基于物聯感知的公園城市CIM平臺建設現狀探究
——以成都市CIM建設為例

邵澤華，權亞強，梁永增

（成都秦川物聯網科技股份有限公司，四川 成都 610100）

0 引言

近年來，隨著《城市信息模型（CIM）基礎平臺技術導則》《城市信息模型應用統一標準（征求意見稿）》等一系列國家標準規范的發布，我國智慧城市和智慧建筑的建設已跨入到CIM 平臺建設時期，并且CIM 平臺建設也有了較清晰的標準體系。已有標準[1]中提到，城市信息模型（City Information Modeling,CIM）是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系統（GIS）、物聯網（IoT）等技術為基礎，整合城市多維多尺度空間數據和物聯感知數據，構建三維數字空間的城市信息有機綜合體。

2018年2月11日，習近平總書記在成都市天府新區調研時首次提出“公園城市”理念和城市發展新模式，至此成都市在全國首先開始了打造“公園城市”的進程[2]。2021年7月，成都市政務和網絡理政辦公室牽頭制定了《成都市城市信息模型平臺建設試點實施方案》，夯實了成都市CIM 平臺建設的基礎。8月24日，成都市發布《關于大力推進綠色建筑高質量發展助力建設高品質生活宜居地的實施意見》（下稱《意見》），共提出了4 個方面的主要任務：一是實施高標準引領示范，推進綠色建筑提標擴面成勢；二是推行綠色建造技術，構建全壽命周期建設管理體系；三是發展綠色建筑產業集群，推動建筑業轉型升級；四是營造綠色城市場景，發展綠色生產生活方式。

公園城市是以人為中心、以生態文明為引領、公園形態與城市空間有機融合的復合系統[3]，突出強調生態優先、綠色發展，突出“人、城、境、業”高度和諧、統一的現代化城市形態，以場景營造為手段，打造尺度宜人、親近自然的生活環境，形成開放共享的公共空間。成都市大力發展公園城市建設已4年多，CIM 平臺建設也被寫入《成都市智慧城市建設行動方案2020-2022》[4]，如何將綠色公園城市建設與CIM 平臺建設進一步結合，在公園城市數字信息化建設上有新突破，是未來數年成都市公園城市建設中一個嶄新的命題。

1 城市信息模型定義及其架構

1.1 CIM 的定義

在推進智慧城市建設的進程中，需要有一個基礎的數據底座，能夠統籌管理和表達城市信息模型，支撐城市規劃、建設、運維工作的基礎性協同平臺，這就是城市信息模型（CIM）。它是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系統（GIS）、物聯網（IoT）等技術為基礎，對城市對象進行數字化，構建城市信息有機綜合表達，并以數字三維模型為載體同步關聯社會實體。CIM 實現了從單體建筑或項目的尺度延展到真實城市尺度的應用維度。

CIM 基礎平臺建設涉及數據領域繁多、數據鏈條關聯性強，承擔業務領域交叉融合性高的綜合性、系統性工作。在CIM 的支持下，能更好地實現城市數據集成，形成實時互聯、動態循環、微觀宏觀一體、可擴展、可更新、可追溯的數據，真正實現城市智慧運營一體化。

CIM 使政府的城市管理能力得以升級，支撐著工程項目審批制度改革，積累了城市空間大數據，提高了城市精細化治理能力，是結合物聯網、云計算、大數據等技術的綜合體，擁有城市細胞數據庫，可計算、定義城市和建筑的空間數據，所有城市應用數據庫可以與CIM 相關聯，使城市具有可視化、可感知、開放性等特點。

目前我國CIM 自主知識產權的平臺基礎研發成熟度不高，對國外相關技術依賴性較高[4]，且存在技術標準不完善、數據格式難以兼容等瓶頸，更存在數據安全問題隱患。目前國內很多院校科研團隊和相關企業正積極地為探索城市運行管理數字化進程不斷努力。

1.2 CIM 的參考架構

數據是CIM 平臺各項管理和服務功能實現的基礎，CIM平臺的數據來源于物聯感知，獲取基于物聯感知技術的CIM基礎平臺參考架構如圖1所示。

圖1 CIM 基礎平臺參考架構

CIM 基礎平臺總體架構包括5 個層次和2 大體系。

5 個層次分別為：感知控制平臺，包括信息基礎設施和物聯感知設備，負責物聯感知和數據傳送；傳感網絡平臺，是負責網絡傳輸的平臺；管理平臺，應建設至少包括數據管理、數據治理、數據存儲等類別的CIM 數據資源體系，提供技術支撐服務；服務平臺，提供安全管理、運維管理等業務支撐服務和城市治理、民生服務等應用服務；用戶平臺，用戶對象主要包含政府和各企事業單位等。

2 大體系分別為：標準規范體系，應建立統一的標準規范，指導CIM 基礎平臺的建設和管理，應與國家和行業數據標準與技術規范銜接；安全保障體系，應按照國家網絡安全等級保護相關政策和標準要求建立運行、維護、更新與信息安全保障體系，以保障CIM 基礎平臺穩定運行。

1.3 CIM 的使用維度

CIM 維度分為成果、進程、資源、屬性和應用5 大類，其中成果包括按功能分建筑物、按形態分建筑物、按功能分建筑空間、按形態分建筑空間、BIM 元素、工作成果、模型內容等7 種類別；進程包括工程建設項目階段、行為、專業領域、采集方式等4 種類別；資源包括建筑產品、組織角色、工具、信息等4 種類別；屬性包括材質、屬性、用地類型等3 種類別；應用僅包括行業。

2 成都市公園城市建設進程及現狀

2.1 全市綠化總體進程

坐落在“天府之國”的成都，已連續13年榮獲“中國最具幸福感城市”稱號，是名副其實的宜居之城。現在的成都，正在探索一種城市發展的全新模式—建設新發展理念的公園城市示范區。2018年初到2019年底，成都市綠地面積增加了33.77 平方千米；到2021年，森林覆蓋率已達到40.3%，市轄區人均公園綠地面積達到了15.7 平方米[5]。

成都市正憑借其獨特的自然資源、生態本底承擔著公園城市建設的先驅者角色，探索山水人城和諧相融新實踐和特大城市轉型發展新路徑，深入構建具有成都特色的“公園城市”[6]。

2.2 武侯區公園城市建設進展

近年來，武侯區啟動了華西壩、悅湖等片區的綜合開發，策劃了太平園TOD 創意設計城等項目，打造了玉林東路特色街區，優化了龍江路、黌門里錦江公園子街巷。新建天府綠道31.5 千米，新增綠化面積約50 萬平方米，生態治理成效顯著。江安河武侯段、清水河萬壽橋段獲評全市“美麗河湖”。天府芙蓉園、宜居水岸等生態工程精彩呈現，綠道總里程達110千米，綠化覆蓋率達46.6%。武侯區已成功創建“國家生態文明建設示范區”“天府旅游名縣”“省級全域旅游示范區”。人民南路被打造成了開放活力軸、川藏路打造成了創新活力軸、永康路打造成了生態活力軸，三軸輻射帶動全區高質量發展的空間格局。武侯區著力構建以“綠道藍網”為骨架的全域公園體系，公園綠地服務半徑覆蓋率達98%以上。

2.3 錦江區公園城市建設進展

《錦江區人民政府2021年政府工作報告》顯示，近年來錦江區完成了5 條背街小巷綜合治理、15 條道路黑化整治和30 條人行道專項整治，新增5G 基站1 298 個、新能源充電樁468 個。大運會猛追灣水球訓練館、馬家溝射擊比賽館等重點區域綜合改造提升項目全面啟動。錦江區完成了一環路主軸風貌整治和光彩工程，不斷加強優化“一核兩軸三帶三區”空間功能布局，加快啟動了牛王廟TOD 項目，精心編制了梨花街片區、下蓮池片區等更新的方案，探索研究了青石橋片區、郵電學院片區更新路徑。以三圣花鄉為生態價值轉化主陣地，以新經濟新模式新業態為切入點，著眼都市田園鄉愁定位，以生態價值轉化模式推動區域轉型升級，轉型形態、提升業態、彰顯生態、突出文態，加速建成都市田園公園城市典范。加快編制了鹽市口總部商務活力區、白鷺灣新經濟小鎮等片區開發設計方案。

2.4 新津區公園城市建設進展

新津區作為成都最新成立的市轄區，完成了撤縣設區，實現了千年之變。隨著地鐵10 號線的開通，“TOD+5G”公園城市社區示范項目初步呈現。《新津區人民政府2021年政府工作報告》顯示，“五河一江”水質全面改善，國考、省考斷面水質全部達到Ⅲ類水體，獲評全省“河長制”工作先進集體、全國凈水百佳縣。建成了“津津綠道”210 余公里、公園濕地群落1 萬余畝，白鶴灘成為全市唯一的國家濕地公園。新津正在不斷持續深化“超級綠葉”公園城市總體意象和邏輯內涵，推動數字經濟創新發展與城市戰略方向相契合、數字經濟聚合賦能與主導產業升級相耦合，獲評全國綠色發展百強縣。《工作報告》提出的目標是在2022年綠色發展實現“兩降三提”：單位GDP 能源消耗降低5%，單位GDP 二氧化碳排放持續降低；空氣質量優良天數占比提高到80%以上，城市綠化覆蓋率提高到50%以上。打造“五河持續深化公園城市”營建機制，全面構建“一軸引領、四區支撐、多片聯動”空間格局，加快形成集約緊湊、功能復合、低碳高效的公園城市新空間。

2.5 天府新區公園城市建設進展

國務院印發的《成渝地區雙城經濟圈建設規劃綱要》中明確提出，支持四川天府新區在公園城市建設中先行先試，開展可持續發展創新示范探索建立公園城市規劃導則、指標評價、價值轉化等體系。如今興隆湖已成為天府新區建設公園城市路上的一個縮影。興隆湖是天府新區的重要生態涵養和水利調蓄節點。2013年天府新區充分利用其低洼地形特點，逐步構建以興隆湖為核心的湖城生態圈。經過水生態綜合提升之后，興隆湖實現了Ⅲ類地表水目標，構建了水體自我凈化、水環境自我平衡的清水生境，豐富完善親水運動、文化娛樂等配套功能，已成為“綠水青山就是金山銀山”的先行示范之地。天府新區以公園城市為統攬，加快打造了融合科技魅力與生態價值的公園城市體系，建設了科學特征明顯、環境綠色人文、運行靈活高效的“公園城市、科學家園”[7]。這里不僅是天府新區的生態之心，也將成為成渝地區的創新核心。

3 CIM 基礎建設與成都市公園城市建設相結合的場景應用

《意見》指出應全面推行綠色建造技術，提出了如下要求：

（1）推進數字設計基礎平臺和系統應用，推動各建設類專業一體化集成設計，開展部件的BIM 建設，打造資源庫，推動裝配式部件的數據標準化；

（2）大力推廣智能施工建造設備，構建智能建造體系，提升現場施工水平；編制成都市綠色建造技術導則，打造綠色智慧示范基地，鼓勵龍頭企業發展全產業鏈融合新業態；

（3）以CIM 平臺和物聯網技術為基礎，匯聚時空基礎數據、資源調查數據、規劃管控數據、公共專題數據等城市基礎數據（GIS 類數據），城市部件數據、工程建設項目三維數據模型等物理形態數據（BIM 類數據）和城市感知數據，社會大數據等物聯網動態數據（物聯網數據），要制定成都市BIM 技術應用費用計價參考，政府投資項目BIM 技術應用費用在工程建設其他費用中單獨計列，打造智慧化多維感知體系。

3.1 東安湖城市公園建設和CIM 的結合應用案例

傳統公園城市單一的功能已不能和日趨進步的ICT 技術相映襯。城市公園是公園城市建設中的重要組成部分。近年來，成都市新建了很多城市公園，如興隆湖、東安湖公園等。隨著城市公園的功能逐漸多元化，建造實施中也遇到越來越多的難題，如現場的組織管理程序實施難、公園設計效果呈現難度大、地形營造控制難等。

為解決上述問題，將CIM 技術引入到一些城市公園的建設中，公園城市的智能化、數字化建設已經提上日程。大運會主會場東安湖片區基礎設施智慧建設項目就結合了“BIM+GIS”技術[8]和數字孿生技術[9]。但市面現有軟件生態系統未完全開放，存在較大數據孤島。

東安湖城市公園搭建了圍繞智慧建造管控平臺、3 個子系統（BIM 應用、BIM+GIS 應用、BIM+IoT 應用）等，將碎片式的信息化管理集成在平臺中。平臺根據項目特點開發對應功能板塊，對外提供開放、統一接口環境，可融合GIS廠商、大數據廠商、AI 廠商產品等模塊，實現集成應用。平臺擁有屬于自身的數據生態系統。工程實施之前，利用無人機采集作業區域的地理空間數據，通過軟件生成三維地形模型，將模型中的地理點云數據導出，采用CAD 軟件處理形成場地等高線及坐標點，提供地形設計所需的原始地形數據。工程實施中需通過多次土方作業才能完成設計地形，但采用“無人機+GIS”測量技術輸出地形數據，可減少95%的測量時間[8]，提高土方作業工作效率。在地形設計過程中按照土方不外棄原則，結合公園劃分的功能區域，進行地形豎向控制，對設計地形進行可視化、參數化建模。將地形設計模型與原始地形進行疊合比較，豎向高程精度控制在厘米級。無人機傾斜攝影三維地形模型與湖底下穿隧道BIM 模型相結合，通過人員、運輸車輛三維行進路線模擬，驗證臨時設施的合理性和可實施性，得到最優的臨時設施搭設方案，為項目施工準備階段提供三維可視化基礎。為保證景觀品質實施過程中得到有效的控制，首先將園區內喬木及灌木進行1：1建模，形成苗木模型庫；然后對苗木種植進行虛擬還原，減少施工樣本區的修建，完成多處優化。該項目下穿隧道采用試塊養護智能監控系統接入管控平臺，在混凝土澆筑時進行試塊取樣做好試塊跟蹤標記，將施工信息錄入對應施工段的BIM 模型。在平臺實時查看混凝土試塊數量、養護狀態、養護預警次數、試塊取樣日期及溫度、濕度情況，做到試塊與結構的直觀對應，提高養護效率，保障混凝土養護質量。定位模塊通過配戴胸牌，將項目管理人員在采用“BIM+GIS”技術的孿生場景中進行動態展現，提高了機械設備安全管理及運輸效率。

3.2 新津區CIM 平臺建設

新津區以“五網融合”為具體路徑，正在不斷加快城市各類智慧感知源建設，推動城市狀態“一網感知”[10]；搭建了城市數據中臺、應用中臺，推動城市數據“一網共享”；統籌整合“蓉易辦”“科創通”等各類政務服務應用，推動政務服務“一網通辦”；構建城市感知、數據、場景之間聯動體系，推動智慧城市“一網協同”，完成城市智慧中臺建設以及“一網統管”“一網通辦”平臺的搭建。在新基建方面，運用BIM 技術進行建筑全生命周期管理，通過CIM 技術構建城市信息模型，規劃建設以物聯網、5G 為代表的新型基礎設施，實現產業功能區數字化智慧運維。“TOD+5G 公園城市社區”的建設，使得背靠牧馬山、毗鄰楊柳河的自然風貌與城市景致在這里相互交融。地鐵站點與公交場站、高鐵和城市快軌通過地下、地上連廊無縫銜接，垂直空間疊建商業商務和產業載體，將打造出一個集交通樞紐、科創空間、品質住宅區為一體的公園城市社區。

新津區在“共建共享共創”的原則下，通過加快數據、算法、算力三類數字經濟基礎要素聚集和數據分析實驗室、創新中心等數字經濟創新賦能基礎設施的建設，使得“城鄉大腦”將全面賦能產業發展、城市治理，加快區域經濟、生活質量的提升。

3.3 天府新區CIM 平臺展示

在第四屆數字中國建設峰會上，見山科技自主研發的公園城市數字孿生系統，播放了關于成都未來發展的“預覽圖”，厘米級的精度刻畫了成都的城市建筑、景觀等細節，可視化地推演了城市生長未來趨勢。

4 城市信息模型基礎上的智慧型公園城市建設及新城建的思路與策略

4.1 相關政策

《成都市智慧城市建設行動方案2020-2022》提出如下要求：

（1）完善生態治理體系，以提升聯防聯控聯治能力。完善錦江水生態治理系統，打造智慧水務平臺；推動城市園林綠地現狀調查及基礎信息平臺、智慧綠道管理服務體系建設，提升園林綠道管理現代化水平；推動氣象數據在生態治理領域集成應用。

（2）加快建設智能感知體系。完善城市全時空感知、多維度監測的感知體系建設，全面部署道路橋梁、市政設施、生態環境、氣象監測等智能感知設施，同步推進管理平臺建設，實現了物聯感知數據統一接入、集中管理、遠程調控和數據共享。

（3）推進智慧公園城市區域合作。著眼“一帶一路”西部陸海新通道、長江經濟帶戰略重要節點城市國家戰略布局的有效落地，加強智慧城市建設協同協作，共同提升區域共治共享水平。

（4）大力推進“新城建”，建設城市信息模型（CIM）平臺，深化應用建筑模型（BIM）技術，完善建筑工地智慧監管系統，提升工地實時監管能力；以公共建筑能耗監測信息化系統為基礎，構建住建領域低碳排放綜合監管平臺，提升建筑能源利用效率。

4.2 成都市數字公園城市新城建現狀和新思路

CIM 平臺為公園城市打造出一個“數字孿生兄弟”，一景一物都可通過物聯感知獲得的數據進行可視化呈現，給城市的精細化治理和智慧城市建設提供了全方位的支撐。成都市CIM 平臺建設包括CIM 基礎平臺和“CIM+”應用兩部分[11]。CIM 基礎平臺為城市規劃、建設、管理、運行決策提供海量的數據支撐，“CIM+”應用則以平臺數據為底座，面向城市體檢、民生服務、城市管理等領域開展深化應用，更加精準地提供智能精準服務，整體提升公園城市建設水平和運行效率。

如今，成都市“建筑工程結構BIM 設計數字化云平臺（EasyBIM-S）在天府新區獨角獸島啟動區項目的應用”等典型案例都是成都在“新城建”領域的探索應用。這一平臺立足自主研發，可以擺脫對外國技術的依賴，平臺獨立提供“建模-計算-出圖-審查”全流程正向設計服務，實現了設計數據完整向下游傳遞。通過設計源頭驅動，實現智能建造全產業的數據融合，探索智能建造安全、可控地落地應用。成都市“新城建”包含“1 個基礎平臺+5 個應用場景”，成都市按照“結合實際、分步實施、必選+自選”的原則，確定了先期推進2 項必選任務和3 項自選任務以及1 項自選任務擬在“十四五”中期推進。具體如下：

（1）2 項必選任務：CIM 平臺建設、城市運行管理服務平臺建設；

（2）3 項自選任務：智能建造與建筑工業化協同發展、智慧城市基礎設施與智能網聯汽車協同發展、智慧物業管理服務平臺建設；

（3）擬在“十四五”中期推進的自選任務則是“智能化市政基礎設施建設和改造”。

CIM 平臺已完成實施方案編制、技術方案深化和標準建設調研，初步完成了整體架構及系統功能模塊設計，建成了覆蓋全市的白模、覆蓋主要城區的實景三維模型；在成華區、高新區、天府新區、東部新區啟動試點，項目進展迅速。

5 結語

當前公園城市發展仍面臨不少困難和挑戰：（1）疫情變化和外部環境存在諸多不確定性，相關產業受沖擊較大、全面恢復尚需時日，推動高質量公園城市發展任務艱巨；（2）城區“空心化”問題亟待破解，新經濟新動能培育不足，經濟總量、質量、建設成本控制和在全市大局中的分量還需進一步提升；（3）統籌發展和安全面臨許多新挑戰，城市安全韌性智慧生態水平還有待提高，相關人員的改革創新和克服難題的能力還有待加強。

成都市公園城市建設雖已有4年之久，但CIM 平臺建設尚處于起步階段，還存在較多問題，值得在未來繼續研究探索：（1）如何解決成都市數字公園建設里的物聯網感知數據孤島問題；（2）CIM 軟件生態開放、生態數據共享安全問題；（3）積極建設具有“成都特色”的數字公園城市示范區，以本地的建設經驗，推動全國各地生態文明建設的新進步，如何起到引領和借鑒作用；（4）數字型公園城市的未來發展的新方向如何；（5）新型數字公園城市建設需要的不僅僅是技術，還有公園城市建設和治理思維的轉變。樹立城市治理思維，需要關心和支持新型智慧城市建設的社會各界共同努力，通過更多的項目實踐，為中國的數字公園城市建設探索出一條切實可行的道路。