的基礎設施；最上層即城市的經濟社會系統。其中政府、居民和企業這三者在各個層級間均有活動，且交叉存在，互相影響。主要技術架構分為四個層級：感知設施層、數據傳輸層、數據服務層和用戶應用層。

五、CIM應用現狀

隨著CIM標準推出，智慧城市、智慧園區產業進入爆發期，而智慧城市、智慧園區產業離不開CIM平臺建設。圍繞CIM概念出現的相關產品完美契合城市在高效管理的功能建設和賦能智慧城市、智慧園區的產品能力，將城市分級空間理念、多來源差異性數據整合和大批量數據處理能力發揮的淋漓盡致。近年來，CIM項目概況如下：

1. 2021年6月，“2019年廣州市城市信息模型（CIM）平臺項目”項目驗收通過

作為全國首批CIM試點城市之一，廣州CIM平臺項目建設內容包括：CIM基礎平臺、CIM基礎數據庫、智慧城市一體化運營中心和改革的輔助系統以及基于CIM的統一業務辦理平臺。廣州市城市信息模型（CIM）平臺項目順利通過驗收，意味著廣州市城市信息模型（CIM）平臺建設進入新階段。作為全國首個通過驗收的城市信息模型（CIM）平臺項目，也代表了全國CIM平臺建設的較先進水平。作為試點城市建設的寶貴經驗，對今后其他城市建設CIM平臺亦有較高的參考借鑒價值。

2. 2021年10月南京市BIM/CIM試點項目通過驗收

南京市BIM/CIM試點項目是全國首個同時完成覆蓋規劃建筑和市政的BIM報建與云端審查一體化政務集成以及特大城市級CIM平臺建設的項目驗收，相關成果已于今年3月1日起，在主城四區、南部新城、江北新區核心區、紫東核心區以及9個新城新區試點啟用。

3. 2021年8月，蘇州市城市信息模型（CIM）基礎平臺招標

蘇州市城市信息模型（CIM）基礎平臺（共2個標段），CIM平臺一期將重點聚焦歷史城區（19.2平方公里），以城市更新為試點進行CIM+古城保護更新的應用建設；以可視化大屏為媒介，搭建CIM+駕駛艙應用，輔助領導直觀高效的決策；以重大項目為抓手，通過CIM+土地供應管理應用模塊有效支撐省市級重點項目高效落地。

4. 2021年12月，黑龍江省CIM基礎平臺項目招標

該招標為國內首個省級CIM基礎平臺招標項目。黑龍江省城市信息模型（CIM）基礎平臺由省級統一開發，建設基于GIS標準地址庫和統一數據編碼體系的省級CIM基礎平臺和13個地級市CIM3級別城市信息模型數據交匯三維基礎底座。地市級可直接使用，對接存量數據、采集入庫增量時空數據和資源調查數據、自主開發特色CIM+應用場景。平臺包括：1個匯聚、存儲、處理多元城市數據資源的數據存儲中心；1個擁有CIM基礎平臺基本功能、涵蓋13個地市建成區、基于GIS標準地址庫并掛接城市空間部件屬性信息的全省城市信息模型CIM3級別的基礎底座；1個多類數據接入、匯聚、輸出的共享信息平臺；共同形成以城市時空數據信息為基礎，支持多行業信息匯聚、融合、提取、展示的數字孿生城市管理應用場景。CIM基礎平臺三維底圖及功能覆蓋全省13個地市建成區面積約1758平方公里。采購內容包括項目初設與過程管理、平臺開發建設、系統集成等全過程，平臺技術要求須滿足2021年5月住建部發布《城市信息模型（CIM）基礎平臺技術導則》（修訂版）的規定。

六、CIM未來展望

CIM平臺的搭建充分推動了城市、園區等應用場景的數字化轉型，將基于數字孿生這一理念的產業鏈連接起來，明確出未來城市和企業在三維數字平臺建設的可行路徑。通過這一模式的應用，使得城市與企業在生產經營、日常管理、維護保障等各方面實現高效、精準和智能化，將互聯網、大數據和數字孿生技術應用在虛擬場景中，承載高標準、安全性、協同發展、互聯互通的理念，充分滿足城市、企業和民眾的實際應用需求。同時，行業發展關聯的體現行業安全和經濟效益的各種強相關技術變革，如人工智能、AR、仿真技術等將會迅速發展應用。簡而言之：

（1）構建高可靠的三維數字平臺，打通城市三維數字底座和城市建筑物數據信息，從而推動未來衍生迭代的各種智慧應用。

（2）推動城市數字化轉型升級，同時穩步向智慧化轉型，從而幫助相關決策者作出及時有效的決策，實時精準把握轄區的應急物資狀態、安全管理狀態和仿真模擬，為城市的各個產業模塊升級助力，帶動人工智能、大數據、仿真和5G技術等強相關技術在產業上的應用。

（3）幫助其他行業實現數字化、智慧化升級，構建數字底座和相關應用設備的三維數據平臺，推動企業新型迭代的時空數字平臺應用化。

（4）CIM這一生態概念處于持續發展過程，它的更新發展與數字孿生、BIM和元宇宙等的革新而變化。