智慧城市背景下城市信息模型(CIM)平臺的建設(shè)發(fā)展策略摘要：進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著我們國家經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動力。在此背景下，催生新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，已經(jīng)成為加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主要措施之一。在現(xiàn)代數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，城市信息模型平臺已成為收集城市全生命周期海量數(shù)據(jù)、服務(wù)城市精細(xì)治理、支持智慧城市建設(shè)的新手段。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗，深入分析和探討了智慧城市背景下城市信息模型(CIM)平臺的建設(shè)發(fā)展策略，希望可以給相關(guān)專業(yè)人員提供借鑒與參考。關(guān)鍵詞：智慧城市；城市信息模型；發(fā)展策略1城市信息模型的基本內(nèi)涵1.1城市信息模型的基本內(nèi)涵2019年3月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《工程建設(shè)項目合作平臺技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T296-2019），作為CIM第一份公開提案。本研究首先討論了CIM的定義和內(nèi)涵。一般來說，CIM應(yīng)該建立在城市基礎(chǔ)地理信息的基礎(chǔ)上，集成3D數(shù)字模型，如構(gòu)建BIM模型和基礎(chǔ)設(shè)施，以表達(dá)和管理城市的歷史、現(xiàn)狀和未來的3D空間綜合模型。從內(nèi)涵上看，CIM既是一個模型，也是一個平臺。2020年9月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《基本CIM平臺指南》，提出了“CIM”和“基本CIM平臺”的定義，并將CIM分為“模型”和“平臺”兩個含義。(1)CIM表達(dá)的“孿生城市空間信息模型”針對我們國家而言，城市是一個極為復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到了人口、土地和基礎(chǔ)設(shè)施、政府資源等多種要素。CIM模型主要體現(xiàn)在城市空間各要素的高精度CIM模型表達(dá)上，也體現(xiàn)在城市層面眾多模型的多源集成分析技術(shù)上。從技術(shù)上講，CIM模型是基于云計算的大3DGIS+小數(shù)據(jù)BIM場景數(shù)據(jù)的有機(jī)組合。在模型層面，CIM模型應(yīng)該表達(dá)三個維度：空間維度、時間維度和感知維度?？臻g維度?？臻g維度應(yīng)包括物理空間、社會空間、財產(chǎn)空間和基于空間定位環(huán)節(jié)的三個空間耦合系統(tǒng)。除其他外，物理空間包括各種地表和地下物理空間數(shù)據(jù)模型，包括城市地下管道、綜合管道廊道和其他地下空間數(shù)據(jù)，還包括基于城市地質(zhì)地形的數(shù)據(jù)，如地表覆蓋率、時間和空間利用率，以及建筑物和結(jié)構(gòu)的三維模型，傾斜攝影城市如3D數(shù)據(jù)。社會空間應(yīng)該包括人為數(shù)據(jù)、企業(yè)和其他社會空間的數(shù)據(jù)和模型。屬性空間依附于物理空間和社會空間，詳細(xì)解構(gòu)了物理空間和社會空間的特征。最后，這三個空間應(yīng)該基于統(tǒng)一的空間位置，并且是相互連接的狀態(tài)，能夠形成一個有機(jī)的物理空間。時間維度。CIM應(yīng)實現(xiàn)城市歷史、現(xiàn)狀和未來信息的集成，不僅反映城市的歷史變化，還包括城市的當(dāng)前實體和城市的未來規(guī)劃。敏感的在新一代信息技術(shù)的影響下，傳統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)環(huán)境由低頻向高頻轉(zhuǎn)變。高頻信息數(shù)據(jù)具有多維性、異構(gòu)性和實時性，可以實現(xiàn)對傳統(tǒng)城市時空維度更準(zhǔn)確、實時、豐富的感知。因此，CIM模型還應(yīng)充分考慮城市的感知維度，包括感知的“流向”監(jiān)測數(shù)據(jù)和表達(dá)社會空間和物理空間耦合路徑的模型，如人流、物流和信息流，還應(yīng)包括新一代傳感器，用于實時監(jiān)測城市的各種狀態(tài)，如溫度檢測，監(jiān)測能源消耗和其他數(shù)據(jù)和感知模型。圖1城市信息模型表達(dá)的城市空間(2)CIM表達(dá)的“城市全生命周期管理平臺”CIM將整個城市空間的高精度數(shù)據(jù)集成到一個統(tǒng)一的平臺中，這是構(gòu)建與城市空間孿生的管理“信息空間”的基礎(chǔ)平臺。在CIM平臺的底層，應(yīng)建立一個數(shù)據(jù)治理平臺，在海量多源異構(gòu)城市數(shù)據(jù)的聚合、融合、處理和分發(fā)的集成中實施數(shù)據(jù)治理。這涉及到多種模型融合、模型輕量級、模型分類瀏覽等關(guān)鍵技術(shù)。其次，CIM平臺將能夠瀏覽和定位多場景模型，為用戶提供真實的視覺和地理體驗。CIM可以在各種空間場景中從宏觀到微觀，從室外到室內(nèi)不同的視覺場景，從二維到三維無縫切換，在不同的空間維度上切換和瀏覽，并借助BIM技術(shù)，將傳統(tǒng)GIS支持的地理空間信息平臺，轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑿畔⒐芾砥脚_的零部件，打造真正全息、全面的智慧城市必不可少的基礎(chǔ)平臺。上述CIM的“平臺”內(nèi)涵可以理解為CIM的基本平臺。在此基礎(chǔ)上，可以擴(kuò)展豐富的“CIM+”應(yīng)用程序，從而實現(xiàn)在各個領(lǐng)域內(nèi)的智能應(yīng)用。圖2CIM基礎(chǔ)平臺表達(dá)的不同城市空間場景1.2CIM賦能智慧城市建設(shè)的重要意義CIM平臺是智慧城市的基礎(chǔ)平臺。其突出作用主要體現(xiàn)在促進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)和管理全過程的數(shù)據(jù)融合和集成，以及促進(jìn)各部門之間的業(yè)務(wù)協(xié)作。具體來說：1)CIM有利于推動城市管理各行業(yè)的數(shù)據(jù)匯聚共享。CIM能夠表達(dá)從零組件、單個項目、社區(qū)到城市和地區(qū)的各種場景中所有元素的信息。通過三維空間地理信息將各種信息連接起來，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化空間地址上信息的精確匹配和關(guān)聯(lián)。所有專業(yè)都是按照名稱、測量和坐標(biāo)等統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)在CIM中提供的，實現(xiàn)了不同格式和多個軟件領(lǐng)域的開放應(yīng)用程序，大大降低了部門和行業(yè)之間信息共享的技術(shù)門檻?；贕IS、BIM和物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)集成將通過收集不同行業(yè)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)更精細(xì)的城市管理應(yīng)用。例如，在CIM統(tǒng)一空間方向的基礎(chǔ)上，可以有效地實現(xiàn)人口普查與人口管理信息模型的有機(jī)結(jié)合。基于BIM實現(xiàn)零組件信息、建筑材料信息、結(jié)構(gòu)信息和消防資源信息的空間匹配，可以促進(jìn)消防救災(zāi)規(guī)劃的快速發(fā)展；基于CIM的人口軌跡、空間方向、人口普查等信息匹配可以有效地選擇和排除疫情防控中的密切接觸者。2）CIM有助于促進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)、運營和管理方面的商業(yè)協(xié)同作用。CIM的建立有助于在城市管理的各個方面打開信息和模型的橫向和縱向流通。在平臺框架內(nèi)，CIM與城市規(guī)劃、交通、市政、建筑、道路橋梁、園林、公共安全等進(jìn)行協(xié)調(diào)，不同領(lǐng)域的現(xiàn)狀有利于構(gòu)建綜合性城市數(shù)據(jù)空間資產(chǎn)和全球聯(lián)動反饋機(jī)制。2城市信息模型發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和難點問題鑒于CIM在國內(nèi)外都是新生事物，涉及多尺度、多模型的融合與融合，制約CIM發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：2.1海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的匯聚及融合技術(shù)CIM涉及在城市中捕獲大量數(shù)據(jù)。首先，我必須考慮城市中的海量數(shù)據(jù)存儲和處理。以中國最高的建筑——上海市中心為例，BIM模型數(shù)據(jù)最多達(dá)到250GB，3D數(shù)字達(dá)到300萬，而數(shù)據(jù)量以市級為幾何增長級，而CIM包含的數(shù)據(jù)元素更為豐富，動態(tài)迭代速度更快，頻率更高，增長更快。因此，為了提高CIMbasic平臺的性能和效率，有必要解決海量數(shù)據(jù)的融合與融合技術(shù)，如海量數(shù)據(jù)清洗與篩選技術(shù)、數(shù)據(jù)分類與分類體系構(gòu)建、數(shù)據(jù)存儲模式優(yōu)化、建模中的輕量級技術(shù)、數(shù)據(jù)無損存取技術(shù)等，不同行業(yè)不同渠道的數(shù)據(jù)格式和標(biāo)準(zhǔn)有很大差異，這給多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合帶來了困難。就BIM模型數(shù)據(jù)而言，目前主流的BIM軟件都是國外軟件，這些軟件格式之間不通信。雖然有一種通用的國際IFC格式，可以提供不同軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式，但也存在信息丟失的問題。第三，需要在統(tǒng)一的空間地址和代碼中連接和匹配大量異構(gòu)信息，形成城市統(tǒng)一的空間資產(chǎn)，這涉及到空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換和連接，這在BIM和CIM的集成中尤為重要。最后，除了技術(shù)本身，建立和完善合理的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)也是海量數(shù)據(jù)融合的根本保證。由于許多行業(yè)的垂直管理，數(shù)據(jù)共享和實時交換存在制度性障礙，這已成為許多城市信息化項目失敗的最直接原因。2.2BIM與GIS的融合技術(shù)微場景中的BIM技術(shù)和宏觀場景中的GIS技術(shù)的集成也成為CIM的關(guān)鍵技術(shù)難點和近年來學(xué)術(shù)界的熱點話題。第一個是融合的主題。一是將BIM數(shù)據(jù)整合到GIS場景中；另一個是將GIS數(shù)據(jù)集成到BIM場景中。學(xué)術(shù)界認(rèn)為，整合模式的選擇應(yīng)取決于研究的規(guī)模。如果研究視角聚焦于單個項目和周圍環(huán)境，那么將GIS數(shù)據(jù)集成到BIM中更符合精細(xì)化項目管理的需要。如果研究視角側(cè)重于城市層面的細(xì)粒度管理，則涉及城市的全面地上和地下數(shù)據(jù)管理。然后，將BIM數(shù)據(jù)集成到GIS場景中，與其他空間數(shù)據(jù)一起形成城市數(shù)據(jù)資產(chǎn)。第二個是核聚變的關(guān)鍵技術(shù)問題。考慮到BIM模型大多基于平面坐標(biāo)系，具有多種獨立的數(shù)據(jù)格式，而物理空間數(shù)據(jù)大多是具有地理坐標(biāo)的地理信息，BIM與GIS的集成將涉及以下關(guān)鍵技術(shù)：BIM數(shù)據(jù)對GIS軟件的非破壞性訪問、海量BIM模型數(shù)據(jù)的輕量級、，BIM模型與地理信息數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)、BIM模型與TIN模型的集成技術(shù)等多源數(shù)據(jù)。2.3CIM標(biāo)準(zhǔn)體系的建立BIM是單一行業(yè)中設(shè)計、施工、運營和維護(hù)的組合。隨著BIM技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展，為了在項目的各個階段支持不同的專業(yè)人員，以及在不同參與者之間傳遞和交換信息，國際上有一套城市BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，如ISO認(rèn)證的IFC、IDM、IFD及相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、處理、交換和交付，編碼標(biāo)準(zhǔn)體系。相比之下，CIM是多個行業(yè)的橫向和縱向整合。國內(nèi)外尚處于探索階段，成熟的實踐案例較少。目前試點城市和建設(shè)項目在實施CIM基礎(chǔ)平臺的同時，還探討了一些市級項目的數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)和模型、基本標(biāo)準(zhǔn)、基本政策、基本技術(shù)，但對系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的理解存在一定的協(xié)調(diào)性，而企業(yè)在國家、地方、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面存在不足。由于人們對CIM平臺建設(shè)的熱情日益高漲，CIM標(biāo)準(zhǔn)的編制只能與實際建設(shè)項目同步進(jìn)行，并不斷修訂和完善。這對制定專業(yè)、全面和最終的CIM標(biāo)準(zhǔn)提出了重大挑戰(zhàn)。2.4信息安全技術(shù)CIMBASIC平臺未來將在城市中收集大量的數(shù)據(jù)和精細(xì)模型，這不僅對數(shù)據(jù)存儲技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，而且在數(shù)據(jù)的使用、傳輸和交換過程中提出了一系列安全問題。如