“新城建”背景下城市信息模型应用体系建设与探索

陈萍萍 杜敏 郝本明 李俊 夏晓波

(速度科技股份有限公司)

随着科技的飞速发展和中国城镇化的快速推进，城市建设领域正在经历一场前所未有的变革。2020 年8 月住房和城乡建设部首次提出“新城建”概念，标志着中国城市建设进入了一个全新阶段。“新城建”不仅是一个新的城市建设理念，更是构建城市发展新格局的重要载体，旨在通过创新和科技手段提升城市的建设和管理水平。城市信息模型（CIM）基础平台作为“新城建”发展中的基础性任务与关键性目标，承载着为城市规划、建设和管理提供数据支持和决策依据的重要使命。在政策体系逐步趋于完善、试点逐步落地见效的当下，亟需探索与构建CIM+应用体系，促进推动城市焕发新生机。

1.CIM 概念与内涵

1.1 CIM 概念

2020 年国家新基建战略的提出让CIM 行业迎来快速发展，但业界对CIM 的定义一直众说纷纭，包括“采用统一BIM 标准”“城市是一个生命体，智慧的城市应当是可感知、可判断、可反应、可学习”[1]“CIM 平台的建设与GIS技术、BIM 技术以及物联网技术关系密切”[2]“广义的CIM就是数字孪生的城市”[3]“CIM 是城市智能建模”[4]等观点。2021 年6 月，住房和城乡建设部印发《城市信息模型(CIM）基础平台技术导则》（修订版），对CIM 的定义是：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[5]。CIM 基础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，是智慧城市的基础性和关键性信息基础设施。

1.2 CIM 内涵

理论上，CIM 是一种信息化、数字化与精细化的描述方式，理想状态下可完全镜像真实世界。值得注意的是，此处所指的“镜像”与“数字孪生”在一定程度上是有所差异的，CIM 追求的不仅仅是刻画今天的城市，而是“以今天预见明天，以明天带动今天”的循环机制，实现城市模型下的动态配置与更新。但迫于现实数据的局限性，目前行之有效的方式是根据应用场景驱动数据建模，将有限的数据进行融合与表达，使之无限接近真实世界，并赋能城市推演能力以洞悉城市运行规律。在该层面中，CIM 的内涵则回归到模型本身，即针对有限的对象模拟现实的运行机制并预测未来的发展趋势——一个不断改善和修正的周期循环过程。

从技术特性上看，CIM 是一个兼具系统性与复杂性的工程，其实质是多种新技术的融合与应用而非简单的技术叠加。若把城市比作“生命体”的话，BIM、GIS、IoT 三大技术则是支撑城市机体“健壮发展”的核心要素：GIS 可为城市提供整体的框架和可视化的载体；BIM 则将触角延伸至构件级别，通过细化填充建筑信息为城市充实躯干；IoT作为城市的神经脉络，能够连接现实与虚拟，为城市注入感知灵魂。在此基础上，根据应用场景进行的智慧大脑赋能、创新思维开发、模型算法构建与管理能力训练等一系列动作，才能构筑真正的CIM 与新型智慧城市生态。换言之，若缺乏外在的场景应用驱动力以及自我演进的内在动力，数字世界便会与真实世界形成脱节或割裂，精准的映射也就不复存在。对于使用者来说，CIM 只是一座信息详实、静态滞后、了无生机的数字底座。

整体而言，CIM 的基础是数据，核心是算法以及算力，驱动力是应用场景。本质与内涵则是通过对数据的分析来跟踪识别城市动态变化，灵活运用模型去表达、模拟、推演、预判城市的动态运行，辅助利益攸关者理解和把控城市的内在规律以及不确定的场景，同时将信息反馈到平台的迭代演进当中以还原真实城市，从而赋能城市决策与管理，使之更加契合城市发展规律[6]。

2.CIM 现状分析

2.1 CIM 建设与应用情况

随着信息技术与力量的迅速壮大，智慧城市加速步入到3.0 阶段，作为重要手段的CIM 建设需求也愈发迫切。自2018 年住房和城乡建设部将北京城市副中心、广州、南京、厦门、雄安新区列为CIM 试点开始，相关项目数量呈现出逐年快速增长的趋势。纵观各试点成果以及目前项目落地情况来看，CIM 的建设与应用呈现出以下特点：

从业务分布角度来看，通过公开的招投标信息统计与分析，积极参与CIM 建设的单位主要分为三类：第一类是行业研究类，主要由政府部门以及规划设计院主导，涉及CIM 相关政策的研究、标准的制度、课题的设计以及方案的编制；第二类是平台建设类，大多基于移动、联通、腾讯等具备软件集成与开发实力的科技互联网与建筑信息化公司，面向CIM 平台的建设、开发与应用；第三类是技术服务类，主要包括城市建模、数据处理、人工智能、物联感知等方面具备专业实力的技术单位对于CIM 建设的技术支撑与服务。虽然目前CIM 仍处于发展阶段，但其后期的爆发力与发展潜力不容小觑。据CIM 网预测，“十四五”时期CIM 基础平台的市场规模将超过400 亿元，未来将会有更多的单位与行业步入CIM 车道，共同构筑CIM 产业发展的新格局。

从业务应用角度来看，截至2022 年2 月，全国范围内共有50 多个城市启动了CIM 基础平台建设工作[7]。阶段性的成果和实践经验主要体现在两个方面：一方面是针对CIM 平台本身发力，围绕数据整合和平台研发等方面积极探索。充分利用智慧城市建设过程中的成果，融合业务系统升级建设平台，在底层将数据进行标准化管理，完成数据的汇聚、治理与建库。在系统功能层面对数字化表达能力、精细化建模能力、可视化展示能力、高效化计算能力以及便捷化服务能力等关键核心能力进行研发与突破。另一方面则是以平台为基础，结合试点要求深度融合工程建设项目监管与审批，率先将BIM 与CIM 进行融会贯通，同时也对城市体检、城市更新等精细化城市建设治理工作进行尝试与探索。

2.2 CIM 存在问题与难点

上述数据分析表明，各级政府、学术界、企事业单位等在探索试点经验以及CIM 体系研究等方面取得了一定的成果[8]。然而，目前的CIM 发展整体仍处于上升期，体系建构和格局框架尚不成熟，意识层面还存在许多亟待解决与攻克的难题。具体而言：

（1）对CIM 的定位理解不透彻

新技术日新月异、新概念层出不穷，伴随着“智慧城市、数字孪生、CIM、实景三维”等战略的提出，由不同牵头部门、不同应用模式、不同技术标准的数据平台体系正在呈现相互交织的局面。不可否认，城市发展是一个复杂系统问题，但当前伴随智慧城市衍生的相关概念中大多存在相似性。CIM建设首要的问题和难点便是如何剖析与厘清CIM 的定位，尤其是在没有充分了解彼此区别和联系的背景下，CIM 基础平台建设的积极性是无法全面调动的。例如，在CIM 平台与实景三维推进中，由于权责和需求的差异性，下沉到具体实施部门时，会引发数据交叠、管理错配等一系列反应，水平维度将影响CIM 底层数据以及平台的构建，垂直维度则会影响整个城市的建设与管理。因而，各单位在如火如荼地开展CIM 建设的同时必须清晰CIM 的需求与定位，并从顶层规划上考虑到多方协调机制，构建整体利益框架，实现工作的有序开展和有效管理。

（2）对同质与差异的把握不精准

目前开展CIM 基础平台建设的城市大多集中在政策扶持以及信息化基础比较完善的地区，针对在全国范围内大面积推广而言，绝大部分的城市缺乏良好的先决条件，导致顶层规划不完善、工作机制不健全、数据耦合难度大等现象普遍。尽管CIM 在建设中采用的标准体系、建设大纲、技术规范呈现同质化，但在CIM“新风口”的当下各地争相借鉴，类似“大干快上、如法炮制、早见成效”的方式屡见不鲜，这类行为往往忽视了各个地区在经济基础建设、行业发展现状、资源禀赋优势等方面的差异性与特色化，从而形成一系列简单快速且毫无意义的复刻和仿制。试点成果和经验也表明[9]，多数地区均是根据本地优势、特色或需求有重点地推进，充分考虑了本地区发展类型、特征与诉求。可见，在谋划与设计CIM 平台及应用时，要在共性的基础上寻求个性发展。

（3）对底层与应用的认知不清晰

对CIM 缺乏全面的认知就会陷入“轻底层重应用”与“重技术轻应用”的思想误区。换言之，前者是指底层基础还未筑牢，便开始跟风搭建所谓的应用大楼，追求应用至上，试图以缺乏深度的表象应用代替CIM 整体建设成效；后者则是在还未深入理解城市发展的痛点与需求的情况下，就盲目推崇新技术与新设备，随意将高新技术等同于CIM 战略。从长远的角度来看，势必会重蹈“信息孤岛、重复建设、应用脱节、形象工程”的覆辙。如何正确看待底层基础和顶层应用的关系是CIM 建设中尤为关键和重要的一环，提到重视基础并不意味就忽略应用，提到应用为王也不等同于抹杀底层建设，二者之间并无矛盾和冲突，更应该是相互促进和协调发展的动态关系。成效显著的CIM 建设必然是底层基础夯实、紧密契合城市发展需求、以应用场景驱动技术创新的综合体。

3.CIM 基础平台建设

充分利用大数据、GIS、BIM、物联网、云计算等技术创新和实践经验，构建宏观微观、地上地下、室内室外一体化的CIM 数据底板，覆盖现状和未来数据，全面接入移动、监控、城市运行、交通出行等实时动态数据[10]，构建集数据汇聚与治理、CIM 场景创建、CIM 共享服务为一体的CIM 基础平台，作为掌控城市全局信息和空间运行态势的重要载体，为城市规划、工程建设、公共管理、公共服务和智慧城市运行提供标准、数据和算法支撑。

（1）标准规范建设

依据国家及行业标准、技术导则、试点城市先行先试经验以及地方CIM 基础平台顶层设计成果要求，从CIM 数据汇聚治理与共享、CIM 平台建设与运维等方面着手，提出符合地方特色的CIM 标准框架体系，确保CIM 基础平台建设与应用的高效可持续发展。主要包括《CIM 基础平台数据采集建库规范》《CIM 基础平台数据治理与加工处理规范》《CIM 基础平台建设标准》《CIM 基础平台数据共享交换标准》《CIM 基础平台运行维护规范》等标准规范体系，为CIM 基础平台的整体开发建设提供底层技术支撑，与国家和行业标准相衔接，以便未来与省级、国家级CIM 平台对接。

（2）数据资源建设

基于现有数据资源，构建涵盖基础地理数据、三维模型数据、泛在感知数据、特色扩展专题数据的CIM 数据资源体系目录，构建CIM 数据服务资源池。构建城市三维数字底座，利用航空摄影、实景建模等技术，获取倾斜摄影、激光点云、BIM、三维模型等数据，并与矢量、栅格等二维数据相结合，形成城市底图数据，并将城市全部物体在平台中进行实体化表达，每个实体都赋予唯一编码，对外提供服务。接入多源物联感知数据，为城市安防、应急等应用提供实时信息。对于基础地理数据和三维模型数据，进行格式转换、轻量化处理、完整性检查等操作；针对物联感知数据、政务数据等各类专题数据通过接口或者数据汇交的方式接入平台，并通过数据的抽取、转换、清洗、空间化、入库等一系列的操作；从而实现数据的统一管理和对外服务，夯实CIM 应用体系的数据基础。

（3）基础平台建设

搭建CIM 平台主体框架，建设数据汇聚管理、基础引擎、服务网关、一张图、可视化分析、场景组装、数据共享、物联感知等模块，满足二三维一体的数据承载、三维可视与分析决策等应用需求，将CIM 基础平台打造为一个基础性、开放性的支撑平台。CIM 基础平台主要能力包括：一是多类型引擎支持能力，CIM 基础平台集成了GIS 引擎、游戏引擎、云渲染引擎等多类型引擎，打通从数据管理到场景构建再到可视化表达的所有技术环节，既具备高保真高逼真的大场景渲染能力，也具备GIS 业务协同能力，实现了通过“云-端协同”，使各种终端和平台可以通过浏览器快速高效地访问数字孪生场景。二是BIM 轻量化能力，打通BIM 格式转化、轻量化、云渲染、分析与展示各环节的技术壁垒，支持大体量模型压缩，解决BIM 全模型数据体量大，构件多导致加载渲染效率低、分析能力弱等应用难题。三是个性化场景服务能力，通过场景组装功能来实现，支持场景数据选择、场景功能配置，方便按部门、按业务等场景进行使用。比如城市运营中心通过该功能构建含城市建筑、地下管线、道隧桥梁等场景，分析城市运行安全风险隐患。四是资源共享能力，通过对接CIM 服务网关的数据接口，实现对平台数据、功能、知识等服务资源的浏览与共享，支持用户进行资源元信息的查询和预览，支撑对服务资源的申请后调用。五是全域物联感知能力，通过标准统一接口，实现多种物联传感设备无边界泛在接入、设备全生命周期管理、数据高效存储、数据深度融合以及全方位的应用支撑。

4.CIM+应用体系探索

综合而言，CIM 的建设应该是以需求和应用场景为驱动力的，CIM 最终的落脚点和效益点也应在具体的实践中产生。城市是复杂的、成长的、动态的交互系统，在“新城建指导意见”引领城市转型升级背景下，CIM 应用范围不应局限在政府职能部门，而应该是全面的系统的和延续的。结合目前各城市CIM 应用情况与未来发展趋势，本文进一步梳理并按照“尺度—领域—阶段—对象”的设计理念，构建多维度CIM+应用体系（图1），希冀为城市CIM 的谋划与建设提供一些参考和借鉴。

图1 CIM+应用体系

（1）基于应用尺度

从概念来看，CIM 为城市构建了全要素、多级别的三维数字底座，在数据粒度、承载广度、呈现维度等方面具有独特的优势。通过依托GIS 的宏观框架将BIM 的微观世界融合IoT 可共同拉宽CIM 的应用范围，进而实现了小场景精细管理到大场景全局把控的无缝衔接与转换。

（2）基于应用领域

CIM 是一个跨度大、涵盖广的概念，城市发展的相关行业包括住建、水利、城管、自然资源、交通、应急、生态等部门都涉及其中。而在处理具体问题时，各行业、各部门都希望通过CIM 建设，从中获取有效的数据支撑以及决策辅助。因此，CIM 应用领域的产生和分化必须契合行业部门需求。

（3）基于应用阶段

城市是不断更新迭代和向前发展的，CIM 则是以城市以及城市中的要素为对象，深入到各个环节的链条中去加以运用和发挥成效。某种程度而言，CIM 是以深化城市全生命周期理念为中心而衍生的服务型产物。

（4）基于应用对象

无论城市如何发展、技术如何进步、平台如何建设，外界的演变归根结底都会落在“人”的头上，人们对于美好生活的向往是当前社会的永恒追求和奋斗目标。因此CIM 发展和应用最终也将惠及政府、企业和百姓。

5.结语

“新城建”正处于加速推广阶段，城市信息模型（CIM）作为其核心引擎，正面临着如何形成完整产业体系和成熟发展格局的挑战。本文在分析CIM 内涵、特点、存在问题等方面的基础上，构建了一个完整的CIM 基础平台，包含标准规范、数据资源以及平台基本能力，明确CIM 基础平台不仅具备多源异构数据的清洗、治理、管理以及逼真的可视化展示能力，还应具备数据分析、部门协同、业务处理等能力。以CIM 基础平台为支撑，从不同维度对CIM+应用体系的建设提出了一些思考和建议，CIM+应用体系是一个综合性的框架，涵盖了多个领域的应用和实践。通过将CIM技术与各行业的实际需求相结合，可以开发出各种具有针对性的解决方案，从而推动城市的可持续发展。

相信随着科技的不断进步和各方的共同努力，未来的CIM 将具备更加牢固的底座、完备的标准、成熟的技术、完善的体系和广泛的应用。不仅将为城市建设和管理提供更加精准、高效的数据支持和决策依据，还将引领城市向更加智能化、绿色化、人性化的方向发展，推动城市快速迈向新台阶。