“新城建”背景下城市信息模型應用體系建設與探索

陳萍萍 杜敏 郝本明 李俊 夏曉波

(速度科技股份有限公司)

隨著科技的飛速發展和中國城鎮化的快速推進，城市建設領域正在經歷一場前所未有的變革。2020 年8 月住房和城鄉建設部首次提出“新城建”概念，標志著中國城市建設進入了一個全新階段?！靶鲁墙ā辈粌H是一個新的城市建設理念，更是構建城市發展新格局的重要載體，旨在通過創新和科技手段提升城市的建設和管理水平。城市信息模型（CIM）基礎平臺作為“新城建”發展中的基礎性任務與關鍵性目標，承載著為城市規劃、建設和管理提供數據支持和決策依據的重要使命。在政策體系逐步趨于完善、試點逐步落地見效的當下，亟需探索與構建CIM+應用體系，促進推動城市煥發新生機。

1.CIM 概念與內涵

1.1 CIM 概念

2020 年國家新基建戰略的提出讓CIM 行業迎來快速發展，但業界對CIM 的定義一直眾說紛紜，包括“采用統一BIM 標準”“城市是一個生命體，智慧的城市應當是可感知、可判斷、可反應、可學習”[1]“CIM 平臺的建設與GIS技術、BIM 技術以及物聯網技術關系密切”[2]“廣義的CIM就是數字孿生的城市”[3]“CIM 是城市智能建?！盵4]等觀點。2021 年6 月，住房和城鄉建設部印發《城市信息模型(CIM）基礎平臺技術導則》（修訂版），對CIM 的定義是：以建筑信息模型（BIM）、地理信息系統（GIS）、物聯網（IoT）等技術為基礎，整合城市地上地下、室內室外、歷史現狀未來多維多尺度空間數據和物聯感知數據，構建起三維數字空間的城市信息有機綜合體[5]。CIM 基礎平臺是管理和表達城市立體空間、建筑物和基礎設施等三維數字模型，支撐城市規劃、建設、管理、運行工作的基礎性操作平臺，是智慧城市的基礎性和關鍵性信息基礎設施。

1.2 CIM 內涵

理論上，CIM 是一種信息化、數字化與精細化的描述方式，理想狀態下可完全鏡像真實世界。值得注意的是，此處所指的“鏡像”與“數字孿生”在一定程度上是有所差異的，CIM 追求的不僅僅是刻畫今天的城市，而是“以今天預見明天，以明天帶動今天”的循環機制，實現城市模型下的動態配置與更新。但迫于現實數據的局限性，目前行之有效的方式是根據應用場景驅動數據建模，將有限的數據進行融合與表達，使之無限接近真實世界，并賦能城市推演能力以洞悉城市運行規律。在該層面中，CIM 的內涵則回歸到模型本身，即針對有限的對象模擬現實的運行機制并預測未來的發展趨勢——一個不斷改善和修正的周期循環過程。

從技術特性上看，CIM 是一個兼具系統性與復雜性的工程，其實質是多種新技術的融合與應用而非簡單的技術疊加。若把城市比作“生命體”的話，BIM、GIS、IoT 三大技術則是支撐城市機體“健壯發展”的核心要素：GIS 可為城市提供整體的框架和可視化的載體；BIM 則將觸角延伸至構件級別，通過細化填充建筑信息為城市充實軀干；IoT作為城市的神經脈絡，能夠連接現實與虛擬，為城市注入感知靈魂。在此基礎上，根據應用場景進行的智慧大腦賦能、創新思維開發、模型算法構建與管理能力訓練等一系列動作，才能構筑真正的CIM 與新型智慧城市生態。換言之，若缺乏外在的場景應用驅動力以及自我演進的內在動力，數字世界便會與真實世界形成脫節或割裂，精準的映射也就不復存在。對于使用者來說，CIM 只是一座信息詳實、靜態滯后、了無生機的數字底座。

整體而言，CIM 的基礎是數據，核心是算法以及算力，驅動力是應用場景。本質與內涵則是通過對數據的分析來跟蹤識別城市動態變化，靈活運用模型去表達、模擬、推演、預判城市的動態運行，輔助利益攸關者理解和把控城市的內在規律以及不確定的場景，同時將信息反饋到平臺的迭代演進當中以還原真實城市，從而賦能城市決策與管理，使之更加契合城市發展規律[6]。

2.CIM 現狀分析

2.1 CIM 建設與應用情況

隨著信息技術與力量的迅速壯大，智慧城市加速步入到3.0 階段，作為重要手段的CIM 建設需求也愈發迫切。自2018 年住房和城鄉建設部將北京城市副中心、廣州、南京、廈門、雄安新區列為CIM 試點開始，相關項目數量呈現出逐年快速增長的趨勢?？v觀各試點成果以及目前項目落地情況來看，CIM 的建設與應用呈現出以下特點：

從業務分布角度來看，通過公開的招投標信息統計與分析，積極參與CIM 建設的單位主要分為三類：第一類是行業研究類，主要由政府部門以及規劃設計院主導，涉及CIM 相關政策的研究、標準的制度、課題的設計以及方案的編制；第二類是平臺建設類，大多基于移動、聯通、騰訊等具備軟件集成與開發實力的科技互聯網與建筑信息化公司，面向CIM 平臺的建設、開發與應用；第三類是技術服務類，主要包括城市建模、數據處理、人工智能、物聯感知等方面具備專業實力的技術單位對于CIM 建設的技術支撐與服務。雖然目前CIM 仍處于發展階段，但其后期的爆發力與發展潛力不容小覷。據CIM 網預測，“十四五”時期CIM 基礎平臺的市場規模將超過400 億元，未來將會有更多的單位與行業步入CIM 車道，共同構筑CIM 產業發展的新格局。

從業務應用角度來看，截至2022 年2 月，全國范圍內共有50 多個城市啟動了CIM 基礎平臺建設工作[7]。階段性的成果和實踐經驗主要體現在兩個方面：一方面是針對CIM 平臺本身發力，圍繞數據整合和平臺研發等方面積極探索。充分利用智慧城市建設過程中的成果，融合業務系統升級建設平臺，在底層將數據進行標準化管理，完成數據的匯聚、治理與建庫。在系統功能層面對數字化表達能力、精細化建模能力、可視化展示能力、高效化計算能力以及便捷化服務能力等關鍵核心能力進行研發與突破。另一方面則是以平臺為基礎，結合試點要求深度融合工程建設項目監管與審批，率先將BIM 與CIM 進行融會貫通，同時也對城市體檢、城市更新等精細化城市建設治理工作進行嘗試與探索。

2.2 CIM 存在問題與難點

上述數據分析表明，各級政府、學術界、企事業單位等在探索試點經驗以及CIM 體系研究等方面取得了一定的成果[8]。然而，目前的CIM 發展整體仍處于上升期，體系建構和格局框架尚不成熟，意識層面還存在許多亟待解決與攻克的難題。具體而言：

（1）對CIM 的定位理解不透徹

新技術日新月異、新概念層出不窮，伴隨著“智慧城市、數字孿生、CIM、實景三維”等戰略的提出，由不同牽頭部門、不同應用模式、不同技術標準的數據平臺體系正在呈現相互交織的局面。不可否認，城市發展是一個復雜系統問題，但當前伴隨智慧城市衍生的相關概念中大多存在相似性。CIM建設首要的問題和難點便是如何剖析與厘清CIM 的定位，尤其是在沒有充分了解彼此區別和聯系的背景下，CIM 基礎平臺建設的積極性是無法全面調動的。例如，在CIM 平臺與實景三維推進中，由于權責和需求的差異性，下沉到具體實施部門時，會引發數據交疊、管理錯配等一系列反應，水平維度將影響CIM 底層數據以及平臺的構建，垂直維度則會影響整個城市的建設與管理。因而，各單位在如火如荼地開展CIM 建設的同時必須清晰CIM 的需求與定位，并從頂層規劃上考慮到多方協調機制，構建整體利益框架，實現工作的有序開展和有效管理。

（2）對同質與差異的把握不精準

目前開展CIM 基礎平臺建設的城市大多集中在政策扶持以及信息化基礎比較完善的地區，針對在全國范圍內大面積推廣而言，絕大部分的城市缺乏良好的先決條件，導致頂層規劃不完善、工作機制不健全、數據耦合難度大等現象普遍。盡管CIM 在建設中采用的標準體系、建設大綱、技術規范呈現同質化，但在CIM“新風口”的當下各地爭相借鑒，類似“大干快上、如法炮制、早見成效”的方式屢見不鮮，這類行為往往忽視了各個地區在經濟基礎建設、行業發展現狀、資源稟賦優勢等方面的差異性與特色化，從而形成一系列簡單快速且毫無意義的復刻和仿制。試點成果和經驗也表明[9]，多數地區均是根據本地優勢、特色或需求有重點地推進，充分考慮了本地區發展類型、特征與訴求?？梢?，在謀劃與設計CIM 平臺及應用時，要在共性的基礎上尋求個性發展。

（3）對底層與應用的認知不清晰

對CIM 缺乏全面的認知就會陷入“輕底層重應用”與“重技術輕應用”的思想誤區。換言之，前者是指底層基礎還未筑牢，便開始跟風搭建所謂的應用大樓，追求應用至上，試圖以缺乏深度的表象應用代替CIM 整體建設成效；后者則是在還未深入理解城市發展的痛點與需求的情況下，就盲目推崇新技術與新設備，隨意將高新技術等同于CIM 戰略。從長遠的角度來看，勢必會重蹈“信息孤島、重復建設、應用脫節、形象工程”的覆轍。如何正確看待底層基礎和頂層應用的關系是CIM 建設中尤為關鍵和重要的一環，提到重視基礎并不意味就忽略應用，提到應用為王也不等同于抹殺底層建設，二者之間并無矛盾和沖突，更應該是相互促進和協調發展的動態關系。成效顯著的CIM 建設必然是底層基礎夯實、緊密契合城市發展需求、以應用場景驅動技術創新的綜合體。

3.CIM 基礎平臺建設

充分利用大數據、GIS、BIM、物聯網、云計算等技術創新和實踐經驗，構建宏觀微觀、地上地下、室內室外一體化的CIM 數據底板，覆蓋現狀和未來數據，全面接入移動、監控、城市運行、交通出行等實時動態數據[10]，構建集數據匯聚與治理、CIM 場景創建、CIM 共享服務為一體的CIM 基礎平臺，作為掌控城市全局信息和空間運行態勢的重要載體，為城市規劃、工程建設、公共管理、公共服務和智慧城市運行提供標準、數據和算法支撐。

（1）標準規范建設

依據國家及行業標準、技術導則、試點城市先行先試經驗以及地方CIM 基礎平臺頂層設計成果要求，從CIM 數據匯聚治理與共享、CIM 平臺建設與運維等方面著手，提出符合地方特色的CIM 標準框架體系，確保CIM 基礎平臺建設與應用的高效可持續發展。主要包括《CIM 基礎平臺數據采集建庫規范》《CIM 基礎平臺數據治理與加工處理規范》《CIM 基礎平臺建設標準》《CIM 基礎平臺數據共享交換標準》《CIM 基礎平臺運行維護規范》等標準規范體系，為CIM 基礎平臺的整體開發建設提供底層技術支撐，與國家和行業標準相銜接，以便未來與省級、國家級CIM 平臺對接。

（2）數據資源建設

基于現有數據資源，構建涵蓋基礎地理數據、三維模型數據、泛在感知數據、特色擴展專題數據的CIM 數據資源體系目錄，構建CIM 數據服務資源池。構建城市三維數字底座，利用航空攝影、實景建模等技術，獲取傾斜攝影、激光點云、BIM、三維模型等數據，并與矢量、柵格等二維數據相結合，形成城市底圖數據，并將城市全部物體在平臺中進行實體化表達，每個實體都賦予唯一編碼，對外提供服務。接入多源物聯感知數據，為城市安防、應急等應用提供實時信息。對于基礎地理數據和三維模型數據，進行格式轉換、輕量化處理、完整性檢查等操作；針對物聯感知數據、政務數據等各類專題數據通過接口或者數據匯交的方式接入平臺，并通過數據的抽取、轉換、清洗、空間化、入庫等一系列的操作；從而實現數據的統一管理和對外服務，夯實CIM 應用體系的數據基礎。

（3）基礎平臺建設

搭建CIM 平臺主體框架，建設數據匯聚管理、基礎引擎、服務網關、一張圖、可視化分析、場景組裝、數據共享、物聯感知等模塊，滿足二三維一體的數據承載、三維可視與分析決策等應用需求，將CIM 基礎平臺打造為一個基礎性、開放性的支撐平臺。CIM 基礎平臺主要能力包括：一是多類型引擎支持能力，CIM 基礎平臺集成了GIS 引擎、游戲引擎、云渲染引擎等多類型引擎，打通從數據管理到場景構建再到可視化表達的所有技術環節，既具備高保真高逼真的大場景渲染能力，也具備GIS 業務協同能力，實現了通過“云-端協同”，使各種終端和平臺可以通過瀏覽器快速高效地訪問數字孿生場景。二是BIM 輕量化能力，打通BIM 格式轉化、輕量化、云渲染、分析與展示各環節的技術壁壘，支持大體量模型壓縮，解決BIM 全模型數據體量大，構件多導致加載渲染效率低、分析能力弱等應用難題。三是個性化場景服務能力，通過場景組裝功能來實現，支持場景數據選擇、場景功能配置，方便按部門、按業務等場景進行使用。比如城市運營中心通過該功能構建含城市建筑、地下管線、道隧橋梁等場景，分析城市運行安全風險隱患。四是資源共享能力，通過對接CIM 服務網關的數據接口，實現對平臺數據、功能、知識等服務資源的瀏覽與共享，支持用戶進行資源元信息的查詢和預覽，支撐對服務資源的申請后調用。五是全域物聯感知能力，通過標準統一接口，實現多種物聯傳感設備無邊界泛在接入、設備全生命周期管理、數據高效存儲、數據深度融合以及全方位的應用支撐。

4.CIM+應用體系探索

綜合而言，CIM 的建設應該是以需求和應用場景為驅動力的，CIM 最終的落腳點和效益點也應在具體的實踐中產生。城市是復雜的、成長的、動態的交互系統，在“新城建指導意見”引領城市轉型升級背景下，CIM 應用范圍不應局限在政府職能部門，而應該是全面的系統的和延續的。結合目前各城市CIM 應用情況與未來發展趨勢，本文進一步梳理并按照“尺度—領域—階段—對象”的設計理念，構建多維度CIM+應用體系（圖1），希冀為城市CIM 的謀劃與建設提供一些參考和借鑒。

圖1 CIM+應用體系

（1）基于應用尺度

從概念來看，CIM 為城市構建了全要素、多級別的三維數字底座，在數據粒度、承載廣度、呈現維度等方面具有獨特的優勢。通過依托GIS 的宏觀框架將BIM 的微觀世界融合IoT 可共同拉寬CIM 的應用范圍，進而實現了小場景精細管理到大場景全局把控的無縫銜接與轉換。

（2）基于應用領域

CIM 是一個跨度大、涵蓋廣的概念，城市發展的相關行業包括住建、水利、城管、自然資源、交通、應急、生態等部門都涉及其中。而在處理具體問題時，各行業、各部門都希望通過CIM 建設，從中獲取有效的數據支撐以及決策輔助。因此，CIM 應用領域的產生和分化必須契合行業部門需求。

（3）基于應用階段

城市是不斷更新迭代和向前發展的，CIM 則是以城市以及城市中的要素為對象，深入到各個環節的鏈條中去加以運用和發揮成效。某種程度而言，CIM 是以深化城市全生命周期理念為中心而衍生的服務型產物。

（4）基于應用對象

無論城市如何發展、技術如何進步、平臺如何建設，外界的演變歸根結底都會落在“人”的頭上，人們對于美好生活的向往是當前社會的永恒追求和奮斗目標。因此CIM 發展和應用最終也將惠及政府、企業和百姓。

5.結語

“新城建”正處于加速推廣階段，城市信息模型（CIM）作為其核心引擎，正面臨著如何形成完整產業體系和成熟發展格局的挑戰。本文在分析CIM 內涵、特點、存在問題等方面的基礎上，構建了一個完整的CIM 基礎平臺，包含標準規范、數據資源以及平臺基本能力，明確CIM 基礎平臺不僅具備多源異構數據的清洗、治理、管理以及逼真的可視化展示能力，還應具備數據分析、部門協同、業務處理等能力。以CIM 基礎平臺為支撐，從不同維度對CIM+應用體系的建設提出了一些思考和建議，CIM+應用體系是一個綜合性的框架，涵蓋了多個領域的應用和實踐。通過將CIM技術與各行業的實際需求相結合，可以開發出各種具有針對性的解決方案，從而推動城市的可持續發展。

相信隨著科技的不斷進步和各方的共同努力，未來的CIM 將具備更加牢固的底座、完備的標準、成熟的技術、完善的體系和廣泛的應用。不僅將為城市建設和管理提供更加精準、高效的數據支持和決策依據，還將引領城市向更加智能化、綠色化、人性化的方向發展，推動城市快速邁向新臺階。