CIM驅動的智慧城市可持續設計研究

摘要：城市信息模型（City Information Modeling，CIM）通過整合地理信息系統、建筑信息模型與物聯網技術，構建三維數字孿生平臺，實現城市全要素數據采集、處理與智能決策。以蘇州智慧城市建設為例，CIM通過分層級時空數據庫建設，在古城保護、生態建模、經濟治理等領域取得顯著成效，推動政府管理精細化、數據共享高效化與公共服務精準化。研究表明，CIM通過整合“人-環境-社會-經濟-文化”多維要素，構建智慧生態系統，有效破解傳統城市數據孤島問題，促進資源優化配置與環境社會協調發展。

關鍵詞：智慧城市 城市信息模型" 可持續設計" 智慧生態系統

Research on Sustainable Design of Smart Cities Driven by CIM

WU Feng

Office of Pingshan District Committee and Government， Shenzhen， Shenzhen， Guangdong Province， 518118 China

Abstract： By integrating Geographic Information Systems （GIS）， Building Information Modeling （BIM）， and Internet of Things （IoT） technologies， City Information Modeling （CIM） establishes a three-dimensional digital twin platform that enables the collection， processing， and intelligent decision-making of urban all factor data. Taking Suzhou’s smart city construction as an example， the CIM platform has demonstrated significant achievements in the fields of ancient city protection， ecological modeling， and economic governance through the construction of hierarchical spatiotemporal databases， promoting the refinement of government management， efficient data sharing， and precise public services. The research reveals that the CIM integrates multidimensional elements of \"human-environment-society-economy-culture\" to build a smart ecosystem， effectively solving the problem of traditional urban data silos and promoting resource optimization and coordinated environmental and social development.

Key Words： Smart city; City information modeling; Sustainable design; Smart ecosystem

目前，全球超過一半的人口居住在城市，預計到2050年，這一比例將達到67%。快速的城市化進程引發了各種環境、社會和經濟挑戰。因此，越來越多的人對此表示關注，并且人們對探索實現城市可持續發展解決方案的興趣也日益濃厚^[1]。2009年，IBM提出了“智慧城市”的概念——即利用一系列的智能和信息技術手段推動城市交通、醫療、環境保護等領域發展的愿景。

智慧城市建設能夠實現城市的可持續發展，人們對智慧城市的可持續性問題越來越關注。但目前，關于如何實現智慧城市的可持續性，尚無明確答案，本文從設計視角對這一問題進行了探討。

1 智慧城市的概念

智慧城市是通過信息技術重塑城市空間并實現城市可持續發展的復雜創新生態系統。由于信息技術的快速發展，智慧城市概念具有快速更迭的特性。可持續性是智慧城市的基本屬性，智慧城市越智慧就越應具備可持續性。智慧城市的可持續性以人為中心，通過技術創新實現。而設計的目的同樣是通過創造性手段解決人類面臨的問題。因此，智慧城市的目標與設計目的具有一致性^[2]。

智慧城市建設基于信息技術的廣泛應用，如智能傳感技術、物聯網（Internet of Things， IoT）和云計算。只有將信息技術應用于可持續系統，才能在智慧城市中實現可持續發展。此外，智慧城市還需要通過基于信息技術構建的信息處理系統，收集、傳輸和處理各個領域的實時數據。智慧城市的信息處理系統主要基于物聯網，目前，新型智慧城市建設主要通過基于物聯網構建城市信息模型（City Information Modeling， CIM）來實現。因此，可以通過構建可持續系統和在智慧城市中應用CIM來研究如何實現智慧城市的可持續性^[3]。

2 CIM架構

CIM是新型智慧城市建設的基礎性平臺。CIM是基于IoT、建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）與地理信息系統（Geographic Information System，GIS）的有機綜合體。CIM通過IoT、BIM與GIS采集和處理城市相關數據，為城市提供全方位多維度的管理能力，全面賦能智慧城市規劃、建設、管理、運營與服務。

在CIM架構中，GIS是BIM的宏觀框架，BIM是GIS的微觀補充，IoT可以實現GIS與BIM的連接。GIS與BIM的結合可以涉及智慧城市的方方面面，而物聯網可以實現萬物互聯與信息互通。因此，CIM通過GIS與BIM采集信息，通過物聯網處理信息^[4]。因此，CIM可以被理解為通過GIS、BIM與物聯網融合一系列城市信息開發而成的智慧模型，是CIM、BIS與物聯網的集成系統。CIM也是存儲、提取、更新與修改所有城市相關信息的數字化平臺。通過將城市地上、地面與地下空間，過去、現在與未來，全時、全空與全尺度的信息進行數字化表達，CIM可為城市規劃、建設與運營管理全過程提供\"智慧\"賦能。在GIS、BIM與物聯網的支持下，如圖1所示，CIM的架構主要由前端設備、CIM基礎平臺、“CIM+應用層”和終端設備4個部分構成^[5]。

（1）前端。智能前端包括各類物聯網傳感設備，如傳感器、圖像采集設備、位置記錄設備、執行器、RFID讀寫設備等。通過這些物聯網傳感設備，可以對城市基礎設施與環境進行監測，采集物聯網數據，為CIM平臺提供數據支撐。

（2）CIM基礎平臺。CIM基礎平臺是CIM數據匯聚與應用的載體，是智慧城市的基礎性支撐平臺。CIM基礎平臺包括設施層、數據層和服務層3個層次，以及標準規范體系、信息安全與運維保障體系兩個體系框架。其中，設施層主要包括5G、互聯網、工業物聯網、人工智能、云計算與數據處理中心等信息基礎設施。數據層主要包括時空基礎、資源調查、規劃管控、工程建設與物聯網感知等數據資源。服務層主要提供數據匯聚、治理、查詢、可視化、平臺分析、運營、服務、開發接口等功能服務。標準規范體系主要是建立統一的標準與規范以指導CIM基礎平臺的建設與管理。信息安全與運維保障體系需要根據國家相關安全政策與標準建立，保障CIM基礎平臺網絡、數據、應用與服務的安全、穩定運行。

（3）“CIM+應用層”。“CIM+應用層”是指CIM基礎平臺的應用。“CIM+應用層”的內容包括智慧醫療、城市管理、智慧交通、智慧社區、空間規劃等。“CIM+應用層”的拓展能力可以支持城市的規劃、建設、管理與決策。

（4）終端設備。終端設備是CIM平臺服務的展示載體。終端包括網頁瀏覽器、移動終端設備、可視化設備、VR/AR等。當然，終端設備不僅具有展示內容的作用，在數據采集、傳輸與轉化方面也發揮著特定作用。

在CIM架構中，智能前端負責信息收集；CIM基礎平臺負責信息傳輸、存儲與處理；“CIM+應用層”負責信息管理與應用；終端設備負責信息輸出。通過這4個部分，CIM架構推動智慧城市建設，并為用戶提供服務。CIM的用戶主要包括政府部門、企業與商業團體和普通大眾。

CIM的強大功能可以有效處理智慧城市規劃與設計的各類問題。CIM的應用可以促進可持續設計體系在智慧城市中的具體落實。因此，CIM系統可以作為研究智慧城市可持續設計策略的基礎。

3 基于CIM的蘇州智慧城市建設

蘇州是一座歷史文化底蘊深厚的城市，也是當前中國最發達的城市之一。2022年，蘇州整合各類CIM數據資源構建蘇州智慧城市CIM平臺。該平臺包含CIM基礎平臺、CIM時空數據庫（含CIM建模、處理等）與“CIM+應用系統”3個部分。其中，CIM基礎平臺是蘇州城市規劃、建設、管理與運營的主要操作平臺；CIM時空數據庫采集與構建蘇州各類CIM時空數據，形成三維信息模型并管理各類CIM空間信息模型數據；“CIM+應用系統”基于蘇州地理信息數據與各類規劃數據，構建規劃、建設、管理與運營四大模塊的三維空間數據模型，與城市規劃、建設、管理和運營服務子系統相連接，實現蘇州各類信息整合展示與數據指標分析^[6]。

蘇州基于CIM的智慧城市建設，從城市管理、城市建設與城市服務三方面有效推動了城市可持續發展。同時，CIM平臺的應用充分發揮了蘇州在生態環境、社會經濟與歷史文化的獨特優勢，具體體現在：（1）建立山水城三維生態模型，聚焦碳中和目標實現、生態平衡模擬與生態價值量化；（2）從更大范圍刻畫蘇州人口、企業與污染特征，推動生態文明型經濟發展模式構建與經濟治理優化；（3）以古城保護為核心，優先建設數字孿生古城，再現蘇州古城歷史格局與風貌。

由此可見，智慧城市發展對“人-環境-社會-經濟-文化”城市系統具有顯著影響，通過智慧城市發展，蘇州得以節約成本與能源、提升社會服務、促進文化繁榮、減少環境影響，有效協調環境、社會、經濟與文化要素；新興技術應用促進部門間信息共享與知識擴散，強化政府、企業與個人的聯系。

蘇州智慧城市建設成效通過CIM采集的數據與信息體現，這些數據與信息主要來源于資源與空間維度，涉及智慧城市環境、社會、經濟、文化等要素。CIM通過BIM、GIS系統與物聯網傳感設備采集智慧城市地理、資源、居民、建筑、社會、經濟、文化等信息，并將采集的信息反饋至智慧城市管理者。基于這些信息，智慧城市管理者可更好地規劃、建設、運營、監管與決策，最終推動智慧城市可持續發展。CIM平臺打破傳統城市各部門數據孤島，降低溝通成本與平臺重復建設。蘇州市CIM平臺建立了34個市級部門與6個區級部門聯動機制，使城市管理部件管理更加高效。這些部件被劃分為交通設施、市容環境設施與園林綠化設施等5個大類共128個小類，以及市容環境、廣告宣傳、施工管理等6個大類共90個小類的城市管理事件。

4 結語

以CIM系統架構為基礎，結合智慧城市可持續設計體系，探索了智慧城市可持續設計在管理與空間規劃層面的實施策略。通過CIM可以獲取并深度融合智慧城市空間中的人、環境、社會、經濟、文化、空間、資源與平臺信息數據，實現智慧城市空間規劃設計。借助CIM通過互聯網規劃與設計智慧城市空間，可以使市民獲得完全不同的城市空間感知與數字可視化地圖、模型體驗。通過將CIM引入智慧城市空間規劃，可以達成“人-環境-社會-經濟-文化”均衡的生態系統，從而使智慧城市具備可持續性。

參考文獻

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