基于CIM平台深度构建数字孪生城市

张璐璐， 罗向平， 吕杨辉

（浙江嘉兴数字城市实验室有限公司）

1 引言

在智慧城市不断发展、不断进阶的过程中，逐渐形成了全要素采集、全专业建模、全生命周期管理、全空间数字化管理、全场景支撑的建设理念，CIM的概念正是在这样的行业发展中提出的。2018年，广州、厦门、南京等地成为运用BIM 系统和CIM 平台建设的首批试点。2020年，住房和城乡建设部联合相关部门印发了《关于加快推进新型基础设施建设的指导意见》，把全面推进CIM 平台建设放在了“新城建”建设的突出位置。“十四五”规划纲要提出“完善城市信息模型平台和运行管理服务平台”[1]，将CIM 平台建设推向更突出位置，数字孪生城市建设已然成为国家城市治理体系和治理能力现代化的目标和方向之一。

2021年，住房和城乡建设部发布《城市信息模型（CIM）基础平台技术导则》（修订版）（下称《导则》）将CIM 平台定义为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，是智慧城市的基础性和关键性信息基础设施[2]。

在“加快数字化发展、建设数字中国”的新时代新阶段发展要求下，加快新型智慧城市建设已成为提升城市核心竞争力的关键抓手与内在要求，加快建设CIM 对于推行城市“一张图”数字化管理和“一网统管”，推动新型智慧城市高质量发展，构建城市发展新格局具有重要意义。

2 CIM平台与数字孪生城市

数字孪生城市是智慧城市发展的一种新理念。数字孪生城市充分融合新一代信息技术，以模型、数据和工具构建起功能强大的城市级数字底板[3]，用全局的视角、一体化的模式智能操控城市的整体运行发展。值得强调的是，数字孪生城市将不仅仅是实体城市的拷贝或者镜像，它将基于城市的历史数据、实时数据，融合几何、机理、数据驱动等多种数据模型，实现对实体城市的映射呈现、分析优化、诊断预测和闭环控制。

CIM 平台是数字孪生城市的核心信息载体。CIM 平台以城市建筑构件BIM（建筑信息模型）数据、城市二三维一体化的GIS（地理信息系统）数据以及动态变化的感知信息IoT（物联网）数据等各类多源异构数据为基础，通过数据融合治理、空间分析计算等，建立起城市全要素三维数字底座[4]，是实现数字孪生城市精准映射运行细节、挖掘洞悉发展规律、推演仿真未来趋势的前提。

CIM 平台是数字孪生城市运行的核心技术支撑。数字孪生城市精准映射、分析洞察、虚实交互、智能干预等能力建设离不开CIM平台为其提供强有力的技术支撑。基于BIM 和GIS 技术的融合，CIM将数据颗粒度精确到城市建筑物内部的单个模块，是城市空间信息分析与挖掘的能力之源和城市全生命周期管理过程的信息循环底盘，为智慧城市与数字孪生城市提供全面的能力来源。

3 CIM平台建设重点

根据《导则》，CIM 基础平台总体架构包括五个层次和两大体系，包括设施层、数据层、服务层应用层和用户层，以及标准规范体系和信息安全与运维保障体系，如图1所示。

图1 CIM基础平台总体架构[2]

CIM平台的建设是一个长期不断迭代发展的过程，需要基于GIS软件、BIM软件和IoT信息源，在整体设计框架下，实现对各类空间数据进行对接、转换与建模，其核心能力建设主要包括以下三个方面：

1）时空数据库

CIM 平台作为城市全空间数据整合的载体，需要覆盖从空间地理、规划管控、工程建设到城市调查、公共感知和物联感知等城市系统全要素数据框架，满足各类数据信息与数据模型构建需求，同时具备对二三维时空数据的兼容能力，实现二三维一体化、时空一体化城市数字底板。

2）空间建模

以CIM平台为核心将多源数据在同一空间尺度下融合表达，搭建可计算的城市空间模型，可为城市综合管理和精细治理提供重要支撑。真实空间到数字空间的模型映射不一定是可视的几何模型，甚至可能仅仅是一组简单的数据，关键是采用孪生思维，根据对象的内部机制、经验规律，并结合历史数据、实时数据等，实现对城市各类对象、业务、行为的语义化表达，推进业务流程孪生、知识规则与机理算法孪生，发挥数字化对业务分析决策支撑的核心价值。

3）数字化呈现

CIM 是城市多源异构信息的空间融合与再构，通过空间关系和业务信息的建模，不但包括城市场景中涉及的人文要素、地理要素以及社会要素的数字化表达，还包括反映场景的空间分布模式、演化过程、相互作用机制的数字化表达，进而实现城市级大规模场景预测推演。因此，CIM 平台需要实现对物理世界时空维度的“全息化”重构，具备从宏观到微观的多尺度可视化呈现能力，直观展现城市的运行状态，全景深度透视，洞察城市运行规律，从而支撑精准施策。

4 CIM平台创新实践

CIM 平台建设为城市协同治理与服务创新，提升城市空间的全面表达能力和分析计算能力提供了重要支撑[5]。自2018年首批5个CIM试点开始，CIM相关项目数量呈现出逐年快速增长的趋势，投资的总量也在攀升，平台建设迎来了快速发展期[6]。

厦门市的“多规合一”CIM平台定位为城市大脑时空数据平台，平台具备数据共治共享、跨部门管理协同、能力沉淀复用、可视化泛应用四大核心能力，支持各行业各领域信息与空间的融合汇聚，在原有空间治理理念基础上延伸至城市治理，现已形成服务优政、兴业、惠民的多维应用场景新格局。在CIM+政府应用方面，搭建了生态环境“三线一单”系统、智慧消防系统、“森林防火一张图”、智慧城管系统等10 余个应用。在CIM+企业应用方面，沉淀人口分析、商业选址、土地、产业等算法模型，为企业招商智能选址、地价测算等提供决策支撑。在CIM+公众应用方面，可为学位预警、房屋大数据查询等提供服务[7]。

作为住房和城乡建设部试点城市之一，广州市在国内率先建成覆盖全市的CIM 基础平台，在立标准、汇数据、搭平台、建应用等方面形成了一系列工作成果，构建了丰富多元的“CIM+”应用体系，最典型的就是“穗智管”城市运行管理中枢，为实现广州市的“一网统管，全市统管”发挥了重要作用，除此之外还建设了智慧工地、城市更新、智慧园区等典型CIM+应用。同时，为了配合平台的建设和推广，建立了平台建设、规划报批、施工图审查及竣工验收备案四大类CIM 标准体系，编制了CIM 平台技术标准、CIM数据标准等11项配套标准及指引。

同时也应注意到，CIM 平台建设过程中也存在着数据融合缺乏指引、高价值场景较少等问题。在城市体检、城市安全、市政管理、智慧社区、公共卫生、智慧交通等领域的应用深度还有待挖掘和提升。

5 CIM平台建设发展方向

数字孪生城市的落地应用离不开CIM技术的支持，CIM 平台作为构建城市数字空间城市空间数字化能力的基础支撑与具体实践，对于打造孪生城市运行空间、强化城市大脑基础能力、实现全域时空数据融合具有重要的基础性支撑作用。

在标准规范编制方面，在“新基建”政策、需求的驱动下，CIM 将在标准体系上进一步梳理、制定，尤其是在数据采集、清洗、建模、分类、共享交互及CIM技术平台的建设、服务及运维等方面的规范。在核心技术演进方面，GIS、BIM作为CIM的空间技术的核心组件，是实现物理世界实体的空间化关键，未来一段时间将在多元异构的数据融合、模型轻量化、可视化上获得一定的突破，支撑起城市级业务的智慧化应用；在5G、人工智能、大数据等新技术的迅猛发展支持下，驱动CIM的发展更上新一台阶，为数字孪生城市建设提供新动能。