西安市西咸新区沣东CIM数字孪生平台建设

文｜清华大学信息国家研究中心 杜明芳

陕西省政府第21 次常务会议审议通过《西咸新区总体规划》(2010-2020年)，并通过国务院新闻办发布此规划，规划载明：沣东新城作为西咸新区渭河南岸的重要组成部分，在五个新城中起步最早、发展基础最好、配套设施最完善，绝大部分区域位于西安市范围内。沣东新城地处关中渭河冲积平原，北临渭河，南靠秦岭、沣河贯穿全城，新河、沙河等多条河流水系在区内纵横交汇，新区山水田园生态独树一帜。优越的区位，便捷的交通，对当地旅游业起着强有力的推动作用。

沣东新城的地理区位及沣东CIM 中心在新城中的地理位置如图1。

本项目由清华大学信息国家研究中心、清华大学数据科学研究院智慧城市大数据研究中心智慧城市团队完成，西咸新区和沣东新城给予全力配合与支持。

建设基础

沣东新城信息基础设施建设已经取得初步成效。固定网络建设稳步推进，光纤接入网速达10M 以上，移动网络建设快速推进，4G 覆盖率均超 94%，NBIoT 基本覆盖，沣东新城智算IDC 中心初具规模。本项目实施前尚存的主要问题是：（1）融合智算功能的CIM 平台欠缺。（2）数据中心与城市管理、城市治理及城市产业的融合不足，数据平台的带动性不强。（3）数据的采集力度不大，数据在CIM 平台的汇聚程度不高，多源异构数据缺乏有机融合。（4）数据智能程度不高，开源开放的人工智能计算与服务平台尚未真正建成，能够高效计算城市大数据的AI 平台与算法模型库缺失。（5）数据价值的挖掘方法模糊，大数据没有产生足够价值。本项目结合西咸新区建设发展过程中面临的主要问题以及西安市“十四五”规划设想，以打造“全国国家级新区新型智慧城市标杆”为目标，以CIM 智算平台为抓手打造西部新型智慧城市试点，补齐西咸新区智慧城市建设中的短板。

本项目实施前，西咸新区在用信息系统大多为垂管系统。据不完全统计，新区在用的67 个信息系统中，53 个系统为国家、陕西省和西安市垂管系统，这些信息系统之间没有按照城市信息模型基础平台的基本要求进行互联共享，也没有在CIM 平台的统一指导下进行开发建设。本项目在沣东新城大数据中心一期工程的基础上进行整体智能提升与深度融合设计，在《城市信息模型（CIM）基础平台技术导则》（建办科〔2020〕45 号）的指导下，将人工智能（多核计算、数据智能等）、知识工程（知识图谱、专家系统等）、数字孪生（BIM 建模与可视化、智能系统建模仿真、CPS 预测预警、存-算-智-管-运系统链等）先进理论和技术与沣东大数据中心及业务需求精准融合，将沣东新城大数据中心整体提升为沣东CIM 数字孪生平台，该平台的数字化、智能化、集成化水平应该超越了一般的CIM 基础平台。

图1 沣东CIM 中心（黄色圆圈）地理位置

沣东CIM 智算平台

沣东CIM 智算平台是西咸新区城市和产业智慧化转型、一体化发展的核心基础，其历史使命是为西咸新区的发展提供新动能、新机遇、新模式，开辟新区发展的新阶段。

沣东CIM 智算平台总体架构如图2所示。

基于CIM 平台的智慧沣东工程实施架构如图3所示。

围绕沣东新城总体建设目标，结合发展现状设计出“八横、十纵、一数、一脑”的智慧沣东工程体系架构，向上对接西咸新区、西安市、陕西省及国家层面CIM平台，承接上级资源，为国家多级CIM 平台体系的打造做好支撑。

沣东CIM 知识管理平台

目前，真正的智慧城市知识工程并未被开发出来，核心制约因素分析如下：一是数据库与知识库的衔接与转换。二是应用推理机的研究与开发。三是人类经验智慧的借鉴与利用。为解决以上问题，提出“CIM知识管理平台”概念，设计出CIM 知识管理平台架构，以CIM 知识管理平台为管控中心构建出云边端一体化CIM 管理体系。

基于CIM 知识管理平台的CIM 管理体系架构如图4所示。

沣东CIM 专项工程建设

目前，采用沣东CIM 智算平台和知识平台的部分专项工程已经启动建设，代表性专项工程如下：

（1）智算中心机房建设。智算中心一期已采购、安装、交付完成，主要应用场景为AI 推理平台。二期机房当前仅有场地、机房、机柜、电力、集成布线等基础设施，需要继续扩展提升。二期软硬件环境的建设完善正在根据应用场景需求做资源规模预算。

图2 沣东CIM 智算平台总体架构

图3 智慧沣东CIM 城市建设工程总体架构

图4 基于CIM 知识管理平台的CIM 管理体系架构图

（2）雪亮工程。目前沣东新城道路交通的摄像头等设备尚未采购安装，雪亮工程项目当前由西咸公安部门牵头落实。计划建设时空基础设施，实现全市遥感遥测、卫星定位、移动定位、物探、激光、雷达等各类地理空间数据和时空大数据的统一标准、统一汇聚和统一服务。

（3）医疗云。沣东新城本地医疗资源相对较为匮乏。医疗两大体系卫健委和医保局的接入单位位于西咸新区。当前陕西省省级卫健和省级医保云均处于项目调研阶段。

（4）智慧旅游。沣东新城旅游资源丰富，旅游景点较多，预算资金充足，且多为新建景区。在相关配套产业中，也包含沣东地产自建的酒店、公寓等。

（5）智慧园区。沣东新城下辖的各个产业园区多为自建，当前仅停车场设置了ETCP 设备，其他诸如园区门禁、办公楼门禁等尚未建设。未来在智慧园区方面存在较大的发展空间。

（6）智慧社区。将CIM 创新应用于智慧社区，量身定制未来社区CIM 平台，打造政府-物业-居民三端协同治理体系。未来社区CIM 平台注重各子系统的数据互联互通与安全共享，实时汇聚建设过程中的关键数据和BIM、GIS 等模型数据，形成数据资产，为智慧化运营奠定基础。在运营阶段，以BIM 模型为代表的海量建设期数字资产与智慧服务平台充分融合，持续服务智慧化管理和运维。

（7）政务云和行业云。沣东新城目前尚未建设任何类型的云平台，考虑在智算中心二期工程中加入政务云平台，以承载本地各委办局的资源需求；同时考虑建设不限于政务的全行业托管云，目前沣东管委会已开始收集各入驻企业的资源需求，统计数据正在形成中。

（8）AI 训练平台和云存储数据湖。针对智算中心的核心定位，以及一期应用生态的缺失，考虑在二期建设AI 训练平台，以及云存储数据湖，与一期AI 推理平台建立协同联动关系，共同推动AI 的场景化应用，培育AI 产业。

建设亮点与先进经验

本项目的建设亮点暨先进经验总结如下：

（1）“存-算-智-管-运”CIM 数字孪生平台规划设计运营模式。在CIM 基础平台框架下，充分融入数字孪生的系统思维、理论、技术，在数字孪生系统设计方法的指导下，将数据存储（“存”）与云计算（“算”）、AI 模型（“智”）、城市管理（“管”）、城市运营（“运”）五大CIM 关键环节彻底打通，从业务上连接为一个大系统、形成一个链条，深度融合智能计算和知识管理功能，大幅提升CIM 平台的智能性与系统性，在此基础上进一步实现智慧化管理、决策及可持续运营。

（2）“智能产业个性定制CIM 平台，CIM 平台深度服务智能产业”模式。本项目从顶层规划开始便以当地产业发展支撑为首要规划设计依据，以当地发展智能产业的诉求为根本出发点，定制化设计CIM 特色平台，使CIM 平台资源最大化直接服务于产业发展，使CIM 平台中的经济大数据成为真正的产业大数据，实现智能产业导向的算力、算法、算量供需最佳匹配，最大化节省投资，有效避免重复建设，实现以平台为统领的统一规划、设计、施工、评价，打造了平台经济新典范。

（3）“应用场景+智能算例两级模块”嵌入CIM平台实践。本项目在充分调研陕西省、西安、西咸新区及沣东新城的基础上，有针对性的规划设计了涵盖军用、民用场景的几十个实用化应用模块，并进一步下沉到智能算例，暨每个应用模块下又包含了支撑场景智慧化实现的若干算例程序、模型、硬件，形成了“应用场景+智能算例两级模块”资源池，CIM 平台管理程序可便捷调用和复用算例资源。

未来，随着西咸新区建设发展的深度推进，在足够多项目、资金、技术、人才的合力推动下，沣东CIM 平台将进一步演化为区域标杆化CIM 生态，形成能够有力促进地方经济高质量发展的新型数字经济生态，可在西咸新区、西安市、陕西省、西北地区甚至全国推广。