城市更新背景下基于CIM的新型智慧城市建设和运用分析

2022-12-29方建明刘明朱泽彪

智能建筑与智慧城市 2022年5期

方建明，刘明，朱泽彪

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司）

1 引言

一直以来，城镇化建设被作为扩大内需和推动国民经济发展的可行举措，从2019年开始我国的城镇化率就突破了60.6%，也是由此开始进入到城镇化的关键时期，不仅是发展主体发生改变，发展动力与发展逻辑也有明显的变化。当城市规模扩大之后，与之相关的要素也随之增多，系统复杂性增加，以前采用的城市管理模式不再适合新环境与发展趋势。在物联网、大数据基础上建设新型智慧城市，使城市管理、社会治理等工作有技术支持，也为城市工作带来全新的方法，为各个产业发展创造契机。在此环境下进行城市更新成为重要的工作，以CIM（City Information Modeling，城市信息模型）为基础的新型智慧城市建设，必须在实践中达到信息化与智能化的目标，与城镇化建设结合，全面实现智慧城市建设这一目标。

2 CIM与新型智慧城市

CIM是以建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）为基础延伸而来，在管理建筑物全过程中，可以实现各个环节信息共享以及业务协同[1]。CIM则是以城市为对象，在包括规划、建设、运维、管理等各个环节的全链条中运用，重点在于规避新型智慧城市建设可能面临的数据孤岛。从技术角度分析，CIM技术是以云计算为基础，构建大场景GIS技术+小场景BIM技术+微观物联网（物联网）技术结合的新形式。一些专家认为，CIM和实体物理城市属于同步关系，也因此提出了“数字孪生城市”的概念。

这里提到的“数字孪生”并不能完全等同于“CIM”，因为CIM关系到的城市三维全要素全空间数据，能够进行汇聚、整合、管理以及运用，最终达到数据、技术、业务之间的协同联动。但是“数字孪生”则比较关注数据汇聚、可视化，最终目标是城市真实再现，所以信息融合与运用没有完全的体现，也会限制数据赋能优势[2]。

2020年《城市信息模型（CIM）基础平台技术导则》的发布，正式提出了“城市信息模型”“城市信息模型基础平台”两个概念。城市信息模型属于有机系信息综合体，容纳了城市所有类型的要素模型，CIM基础平台则作为基础设施，负责城市信息模型管理。在CIM基础上建设新型智慧城市，提供了技术、信息的支持。

目前智慧城市作为城市建设的新着手点，各项建设工作正在紧锣密鼓地进行，但是其间也面临资源能源浪费以及路线模糊等问题。市场与企业等作为智慧城市参建方，有时对于智慧城市概念的了解过于模糊，整体性落地工程较少，而且更多集中在交通、教育、医疗等业务范围，智慧城市的整体设计与分层实施的落实力度还有待增加。所有参与方没有完全认识到智慧城市建设技术的复杂程度，认为智慧城市只是信息化项目，只是应用大数据即可，制定建设方案和目标也比较盲目，没有关注到当地发展阶段、技术实力等，导致智慧城市建设不够深入。

行政、技术等层面在智慧城市建设中存在一些限制，无法完全突破数据共享与业务协同模式的限制。不同种类的数据具有庞大体量，而且数据格式各异，最终交付成果不能通用。与此同时，接口标准没有完全实现统一，也会引发数据孤岛、信息烟囱等问题。智慧城市建设业务的所有参与方，在各个业务阶段的信息流转是非常关键的任务，需要重点做好协调管理，这是各个参与方在智慧城市建设中必须重视的问题。一些核心技术、软件开发面临研发时间长、信息共享难度大等问题，基础信息在密级管理的影响下，没有办法更加深入地展开，需要在今后智慧城市建设中加以重视。

3 基于CIM的新型智慧城市建设方案

3.1 新型智慧城市建设框架

3.1.1 城市感知与数据整合

城市更新进程中，越来越多种类的信息技术层出不穷，包括传感器终端、新媒体等，建设新型智慧城市，需要用到的城市感知设备、感知方法也非常多，越来越丰富，采集信息精度、频度在此环境下发生了很大的变化，创新了城市海量多源异构数据采集渠道，也增强了城市空间监测的实时性。创建CIM平台之后，所有遥感数据、BIM数据和地理信息数据等，都可以在城市地理空间地址的连接下实现整合，使采集到的信息、要素空间位置能够保证唯一性，拓扑关系和信息挂接的准确性，从而组成城市数字空间资产[3]。

3.1.2 建立、健全标准体系

因为城市信息数据是从各个渠道采集获得，所以数据格式也十分多样化，更新数据频率体现出差异性，在了解了数据、接口、安全、交付等一系列标准之后，将CIM分类、编码统一，建立坐标体系，加强数据接口和数据交付成果的规范性，使所有信息都可以得到整合。

3.1.3 创建CIM基础平台

当已经建立了统一的标准体系，可以将城市信息多源数据全部上传到CIM基础平台中，通过CIM基础平台，实现数据全过程管理，并且实现三维可视化与空间分析。创建CIM基础平台时，不是建设新的平台，而且是要在现有平台基础上进行整合，增加城市二、三维空间要素的管理功能，还可以提供数与基础支撑等各项服务。

3.1.4 CIM+服务

不同行业的业务决策、模拟模型等各有差异，CIM基础平台搭载、拓展业务等也会形成针对性的应用场景，以人民群众、政府部门和行业为对象，提供现实问题的解决方案，达成业务之间的协同联动，也可以解决城市治理、智慧城市建设中的问题。

3.2 细节设计

3.2.1 技术架构

城市基础设施在设计环节，技术构架必须保证拓展性，即智慧生态系统除了要满足群众在日常生活中的需求外，还要考虑到今后城市化建设的拓展要求，以免出现城市更新受限的现象。所以，更新技术构架非常重要。按照城市要素绘制三维地图，确定城市空间节点的所在位置。城市基础设施必须要有光纤网络实现节点之间的相互连接，再通过大数据挖掘城市基础设施数据，将其储存在互联网中，为后续智慧城市建设提供数据参考。

3.2.2 开放机制

智慧城市建设过程中，离不开开放平台的支持，以大众为对象搭建互联网服务组件，可获得具有统一性、规范性的实用能力接口。以开放对象为基准划分类别，有对外开放、内部开放能力两种，可以此作为能力组件。再根据功能模块的详细分类，获得语音、消息、视频、位置、搜索能力、运维管理等诸多能力。以上组件进行封装处理之后便可作为能力接口得到运用，组建能力开放平台。

3.2.3 GIS共享平台

搭建GIS共享平台，平台中有应用层、平台层、数据层、支撑层。设计应用层的对象为所有用户，用户利用智能终端、应用系统，可享受到城市地理信息共享平台提供的各项服务。设计平台层的对象为开发者，其作用是为开发者提供服务接口，使其可以快速搭建集成业务系统，一般服务接口涵盖了认证服务、地理编码服务及查询服务等。设计数据层，通常情况下需要搭建公共地理框架数据库，根据地理框架创建多元数据库，具体对象包括矢量、地名地址、三维景观库。设计支撑层对于GIS共享平台的稳定运行非常重要，由云计算中心、信息安全中心共同提供软硬件平台、安全保障与管理等诸多服务。

4 城市更新背景下的CIM新型智慧城市应用

4.1 不同级别的应用

CIM中储存了不同空间尺度的模型，可以在城市规划、建设、维护等各个阶段应用。比如项目级管理，其是以BIM模型为基础，结合了附近实体环境中采集到的GIS信息，可由原来的宏观地理空间转变为微观环境[4]。在BIM模型基础上全面分析项目能耗、资产管理情况，并且开展实时监控，搭建典型应用场景，具有智能审图功能。再如园区级应用，应用对象为工业园区、医院这一类面积相对适中的区域，管理应用也集中在小范围，实施社区、校园、疫情等管理。最后，城市级应用的范围比较大，如城市建成区与新区，是在三维城市空间底板基础上应用大数据技术进行信息挖掘与空间分析，制定行业决策模型后实施等量化分析，加强城市决策治理方案落实的准确性与精准性。

4.2 不同阶段的应用

CIM平台中整合了城市各个阶段的多源数据，根据城市生命周期可划分为过去、现在、未来相应空间，在CIM平台中组建专门针对不同阶段的CIM应用体系。各个阶段得到的应用成果在CIM平台当中沉淀，再利用CIM平台共享数据，为一体化协同管理目标的实现提供服务。实际上处于规划阶段，建议立足于城市三维空间编制多种设计方案，开展空间模拟、对比、智慧审查。进入到建设阶段之后，按照创建的BIM模型可以实现一些重点微观场景、线性工程智慧建设，对其中涉及到的所有设备进行安全管理及碰撞检测，同时以BIM模型为基础实施装配式设计。CIM平台中涵盖多源数据，例如城市现有人口、房屋数量与规模、企事业单位，将这些多项专题数据和空间实体数据挂接，成为城市更新建设不可缺少的数据基础。一些城市更新项目搭建了CIM平台之后，便对城市拆迁量、实际受到影响的人口以及经济投入量等重要数据进行定量估算，得到的估算结果是决策部门制定、调整方案的基础。已经进入到运营管理阶段时，CIM平台整合了各个行业相关的多源数据，通过IOT技术达到城市智慧化管理、运营的目的[5]。对于一些城市尺度大场景，还具有基础设施服务效率以及社会、城市治理能力评价的功能。比如城市交通方面，便可以应用CIM平台设计交通信息数据专项网络，将城市有关的环境保护、气象、地铁运营等数据加以整合，确保数据、信息资源能够得到有效利用，还可以在专项网络中加以协调，使交通领域的数据实现共享、联动，实时了解到城市中交通状态、交通流量情况，还可以提供预警、应急监测与安全导航等服务。