基于CIM框架的智慧园区建设探讨＊

杨延珍，许 颖，张一鹏

（山东交通学院交通土建工程学院，山东 济南 250357）

1 引言

随着大数据及城市信息化的高速发展，各类园区的管理逐渐由传统模式向智慧管理模式转型升级。着力打造智慧园区，以便更好地利用信息化、智能化技术实现园区信息、资源共享，为园区企业打造优质品牌、提升园区的吸引力及综合竞争力，向科技化、智慧化转型提供了良好的渠道。

城市信息模型（City Information Modeling，CIM）的提出为智慧园区的建设提供了一种有效的建设思路，集三维地理信息系统（Geographic Information System，GIS）、建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）、物联网（Internet of Things，IOT）等于一体。其中基于BIM技术建立的建筑物单体可扩大到整个园区，甚至整座城市，结合GIS技术可在三维（3D）环境中呈现城市全景模型，同时可利用IOT收集实时信息，通过移动网络传输到模型中，实现园区的信息共享与辅助决策。

国内不少学者对该方面进行了一定的研究。吴志强等[1]从CIM的出现、发展、应用入手，对CIM的相关概念进行了论述，提出了对于CIM的几点认识，展望了CIM未来的应用领域。孙云飞[2]对CIM、CIM平台及CIM+应用进行了讨论，探讨了CIM在智慧城市中的应用价值，在城市运维管理中的应用方向，以及通过CIM、智慧城市对城市的精细化管理带来的帮助等方面的内容。林永文和易晖翔[3]探讨了智慧社区如何从安全、治理和智慧社区运营管理上融入到智慧城市管理体系的建设中去，并在基础设施建设、社区治理及社区综合管理等方面提供了设计思路。陆伟良等[4]介绍了GIS和CIM的概念及如何将BIM提升为CIM，最后提出了三者相融合构建近代智慧城市（SC）的新模式。詹勇等[5]根据不同CIM分级模型的特点,分别实现了城市建筑底面、建筑高度、建筑色彩、建筑体量等建筑信息的定量化提取与分析计算。

目前，CIM平台还有诸多未解决的问题，如相关标准不统一、平台软件不完善、一体化方案不完整等。CIM平台建设仍处于探索实践时期，在摸索中进行技术攻关，并不断提出改进建议。

文章以济南市创新谷为例，以CIM为支撑，探索其在智慧园区规划建设、运营管理中的作用，提出基于CIM智慧园区建设方案，从数据管理、多维度感知、统一标准体系、智能化服务等多个流程解析建设方法，将CIM技术应用到园区建设管理中，强化园区的统一管理，以求实现园区数据的互联互通，做到智慧园区管理模式的更新升级。

2 研究区概况

济南市创新谷位于山东省济南市长清大学科技园区，是集工作、休闲、娱乐于一体的高科技园区，主要负责研发资源的招商引资以及高端人才的引进，打造出具有针对性的技术平台、人才平台、地区研发中心，形成一个以研发为支柱的产业群体，推动园区企业科研成果转化，带动地区经济发展。

创新谷内重点发展的产业有：高端研发，成果转化，智能系统（嵌入式系统）研发，“云、物、移、大、智”的应用，信息服务等，可为创业人员提供优质的创业支撑平台。

3 建设思路及目标

3.1 总体思路

济南市创新谷智慧园区的建设以互联网为基础，收集、分析园区的各项数据，将数据集成至3DGIS中管理，建设园区统一运行管理平台，促进园区各部门间的公用数据共享，提高园区的管理、决策能力，实现园区内相关业务协同发展，重点考虑以下几个方面。

（1）基础设施建设

完善园区信息传输网络，实现园区全体范围的网络覆盖。根据园区不同区域的功能，布设通信机房，通信机房内的设备要预留一定的空间，留作设备维护及拓展的区域，使网络传输能够满足业务需求。增设采集数据的传感器、监控摄像头、服务端电脑等设备，并定期维护升级。同时数据传输系统使用符合标准的通信接口及协议，并支持无线网络接入。

（2）业务系统联动

构建园区内的业务系统体系，增强业务系统流程的开放性及协同性。在不改变园区服务软件和数据结构的条件下接入各部门的业务系统，实现服务系统、业务系统、数据处理系统等多层次的集成，提供多种支持业务系统的设备，以多种方式查询园区的信息数据、业务流程、服务业务，对园区的信息系统、业务系统、查询系统建立统一的搜索引擎和统一的用户权限管理等。

（3）应用集成

对不同的应用功能进行封装，满足不同项目、不同规模、不同时间要求的应用需要。构件的描述采用统一的格式，各部门能够直接使用。同时向外部开放交互接口，各部门人员在身份认证通过后，可以根据业务需求参与开发。

（4）公共服务系统

根据业务系统、应用软件、办公环境的需求发展园区公共服务平台，为园区内人员提供优质服务。推行全区智能一卡通（具备定位功能）、NFC通信等职工身份识别系统，还可以增加指纹识别、虹膜识别、语音识别、脸型识别等识别技术，使职工生活、工作、服务集成于一体，如门禁、考勤、停车计费、园区内消费等服务的统一认证，同时要保持停车计费、消费等数据的一致性。

3.2 建设目标

智慧园区是一个涉及多种技术、多层应用领域的三维立体综合系统，其建设以园区基础设施、人才资源、技术资源、资金资源为基础条件，以云计算、智能化、大数据、物联网和移动网络为技术支撑。与传统的园区管理模式相比较，基于CIM的智慧园区更加着重于CIM平台的集成化应用，以CIM为新的着力点，提升智慧园区的核心价值及竞争力、引才力。智慧园区核心目标见图1。

图1 智慧园区核心目标

创新谷智慧园区建设目标：

（1）实现园区内的信息联动

集成各单位、各部门内的服务系统与公共数据的智能应用，改变传统的网状信息传递方式，以消除信息孤岛，信息资源的高度共享，为提高业务效率提供支撑。

（2）全面掌握园区的运行状态

园区运行监控系统能够汇总不同业务部门的公用数据，涉及多个领域，如交通、通信、电力、安防、餐饮等，将园区运行状态精细地呈现在系统中，通过共享的数据进行全景分析，也可以进行专项统计，从不同角度、不同维度进行统计，实现对园区运行状态的整体掌握和调控。

（3）园区可视化

系统将各个部门可共享数据统一整理，在数据库中储存各部门工作职责、注册年份、职工人数等信息，园区各入住企业相关信息，如企业名称、法人代表、成立时间、营业范围、规模等。利用先进的人机交互功能帮助使用者根据需求查询筛选数据，同时生成分析统计图，在大屏幕上组合呈现，实现全方位的数据动态展示。

（4）园区综合管理

园区数据库中存储着园区发展所产生的大量数据，利用这些数据的分析结果为园区的综合管理提供依据。可通过可视化方法展现园区现状，便于园区管理者及时发现问题并纠正，为园区的管理与发展制定合理的策略。

4 设计框架及管理模式

4.1 总体设计框架

CIM框架下智慧园区分为感知层、网络层、平台层、应用层[6-7]。

（1）感知层

基础设施中的传感器和智能服务设施构成了感知层，对园区进行数据收集和状态检测，为园区管理和服务提供数据支持。

（2）网络层

园区内的移动网络和数据计算的云平台构成了网络层，感知层收集的数据通过光纤、Wi-Fi、5G网络进行传输，将信息快速完整地传输到数据库中，为园区的数据分析提供基础条件[8]。

（3）平台层

平台层是一个连接数据存储和服务设施的平台，用于接入数据、模型建模、数据分析、方案设计等方面，通过全局调控赋予服务设施相应的功能。

（4）应用层

基于CIM的智慧园区优势在于集规划、建设、运维于一体，实现智能化管理，该层融合了投资、安全、营销、能耗等多领域的业务，是融合全园区公共业务的综合应用平台。

智慧园区总体建设框架详见图2。

图2 智慧园区总体建设框架

4.2 相关技术

CIM框架下智慧园区建设主要应用以下相关技术。

（1）GIS

GIS是采集、存储、管理、分析、应用整个或部分地球表面的空间数据和属性数据的计算机信息系统，而CIM框架下需要用到3DGIS，它是从数据建模到空间分析都建立在三维数据基础上的GIS系统，包括计算机图形、三维可视化、VR、三维空间分析等多项技术，将空间地物以三维模型的方式展示，具有更强的可视性、直观性。园区三维数据的获取可通过建模或倾斜摄影测量的方式进行，这样既可以使得其具有真实的三维位置信息，又具有真实的地物纹理，更加贴合真实的三维场景。

（2）IOT

IOT是互联网、通信网的拓展，包括智能终端、基础设施、监控设施、移动传感器、控制系统、智能办公家居等等，它通过网络连接提供远程控制、实时定位、升级维护、辅助决策等，可实现物理对象的管理、控制、节能、高效一体化管理[9-11]。

（3）BIM

BIM是以三维数字技术为基础，集合了建筑项目单体相关信息的数据模型。建筑信息模型为设计师、建筑师、工程师、用户等人员提供建筑物单体可视化三维模拟分析平台，为各部门的协同工作提供坚实的基础。它可建立描述建筑工程信息的模型，定义建筑实体，如墙、窗户、连廊、候梯厅等，以建筑物单独部件为操作对象，如楼宇某层的某个办公房间、配电室等，为不同应用的信息共享及精准化管理奠定了基础。

4.3 一体化管理模式

园区中的各部门往往存在着业务联系，但传统管理方式下，部门系统互不相通，信息难以共享，阻碍了园区的发展。CIM框架下建立的数据库可以接入各个部门的公用数据，业务相关的部门组成一个联合的整体，统一分析、展示、查询园区的业务数据，实现各部门协调发展，消除信息孤岛，优化资源配置，提高园区的整体业务水平，如图3所示。

图3 园区一体化管理模式

4.4 创新谷智慧园区应用

创新谷智慧园区的应用主要体现在如下几个方面：

（1）安防方面主要包括车辆及人员通行记录、监控检测、报警系统、应急处置等。

（2）资源管理方面主要包括对企业的水、电、燃气等进行物联网数据采集分析，实现能源监测。

（3）安全监管方面主要包括设备故障管理、隐患排除、污染监测等。

（4）公共服务方面主要包括餐饮购物消费服务、停车服务、外来交流人员指引服务等。

5 智慧园区建设

在建设框架及设计思路之下，进行了部分功能的实践探索。

（1）园区部分三维模型及部门信息查询

利用3DGIS及BIM技术建立园区部分三维模型。同时智慧园区管理平台录入了各个部门网站的信息，包括公司成立年份、业务介绍、职工信息、招聘信息、公司等级评定、工作环境、组织活动等内容，使用者可以在一个平台查询到园区公司信息。点击模型中的楼层，即可显示公司网站首页及公司平面图和部门员工的位置，如图4所示。

（2）园区二三维导航及交通管理

将园区三维模型添加到二维地图中，实现园区范围内的三维导航，相比于传统导航，三维导航更加有沉浸感，体验感更强。使用者可以借助三维模型对创新谷园区有一个直观的了解，导航时可直接定位到所在楼层[12-14]。

将智能识别、自动控制结合起来，实现车辆出入登记管理，停车计费记录储存，根据车辆驶入记录分析停车位剩余量，优先为用户推荐车位较多的停车场，当停车场车位满了后，会引导用户驶入附近停车场，还可以根据车位使用量模拟车流信息。园区内行驶导航在线路上加载车流量，推荐用户去车流量少的路线。

（3）智能照明及就餐

使用监控设备记录每条道路的人流量，调控路灯的照明情况，通过模型可以查看路灯布设是否能满足照明需要。当园区监控出现人物画面时，以该人员为圆心做缓冲区，使缓冲区内的路灯保持常亮。如园区在20点之后关闭别处的通道，只留一个门通行，园区内其他地方灯光会自动熄灭，该处路灯正常照明。

园区内的餐厅入口自动记录出入人数，根据系统获取的餐厅顾客容量，预测拥挤度。园区内的工作人员可以根据智能餐饮系统的提醒，选择位置剩余较多的餐厅就餐，节省排队时间。

（4）管线故障排除

园区内的各种管线埋设在地下，管理系统中记录各条线路的走向和节点，以3DGIS形式呈现，当某一区域的通信、电力、给水等线路发生故障时，可以快速定位到损坏线路的位置，并且利用GIS分析技术可以分析受影响的范围。同样在疏水管道的节点安置水流传感器，当园区疏水不畅时，通过分析节点处的水流情况确定堵塞位置，节省故障检测的时间，加快维修进度[15-17]。

（5）员工一卡通

在园区内工作的职工身份信息会录入园区数据库，办理园区职工智能卡，该种类型的卡可以对园区内工作人员进行定位，并可结合人脸识别技术，赋予门禁管理的权限。此外，园区内一切消费可以使用该智能卡支付，或是刷脸支付，消费记录会上传园区管理系统，员工可以选择先消费后支付还款的方式，也可以选择使用月工资消费的方式，可为员工提供便利的园区生活。

6 结论

文章探讨了基于CIM的智慧园区建设方案，结合3DGIS、BIM、IOT等对园区的智慧化建设进行初步探究，使园区的运营管理实现智能化、一体化，部分思路及实践可能还不是特别成熟，需要进一步探索实践。

文章研究区域济南创新谷为小型工程案例，后续考虑采用倾斜摄影测量方法，获取研究区域的实景三维数据，进行园区的实景三维建模，在此基础之上融合BIM、室内导航及IOT技术，实现CIM框架下智慧园区的一体化管理，以后将进一步深入该方面的研究。