基于三维数字底座的CIM开发支撑平台建设与应用

文｜北京超图软件股份有限公司 池晨 屈晓波 杨憬

1.概述

1.1 建设背景

为深入贯彻落实党中央、国务院关于建设网络强国、数字中国的战略部署，按照《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中建设智慧城市和数字乡村的要求，完善城市信息模型（CIM）平台和运行管理服务平台，构建城市数据资源体系，推进城市数据大脑建设。探索建设数字孪生城市。2020年，住房和城乡建设部办公厅共同印发《城市信息模型（CIM）基础平台技术导则》（以下简称“导则”），指导各地开展CIM 建设。CIM 利用新基建技术，是新基建的重要组成部分，能够实现对城市数据的汇聚、融合和分析，为城市决策和行业应用提供服务，实现城市全要素精细化治理。

1.2 CIM 定义

城市信息模型（City Information Modeling，简称CIM）是三维城市空间模型和城市动态信息的有机综合体，将多源数据进行统一，形成综合数据处理计算平台[1]。

CIM开发支撑平台软件是以导则为建设依据，并结合多个项目实践经验，提出的赋能智慧城市建设的基础平台，是为CIM 应用开发建设单位快速搭建CIM ＋应用的中台产品。

该平台依托建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网（IOT）数据等为基础，聚合集成城市管理相关数据，采取微服务架构，应用新一代三维GIS、分布式空间计算和云原生等技术，实现从CIM多源数据汇聚、治理、融合可视化、系统运维到共享分发等功能建设，为城市多维度全生命周期管理——从平面到立体、从地上到地下、从GIS 到BIM、从室外到室内、从静态到动态、从城市到楼宇，提供从数据到服务的全方位能力，全面赋能智慧城市规划、城市建设、城市管理、城市运营、城市服务等一系列智慧城市应用。

2.建设现状及存在问题

2.1 建设现状

CIM 作为新型智慧城市建设的数字底座，主要从时空数据体系建设、构建时空数据治理能力和城市CIM 服务能力三个方面开展，形成城市统一时空信息底座，服务于各类政府管理和智慧应用建设。

我国CIM 建设从概念提出到发展经历了近二十年时间，大致可分为三个阶段：

第一个阶段（1999—2012年），数字城市建设阶段。1999年，在北京召开的首届国际数字地球大会，提出了数字城市的概念。此阶段建设内容以城市数字化和城市信息化为主要内容，后来“数字城市”这一概念被广泛用于城市信息化管理。

第二个阶段（2012—2016年），智慧城市建设阶段。2012年11月，住房和城乡建设部印发《关于开展国家智慧城市试点工作的通知》，标志着数字城市建设开始向智慧城市建设转型。此阶段的主要建设内容是将物联网（IoT）、云计算、大数据等进行集成，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化。

第三个阶段（2016年至今），新型智慧城市建设阶段。2016年，国家发改委印发《关于组织开展新型智慧城市评价工作务实推动新型智慧城市健康快速发展的通知》，标志着智慧城市建设向新型智慧城市建设转型。建设内容是“一个体系架构、一张天地一体的栅格网、一个通用功能平台、一个数据集合、一个城市运行中心、一套标准”[2]。2018年，住房和城乡建设部印发《关于开展运用BIM 系统进行工程建设项目审查审批和CIM 平台建设试点工作的函》（建城函〔2018〕222 号），要求“运用BIM 系统实现工程建设项目电子化审批审查”“探索建设CIM 平台”“统一技术标准”，为“中国智能建造2035”提供需求支撑，标志着我国CIM 建设正式启动。

2.2 需求及问题

智慧城市发展迫切需求信息化、工业化和城镇化深度融合，并成为新型城市建设管理新的实现思路。CIM 作为智慧城市的基础，随着智慧城市的建设需求增大，CIM 的建设需求也越发迫切。

数据是CIM 的基础，多源数据融合管理是CIM 建设的重点。CIM 建设需要破解当下城市规建管中存在的数据碎片化、数据延迟、数据封闭、数据格式多样、标准不统一等情况导致的数据应用困难、更新困难、共享困难等问题。

多行业多类型的业务应用需要丰富的指标模型支撑，城市业务的高速运转需要智能化支撑能力，因此，快速搭建CIM+应用成为了CIM 相关建设的重要部分，而各业务参与方的信息流转、协同管理是当前搭建CIM+应用的难点。

3.关键技术及平台架构

为解决上述问题，进行多源多位数据聚合关键技术的研究，通过建立丰富的多源数据融合匹配机制，集成新一代三维GIS、微服务架构、分布式空间计算和云原生等多项技术，解决数据治理、管理、更新与共享过程中的问题，满足各种数据信息类型的应用场景。我们提出CIM开发支撑平台和CIM+应用的分层次建设方案，为智慧城市建设提供数据中台和业务中台支撑。

3.1 关键技术

3.1.1 新一代三维GIS

新一代三维GIS 优化了三维体数据模型和体元栅格，提供数据模型相互转换的能力，完善了三维空间分析和空间查询等功能。全面支持倾斜摄影模型、BIM 等多源异构数据，支持《空间三维模型数据服务接口》标准，全面赋能室外室内一体化、宏观微观一体化与空天地表地下一体化等多位一体的数字孪生空间构建[3]。

3.1.2 分布式空间计算

分布式空间计算是把单一复杂的空间计算任务拆分为多个子任务，利用多台计算机协同计算输出结果，构建物理分布、逻辑统一的空间信息处理模式，与传统单机算子模式相比，采用分布式模式提供了良好的性能和扩展性。

3.1.3 微服务与云原生

微服务架构是一种软件架构模式，是面向服务架构（SOA）的延伸，将传统单体应用划分成一组小的服务，服务之间相互协调配合为用户提供最终价值。云原生是以微服务、容器、自动编排等技术为基础建立的云技术体系，采用云原生技术可以实现自动化高效运维管理。

3.2 平台架构

平台架构由基础设施、GIS 引擎、数据中台、业务中台和综合门户构成（如图1）。

图1 CIM开发支撑平台架构

基础设施包括信息化基础设施和各类物联感知设备，是以公有云、私有云为基础构建的混合云基础环境，包括存储、计算、网络、容器等基础资源和各类基础中间件服务，为CIM开发支撑平台及CIM+应用提供基础运行环境。

GIS 引擎为平台提供GIS 数据存储、处理、管理、计算、可视化等服务能力，满足CIM+应用在城市二三维场景浏览、空间分析和模拟仿真等方面的需要。

数据中台是CIM开发支撑平台的核心，提供城市多源多位数据聚合、治理、管理、更新与共享等功能，为智慧城市业务应用提供高质量数据服务。

业务中台是各类通用服务的集合，支持智慧城市业务应用快速搭建。电子沙盘集成三维空间分析和指标模型数据计算能力，结合图表、文字等多类信息，实现对城市建设项目三维场景图文一体化展示。通过指标模型提供业务智能审查能力，将审查指标数字化转译并内置平台，实现各部门对工程建设项目的自动化审查和管控。CIM+应用的扩展能力为城市规划、建设、管理和决策提供支撑，适配智慧城市、智慧园区、智慧场站和智慧建筑等场景应用（如图2）。

图 2 CIM开发支撑平台城市电子沙盘

4.典型案例

4.1 项目背景

某市CIM 建设项目重点聚焦历史城区（19.2 平方公里），以城市更新为试点进行CIM+古城保护更新的应用建设。项目要求高效落地聚焦测绘现状、规划管控、业务管理、社会经济等数据类型，汇集城市现状、规划、建设、管理全周期要素，构建该市“1+10”的CIM 基础数据库，建立统一的CIM 标准规范体系，初步形成具有特色的市、县（区）两级架构的“1+10”基础平台以及CIM+应用。

4.2 项目建设内容

项目投资约5000 万，建设内容包括平台标准规范体系、数据工程、CIM 数据资源库、平台支撑引擎、CIM+应用建设、相关硬件采购和“1+10”主分节点建设。汇聚各类数据，包括时空基础数据，如地形地貌、水域、交通、行政区划、管理单元、地名地址、历史影像、三维建筑模型等数据；资源调查数据，如三调土地利用现状、地理国情普查数据、地质调查、耕地资源、森林资源、矿产资源、水资源等；规划管控数据，如重要控制线、控制性详细规划、相关专项规划，及已有的规划管控条件等。

本项目利用CIM开发支撑平台进行CIM 基础平台搭建以及CIM ＋应用的二次开发，极大的缩短了项目建设周期，从规划周期1年缩短为6 个月上线。并且对数据管理、数据处理以及门户网站可视化等业务，实现零代码开发，开发者只需要进行简单的配置，即可完成工作，极大的降低开发难度，并且保证交付质量。

4.3 效益及价值

4.3.1 发展技术体系，建立数据标准

项目利用现有的倾斜摄影数据、BIM数据、基础地理信息数据、规划基础数据等多源数据开展了多规数据融合、二三维场景可视化及规划管控等示范，完成数据标准化建设工作，夯实三维数字底座。

4.3.2 推动行业创新，提升社会价值

借助技术优势，通过工程建设项目报建并与“多规合一”管理平台的应用，助力城市运营管理转型升级，通过精细化的管理，降低能耗、内耗、时间成本的消耗，形成数字产业链，发展数字化经济，提升空间治理能力，提高群众幸福指数，实现宜居城市。

5.总结

CIM开发支撑平台基于新一代三维GIS 的三维数字底座，采用微服务架构，融合分布式空间计算和云原生等关键技术，具有多源数据集成与管理、多位一体、多技术的融合应用、丰富的指标管理、业务支撑能力和一体化解决方案等特点，可以提供数据资源体系与共享服务、分布式数据管理与分析、云资源管理与监控运维管理等功能，是支撑城市规划、建设、管理和运维的数据中台和业务中台。

同时，平台具有统一丰富的开发接口，在城市规划、建设、管理和运维方面为二次开发提供CIM+应用服务与开发定制，可以支撑CIM 在多个行业应用的快速开发搭建，简化软件开发的过程，降低人力物力成本，同时支撑智慧城市管理业务，实现城市管理的智慧化建设。