城市信息模型CIM標準體系構建研究

卞雨凡 王芙蓉　吳掠桅 朱荷歡 武文

摘 要：隨著城市精細化管理需求的不斷提升，城市信息模型作為重要的數據和技術支撐，其標準化建設成為了統籌多領域、多部門協同的重要手段，本研究旨在以標準體系引領協同共建的城市級CIM應用，提出CIM標準體系三維度概念模型和金字塔式參考模型架構，構建了3層8大類的標準體系框架，以南京為例開展了標準體系的實施與應用，實踐了“標準體系構建-標準編制-標準應用實施”全流程城市空間信息服務模式，并探索了從地方實踐到國際標準的建設路徑。

關鍵詞：城市信息模型，CIM，標準體系，體系框架

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.04.009

0 引 言

標準化在推進國家治理體系和能力現代化中發揮著基礎性、引領性作用。城市信息模型（cityinformation modelling，CIM）是國際智慧城市建設爭相搶占的戰略高地，已被納入國民經濟和社會發展十四五規劃[1]，是國家多部門信息化協同建設的重點關注對象，并作為城市治理體系和管理能力提升的重要技術手段。隨著城市精細化管理的需求的不斷提升，CIM作為重要的數據支撐，其標準化的建設成為多領域、多部門實現信息互通，促進城市規劃、建設、管理數字化轉型的關鍵抓手。盡管廣州[2]、蘇州[3]、青島[4]、天津[5]等多個城市都在開展CIM建設，但通過對于CIM標準化建設現狀的分析，仍存在尚待解決的問題：（1）CIM建設的不確定性，CIM是個新興的領域，涉及新技術、專業、平臺覆蓋度廣、復雜性強、融合難度大，且尚未形成統一概念定義、建設標準等，為避免認知誤區導致的重復建設，亟需標準以及標準體系的規范指導。（2）標準的體系化不足，現有的CIM相關標準，多是面向CIM數據處理、平臺建設方面[6]，缺乏成體系的頂層設計思考。（3）應用的統籌性不足，CIM建設是一項多部門、多層級聯合推進的工作，但目前各城市CIM建設多端牽引、各自為戰、各級CIM平臺建設缺乏統一組織，存在層次交錯、應用重疊等情況，編制的標準存在不銜接的情況，缺乏統籌性管理與思考。

因此，建立一套分類合理、層次清晰的CIM標準體系，開展CIM標準化的頂層設計，對于統籌CIM資源建設、集成、開發與利用，建立統一的城市空間數字底座，推進行業共建共享、促進產業創新發展、有著非常重要的現實意義?；谙绕趯τ诔鞘屑塁IM標準體系建設的初步探索[7]，本研究立足“統籌CIM平臺建設應用、引領CIM領域高質量發展、打造戰略性新興產業新高地”目標，面向CIM建設及應用開展標準體系構建研究和應用實踐，率先構建了融合BIM的CIM標準體系，創新構建方法，引領標準體系科學構建；強化標準統籌，實現了跨專業、跨部門的空間信息融合；以標準指導應用實踐，打造CIM標準化協同應用推廣模式。

1 研究技術路線

按照GB/T 13016—2018《標準體系構建原則和要求》規定的標準體系構建的要求[8]，研究制定了CIM標準體系研究技術路線（見圖1）。在先期對于國內外相關標準體系建設和研究分析的基礎上，本文重點圍繞標準體系模型的方法構建與體系實施的協同應用，闡述CIM標準體系的研究建設和應用實施的全過程。

2 體系模型的方法構建

CIM標準化建設需要體系化的頂層設計思考，統籌思考涉及各項標準在范圍定義、協同實施中的相互依賴與關聯關系。研究中采用模型化方法，從概念模型—參考模型—標準體系框架逐步具象和細化CIM標準體系的內涵。

2.1 概念模型

CIM涉及的概念眾多、應用面廣，借鑒FGDC空間數據模型[9]、智慧城市概念模型[10]構建中面向對象的多視角分析方法，在構建理念方面，綜合智慧城市、規劃和自然資源，城市建設等領域的概念認知，顧及CIM標準在智慧城市全生命周期數字化管理應用需求，從城市建設階段、應用領域、技術保障三個視角解構CIM標準體系這一研究對象，提出CIM標準體系三維立體概念模型（見圖2），具體描述如下：

2.1.1 城市建設階段

指CIM支撐和貫穿城市建設數字化轉型過程中不同階段，主要包括用地規劃階段、設計階段、建設階段、登記階段、運維階段，因此CIM標準體系需涵蓋城市建設管理全生命周期的標準化建設需求。

2.1.2 應用領域

CIM的應用領域較為廣泛，涉及規劃和自然資源、住房和城鄉建設、交通、水務、醫療衛生、應急指揮和城市管理等，因此CIM標準體系需要注重與相關應用領域的標準銜接和應用支撐聯系。

2.1.3 技術保障

主要是指支撐CIM建設過程實現各項功能所需要的相關技術要素，如包括數據獲取與處理、服務共享、質量管理、安全保障等方面，因此CIM標準體系需要編制和納入相關技術類標準。

2.2 參考模型

在概念模型指引下，需要進一步厘清相關標準間的關聯關系，逐步細化標準體系建設中所納入標準的需求和依賴關系，繼而形成參考模型。參考模型是對標準化對象結構化的描述，將明確標準體系開展的范圍、內容、結構以及組成部分之間的關系[11]。借鑒ISO 19101標準參考模型中使用的CSMF模式[12]和元對象（MOF）工具法[13]，從標準內在聯系特征的維度劃分標準層次，研究構建了由基礎層（語義基礎和共性表達）、通用層（通用類支撐技術）、專用層（面向行業與專業應用）組成的3層次的金字塔式CIM標準體系參考模型架構（如圖3），建立“上下約束、繼承發展、聯動更新”的層級關系，中上層中更多是定義和約束的標準，下層的標準對于上層更多是繼承和實現，每一層是對標準的分類，用于界定其中標準的作用域和范圍。

2.2.1 基礎層

統一標準的定義、語義基礎和基礎表達，定義與約束下層模型。

2.2.2 通用層

依賴于基礎層，同時為專用層提供相應支撐，是針對數據資源、支撐技術、公共服務、管理保障中通用技術的通用描述。

2.2.3 專用層

與CIM建設產生的社會、經濟效益相關聯，決定CIM的實踐價值，應用方面包含數據資源、共享服務、獲取處理、管理保障等，以及面向城市建設的規劃、設計、建設、管理、運維等縱向專題應用和面向規劃和自然資源、住房和建設、交通、水務、醫療衛生等橫向行業應用兩大類型。

2.3 標準體系框架

標準體系的框架將進一步明確體系中標準的分類和組成。在標準體系框架中，對于列入體系的每項CIM標準，均賦予唯一的“標準體系編號”，由標準類序號（1位）、標準類編號（2位）和標準序號（1位）組成，標準類編號和標準序號之間用“.”隔開，并采用阿拉伯數字編號形式。具體形式如圖4所示。

標準體系框架在先期研究的成果基礎上（見圖5），通過內容范圍確定，層級關系劃分，再經過比對、分析、驗證與優化，采用UML建模方式圖形化表達CIM標準體系結構與分級，構建了由“基礎類、通用類、數據資源類、數據處理類、共享服務類、管理保障類、工建專題類、CIM+行業應用類”組成的三層次8大類的CIM標準體系框架（見圖6），實現了從數據融合，到CIM平臺搭建，再到CIM+應用管圖5理的全方位標準化指導。

其中，基礎類是體系中其他標準的基礎，規范CIM涉及的基本術語、分類與代碼；通用類規定不同時間、空間尺度下，CIM數據的內容、結構、分級、符號及語義等表達；數據資源類規定CIM各類數據的內容與結構；獲取處理類規定各類數據的獲取、處理、加工與建庫的過程、方法及技術要求；共享服務類規定CIM平臺建設、服務、交換與共享及運維要求，并對CIM平臺的推廣應用進行指引；管理保障類規定CIM成果管理、質量管理、安全管理和環境管理等相關管理要求；工建專題類規范工程建設項目各階段電子數據的交付要求、審查范圍、審查流程；CIM+行業應用類包含為保障基于CIM平臺設計、開發并滿足行業應用的標準，涵蓋規劃和自然資源（除工建部分）、住房和建設（除工建部分）、交通、水務、醫療衛生、應急指揮、城市管理等領域。

該CIM標準體系具有明顯的雙融合特征：（1）體系框架融合：統籌分析智慧城市、規劃和自然資源、城市工程建設項目BIM等領域標準體系側重點，以及與CIM交叉關注點，融合各標準體系框架中對于數據、技術、服務、應用等方面的共性需求，同時秉承城市信息模型生長理念，結合不同空間尺度、類別和粒度的CIM建設，基于參考模型架構，在先期體系框架初探的基礎上逐級細化迭代。（2）體系內容融合：標準體系立足指導實現多領域、跨專業標準編制與融合。例如，在70 0工建專題類標準中，面向城市工程建設項目多專業的綜合管理需求，融合規劃、國土、建筑、市政、管線、交通等多行業標準規范要求，基于五級（用地-場地-建筑-空間-設施）空間管控體系實現了工程建設項目BIM規劃報建建筑功能分類編碼的標準化，規范了南京市工程建設項目建筑功能信息的分類和編碼，其中涵蓋了民用、工業各類建筑，向上與規劃用地性質分類、場地關聯，向下與建筑主次空間功能和設施關聯，實現CIM標準體系縱橫雙向體系內容一體融合，促進規劃審批的精細化管理和工程建設全生命周期聯通，為多平臺數據共享、更新、從宏觀到微觀多維度的統計與查詢等應用的實現打下基礎。

2.4 標準體系明細表

在體系框架分類分級指導下，編制了標準體系明細表。該表用于厘清框架中不同類別下擬納入的標準及數量，如已發布或制定中的國際標準、國家標準、行業標準、團體標準等，同時也包括未來待制定的標準。對于待制定的標準，綜合考慮當前的技術水平和未來發展的需求，提出該標準的建議名稱、主要內容與適用范圍等。

目前，結合南京地方實踐，該標準體系明細表中共分類列舉了82項標準，如表1所示，其中已發布49項、制定中23項、待制定10項。當前，CIM作為新型領域，相關標準仍需不斷擴充完善，體系中除納入現今國際、國家、行業、團體領域的編制的標準外，也擬定了涉及通用類、數據資源類、CIM+行業應用等方面的待制定標準建設需求，為CIM未來標準化工作規劃了路徑和方向。其中納入的標準不是固定不變的，將隨著CIM技術應用領域的擴大、CIM平臺的建設需求新增，標準體系框架將迭代優化，不斷更新、調整和完善。

3 體系實施的協同應用

南京市作為全國首批BIM CIM試點城市，面向城市空間信息多層級共享、信息平臺及應用多部門聯合共建的需求，通過CIM標準體系引領了全市的CIM標準化建設，構建了CIM標準體系多層級聯動、全周期共享、國際化推廣的應用模式，在標準體系及系列標準的實施中促進市區協同、多部門聯動的CIM平臺和CIM+應用建設。

3.1 多級聯動應用

堅持市區協同、聯動實施、迭代更新的CIM標準體系應用原則，發揮CIM標準體系模塊化、易拓展、可迭代的優勢，建立市、區、園區等各利益相關方“共建、共享、共維”的標準體系市區協同應用模式（見圖7）。自上而下通過標準的宣貫與落地實施，從數據、技術、平臺、服務等多個維度規范南京市、區、園區多級不同應用領域的CIM+建設；自下而上不斷融入城市規劃、建設、管理等具體實踐中對于標準的新需求，促進標準體系的更新與完善。一方面，標準體系指導了市級CIM平臺時空數據庫生產建設的全周期，通過平臺數據規范支撐多源異構數據的集成、融合、建庫與服務發布。另一方面，標準體系促進了南部新城、江北新區、建鄴高新區等片區面向智慧規劃、管養、交通等的CIM+應用建設，通過標準化的開發服務接口和應用場景模板配置服務，支撐區級子平臺的二次開發和應用系統的快速搭建。同時將片區建設實踐中所編制的面向CIM+應用的10余項標準，納入CIM標準體系框架中，打造一個互動循環、自我完善、持續生長的CIM標準化生態系統。

3.2 全周期共享應用

以標準體系為抓手，指導標準編制，規范應用實施。在城市空間信息共享方面，建立貫穿“標準體系構建、標準編制、標準應用實施”全流程的城市空間信息服務模式（見圖8）。實例化CIM標準體系“共享服務類”中對于城市空間信息數據共享與服務要求，面向多領域應用場景需求，提出門戶網站模式、標準服務模式、API開發模式、前置服務器模式、移動APP等5種數據共享模式，面向信息化數據與應用服務要求，提出CIM平臺18類接口規范，驅動城市數字孿生體的集成融合，規范CIM+行業應用與專題應用場景拓展，指導智慧城市基礎設施數據交換與共享信息化建設的本地化實施。

3.3 國際化推廣應用

為填補CIM國際化標準建設空白，研究探索構建了從地方實踐上升至國際標準的建設路徑（見圖9），形成了“國際標準組織架構研究、業務領域分析、提案方向研判、國際標準編制、應用反饋修訂”的標準化制定循環流程。

研究將C I M標準化實踐成果轉化為I S O / T S37172：2022基于地理信息的智慧城市基礎設施數據交換與共享、IEC SRD 63273智慧城市案例收集與分析—城市信息模型（見圖10）等國際標準，實現了從地方實踐上升到國際標準的成果轉化。

4 結 語

研究構建了CIM標準體系三維立體概念模型和“金字塔”式的參考模型架構，搭建了多層級多維度跨領域CIM標準體系框架，編制了標準體系清單；以體系引領，標準先行指導CIM應用實踐，建立了CIM標準體系市區協同應用模式，實踐了全流程的城市空間信息服務模式，打通了從地方實踐上升到國際標準的實踐路徑。標準體系等研究成果在南京市開展落地應用，實現基于CIM的精細化治理，促進市區協同、跨部門數據協同和服務能力提升，標準體系研究案例被ISO、IEC等國際標準納入，促進研究成果向國際標準的轉化，并貢獻南京智慧。

未來，將加強標準與實踐的結合，以標準體系為抓手，做好標準體系的宣傳推廣與推廣實施工作，繼續推進試點片區、園區在CIM平臺建設和CIM+應用實踐工作。同時，以用促建，結合地方項目實際管理需求，補充編制具體面向行業和專題應用的標準，促進標準體系迭代更新與完善。

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作者簡介

卞雨凡，碩士研究生，工程師，研究方向為城市信息模型標準、城市三維建模、智慧城市信息系統和數據庫建設。

王芙蓉，通信作者，博士，研究員級高程工程師，研究方向為自然資源信息化、國際標準、測繪地理信息、智慧城市。

（責任編輯：張佩玉）