城市信息模型（CIM）研究与展望

杨博

2015年以后，随着IOT、AI、5G、VR等技术的日益成熟，越来越多建设主体的参与，智慧城市在密集的中央和地方政策指引之下迎来了新的发展，智慧交通、智慧建筑、智慧政务等细化分支极大改变城市发展运行。同时，随着5G和物联网技术的普及，实时、海量、并发的时空大数据场景越来越丰富，在这方面，现有的GIS和BIM厂商的既有产品架构都存在天然的缺陷，需要进行底层的重构而非简单的功能完善。在此背景下，城市信息模型应运而生，采用“时空数据库+时空数据引擎+时空网格体系”等技术体系构建完善的CIM系统成为智慧城市发展的重要方向。本文从CIM平台的概念和发展历程入手，围绕其核心技术、平台架构、应用现状展开分析，最后对其产业生态的发展进行展望。

一、CIM的概念与发展

1. CIM的核心概念

城市信息模型（City Information Modeling，CIM）这一概念目前尚无确切解释，但学者较认可的概念是：它是一种城市信息有机综合体，以城市信息数据为基数，以三维数字空间为体现，以建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）和物联网（Internet of Thing，IoT）等技术为基础，融通整理城市室内室外、地上地下和过去到未来等空间时间信息模型数据和城市感知数据。由此可见，CIM是一种包容性的生态理念，它是GIS和BIM的相互融合。

2. CIM的发展

CIM是近几年迅速发展起来的全新生态。从2018年至2020年，CIM在中国先后经历了CIM概念阶段、建设阶段和发展阶段，尤其在2020年我国新基建战略提出以后，极大地推动了CIM行业的发展，自此CIM行业进入快速发展期。

BIM和GIS的融合应用，催生出CIM这一行业生态。首先，BIM的源头可追溯到建筑史的发展。在物质贫乏的农耕时代，中西方推崇的是既有设计又有施工的工匠，而技术发展必然会引发社会分工的细化，这为后来的设计与施工分离埋下伏笔；在文艺复兴时期，图纸作为一种载体，充分体现出各个艺术流派教堂建筑大师的风格，此时建筑史开始出现专业化分工；后来到了工业革命时期，给排水、钢结构、测绘图纸逐渐兴起；现如今，国外在专业划分上，把设计、建筑工程（结构、暖通、水电等）和施工区分开来，构成业界认可的建筑业。随着IT技术的发展，建筑界各类应用软件出现，建筑设计真正实现专业独立，使得BIM从概念阶段逐步走向应用阶段。

GIS之所以会出现，主要是因为人口普查、自动制图和土地调查的需求。加拿大测量学家R.F.Tomlinson在1960年首先提出数字地图的理念，紧接着又提出GIS概念。但是GIS真正在全球飞速发展，源自于1982年IT商业化软件ESRI的Arc/info的出现。而在1991年各类商业软件进入我国，GIS软件与卫星遥感技术的集成，将空间信息分析带入到新的应用发展阶段。自此，我国实现GIS产业化。

综合以上两者的发展，都得益于IT技术革命，在IT技术推动行业发展的过程中，它们通过数据并基于软件的电子化手段，创造出新的行业细分领域。在国内，BIM和GIS早已不是新概念，而CIM概念却是近年来的新兴理念，是把BIM和GIS两者紧密融合催生的一个新的行业生态。

二、CIM政策研究

2021年3月，国家发布《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》，其中全面重点部署了数字化转型战略，将数字化转型作为驱动我国生产生活的重要方式，规划出我国数字化发展蓝图。

2018年至今，在住建部主导下，广州、南京等地区先后开展了CIM基础平台建设的试点工作。同时，各地区的CIM基础平台建设也纷纷跟进，国内约有30多个大小城市，100多个项目提出CIM基础平台建设的意愿，主要包括工业园区、城市开发、和城市新区等各个体量的CIM基础平台建设。

2022年1月，住建部发布《城市信息模型基础平台技术标准》，该标准主要应用于CIM基础平台的建管运维各个阶段。《标准》把三维数据对象分为CIM1—CIM7共七个等级，划分依据分别为类别、层级、精确度。另外，不同的平台建设会对CIM数据提出不同的要求，这就需要利用不同的方式处理数据，此时不仅要进行数据的分类、精度确认、单体化和拓扑，还要针对三维数据需要进行在加工，如多源异构的数据转换、轻量化和数据组织存储等流程，从而实现加载显示的流畅度和速度要求。

三、CIM的核心技术

CIM平台的组建涉及多技术融合，分别包括GIS、BIM、IoT、大数据和互联网等，这些技术往往应用于平台建设的各个阶段。GIS是指地理信息系统，主要包括地理信息获取、存储、筛选与分析以及管理与展示等；BIM是指建筑信息模型，它将建筑物以数字化的形式展现，充分获取建筑物的各项信息，从而实现其全生命周期的管理；IoT是指物联网，它是基于互联网的应用拓展和延伸，通过技术手段实现物体感知、识别、控制、互联和处理，从而达到决策的智能化和高效化。

物联网的主要作用是数据采集，它利用现有的物体感知技术链接到城市层面从而提取底层数据，服务于城市信息模型的建立；GIS和BIM主要作用于数据存储过程，搭建形成可视化平台，提供信息存储、提取和交互作用；BIM和GIS之间是一种微观和宏观的互补关系，BIM可以看作一个个块状物，它储存着建筑物的个体全域信息，GIS可以看作一整个面，它储存着城市的社会层面信息，包括地理信息和经济数据等。

四、CIM的平台架构

智慧城市是一种现代科技理念，它是在现实城市的基础上，围绕政府、居民和企业而搭建起来的全新城市认知。其底层是城市的地理空间模型；然后是基于地理空间的自然资源（湖泊、森林等）；接下来则是城市的基础设施；最上层即城市的经济社会系统。其中政府、居民和企业这三者在各个层级间均有活动，且交叉存在，互相影响。主要技术架构分为四个层级：感知设施层、数据传输层、数据服务层和用户应用层。

五、CIM应用现状

随着CIM标准推出，智慧城市、智慧园区产业进入爆发期，而智慧城市、智慧园区产业离不开CIM平台建设。围绕CIM概念出现的相关产品完美契合城市在高效管理的功能建设和赋能智慧城市、智慧园区的产品能力，将城市分级空间理念、多来源差异性数据整合和大批量数据处理能力发挥的淋漓尽致。近年来，CIM项目概况如下：

1. 2021年6月，“2019年广州市城市信息模型（CIM）平台项目”项目验收通过

作为全国首批CIM试点城市之一，广州CIM平台项目建设内容包括：CIM基础平台、CIM基础数据库、智慧城市一体化运营中心和改革的辅助系统以及基于CIM的统一业务办理平台。广州市城市信息模型（CIM）平台项目顺利通过验收，意味着广州市城市信息模型（CIM）平台建设进入新阶段。作为全国首个通过验收的城市信息模型（CIM）平台项目，也代表了全国CIM平台建设的较先进水平。作为试点城市建设的宝贵经验，对今后其他城市建设CIM平台亦有较高的参考借鉴价值。

2. 2021年10月南京市BIM/CIM试点项目通过验收

南京市BIM/CIM试点项目是全国首个同时完成覆盖规划建筑和市政的BIM报建与云端审查一体化政务集成以及特大城市级CIM平台建设的项目验收，相关成果已于今年3月1日起，在主城四区、南部新城、江北新区核心区、紫东核心区以及9个新城新区试点启用。

3. 2021年8月，苏州市城市信息模型（CIM）基础平台招标

苏州市城市信息模型（CIM）基础平台（共2个标段），CIM平台一期将重点聚焦历史城区（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；以可视化大屏为媒介，搭建CIM+驾驶舱应用，辅助领导直观高效的决策；以重大项目为抓手，通过CIM+土地供应管理应用模块有效支撑省市级重点项目高效落地。

4. 2021年12月，黑龙江省CIM基础平台项目招标

该招标为国内首个省级CIM基础平台招标项目。黑龙江省城市信息模型（CIM）基础平台由省级统一开发，建设基于GIS标准地址库和统一数据编码体系的省级CIM基础平台和13个地级市CIM3级别城市信息模型数据交汇三维基础底座。地市级可直接使用，对接存量数据、采集入库增量时空数据和资源调查数据、自主开发特色CIM+应用场景。平台包括：1个汇聚、存储、处理多元城市数据资源的数据存储中心；1个拥有CIM基础平台基本功能、涵盖13个地市建成区、基于GIS标准地址库并挂接城市空间部件属性信息的全省城市信息模型CIM3级别的基础底座；1个多类数据接入、汇聚、输出的共享信息平台；共同形成以城市时空数据信息为基础，支持多行业信息汇聚、融合、提取、展示的数字孪生城市管理应用场景。CIM基础平台三维底图及功能覆盖全省13个地市建成区面积约1758平方公里。采购内容包括项目初设与过程管理、平台开发建设、系统集成等全过程，平台技术要求须满足2021年5月住建部发布《城市信息模型（CIM）基础平台技术导则》（修订版）的规定。

六、CIM未来展望

CIM平台的搭建充分推动了城市、园区等应用场景的数字化转型，将基于数字孪生这一理念的产业链连接起来，明确出未来城市和企业在三维数字平台建设的可行路径。通过这一模式的应用，使得城市与企业在生产经营、日常管理、维护保障等各方面实现高效、精准和智能化，将互联网、大数据和数字孪生技术应用在虚拟场景中，承载高标准、安全性、协同发展、互联互通的理念，充分满足城市、企业和民众的实际应用需求。同时，行业发展关联的体现行业安全和经济效益的各种强相关技术变革，如人工智能、AR、仿真技术等将会迅速发展应用。简而言之：

（1）构建高可靠的三维数字平台，打通城市三维数字底座和城市建筑物数据信息，从而推动未来衍生迭代的各种智慧应用。

（2）推动城市数字化转型升级，同时稳步向智慧化转型，从而帮助相关决策者作出及时有效的决策，实时精准把握辖区的应急物资状态、安全管理状态和仿真模拟，为城市的各个产业模块升级助力，带动人工智能、大数据、仿真和5G技术等强相关技术在产业上的应用。

（3）帮助其他行业实现数字化、智慧化升级，构建数字底座和相关应用设备的三维数据平台，推动企业新型迭代的时空数字平台应用化。

（4）CIM这一生态概念处于持续发展过程，它的更新发展与数字孪生、BIM和元宇宙等的革新而变化。