基于城市信息模型（CIM）的數字化平臺應用研究

周 潔 侯曉穎

山東同圓數字科技有限公司 山東 濟南 250101

2018年，住房城鄉建設部《關于開展運用建筑信息模型系統進行工程建設項目審查審批和城市信息模型平臺建設試點工作的函》（建城函〔2018〕222號）中首次提出要在BIM審查審批系統的基礎上探索建設CIM平臺，2020年，國家十四五規劃綱要中明確提出了要完善CIM平臺建設、探索建設數字孿生城市的要求。住建部聯合六部委下發的《關于加快推進新型城市基礎設施建設的指導意見》（建改發〔2020〕73號）中，也將CIM平臺建設列為了“新城建”必選任務之一。在國家和地方政策的引導和要求下，廣州、南京、廈門、深圳前海、雄安新區等地都開展了CIM平臺相關的建設工作，結合自身特點對基于CIM的數字化平臺建設進行了充分的探索研究，其實踐經驗也為其它省市提供了學習借鑒的基礎。

基于CIM的數字化平臺主要包含一個基礎平臺和N個CIM+應用系統，串聯起城市從規劃、建設到運營管理的方方面面。其中，CIM基礎平臺基于BIM、GIS、IOT技術，構建一個地上地下、二維三維、室內室外一體化的可視化城市數據底板，同時全面匯聚、融合城市多維度、多尺度數據及城市感知數據，打造城市整體可視化、可持續發展的數字底座與數據中臺，為各類智慧化應用提供基礎數據與功能支撐。CIM+應用跟隨城市建設步伐，首先串聯規、建、審、管，然后在國民經濟各領域逐步推開，在實現數據互通、全面融合的同時，為未來智慧城市建設構建底層驅動能力。

1 應用研究現狀

城市信息模型（CIM，City Information Modeling）最初提出之后很長一段時間內，都被理解為城市級BIM（Building Information Modeling）應用[1]，建立CIM的意義也局限在BIM模型的匯聚和仿真可視化展示等方面。一部分人利用游戲引擎，將建筑模型處理得十分精細美觀，能夠體現數字孿生城市的狹義概念，實現了對物理城市的真實還原，這在城市建設成效和風貌展示層面來說，無疑能夠達到相對完美的效果。但游戲引擎對于大數據量的承載存在問題，如果城市級大范圍的BIM模型同時加載，將對終端設備和存儲設備提出非常高的要求，建設和使用成本都會很高。

隨著國內外對于CIM技術的不斷研究，對CIM內涵的理解也不斷完善和明確，CIM的價值也不再只停留在模型的匯聚和展示層面，而是通過與BIM、GIS、IOT、大數據、云計算等先進信息化技術的充分結合，深入探索其在多源數據融合、數據動態關聯、數據治理分析和應用支撐等方面如何發揮作用。在數據融合方面，BIM與GIS的高度融合是CIM技術最為突出的特點，2015年同濟大學吳志強[2]院士提出了城市智慧模型（City Intelligent Modeling）的概念，而且把BIM比作CIM的細胞，大量細胞再加上各種連接網絡共同構成城市級別的CIM生態圈。雄安新區在建設CIM平臺[3]時，充分考慮了物聯網實時監測數據與BIM及GIS數據的融合貫通，創建統一的空間編碼體系，使得多源異構數據的動態關聯及全時空、全過程數據的高效流轉成為可能。數據治理是當前對CIM平臺提出的更高要求，廣州市CIM平臺通過“一庫、兩級、三平臺”總體框架的搭建，對基于CIM技術的數據治理進行了初步探索。濟南新舊動能轉換起步區在建設CIM基礎平臺的同時，同步推進了規劃“一張藍圖”系統、BIM+智能審查系統和綠色建設監管系統等業務應用系統的建設，充分發揮了CIM數據基底和應用支撐的作用，進一步將CIM的內涵延伸到實際的業務場景中?？偟膩碚f，隨著CIM技術的發展，相關的研究與實踐也越來越深入，體現出其作為“數據中樞”的重要價值，為智慧城市建設和城市精細化治理高效賦能。

2 CIM基礎平臺

2020年6月，住房和城鄉建設部會同工業和信息化部、中央網信辦聯合下發《關于開展城市信息模型（CIM）基礎平臺建設的指導意見》（建科〔2020〕59號），要求全面推進城市CIM基礎平臺建設及其在城市規劃建設管理領域的廣泛應用，構建國家、省、市三級平臺體系，并逐步實現互聯互通；同時提出了明確的建設時間表，即在2021年底前，啟動省級平臺和省會城市、部分中小城市平臺建設；2025年底前，初步建成統一的、依行政區域和管理職責分層、分級的CIM基礎平臺。在國家政策的引導下，全國各地CIM基礎平臺的建設工作逐步推開，其重要性不言而喻。

作為多領域、多類型、多要素數據匯聚融合的中樞平臺，同時又是智慧城市建設的基礎數據底板，CIM基礎平臺具備數據匯聚、查詢展示、數據共享、分析模擬、運行服務、系統對接等能力，能夠有效支撐城市數字化建設，賦能城市高效治理。

2.1 平臺架構

參照住建部下發的《城市信息模型（CIM）基礎平臺技術導則（修訂版）》（以下簡稱“《導則》”），將平臺總體架構劃分為設施層、數據層和服務層。其中，設施層主要包含信息化基礎設施和物聯感知設備；數據層是通過搭建CIM數據資源體系，構建包含時空基礎數據、資源調查數據、規劃管控數據、工程建設項目數據、物聯感知數據和公共專題數據在內的六大類數據庫；服務層是通過開發實現數據采集與管理、數據可視化展示、數據查詢統計、數據分析治理、數據分發共享、平臺運行與服務、平臺開發接口等功能及服務，滿足CIM基礎平臺所應具備的數據服務、空間集成和系統支撐的三大核心能力，從而支撐城市規劃建設領域的數字化應用，構建“規、建、審、管”一體化服務體系，在此基礎上去拓展城市運營管理各行業CIM+智慧化應用建設。

圖1 CIM基礎平臺總體架構

2.2 數據采集與共享

根據《導則》中對CIM數據構成的規定和說明，CIM數據應包含時空基礎數據、資源調查數據、規劃管控數據、工程建設項目數據、公共專題數據和物聯感知數據[4]等六大門類數據。其中，時空基礎數據門類中的行政區和測繪遙感數據、資源調查數據門類及規劃管理數據門類多以二維矢量數據為主，且數據具有保密性要求，宜以前置機交換或離線拷貝方式進行采集錄入；城市級三維信息模型數據同樣以前置機交換或離線拷貝方式進行采集錄入，而涉及工程建設項目的建筑、市政等BIM模型，應通過與基于BIM的工程建設項目審查審批系統對接獲取；工程建設項目數據門類中所包含的立項用地規劃許可、建設工程規劃許可、施工許可和竣工驗收四個階段的審查審批信息、批文證照信息等，應通過與工程建設項目審批系統對接獲?。还矊ｎ}數據門類中所包含的社會經濟相關信息宜以手工填報方式獲?。晃锫摳兄獢祿T類中的各行業實時監測數據應通過與各行業信息化業務應用系統對接的方式獲取。

表1 數據采集方式

數據共享方面，平臺以服務分發的方式實現空間數據共享，保障了數據的安全性，同時也解決了多源數據的兼容性問題。業務系統可通過CIM門戶了解數據資源目錄、申請數據資源共享，申請審核通過后，CIM基礎平臺將相關的二三維空間數據轉換為服務地址分發給申請者，建立點對點的數據關聯；臺賬類數據信息則通過接口實時讀取。

2.3 空間數據查詢與可視化應用

（1） 數據查詢

數據采集匯聚的目標之一就是提高數據的利用效率，使原來分散在各處孤立存在的數據資產能夠充分發揮其價值。數據的查詢統計是最基礎卻也是最常見的應用，平臺在搭建數據底板的同時也應實現多方位、多角度的分類查詢檢索功能，例如對空間位置的定位檢索、對項目信息的關聯檢索、對BIM模型構件的屬性查詢、對報建方案歷史版本的回溯查詢等，同時也要以圖表或臺賬的形式提供各類專題統計，從而使用戶能夠從海量數據當中快速找到自己所需要獲取的數據信息。

（2） 數據可視化應用

基于BIM+GIS技術，建立一個城市級可視化數據底板，將CIM數據資源目錄中所涉及的空間數據進行二三維一體化展示，真實反映城市地形地貌、建筑景觀和空間布局，隨著城市建設進程，同步實現數字孿生城市的構建。

在可視化展示的基礎上，平臺還提供通視分析、天際線分析、日照分析、剖面分析、服務半徑分析等豐富的空間數據分析工具，輔助管理者從整體布局和城市風貌等角度對規劃意圖和工程項目設計方案有充分的了解，從而指導設計方案優化，促進方案的合理性。

2.4 數據引擎

CIM基礎平臺建設主要是基于CIM圖形數據引擎來進行城市級大型場景下三維模型數據的輕量化展示與應用開發的，可以說數據引擎在CIM數字孿生城市建設過程中起著至關重要的作用。

CIM圖形數據引擎應具備以下能力：①海量數據加載能力，實現城市級（億級別）數據的同步加載、瀏覽、編輯、分析和輸出，支撐地上地下、室內室外三維場景的快速瀏覽及二三維一體化展示；②多源數據融合能力，最大程度上實現二維數據、三維數據、BIM數據、傾斜攝影數據、物聯網大數據等多源數據融合；③數據分析能力，支持多屏對比聯動，同時提供豐富的數據分析工具，實現多源異構數據的空間分析、時序分析和非結構化分析；④三維仿真可視化能力，提供仿真模擬、虛擬漫游、模型管理與服務API等基礎功能，可為構建數字城市應用的基礎平臺提供有效支撐。

作為底層關鍵核心支撐，國內主要幾家具備CIM基礎平臺搭建能力的廠家均選擇自主研發CIM數據引擎，從而規避采用國外引擎可能帶來的數據安全方面的風險。

2.5 系統集成

CIM基礎平臺一方面作為數字孿生城市的數據中樞，肩負著數據匯聚、治理和共享的任務，為行業應用提供支撐，另一方面也類似一個“系統插線板”，將各業務應用系統集成到一起，統一入口、統一用戶信息、統一分配權限，將政府各部門建立的信息化系統梳理整合，有哪些系統、還缺少哪些系統一目了然，新建系統都必須基于CIM基礎平臺搭建，基礎數據共享共用，避免重復建設，有效節約成本。

2.6 開發接口與應用支撐

平臺提供豐富的開發接口或開發工具包支撐智慧城市各行業CIM+應用，主要包括資源訪問類、項目類、地圖類、三維模型類、BIM類、控件類、實時感知類等。當建設新的業務應用系統時，涉及這些類別的數據或功能可通過與CIM基礎平臺的對接實現直接調用，從而減輕新建系統的開發量和數據收集工作量，避免重復建設，縮短建設周期，節約建設成本。

3 CIM+應用場景

CIM基礎平臺建設的終極意義就是作為基礎底板支撐城市各業務領域的智慧化建設，將城市全空間、全要素、全專業、全流程、全生命周期的數據管控與分析、服務能力，向城市各類業務開放，支撐智慧化在城市管理中全面落地，形成數字孿生城市。因此，“CIM+”應用建設是CIM價值在城市生產、管理與城市生活中的延伸，基于CIM基礎平臺，結合城市發展需要，在城市規劃、市政基礎設施、園區管理等領域開展CIM+應用場景的建設和研究，是CIM數字底座持續生長與完善的必由之路，也能夠為實現城市更加智能化、智慧化提供有力支撐。

3.1 CIM支撐“一張藍圖”繪到底

數字孿生城市的建立，與現實城市的規劃建設緊密結合，城市現狀基礎數據、規劃成果數據、工程建設項目數據等是搭建CIM數據中樞最先構建的數據底板，而在這其中，規劃是“龍頭”，對城市的建設與發展起到引領和把控的作用。因此，基于CIM建立規劃管理系統，輔助管理者做好用地管控，助力規劃理念切實落地，是實現規劃管理精細化的有效保障，也是支撐“一張藍圖”繪到底、管到底的必要前提。

按照從宏觀、中觀到微觀，構建國土空間規劃、控規城市設計、實施設計三個一張圖，體現規劃管控的層層深入，基于CIM底圖建立規劃數據總庫，實現綜合數據集成。在此基礎上，重點從三個方向入手，為規劃管理工作提供信息化支撐。一是規劃編制管理，規劃成果及時更新落位，輔助沖突檢測，確保規劃一致性，推動規劃成果高效利用；二是項目策劃管理，建立項目生成機制，提前謀劃、提前預審，落實空間管控，促進項目審批提質增效；三是項目報建審查，利用BIM技術實現三維可視化報建審查，輔助科學決策的同時，也為推動BIM技術應用、促進數字孿生城市建立奠定基礎。

3.2 CIM賦能城市地下市政基礎設施綜合管理

落實國家加快推進新型城市基礎設施建設要求，采用數字化、BIM、三維可視化等技術手段統籌管理城市地下空間和市政基礎設施建設，構建基于CIM的市政基礎設施智能化綜合管理平臺，對城市供水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、管廊等地下管網設施運行態勢進行實時監測、模擬仿真和大數據分析，實現對管網漏損、防洪排澇、燃氣安全等隱患監測、及時預警和應急處置，進一步提高市政基礎設施運行效率和安全性能，提升運行管理效率和事故監測預警能力，保障市政基礎設施安全運行。

此外，可根據政府監管實際需要，分別有針對性地建立重要設施的智慧監管平臺，例如智慧燃氣監管平臺、智慧熱力監管平臺等，一方面充分對接企業的智能化監測設備和運營管理數據，對設施基礎信息、運行安全、供應情況、服務質量等進行實時有效的監管，促進管理模式從被動應對向主動保障型轉變，提升政府監管和服務水平，另一方面間接推動和督促企業完善自身智能化、數字化轉型，為行業智慧化建設打好基礎，也為CIM+應用向未來智慧城市邁進提供保障。

3.3 CIM助力智慧園區切實落地

近年來，隨著城市智能化加速發展，智慧園區作為城市建設的一個小場景，是智慧城市建設的重要表現形式，以往所謂的智慧園區仍停留在系統集成的層面，而借助CIM的數據融合能力、服務支撐能力和數據分析能力，能夠幫助園區管理者在充分結合已有智能化基礎設施的前提下，真正實現智慧化提升，打造一個能感知、能融合、懂分析、會成長的智慧園區。

依托CIM基礎平臺，融合園區地上地下、室內室外、二維三維全要素數據，建立一個園區級CIM可視化空間數據底板，在此基礎上按照策劃管理、建設管理、運維管理、服務管理劃分四大模塊[5]，串連園區管理全生命周期，滿足園區招商、建設、安防、設備、資產、能源、環境、服務等多項需求，通過多維度的數據打通和實時動態的數據分析，提高園區管理與服務的精準性、高效性、靈活性，為智慧園區的高標準運行、維護、管理和綜合功能提升提供全面支撐。

4 結論

隨著建設試點工作的開展和全國各地的應用探索，CIM平臺建設已初見成效，并逐步向著更深、更廣的維度拓展。作為“新城建”的主要建設內容之一，CIM平臺是關鍵性和基礎性的數字化底座[6]，既包含了橫向匯聚城市地上地下、室內室外、二維三維全要素數據的CIM基礎平臺，也包含了縱向貫穿規劃、建設、管理全生命周期的CIM+應用場景。按照全息感知、深度融合、協同控制、高效管理的發展方向，探索形成“新城建”可持續發展的有效模式，能夠為新型城鎮化發展提供強有力支撐，為智慧城市建設積累可復制可推廣經驗，不斷推動城市智慧化建設。