“雙碳”目標下CIM技術和LIM技術的發展趨勢探究

姜杰議

（四川大學錦江學院，四川 眉山 620860）

2020年起，在黨和國家的大力倡導下，中國正式進入“碳中和”倒計時。“碳中和”目標是要實現中國范圍內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”的監測計算，是“雙碳”技術路徑上的重要環節。因此，本研究以“雙碳”技術路徑中的“碳排放量”與“固碳量”監測計算需求為出發點，探討城市信息模型技術和風景園林信息模型技術的更新發展方向。

1 城市信息模型技術發展現狀

城市信息模型（City Information Modeling簡稱“CIM”），現學界普遍的界定是BIM（建筑信息模型）+GIS（地理信息系統）+IoT（物聯網）的技術集成產物。理想狀態下，運用CIM技術體系可以構建動態信息協同定量信息與實體城市同步的數字孿生城市。具體而言，數字孿生城市以實體城市為基礎，通過物聯網、云計算、大數據、人工智能等高端技術匹配城市的動態信息建構相應的數字孿生城市。數字孿生城市可以在災害預警、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，共同建構實體城市與數字孿生城市互動交織的新興未來。

當前對城市信息模型的應用也得到了國家相關政策的明確指示，2018年4月，黨中央、國務院在對《河北雄安新區規劃綱要》的批復精神和要求中就明確提出：“堅持數字城市與現實城市同步規劃、同步建設，適度超前布局智能基礎設施，打造全球領先的數字城市”。2020年9月21日，住建部印發《城市信息模型（CIM）基礎平臺技術導則》通知。明確了CIM平臺架構、BIM數據格式等內容。這意味國家層面已逐步開始對CIM技術的應用進行規范化引導。

2 風景園林信息模型技術的發展現狀

風景園林信息模型（Landscape Information Modeling，國內部分學者稱之“風景園林BIM”，后文統稱“LIM”）這一概念是由哈佛大學Drvin教授在2009年國際數字景觀大會中首次提出，是指創建并利用動靜態信息結合的模型對風景園林工程的設計、建造和運營進行全生命周期的管理和優化的技術。

在理論方面，經過十余年的研究應用，在豐富的產學研平臺項目的支撐下，英國、新加坡等國家的LIM技術應用形成了較為標準化、相對完善的實踐應用體系。相對而言，國內LIM技術的研究起步也確實較晚，推廣應用也較為緩慢，LIM現有技術架構大多移植主流的BIM技術架構。從國內外現有的應用經驗中分析，現階段國內LIM技術的應用體系還不夠成熟，應用環境較差，需要持續地研究和完善。理想狀態下的LIM集成體系，是可以實現負責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計、施工和前期管理工作。并且將IoT技術加持的感知設備接入LIM集成體系，讓LIM形成動態信息加持的信息模型，服務于項目后期的運行和維護工作。

3 “雙碳”目標下CIM需整合LIM模塊

“雙碳”目標需要通過“節能減排”和“固碳”兩條技術路徑實現，其核心原理是“碳排放量”與“固碳量”的相互抵消，所以關于“量”的監測計算，是實現“雙碳”的重要技術環節。現有的BIM技術理論上可以結合IoT技術較好地實現建筑、交通系統設計、施工、運營全生命周期低碳運行和科學規則設定下的節能減排。可以預見，未來在BIM技術的基礎上新建建筑能耗與碳排放限額設計監管體系、超低能耗建筑規模化發展、建立城市建筑碳排放智慧監管平臺是可以實現的。

然而，在人類現有認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。目前現有的CIM技術模塊中并沒有中觀尺度上可承載植物動態信息的模塊，所以在“雙碳”目標下CIM技術集成體系還需要加入可承載植物動態信息的風景園林信息模型（LIM）技術模塊，以實現城市中二氧化碳的固碳量可監測的目的。所以在“雙碳”目標下未來城市建設需要將LIM技術模塊融入到CIM技術集成體系之中，將原有的BIM+GIS+IoT三位一體的集成體系更新為BIM+LIM+GIS+IoT四位一體的技術集成體系（如圖1所示）。

圖1 四位一體的CIM技術集成體系

4 “雙碳”目標指引下的LIM技術更新方向

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

首先，現階段主流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、生態工程的實踐中，學習成本極高，中轉速率較慢，集成度低，匹配景觀全產業鏈難度大，所以很難全流程應用。

其次，與“雙碳”聯系最為緊密的植物軟景工程在當下城市建設中越發重要，Revit在植物族庫的編輯、調用方面不夠靈活，缺乏完善的景觀植物屬性數據名目，更無法編輯固碳量等“雙碳”相關屬性數據。

最后，城市建設中園林工程動態信息較多。施工、運營養護等工作對信息模型的動態化要求更高，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，變量因子出現得越多，對信息模型的動態反饋要求越高，目前是缺乏行業標準支撐LIM形成系統化的動態反饋體系。

針對LIM技術尚不成熟的方面，我們從政策引導、行業標準、技術升級和產業鏈人才四個方面闡述LIM技術適應“碳中和”的發展更新方向。

4.1 政策引導城市綠地開啟數字化建設

2018年，廣州市已印發《廣州市“多規合一”管理辦法》，開展運用BIM系統報建與“多規合一”管理平臺銜接試點，深化“多規合一”一張圖成果應用。該試點舉措為政策引導城市綠地數字化建設開啟了先河。

誠然LIM技術目前尚不成熟，無法高精度介入景觀植物工程版塊，但在“碳中和”目標下，LIM是未來最好的固碳量監測計算平臺，應該給予相應的政策支持推動其不斷完善發展。與此同時，從未來數字孿生城市和CIM技術的原理來看，現階段未交付信息模型的綠地建設項目，未來必將重構模型，融入城市信息模型。為了避免重復工作，現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的LIM交付，即使現階段交付的這套LIM缺乏完整的動態信息接入，也可以為未來技術完善后的IoT接入留存一套完整的模型框架。

4.2 加快行業標準制定，促進LIM信息標準化

從行業標準上看，BIM技術現在已相對成熟，國內現已相繼出臺了多項法規與標準規范，普及度較高，在建筑設計、施工、交付、運營過程中可實現全生命周期管理。近年來，住建部出臺了多部國家標準，包括《建筑信息模型分類和編碼標準》（GB/T 51269—2017）、《建筑信息模型設計交付標準》（GB/T 51301—2018）、《建筑信息模型使用應用統一標準》（GB /T 51212—2016）及行業標準《建筑工程設計信息模型制圖標準》（JGJ/T448—2019）。總體而言，在這些標準中國家僅對BIM應用作了規定，沒有對LIM技術的應用提出剛性要求，也沒有制定LIM相關的規范標準。

但住建部關于城鄉建設領域新技術的相關政策明確了政府將統一格式的項目成果模型納入數據庫，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、更通用的數據信息格式對各階段成果進行交付。所以隨著“雙碳”時間節點的臨近，需要加緊研發LIM底層數據標準，這一工作不能完全依靠IT工程師和軟件開發人員，還需要聯合風景園林師，發揮各自專業特長共同完成。

4.3 多學科協作助推LIM技術升級

依據2020年我國住建部頒布的《城市信息模型（CIM）基礎平臺技術導則》的要求，CIM基礎平臺架構包括：設施層、數據層、服務層三個層次。設施層包括信息基礎設施和物聯感知設備；數據層包括時空基礎、資源調查、規劃管控、工程建設項目、物聯感知和公共專題等類別的CIM數據資源體系；服務層包括提供基本功能、模型匯聚管理、物聯監測和模擬仿真等功能與服務。

基于CIM平臺架構，設施層還需要研發匹配更多的物聯網設備以滿足LIM技術多樣化的動態數據需求。就“雙碳”目標而言，需要能實時、精確采集植物體態變化與生理現狀的感知設備，為了保證實時效率，這類設備還需要便捷化，基礎數量多樣化，比如國外相關研究中開始測試的“車聯網”城市環境信息采集集成體系；數據層中我們還缺少科學“算法”，這套科學算法需要能夠將光照和植物的物理信息轉化為固碳量數據的信息資源體系，這將面臨整合生物學、植物學等學科的挑戰；服務層作為終端，目前最缺乏的是風景園林專業性較強的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和養護階段對景觀植物動態信息的需求。更加難以滿足“雙碳”目標對植物信息模型“固碳量”計算的需求。

因此，從技術層面上講，為實現“雙碳”目標，LIM作為可承載二氧化碳固碳量監測計算的信息載體，還需從設備層硬件研發、數據算法、軟件開發等方面進行專業性、針對性的更新升級。與此同時，從現有學科分類上看，要完成這個技術升級還需要軟件工程、計算機科學與技術、儀器科學與技術、風景園林學、生物學、生態學等多學科的協作共研，合力助推LIM技術升級。

4.4 優化相關學科人才培養，夯實LIM研發應用基礎

技術普及需要以技術人才培養為基礎，尤其是對于LIM這類門檻較高的技術。LIM技術的研發、應用和維護是一個龐雜的工作體系，對相關人才的專業要求高。一方面，在這個體系中不同的環節對工作人員的專業要求各不相同，另一方面，又需要不同環節的工作人員對信息模型有一個整體認識和了解，這就導致了目前市場缺乏熟練運用LIM的技術人才。此類人才短缺的原因和當前高校的人才培養體系固化有關。當前，僅有清華大學、東南大學、北京林業大學等“頭部學校”開始涉足到LIM技術的研究，并在研究生培養階段有過LIM技術研究的引導。其余學校在LIM應用人才培養方面，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。近兩年，受全球“疫情”和中國整體經濟轉型的市場環境變化影響，一般院校的風景園林和環境設計專業就業情況持續惡化，相關專業可以把握住“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”方向調整專業培養計劃，這或許是突破自身發展困境的新方向。同時，也可以推動LIM技術在服務層的應用普及，加快培養應用環節上的人才儲備。具體做法就是在計算機輔助設計類課程上普及Revit或Vectorworks等信息模型技術軟件，在專業課程體系建設中增加涵蓋Python基礎編程語言和物聯網應用技術的“LIM應用”課程系統，有條件的學校甚至可以開設“景觀數字建造”“風景園林數字建造”專業方向。

綜上所述，在當下“雙碳”目標指引下，CIM技術體系需從整體構成上聯合LIM技術。從技術內部而言，服務層上研發適用于“雙碳”所需信息接口的軟件或插件，設備層上匹配高效便攜的IoT感知設備，數據層上開發專用算法，用以監測計算固碳量。從市場外部環境而言，需要做好政策引導和應用人才的培養儲備。“雙碳”目標的核心是二氧化碳排放量與固碳量的計算關系，CIM和LIM作為未來城市信息和風景園林信息的關鍵技術，在研發完善的過程中就應主動適配“雙碳”所需，從而實現以問題為導向，以標準為尺度，最終以技術解決問題，以信息模型技術助推“雙碳”進程，為未來城市建設保駕護航。