探讨智慧城市背景下城市信息模型(CIM)平台的建设发展策略

探讨智慧城市背景下城市信息模型 (CIM)平台的建设发展策略

唐晟

南宁市勘测设计院集团有限公司 广西南宁市 530000

摘要：进入二十一世纪以来，随着我们国家经济社会的发展和科学技术的不断进步，数字经济已经成为全球经济发展的新动力。在此背景下，催生新兴产业发展，已经成为加快传统产业转型升级的主要措施之一。在现代数字化转型背景下，城市信息模型平台已成为收集城市全生命周期海量数据、服务城市精细治理、支持智慧城市建设的新手段。笔者结合多年工作经验，深入分析和探讨了智慧城市背景下城市信息模型(CIM)平台的建设发展策略，希望可以给相关专业人员提供借鉴与参考。

关键词：智慧城市；城市信息模型；发展策略

1城市信息模型的基本内涵

1.1城市信息模型的基本内涵

2019年3月，住房和城乡建设部发布了《工程建设项目合作平台技术标准》（CJJ/T296-2019），作为CIM第一份公开提案。本研究首先讨论了CIM的定义和内涵。一般来说，CIM应该建立在城市基础地理信息的基础上，集成3D数字模型，如构建BIM模型和基础设施，以表达和管理城市的历史、现状和未来的3D空间综合模型。从内涵上看，CIM既是一个模型，也是一个平台。2020年9月，住房和城乡建设部发布了《基本CIM平台指南》，提出了“CIM”和“基本CIM平台”的定义，并将CIM分为“模型”和“平台”两个含义。

(1)CIM表达的“孪生城市空间信息模型”

针对我们国家而言，城市是一个极为复杂的系统，涉及到了人口、土地和基础设施、政府资源等多种要素。CIM模型主要体现在城市空间各要素的高精度CIM模型表达上，也体现在城市层面众多模型的多源集成分析技术上。从技术上讲，CIM模型是基于云计算的大3DGIS+小数据BIM场景数据的有机组合。在模型层面，CIM模型应该表达三个维度：空间维度、时间维度和感知维度。

空间维度。空间维度应包括物理空间、社会空间、财产空间和基于空间定位环节的三个空间耦合系统。除其他外，物理空间包括各种地表和地下物理空间数据模型，包括城市地下管道、综合管道廊道和其他地下空间数据，还包括基于城市地质地形的数据，如地表覆盖率、时间和空间利用率，以及建筑物和结构的三维模型，倾斜摄影城市如3D数据。社会空间应该包括人为数据、企业和其他社会空间的数据和模型。属性空间依附于物理空间和社会空间，详细解构了物理空间和社会空间的特征。最后，这三个空间应该基于统一的空间位置，并且是相互连接的状态，能够形成一个有机的物理空间。

时间维度。CIM应实现城市历史、现状和未来信息的集成，不仅反映城市的历史变化，还包括城市的当前实体和城市的未来规划。敏感的在新一代信息技术的影响下，传统的信息数据环境由低频向高频转变。高频信息数据具有多维性、异构性和实时性，可以实现对传统城市时空维度更准确、实时、丰富的感知。因此，CIM模型还应充分考虑城市的感知维度，包括感知的“流向”监测数据和表达社会空间和物理空间耦合路径的模型，如人流、物流和信息流，还应包括新一代传感器，用于实时监测城市的各种状态，如温度检测，监测能源消耗和其他数据和感知模型。

图1城市信息模型表达的城市空间

(2)CIM表达的“城市全生命周期管理平台”

CIM将整个城市空间的高精度数据集成到一个统一的平台中，这是构建与城市空间孪生的管理“信息空间”的基础平台。

在CIM平台的底层，应建立一个数据治理平台，在海量多源异构城市数据的聚合、融合、处理和分发的集成中实施数据治理。这涉及到多种模型融合、模型轻量级、模型分类浏览等关键技术。其次，CIM平台将能够浏览和定位多场景模型，为用户提供真实的视觉和地理体验。CIM可以在各种空间场景中从宏观到微观，从室外到室内不同的视觉场景，从二维到三维无缝切换，在不同的空间维度上切换和浏览，并借助BIM技术，将传统GIS支持的地理空间信息平台，转变为微信息管理平台的零部件，打造真正全息、全面的智慧城市必不可少的基础平台。上述CIM的“平台”内涵可以理解为CIM的基本平台。在此基础上，可以扩展丰富的“CIM+”应用程序，从而实现在各个领域内的智能应用。

图2 CIM基础平台表达的不同城市空间场景

1.2 CIM赋能智慧城市建设的重要意义

CIM平台是智慧城市的基础平台。其突出作用主要体现在促进城市规划、建设和管理全过程的数据融合和集成，以及促进各部门之间的业务协作。具体来说：

1)CIM有利于推动城市管理各行业的数据汇聚共享。CIM能够表达从零组件、单个项目、社区到城市和地区的各种场景中所有元素的信息。通过三维空间地理信息将各种信息连接起来，实现标准化空间地址上信息的精确匹配和关联。所有专业都是按照名称、测量和坐标等统一标准在CIM中提供的，实现了不同格式和多个软件领域的开放应用程序，大大降低了部门和行业之间信息共享的技术门槛。基于GIS、BIM和物联网的技术集成将通过收集不同行业的数据，实现更精细的城市管理应用。例如，在CIM统一空间方向的基础上，可以有效地实现人口普查与人口管理信息模型的有机结合。基于BIM实现零组件信息、建筑材料信息、结构信息和消防资源信息的空间匹配，可以促进消防救灾规划的快速发展；基于CIM的人口轨迹、空间方向、人口普查等信息匹配可以有效地选择和排除疫情防控中的密切接触者。

2）CIM有助于促进城市规划、建设、运营和管理方面的商业协同作用。CIM的建立有助于在城市管理的各个方面打开信息和模型的横向和纵向流通。在平台框架内，CIM与城市规划、交通、市政、建筑、道路桥梁、园林、公共安全等进行协调，不同领域的现状有利于构建综合性城市数据空间资产和全球联动反馈机制。

2城市信息模型发展的关键技术和难点问题

鉴于CIM在国内外都是新生事物，涉及多尺度、多模型的融合与融合，制约CIM发展的关键技术主要包括：

2.1海量多源异构数据的汇聚及融合技术

CIM涉及在城市中捕获大量数据。首先，我必须考虑城市中的海量数据存储和处理。以中国最高的建筑——上海市中心为例，BIM模型数据最多达到250 GB，3 D数字达到300万，而数据量以市级为几何增长级，而CIM包含的数据元素更为丰富，动态迭代速度更快，频率更高，增长更快。因此，为了提高CIM basic平台的性能和效率，有必要解决海量数据的融合与融合技术，如海量数据清洗与筛选技术、数据分类与分类体系构建、数据存储模式优化、建模中的轻量级技术、数据无损存取技术等，不同行业不同渠道的数据格式和标准有很大差异，这给多源异构数据的融合带来了困难。就BIM模型数据而言，目前主流的BIM软件都是国外软件，这些软件格式之间不通信。虽然有一种通用的国际IFC格式，可以提供不同软件的数据转换格式，但也存在信息丢失的问题。第三，需要在统一的空间地址和代码中连接和匹配大量异构信息，形成城市统一的空间资产，这涉及到空间坐标的转换和连接，这在BIM和CIM的集成中尤为重要。最后，除了技术本身，建立和完善合理的数据共享和数据更新系统也是海量数据融合的根本保证。由于许多行业的垂直管理，数据共享和实时交换存在制度性障碍，这已成为许多城市信息化项目失败的最直接原因。

2.2BIM与GIS的融合技术

微场景中的BIM技术和宏观场景中的GIS技术的集成也成为CIM的关键技术难点和近年来学术界的热点话题。第一个是融合的主题。一是将BIM数据整合到GIS场景中；另一个是将GIS数据集成到BIM场景中。学术界认为，整合模式的选择应取决于研究的规模。如果研究视角聚焦于单个项目和周围环境，那么将GIS数据集成到BIM中更符合精细化项目管理的需要。如果研究视角侧重于城市层面的细粒度管理，则涉及城市的全面地上和地下数据管理。然后，将BIM数据集成到GIS场景中，与其他空间数据一起形成城市数据资产。第二个是核聚变的关键技术问题。考虑到BIM模型大多基于平面坐标系，具有多种独立的数据格式，而物理空间数据大多是具有地理坐标的地理信息，BIM与GIS的集成将涉及以下关键技术：BIM数据对GIS软件的非破坏性访问、海量BIM模型数据的轻量级、，BIM模型与地理信息数据的坐标转换技术、BIM模型与TIN模型的集成技术等多源数据。

2.3CIM标准体系的建立

BIM是单一行业中设计、施工、运营和维护的组合。随着BIM技术及其应用的发展，为了在项目的各个阶段支持不同的专业人员，以及在不同参与者之间传递和交换信息，国际上有一套城市BIM标准体系，如ISO认证的IFC、IDM、IFD及相关数据的收集、处理、交换和交付，编码标准体系。相比之下，CIM是多个行业的横向和纵向整合。国内外尚处于探索阶段，成熟的实践案例较少。目前试点城市和建设项目在实施CIM基础平台的同时，还探讨了一些市级项目的数据编码标准和模型、基本标准、基本政策、基本技术，但对系统标准的理解存在一定的协调性，而企业在国家、地方、行业标准方面存在不足。由于人们对CIM平台建设的热情日益高涨，CIM标准的编制只能与实际建设项目同步进行，并不断修订和完善。这对制定专业、全面和最终的CIM标准提出了重大挑战。

2.4信息安全技术

CIM BASIC平台未来将在城市中收集大量的数据和精细模型，这不仅对数据存储技术提出了挑战，而且在数据的使用、传输和交换过程中提出了一系列安全问题。如何利用信息安全技术保障城市信息安全也是一个重大的技术挑战。

结语

综上所述，由于CIM平台建设涉及的数据量大、周期长、应用场景丰富，目前有限的研究和实践中仍存在许多问题，如顶层设计不明确、认识不足、技术壁垒有待打破、制度机制有待完善等。但不容忽视的是，CIM平台作为整合新一代信息技术的平台，对城市空间精细化、智能化管理，支持智慧城市建设，提高城市综合竞争力，对于保障国家信息安全具有十分重要的意义。

参考文献

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