CIM技术在智慧园区中的探索、应用与推广研究——以长沙电子商务产业园为例

吕晓飞， 付倩恺， 卢映熹

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司）

1 引言

智慧园区是智慧城市的重要表现形态，其对整个园区的道路建设、供水、供电、供气、管网、通讯、绿化、水体等各类实体物理对象的运行态势实现全面掌握，且掌握园区内人员的生活和生产活动，根据人员需求提供优质的服务和管理措施，提前预判问题风险并采取合理措施。而基于城市信息模型CIM技术打造“数字孪生园区”，能实现宏观与微观一体化、室内与室外一体、静态与动态一体化，最终实现园区空间信息全局可视、园区实时态势精细洞悉、园区运行规律深度挖掘、园区发展趋势推演仿真。

2 CIM技术探索

2.1 CIM的概念

城市信息模型CIM是指以建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网（IoT）等技术为基础，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维多尺度空间数据和物联感知数据，构建起三维数字空间的城市信息有机综合体。CIM可用于支撑城市建设、城市管理、城市运行、公共服务、城市体检、城市安全、应急指挥等领域的应用，支持智慧城市其他应用的建设与运行[1]。CIM是地理信息、建筑信息、城市规划、道路交通、市政管理、城市环境[2-5]等多行业、多专业交叉汇集的领域[6]，其概念的提出是为了解决智慧城市在建设过程中，存在基础数据信息缺失、信息共享不畅、数据孤岛现象丛生、平台重复建设等突出的问题[7]。CIM除了表示城市信息模型之外，还有CIM平台的含义，该平台是管理和表达城市立体空间、建筑物和基础设施等三维数字模型，支撑城市规划、建设、管理、运行工作的基础性操作平台[8]，可承载丰富的CIM+应用。

2.2 CIM助力园区管理

现有的诸多园区在建设过程中，存在内部管理效率低、数据丢失等问题，且传统信息化系统可视化程度低，数据传递主要以表格和数字为主，无法直观反映园区运行状况。而通过CIM技术构建统一的“数字孪生园区”模型，不仅可以纵向打通数据壁垒，结合物联网技术后还可通过可视化的方式直观反映园区动态，从而带动园区管理服务的提升。

1）增强园区综合管理能力

依托CIM基础平台，打造基于CIM+的智慧园区管理系统，实现园区从规划、设计、建设到运营的全生命周期的管理，通过数字孪生模型，整合业务发生时间、进度、人员等信息，串联业务处理全人员、全物资、全过程，更加清晰、直观地展示业务处理进展，从而提高园区综合管理能力和水平。

2）提高园区智能运营水平

通过CIM技术的可视化能力，结合物联网技术，可加强对园区应急管理、设施设备智能运维、环境监测、管网监测、能耗监测，利用智能化硬件设备和应用软件，对信息资源汇聚、整合、可视、分析、共享，增强园区监测运维能力，提升园区智能运营水平。

3）提升园区智慧服务能力

园区的服务应用体系，包括公共服务、政府服务、电子商务服务、金融服务、园区产业孵化服务、园区企业发展服务等，结合CIM技术，将其服务空间化展示，形成多元化、多层次、智能化的园区智慧服务体系，能提升园区便民利民服务能力，园区企业和居民能够方便快捷地享受园区各类服务，提升园区企业的满意度和归属感。

3 CIM技术应用案例

3.1 背景

长沙雨花现代电子商务产业园位于黎托南片区，面积约11.7km2，建设用地190hm2，定位以电子商务产业为主导。根据规划和建设要求，需采用现代数字化信息技术，打造智慧园区综合管理系统，辅助园区规划、建设、运营全生命周期应用，全面提升产业园数字化服务能力，推动园区管理服务模式创新。

3.2 系统架构

①物联感知层：将不同的传感设备采集到的数据，通过通讯协议，对物联数据在平台中进行存储。

②计算存储层：将多源异构的数据资源和计算资源进行整合，为上层提供数据服务和计算服务。

③平台层：以CIM基础平台、移动应用平台、微服务网关等作为技术支撑，提供功能开发的接口和服务，为上层应用提供基础开发套件和工具包。

④应用层：基于园区规划、建设、运营三个阶段的CIM模型，提供智慧规划、智慧建设和智慧运营三大系统应用，涵盖园区发展的全生命周期管理。

⑤交互层：主要为用户提供不同的交互方式，包括桌面端、移动端、web端和智慧大屏等交互。

3.3 功能实现

3.3.1 数字孪生模型

智慧园区的各类应用要能够完全实现园区的精细化管理，必须依托精准且不断更新的CIM数字孪生模型，其作为园区智慧应用的基础，包含地理信息、地质信息、设施信息三大类基础模型。地理信息三维模型通过航空摄影、地面移动摄影等多种GIS技术手段构建。在此基础上，结合园区地表景观、功能区规划等地理信息，经图层叠置、数据融合等数据处理建立园区数字化地理模型。地质三维模型通过对园区土层数据进行分析、整理和合并，划分标准层序，集成地层、岩性、风化等地质特性，构建地质信息模型，为地下工程建设提供决策辅助。设施信息模型在园区地理信息模型初步构建的基础上，采用BIM技术对园区地下管网、道路等基础设施进行三维建模，服务园区建造过程，为运维阶段提供数字化资产。由此建立覆盖地上地下高精度的三维数字孪生园区，为掌握园区现状和智慧化管理提供支撑。

3.3.2 智慧规划应用

智慧规划模块能够动态呈现试验区的规划状况，采用CIM数字孪生模型作为呈现手段，提供多方位、多角度的模型视图，帮助设计人员与管理人员对规划方案进行查看并评估，及时对方案完善与改进。

1）规划成果数字化

CIM技术可将不同阶段的规划成果以数字化的形式展现在智慧园区平台中，例如，土地利用规划、管线规划、给排水工程规划等，实现与实景倾斜摄影三维模型和地图影像的叠加显示，集成设计与规划成果，避免重复设计工作，协调各部门之间的工作，使各个设计部门之间的合作与交流得到加强，有助于建立统一的规划设计规范与体系，实现资源共享与业务协同，实现规划方案审批流程的信息化，减少审批时间，作为规划工作助手，为智慧园区规划提供有力支撑。

2）规划快速设计

通过整合CIM模型数据与服务，实现规划相关数据即时查询，为规划设计人员提供基础数据和综合数据作为园区规划与设计依据，对资源库中的数据进行加工、整合与关联，为不同规划方向人员展现业务数据，辅助其规划设计决策，实现精准与科学规划，做到规划方案区域化、网格化，为园区规划现状和预测提供依据，提升规划工作的前瞻性和预判性。

3.3.3 智慧建设应用

1）施工数字管控

以CIM模型为基础，结合编码技术，为工程仿真、造价管控、工程施工、工程监理及竣工验收等方面提供准确的数据支撑，包括安全管理、质量管理、进度管理、投资管理等功能模块，实现施工过程中安全、质量、进度、投资等主要业务的数字化管控。

2）工地智能监管

工地智能监管的目的是实现“智慧工地”，充分利用物联网、移动应用、综合定位等技术，结合CIM模型，实现视频监控、人员监控、施工设备监控、智能物料管理、智能施工（智能混凝土施工管理）、环境监控、工程安全监测等系统的数据接入、汇总、可视、分析与综合展示。

3.3.4 智慧运营应用

在园区规划建造完成后，形成了一套具有丰富信息的数字孪生园区模型，可对园区全生命周期管理过程做全数字化的追溯。同时，结合物联网技术，CIM技术将为园区后续持续运营提出智慧解决方案，也为园区的市场化服务的引入提供精准定位与个性化应用服务。

1）智慧化管理服务

CIM模型通过与园区物联网数据有机结合，可对园区内部的环境、安防、设施、交通等状况进行定位与监测，采集的海量数据，借助专家规则、深度学习等方法，可对异常运行情况进行大数据分析，从而进行预警预测，保障园区运营服务安全稳定。

2）市场化应用服务

基于平台的搭建，为业务部门提供数据调用、系统集成、应用运营、二次开发等多元化服务，平台服务模块化的封装为轻量、高效的迭代提供技术支撑，为构建开放合作运营企业生态奠定基础，也有助于进一步发挥园区的综合效益，提高园区的智能水平，助力探索健康可持续发展道路。

4 CIM技术推广

CIM是一种对城市进行数字化描述和表达的技术理论。这种技术理论随着智慧城市智慧园区建设的发展应运而生，是对BIM、GIS、IoT等新一代信息技术的集成和提升。作为支撑城市空间治理的信息平台，CIM本身就是新基建的一个重要构成，而新基建也为CIM提供了“神经系统及其末梢”。未来CIM的发展融入国家新基建的总布局，针对“现有基础设施的智能化、未来智能技术的基础设施化”，在CIM系统中实现涵盖能源、水务、交通、物流等多个城市基础设施的智能升级，并为下一代信息基础设施提供新的平台、新的载体，促进经济创新发展，创造新的社会生活[9]。