基于城市信息模型（CIM）的数字化平台应用研究

周 洁 侯晓颖

山东同圆数字科技有限公司 山东 济南 250101

2018年，住房城乡建设部《关于开展运用建筑信息模型系统进行工程建设项目审查审批和城市信息模型平台建设试点工作的函》（建城函〔2018〕222号）中首次提出要在BIM审查审批系统的基础上探索建设CIM平台，2020年，国家十四五规划纲要中明确提出了要完善CIM平台建设、探索建设数字孪生城市的要求。住建部联合六部委下发的《关于加快推进新型城市基础设施建设的指导意见》（建改发〔2020〕73号）中，也将CIM平台建设列为了“新城建”必选任务之一。在国家和地方政策的引导和要求下，广州、南京、厦门、深圳前海、雄安新区等地都开展了CIM平台相关的建设工作，结合自身特点对基于CIM的数字化平台建设进行了充分的探索研究，其实践经验也为其它省市提供了学习借鉴的基础。

基于CIM的数字化平台主要包含一个基础平台和N个CIM+应用系统，串联起城市从规划、建设到运营管理的方方面面。其中，CIM基础平台基于BIM、GIS、IOT技术，构建一个地上地下、二维三维、室内室外一体化的可视化城市数据底板，同时全面汇聚、融合城市多维度、多尺度数据及城市感知数据，打造城市整体可视化、可持续发展的数字底座与数据中台，为各类智慧化应用提供基础数据与功能支撑。CIM+应用跟随城市建设步伐，首先串联规、建、审、管，然后在国民经济各领域逐步推开，在实现数据互通、全面融合的同时，为未来智慧城市建设构建底层驱动能力。

1 应用研究现状

城市信息模型（CIM，City Information Modeling）最初提出之后很长一段时间内，都被理解为城市级BIM（Building Information Modeling）应用[1]，建立CIM的意义也局限在BIM模型的汇聚和仿真可视化展示等方面。一部分人利用游戏引擎，将建筑模型处理得十分精细美观，能够体现数字孪生城市的狭义概念，实现了对物理城市的真实还原，这在城市建设成效和风貌展示层面来说，无疑能够达到相对完美的效果。但游戏引擎对于大数据量的承载存在问题，如果城市级大范围的BIM模型同时加载，将对终端设备和存储设备提出非常高的要求，建设和使用成本都会很高。

随着国内外对于CIM技术的不断研究，对CIM内涵的理解也不断完善和明确，CIM的价值也不再只停留在模型的汇聚和展示层面，而是通过与BIM、GIS、IOT、大数据、云计算等先进信息化技术的充分结合，深入探索其在多源数据融合、数据动态关联、数据治理分析和应用支撑等方面如何发挥作用。在数据融合方面，BIM与GIS的高度融合是CIM技术最为突出的特点，2015年同济大学吴志强[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的细胞，大量细胞再加上各种连接网络共同构成城市级别的CIM生态圈。雄安新区在建设CIM平台[3]时，充分考虑了物联网实时监测数据与BIM及GIS数据的融合贯通，创建统一的空间编码体系，使得多源异构数据的动态关联及全时空、全过程数据的高效流转成为可能。数据治理是当前对CIM平台提出的更高要求，广州市CIM平台通过“一库、两级、三平台”总体框架的搭建，对基于CIM技术的数据治理进行了初步探索。济南新旧动能转换起步区在建设CIM基础平台的同时，同步推进了规划“一张蓝图”系统、BIM+智能审查系统和绿色建设监管系统等业务应用系统的建设，充分发挥了CIM数据基底和应用支撑的作用，进一步将CIM的内涵延伸到实际的业务场景中。总的来说，随着CIM技术的发展，相关的研究与实践也越来越深入，体现出其作为“数据中枢”的重要价值，为智慧城市建设和城市精细化治理高效赋能。

2 CIM基础平台

2020年6月，住房和城乡建设部会同工业和信息化部、中央网信办联合下发《关于开展城市信息模型（CIM）基础平台建设的指导意见》（建科〔2020〕59号），要求全面推进城市CIM基础平台建设及其在城市规划建设管理领域的广泛应用，构建国家、省、市三级平台体系，并逐步实现互联互通；同时提出了明确的建设时间表，即在2021年底前，启动省级平台和省会城市、部分中小城市平台建设；2025年底前，初步建成统一的、依行政区域和管理职责分层、分级的CIM基础平台。在国家政策的引导下，全国各地CIM基础平台的建设工作逐步推开，其重要性不言而喻。

作为多领域、多类型、多要素数据汇聚融合的中枢平台，同时又是智慧城市建设的基础数据底板，CIM基础平台具备数据汇聚、查询展示、数据共享、分析模拟、运行服务、系统对接等能力，能够有效支撑城市数字化建设，赋能城市高效治理。

2.1 平台架构

参照住建部下发的《城市信息模型（CIM）基础平台技术导则（修订版）》（以下简称“《导则》”），将平台总体架构划分为设施层、数据层和服务层。其中，设施层主要包含信息化基础设施和物联感知设备；数据层是通过搭建CIM数据资源体系，构建包含时空基础数据、资源调查数据、规划管控数据、工程建设项目数据、物联感知数据和公共专题数据在内的六大类数据库；服务层是通过开发实现数据采集与管理、数据可视化展示、数据查询统计、数据分析治理、数据分发共享、平台运行与服务、平台开发接口等功能及服务，满足CIM基础平台所应具备的数据服务、空间集成和系统支撑的三大核心能力，从而支撑城市规划建设领域的数字化应用，构建“规、建、审、管”一体化服务体系，在此基础上去拓展城市运营管理各行业CIM+智慧化应用建设。

图1 CIM基础平台总体架构

2.2 数据采集与共享

根据《导则》中对CIM数据构成的规定和说明，CIM数据应包含时空基础数据、资源调查数据、规划管控数据、工程建设项目数据、公共专题数据和物联感知数据[4]等六大门类数据。其中，时空基础数据门类中的行政区和测绘遥感数据、资源调查数据门类及规划管理数据门类多以二维矢量数据为主，且数据具有保密性要求，宜以前置机交换或离线拷贝方式进行采集录入；城市级三维信息模型数据同样以前置机交换或离线拷贝方式进行采集录入，而涉及工程建设项目的建筑、市政等BIM模型，应通过与基于BIM的工程建设项目审查审批系统对接获取；工程建设项目数据门类中所包含的立项用地规划许可、建设工程规划许可、施工许可和竣工验收四个阶段的审查审批信息、批文证照信息等，应通过与工程建设项目审批系统对接获取；公共专题数据门类中所包含的社会经济相关信息宜以手工填报方式获取；物联感知数据门类中的各行业实时监测数据应通过与各行业信息化业务应用系统对接的方式获取。

表1 数据采集方式

数据共享方面，平台以服务分发的方式实现空间数据共享，保障了数据的安全性，同时也解决了多源数据的兼容性问题。业务系统可通过CIM门户了解数据资源目录、申请数据资源共享，申请审核通过后，CIM基础平台将相关的二三维空间数据转换为服务地址分发给申请者，建立点对点的数据关联；台账类数据信息则通过接口实时读取。

2.3 空间数据查询与可视化应用

（1） 数据查询

数据采集汇聚的目标之一就是提高数据的利用效率，使原来分散在各处孤立存在的数据资产能够充分发挥其价值。数据的查询统计是最基础却也是最常见的应用，平台在搭建数据底板的同时也应实现多方位、多角度的分类查询检索功能，例如对空间位置的定位检索、对项目信息的关联检索、对BIM模型构件的属性查询、对报建方案历史版本的回溯查询等，同时也要以图表或台账的形式提供各类专题统计，从而使用户能够从海量数据当中快速找到自己所需要获取的数据信息。

（2） 数据可视化应用

基于BIM+GIS技术，建立一个城市级可视化数据底板，将CIM数据资源目录中所涉及的空间数据进行二三维一体化展示，真实反映城市地形地貌、建筑景观和空间布局，随着城市建设进程，同步实现数字孪生城市的构建。

在可视化展示的基础上，平台还提供通视分析、天际线分析、日照分析、剖面分析、服务半径分析等丰富的空间数据分析工具，辅助管理者从整体布局和城市风貌等角度对规划意图和工程项目设计方案有充分的了解，从而指导设计方案优化，促进方案的合理性。

2.4 数据引擎

CIM基础平台建设主要是基于CIM图形数据引擎来进行城市级大型场景下三维模型数据的轻量化展示与应用开发的，可以说数据引擎在CIM数字孪生城市建设过程中起着至关重要的作用。

CIM图形数据引擎应具备以下能力：①海量数据加载能力，实现城市级（亿级别）数据的同步加载、浏览、编辑、分析和输出，支撑地上地下、室内室外三维场景的快速浏览及二三维一体化展示；②多源数据融合能力，最大程度上实现二维数据、三维数据、BIM数据、倾斜摄影数据、物联网大数据等多源数据融合；③数据分析能力，支持多屏对比联动，同时提供丰富的数据分析工具，实现多源异构数据的空间分析、时序分析和非结构化分析；④三维仿真可视化能力，提供仿真模拟、虚拟漫游、模型管理与服务API等基础功能，可为构建数字城市应用的基础平台提供有效支撑。

作为底层关键核心支撑，国内主要几家具备CIM基础平台搭建能力的厂家均选择自主研发CIM数据引擎，从而规避采用国外引擎可能带来的数据安全方面的风险。

2.5 系统集成

CIM基础平台一方面作为数字孪生城市的数据中枢，肩负着数据汇聚、治理和共享的任务，为行业应用提供支撑，另一方面也类似一个“系统插线板”，将各业务应用系统集成到一起，统一入口、统一用户信息、统一分配权限，将政府各部门建立的信息化系统梳理整合，有哪些系统、还缺少哪些系统一目了然，新建系统都必须基于CIM基础平台搭建，基础数据共享共用，避免重复建设，有效节约成本。

2.6 开发接口与应用支撑

平台提供丰富的开发接口或开发工具包支撑智慧城市各行业CIM+应用，主要包括资源访问类、项目类、地图类、三维模型类、BIM类、控件类、实时感知类等。当建设新的业务应用系统时，涉及这些类别的数据或功能可通过与CIM基础平台的对接实现直接调用，从而减轻新建系统的开发量和数据收集工作量，避免重复建设，缩短建设周期，节约建设成本。

3 CIM+应用场景

CIM基础平台建设的终极意义就是作为基础底板支撑城市各业务领域的智慧化建设，将城市全空间、全要素、全专业、全流程、全生命周期的数据管控与分析、服务能力，向城市各类业务开放，支撑智慧化在城市管理中全面落地，形成数字孪生城市。因此，“CIM+”应用建设是CIM价值在城市生产、管理与城市生活中的延伸，基于CIM基础平台，结合城市发展需要，在城市规划、市政基础设施、园区管理等领域开展CIM+应用场景的建设和研究，是CIM数字底座持续生长与完善的必由之路，也能够为实现城市更加智能化、智慧化提供有力支撑。

3.1 CIM支撑“一张蓝图”绘到底

数字孪生城市的建立，与现实城市的规划建设紧密结合，城市现状基础数据、规划成果数据、工程建设项目数据等是搭建CIM数据中枢最先构建的数据底板，而在这其中，规划是“龙头”，对城市的建设与发展起到引领和把控的作用。因此，基于CIM建立规划管理系统，辅助管理者做好用地管控，助力规划理念切实落地，是实现规划管理精细化的有效保障，也是支撑“一张蓝图”绘到底、管到底的必要前提。

按照从宏观、中观到微观，构建国土空间规划、控规城市设计、实施设计三个一张图，体现规划管控的层层深入，基于CIM底图建立规划数据总库，实现综合数据集成。在此基础上，重点从三个方向入手，为规划管理工作提供信息化支撑。一是规划编制管理，规划成果及时更新落位，辅助冲突检测，确保规划一致性，推动规划成果高效利用；二是项目策划管理，建立项目生成机制，提前谋划、提前预审，落实空间管控，促进项目审批提质增效；三是项目报建审查，利用BIM技术实现三维可视化报建审查，辅助科学决策的同时，也为推动BIM技术应用、促进数字孪生城市建立奠定基础。

3.2 CIM赋能城市地下市政基础设施综合管理

落实国家加快推进新型城市基础设施建设要求，采用数字化、BIM、三维可视化等技术手段统筹管理城市地下空间和市政基础设施建设，构建基于CIM的市政基础设施智能化综合管理平台，对城市供水、排水、燃气、热力、电力、通信、管廊等地下管网设施运行态势进行实时监测、模拟仿真和大数据分析，实现对管网漏损、防洪排涝、燃气安全等隐患监测、及时预警和应急处置，进一步提高市政基础设施运行效率和安全性能，提升运行管理效率和事故监测预警能力，保障市政基础设施安全运行。

此外，可根据政府监管实际需要，分别有针对性地建立重要设施的智慧监管平台，例如智慧燃气监管平台、智慧热力监管平台等，一方面充分对接企业的智能化监测设备和运营管理数据，对设施基础信息、运行安全、供应情况、服务质量等进行实时有效的监管，促进管理模式从被动应对向主动保障型转变，提升政府监管和服务水平，另一方面间接推动和督促企业完善自身智能化、数字化转型，为行业智慧化建设打好基础，也为CIM+应用向未来智慧城市迈进提供保障。

3.3 CIM助力智慧园区切实落地

近年来，随着城市智能化加速发展，智慧园区作为城市建设的一个小场景，是智慧城市建设的重要表现形式，以往所谓的智慧园区仍停留在系统集成的层面，而借助CIM的数据融合能力、服务支撑能力和数据分析能力，能够帮助园区管理者在充分结合已有智能化基础设施的前提下，真正实现智慧化提升，打造一个能感知、能融合、懂分析、会成长的智慧园区。

依托CIM基础平台，融合园区地上地下、室内室外、二维三维全要素数据，建立一个园区级CIM可视化空间数据底板，在此基础上按照策划管理、建设管理、运维管理、服务管理划分四大模块[5]，串连园区管理全生命周期，满足园区招商、建设、安防、设备、资产、能源、环境、服务等多项需求，通过多维度的数据打通和实时动态的数据分析，提高园区管理与服务的精准性、高效性、灵活性，为智慧园区的高标准运行、维护、管理和综合功能提升提供全面支撑。

4 结论

随着建设试点工作的开展和全国各地的应用探索，CIM平台建设已初见成效，并逐步向着更深、更广的维度拓展。作为“新城建”的主要建设内容之一，CIM平台是关键性和基础性的数字化底座[6]，既包含了横向汇聚城市地上地下、室内室外、二维三维全要素数据的CIM基础平台，也包含了纵向贯穿规划、建设、管理全生命周期的CIM+应用场景。按照全息感知、深度融合、协同控制、高效管理的发展方向，探索形成“新城建”可持续发展的有效模式，能够为新型城镇化发展提供强有力支撑，为智慧城市建设积累可复制可推广经验，不断推动城市智慧化建设。