CIM技術(shù)在智慧園區(qū)中的探索、應(yīng)用與推廣研究
——以長(zhǎng)沙電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)園為例

呂曉飛， 付倩愷， 盧映熹

（中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 引言

智慧園區(qū)是智慧城市的重要表現(xiàn)形態(tài)，其對(duì)整個(gè)園區(qū)的道路建設(shè)、供水、供電、供氣、管網(wǎng)、通訊、綠化、水體等各類實(shí)體物理對(duì)象的運(yùn)行態(tài)勢(shì)實(shí)現(xiàn)全面掌握，且掌握?qǐng)@區(qū)內(nèi)人員的生活和生產(chǎn)活動(dòng)，根據(jù)人員需求提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和管理措施，提前預(yù)判問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)并采取合理措施。而基于城市信息模型CIM技術(shù)打造“數(shù)字孿生園區(qū)”，能實(shí)現(xiàn)宏觀與微觀一體化、室內(nèi)與室外一體、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)一體化，最終實(shí)現(xiàn)園區(qū)空間信息全局可視、園區(qū)實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)精細(xì)洞悉、園區(qū)運(yùn)行規(guī)律深度挖掘、園區(qū)發(fā)展趨勢(shì)推演仿真。

2 CIM技術(shù)探索

2.1 CIM的概念

城市信息模型CIM是指以建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等技術(shù)為基礎(chǔ)，整合城市地上地下、室內(nèi)室外、歷史現(xiàn)狀未來(lái)多維多尺度空間數(shù)據(jù)和物聯(lián)感知數(shù)據(jù)，構(gòu)建起三維數(shù)字空間的城市信息有機(jī)綜合體。CIM可用于支撐城市建設(shè)、城市管理、城市運(yùn)行、公共服務(wù)、城市體檢、城市安全、應(yīng)急指揮等領(lǐng)域的應(yīng)用，支持智慧城市其他應(yīng)用的建設(shè)與運(yùn)行[1]。CIM是地理信息、建筑信息、城市規(guī)劃、道路交通、市政管理、城市環(huán)境[2-5]等多行業(yè)、多專業(yè)交叉匯集的領(lǐng)域[6]，其概念的提出是為了解決智慧城市在建設(shè)過(guò)程中，存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息缺失、信息共享不暢、數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象叢生、平臺(tái)重復(fù)建設(shè)等突出的問(wèn)題[7]。CIM除了表示城市信息模型之外，還有CIM平臺(tái)的含義，該平臺(tái)是管理和表達(dá)城市立體空間、建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施等三維數(shù)字模型，支撐城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、運(yùn)行工作的基礎(chǔ)性操作平臺(tái)[8]，可承載豐富的CIM+應(yīng)用。

2.2 CIM助力園區(qū)管理

現(xiàn)有的諸多園區(qū)在建設(shè)過(guò)程中，存在內(nèi)部管理效率低、數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題，且傳統(tǒng)信息化系統(tǒng)可視化程度低，數(shù)據(jù)傳遞主要以表格和數(shù)字為主，無(wú)法直觀反映園區(qū)運(yùn)行狀況。而通過(guò)CIM技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一的“數(shù)字孿生園區(qū)”模型，不僅可以縱向打通數(shù)據(jù)壁壘，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后還可通過(guò)可視化的方式直觀反映園區(qū)動(dòng)態(tài)，從而帶動(dòng)園區(qū)管理服務(wù)的提升。

1）增強(qiáng)園區(qū)綜合管理能力

依托CIM基礎(chǔ)平臺(tái)，打造基于CIM+的智慧園區(qū)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)到運(yùn)營(yíng)的全生命周期的管理，通過(guò)數(shù)字孿生模型，整合業(yè)務(wù)發(fā)生時(shí)間、進(jìn)度、人員等信息，串聯(lián)業(yè)務(wù)處理全人員、全物資、全過(guò)程，更加清晰、直觀地展示業(yè)務(wù)處理進(jìn)展，從而提高園區(qū)綜合管理能力和水平。

2）提高園區(qū)智能運(yùn)營(yíng)水平

通過(guò)CIM技術(shù)的可視化能力，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可加強(qiáng)對(duì)園區(qū)應(yīng)急管理、設(shè)施設(shè)備智能運(yùn)維、環(huán)境監(jiān)測(cè)、管網(wǎng)監(jiān)測(cè)、能耗監(jiān)測(cè)，利用智能化硬件設(shè)備和應(yīng)用軟件，對(duì)信息資源匯聚、整合、可視、分析、共享，增強(qiáng)園區(qū)監(jiān)測(cè)運(yùn)維能力，提升園區(qū)智能運(yùn)營(yíng)水平。

3）提升園區(qū)智慧服務(wù)能力

園區(qū)的服務(wù)應(yīng)用體系，包括公共服務(wù)、政府服務(wù)、電子商務(wù)服務(wù)、金融服務(wù)、園區(qū)產(chǎn)業(yè)孵化服務(wù)、園區(qū)企業(yè)發(fā)展服務(wù)等，結(jié)合CIM技術(shù)，將其服務(wù)空間化展示，形成多元化、多層次、智能化的園區(qū)智慧服務(wù)體系，能提升園區(qū)便民利民服務(wù)能力，園區(qū)企業(yè)和居民能夠方便快捷地享受園區(qū)各類服務(wù)，提升園區(qū)企業(yè)的滿意度和歸屬感。

3 CIM技術(shù)應(yīng)用案例

3.1 背景

長(zhǎng)沙雨花現(xiàn)代電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)園位于黎托南片區(qū)，面積約11.7km2，建設(shè)用地190hm2，定位以電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)。根據(jù)規(guī)劃和建設(shè)要求，需采用現(xiàn)代數(shù)字化信息技術(shù)，打造智慧園區(qū)綜合管理系統(tǒng)，輔助園區(qū)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)全生命周期應(yīng)用，全面提升產(chǎn)業(yè)園數(shù)字化服務(wù)能力，推動(dòng)園區(qū)管理服務(wù)模式創(chuàng)新。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

①物聯(lián)感知層：將不同的傳感設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，通過(guò)通訊協(xié)議，對(duì)物聯(lián)數(shù)據(jù)在平臺(tái)中進(jìn)行存儲(chǔ)。

②計(jì)算存儲(chǔ)層：將多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)資源和計(jì)算資源進(jìn)行整合，為上層提供數(shù)據(jù)服務(wù)和計(jì)算服務(wù)。

③平臺(tái)層：以CIM基礎(chǔ)平臺(tái)、移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)、微服務(wù)網(wǎng)關(guān)等作為技術(shù)支撐，提供功能開(kāi)發(fā)的接口和服務(wù)，為上層應(yīng)用提供基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)套件和工具包。

④應(yīng)用層：基于園區(qū)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)三個(gè)階段的CIM模型，提供智慧規(guī)劃、智慧建設(shè)和智慧運(yùn)營(yíng)三大系統(tǒng)應(yīng)用，涵蓋園區(qū)發(fā)展的全生命周期管理。

⑤交互層：主要為用戶提供不同的交互方式，包括桌面端、移動(dòng)端、web端和智慧大屏等交互。

3.3 功能實(shí)現(xiàn)

3.3.1 數(shù)字孿生模型

智慧園區(qū)的各類應(yīng)用要能夠完全實(shí)現(xiàn)園區(qū)的精細(xì)化管理，必須依托精準(zhǔn)且不斷更新的CIM數(shù)字孿生模型，其作為園區(qū)智慧應(yīng)用的基礎(chǔ)，包含地理信息、地質(zhì)信息、設(shè)施信息三大類基礎(chǔ)模型。地理信息三維模型通過(guò)航空攝影、地面移動(dòng)攝影等多種GIS技術(shù)手段構(gòu)建。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合園區(qū)地表景觀、功能區(qū)規(guī)劃等地理信息，經(jīng)圖層疊置、數(shù)據(jù)融合等數(shù)據(jù)處理建立園區(qū)數(shù)字化地理模型。地質(zhì)三維模型通過(guò)對(duì)園區(qū)土層數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理和合并，劃分標(biāo)準(zhǔn)層序，集成地層、巖性、風(fēng)化等地質(zhì)特性，構(gòu)建地質(zhì)信息模型，為地下工程建設(shè)提供決策輔助。設(shè)施信息模型在園區(qū)地理信息模型初步構(gòu)建的基礎(chǔ)上，采用BIM技術(shù)對(duì)園區(qū)地下管網(wǎng)、道路等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行三維建模，服務(wù)園區(qū)建造過(guò)程，為運(yùn)維階段提供數(shù)字化資產(chǎn)。由此建立覆蓋地上地下高精度的三維數(shù)字孿生園區(qū)，為掌握?qǐng)@區(qū)現(xiàn)狀和智慧化管理提供支撐。

3.3.2 智慧規(guī)劃應(yīng)用

智慧規(guī)劃模塊能夠動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)的規(guī)劃狀況，采用CIM數(shù)字孿生模型作為呈現(xiàn)手段，提供多方位、多角度的模型視圖，幫助設(shè)計(jì)人員與管理人員對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行查看并評(píng)估，及時(shí)對(duì)方案完善與改進(jìn)。

1）規(guī)劃成果數(shù)字化

CIM技術(shù)可將不同階段的規(guī)劃成果以數(shù)字化的形式展現(xiàn)在智慧園區(qū)平臺(tái)中，例如，土地利用規(guī)劃、管線規(guī)劃、給排水工程規(guī)劃等，實(shí)現(xiàn)與實(shí)景傾斜攝影三維模型和地圖影像的疊加顯示，集成設(shè)計(jì)與規(guī)劃成果，避免重復(fù)設(shè)計(jì)工作，協(xié)調(diào)各部門(mén)之間的工作，使各個(gè)設(shè)計(jì)部門(mén)之間的合作與交流得到加強(qiáng)，有助于建立統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范與體系，實(shí)現(xiàn)資源共享與業(yè)務(wù)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃方案審批流程的信息化，減少審批時(shí)間，作為規(guī)劃工作助手，為智慧園區(qū)規(guī)劃提供有力支撐。

2）規(guī)劃快速設(shè)計(jì)

通過(guò)整合CIM模型數(shù)據(jù)與服務(wù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃相關(guān)數(shù)據(jù)即時(shí)查詢，為規(guī)劃設(shè)計(jì)人員提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和綜合數(shù)據(jù)作為園區(qū)規(guī)劃與設(shè)計(jì)依據(jù)，對(duì)資源庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、整合與關(guān)聯(lián)，為不同規(guī)劃方向人員展現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，輔助其規(guī)劃設(shè)計(jì)決策，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)與科學(xué)規(guī)劃，做到規(guī)劃方案區(qū)域化、網(wǎng)格化，為園區(qū)規(guī)劃現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)提供依據(jù)，提升規(guī)劃工作的前瞻性和預(yù)判性。

3.3.3 智慧建設(shè)應(yīng)用

1）施工數(shù)字管控

以CIM模型為基礎(chǔ)，結(jié)合編碼技術(shù)，為工程仿真、造價(jià)管控、工程施工、工程監(jiān)理及竣工驗(yàn)收等方面提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，包括安全管理、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、投資管理等功能模塊，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中安全、質(zhì)量、進(jìn)度、投資等主要業(yè)務(wù)的數(shù)字化管控。

2）工地智能監(jiān)管

工地智能監(jiān)管的目的是實(shí)現(xiàn)“智慧工地”，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用、綜合定位等技術(shù)，結(jié)合CIM模型，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、人員監(jiān)控、施工設(shè)備監(jiān)控、智能物料管理、智能施工（智能混凝土施工管理）、環(huán)境監(jiān)控、工程安全監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入、匯總、可視、分析與綜合展示。

3.3.4 智慧運(yùn)營(yíng)應(yīng)用

在園區(qū)規(guī)劃建造完成后，形成了一套具有豐富信息的數(shù)字孿生園區(qū)模型，可對(duì)園區(qū)全生命周期管理過(guò)程做全數(shù)字化的追溯。同時(shí)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，CIM技術(shù)將為園區(qū)后續(xù)持續(xù)運(yùn)營(yíng)提出智慧解決方案，也為園區(qū)的市場(chǎng)化服務(wù)的引入提供精準(zhǔn)定位與個(gè)性化應(yīng)用服務(wù)。

1）智慧化管理服務(wù)

CIM模型通過(guò)與園區(qū)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，可對(duì)園區(qū)內(nèi)部的環(huán)境、安防、設(shè)施、交通等狀況進(jìn)行定位與監(jiān)測(cè)，采集的海量數(shù)據(jù)，借助專家規(guī)則、深度學(xué)習(xí)等方法，可對(duì)異常運(yùn)行情況進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，從而進(jìn)行預(yù)警預(yù)測(cè)，保障園區(qū)運(yùn)營(yíng)服務(wù)安全穩(wěn)定。

2）市場(chǎng)化應(yīng)用服務(wù)

基于平臺(tái)的搭建，為業(yè)務(wù)部門(mén)提供數(shù)據(jù)調(diào)用、系統(tǒng)集成、應(yīng)用運(yùn)營(yíng)、二次開(kāi)發(fā)等多元化服務(wù)，平臺(tái)服務(wù)模塊化的封裝為輕量、高效的迭代提供技術(shù)支撐，為構(gòu)建開(kāi)放合作運(yùn)營(yíng)企業(yè)生態(tài)奠定基礎(chǔ)，也有助于進(jìn)一步發(fā)揮園區(qū)的綜合效益，提高園區(qū)的智能水平，助力探索健康可持續(xù)發(fā)展道路。

4 CIM技術(shù)推廣

CIM是一種對(duì)城市進(jìn)行數(shù)字化描述和表達(dá)的技術(shù)理論。這種技術(shù)理論隨著智慧城市智慧園區(qū)建設(shè)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，是對(duì)BIM、GIS、IoT等新一代信息技術(shù)的集成和提升。作為支撐城市空間治理的信息平臺(tái)，CIM本身就是新基建的一個(gè)重要構(gòu)成，而新基建也為CIM提供了“神經(jīng)系統(tǒng)及其末梢”。未來(lái)CIM的發(fā)展融入國(guó)家新基建的總布局，針對(duì)“現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的智能化、未來(lái)智能技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施化”，在CIM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)涵蓋能源、水務(wù)、交通、物流等多個(gè)城市基礎(chǔ)設(shè)施的智能升級(jí)，并為下一代信息基礎(chǔ)設(shè)施提供新的平臺(tái)、新的載體，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展，創(chuàng)造新的社會(huì)生活[9]。