基于智慧时空信息云的CIM平台搭建及应用

王明省，邓兴栋，郭 亮，何华贵，李少智，吴瑞龙

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060）

0 引言

2018年3月2日，住建部正式向厦门市、广州市政府发送了《住房城乡建设部关于开展运用BIM系统进行工程建设项目报建并与“多规合一”管理平台衔接试点工作的函》，文件明确，此次试点工作主要是通过改造BIM系统进行工程建设项目电子化报建，提高项目报建审批数字化和信息化水平，并将改造成的BIM报建系统与“多规合一”管理平台衔接，逐步实现工程建设项目电子化审查审批，推动建设领域信息化、数字化、智能化建设，为智慧城市建设奠定基础[1-3]。本次试点工作的主要任务是：

（1）运用 BIM 系统实现工程建设项目电子化报建；

（2）实现BIM报建系统与“多规合一”管理平台衔接；

（3）统一数据标准，加强数据信息安全管理；

（4）加强制度建设。

住建部的试点任务核心内容是探索如何实现BIM 报建系统与“多规合一”管理平台衔接，即建立CIM（城市信息模型）平台[4-7]。本文将结合现有技术发展情况、各地方信息化建设情况，提出了一种CIM平台建设方法。该方法主要包括如何基于现有地理信息数据形成一张CIM图[8-10]，如何持续的获取CIM数据，如何搭建一个CIM平台，如何建立一套标准规范和运行机制。

关于CIM的应用还处于摸索阶段，还没有成熟路线方法。目前关于CIM的明确定义与应用，还没有统一形成思路[11-13]。实现上目前还没有成熟方法、统一的标准和要求，技术还处于研究摸索阶段。目前国内国外使用和研究更多聚焦于建筑BIM。建筑信息模型目前在美国、英国、澳大利亚、新加坡、日本等国家，都从政府层面对BIM应用提出了明确的要求与规定[14-17]。国内从政府层面也提出一些应用要求和规定。但对于CIM的技术研究与应用却都处于起步阶段[18]。基础条件不够成熟，应用环境需要孕育，目前并没有形成成熟的应用环境。关于CIM的管理、应用需要相应的应用环境支撑，目前国内还没有形成这样的应用环境，大部分地区还处于二维地理空间数据建设、应用阶段，有部分地区开始应用三维模型、倾斜摄影测量数据、实景影像等数据[19-21]。

1 总体框架设计

结合住房城乡建设部关于开展运用BIM系统进行工程建设项目报建并与“多规合一”管理平台衔接试点工作，并结合当前地理信息空间数据建设和应用，以及基于地理信息系统建设及应用相对成熟的地区现状，提出了一种CIM平台建设方法。为以后能够快速推动关于BIM报建技术的应用，以及CIM平台建设，CIM一张图在建设工程审批和智慧城市管理应用方面，奠定基础。通常一个CIM平台的建设需要考虑四个方面的建设内容：一个CIM数据库、一系列CIM数据生产工具、一个CIM平台和一套运行机制。

图1 CIM平台建设方法Fig.1 CIM platform construction method

（1）一个CIM数据库：一个CIM数据库包含一张CIM图和其他非空间CIM数据，是支撑CIM平台运行的数据基础，一个CIM数据库既包含各类空间数据，也包含各种业务支撑数据。

（2）一系列CIM数据生产工具：CIM数据生产工具是指产生CIM数据来源的各种系统、平台或是采集工具。

（3）一个CIM平台：是融合各种CIM数据，进行CIM数据联接、转换、管理、共享和应用的系统。

（4）一套运行机制：为保正建设的平台能够持续运行，CIM数据能够持续更新，需要建立的相应运行机制。

CIM平台是CIM数据的汇集、融合、转换、关联、管理、共享、应用必须通过CIM平台实现，是CIM平台建设的核心内容。在大数据应用技术、云计算技术快速发展和应用的条件下，CIM平台的搭建应充分考虑新技术应用，其架构如下：

如图2架构所示，一般CIM平台搭建应包括智能感知层、基础设施层（IaaS)、数据层（DaaS）、平台层（PaaS）、应用层（SaaS）。

图2 CIM平台架构Fig.2 CIM platform architecture

智能感知层：通过感知层，对接各种智能感知数据源，获取CIM平台需要的各种IoT数据。

基础设施层（IaaS)：通过虚拟化组件，搭建云服务基础平台，搭建CIM平台运行需要的软硬件环境，包括云服务器、云存储、基础支撑软件等。

数据层（DaaS）：数据层是CIM平台的基础，CIM平台通过建库、数据服务共享、数据接口等方式，汇聚、联接和融合各种数据源，通过转换形成CIM数据，为CIM平台提供支撑，为智慧应用提供数据基础。

平台层（PaaS)：平台层是 CIM 平台的核心，依托智慧时空信息云提供的服务引擎、业务流引擎、地名地址引擎、知识化引擎和物联网引擎等五大引擎，实现了从数据汇聚、数据转换、数据管理、图形展示、服务共享、数据应用、决策分析等功能，主要包括CIM一张图展示系统、CIM构建管理系统、CIM规划设计系统、CIM建造监督系统、CIM审批协同系统和CIM共享应用系统等子系统。

应用层（SaaS）：基于 CIM 平台提供的 CIM数据，通过与CIM平台提供的系统功能或是系统服务，各业务部门可以根据具体部门需求，选取必要的CIM数据，与各部门业务数据关联融合，形成各部门的智慧应用。

2 平台设计实现

CIM平台的各子系统分别从不同层面实现CIM平台的功能，下面针对CIM一张图展示系统、CIM构建管理系统、CIM规划设计系统、CIM建造监督系统、CIM审批协同系统和CIM共享应用系统等子系统的基本功能要求给出了明确描述。

2.1 CIM一张图展示系统

主要实现 CIM 一张图的展示，实现多种类型CIM数据的查询、查看、统计等。具体功能包括：二维地图基本操作，三维地图基本操作，数据查询、数据浏览、数据统计、图层数据配置、二三维数据联动展示等功能。

2.2 CIM构建管理系统

主要围绕CIM数据的构建开发相关功能，为实现多源数据融合、转换和关联提供相关辅助功能。数据融合，以数据总线方式，实现几何信息、业务信息、计算模型、关联信息多维数据汇聚融合；数据转换，以IFC数据交换标准、GML标准为基础，实现CIM和BIM数据的相互转换，以自建的CIM数据标准实现多源数据与CIM数据的相互转换。数据关联，围绕CIM模型的建立，实现相关空间数据、业务数据和IoT数据等各类信息的关联关系，形成网状数据关联体。

2.3 CIM规划设计系统

CIM 规划设计子系统考虑了以下几方面的功能，实现参数化、可计算的规划设计模拟划辅助编制、规划审核审批、规划化业务相关的功能，包括规划管控、指标分析、限高分析、通视分析、日照分析等；城市设计辅助相关功能，以CIM数据为基础，改变传统城市设计的方法，通过信息化手段辅助，实现更加具体、形象化城市设计，包括方案比对、开场度分析、多方位分析、景观设计分析、视廊通道分析等城市设计辅助功能；衔接多规合一平台，在二维分析的基础上，实现基于三维的多规合一相关辅助分析功能，主要包括冲突坚持、控制线分析、项目选址分析、项目生成策划等功能；衔接已建的规划业务平台，为规划业务办理提供服务。

2.4 CIM建造监督系统

该子系统主要围绕以BIM进行设计、报建、审批、管理和验收的各类工程，包括建筑类工程、市政工程和地铁工程，提供的管理应用系统。该系统的功能主要围绕工程的BIM数据进行转换后，形成的CIM数据如何管理、应用等进行开发实现。对于基于BIM的各类工程周期管理提供CIM衔接应用。实现工程建设全生命周期的可视化管理，在工程建设完成后，能够提供基于CIM的可视化运营管理。

2.5 CIM审批协同系统

按照国办发〔2018〕33号文，结合行政审批改革，将CIM数据应用到行政审批各个阶段，包括立项用地规划许可、程建设许可、施工许可、竣工验收等四个阶段的衔接应用，实现基于CIM的规划报建、联合审批和联合验收辅助服务。

2.6 CIM共享应用系统

该系统主要从智慧城市建设角度考虑，为城市规、建、管和治理，提供智慧服务支撑，充分考虑CIM数据的共享和应用，为城市建设环境进行仿真模拟、可视化呈现和数字化分析。首先要开发共享服务功能，将CIM数据以数据、接口、功能服务等方式共享到各个政府部门使用。另外，结合各个政府部门的需求，开发基于CIM数据的智慧应用，为智慧规划、智慧国土、智慧城管、智慧环保、智慧交通、智慧教育等提供应用支撑。

3 系统应用

围绕规划、建设、管理，汇聚二三维空间数据，以项目审批为主线，融合全流程审批信息，搭建涵盖地上地下的全市域CIM数字底版框架，逐步构建城市CIM库，实现行政审批事项的辅助验证、审查、智能化审批，应用于城市规划设计（图3)，CIM和BIM的融合互操作（图4），实现城市精细化治理。

图3 城市规划设计应用Fig.3 Urban planning and design applications

图4 CIM-BIM互操作Fig.4 CIM-BIM interoperability

4 结束语

本文结合现在的审批改革，国土空间规划改革，实现多规合一的要求，提出了一种CIM平台建设方法。该平台建设方法可以应用到工程建设项目审批各阶段，并能够为改革后，空间规划的编制和应用提供辅助工具和方法。主要工作总结包括：

（1）设计一种 CIM 平台的建设方法，在 CIM平台建设时需要考虑四个方面的建设内容：一个CIM数据库、一系列CIM数据生产工具、一个CIM平台和一套运行机制。并且对每方面的建设内容进行明确规定。

（2）给出一个CIM平台搭建方法：在大数据应用技术、云计算技术快速发展和应用的条件下，围绕CIM数据的汇集、融合、转换、关联、管理、共享、应用，给出了一种CIM平台云架构，应包括智能感知层、基础设施层（IaaS)、数据层（DaaS）、平台层（PaaS)、应用层（SaaS）。并给出平台建设功能，应包括CIM一张图展示系统、CIM构建管理系统、CIM规划设计系统、CIM建造监督系统、CIM审批协同系统和CIM共享应用系统等子系统。并对各个子系统建设功能进行了明确。

（3）提出CIM运行一套运行机制：为保正建设的平台能够持续运行，CIM数据能够持续更新，需要建立的相应运行机制，在文中给出了一套运行机制建设办法。明确需要需要建设的标准规范、管理办法等。