CIM技术,赋能新型智慧城市发展!

中国正处于新型城镇化、工业现代化、农业现代化、信息化“四化同步”发展的关键时期,基于数字孪生城市理念的城市信息模型(CIM)与新型智慧城市,在城市规划设计、建设管理、运维治理等多个维度正在稳步推进,并逐步从概念和试点走向成果落地阶段,不断践行数字中国、智慧社会的国家发展战略。本文在梳理近几年的相关文献与国家政策文件的基础上,首先分析住房和城乡建设部关于城市信息模型(CIM)试点进展及成果,涵盖北京副中心、雄安新区、广州、南京、厦门等第一批试点城市;然后从数字孪生、政策导向、顶层设计、建设理念、评估指标等视角,明确我国新型智慧城市发展的进程及其对CIM的需求,最后从新型智慧城市技术牵引和CIM建设政策推动两个方面,论述CIM赋能新型智慧城市发展。
CIM技术,赋能新型智慧城市发展!插图

01城市信息模型(CIM)试点成果综述

2018年11月,住房和城乡建设部将北京城市副中心、雄安新区、广州、南京、厦门列入“运用建筑信息模型(BIM)进行工程项目审查审批和城市信息模型(CIM)平台建设”五个试点城市[9],试点工作主要完成运用BIM系统实现工程建设项目电子化审查审批、探索建设CIM平台、统一技术标准、加强制度建设、为“中国智能建造2035”提供需求支撑等任务,逐步实现工程建设项目全生命周期的电子化审查审批,促进工程建设项目规划、设计、建设、管理、运营全周期一体联动[38],不断丰富和完善城市规划建设管理数据信息,为新型智慧城市发展奠定基础。
纵观试点阶段的成果,表现出以下几个特点:一是各地在CIM数据库整合、系统平台研发、应用体系建设等方面开展了有益的实践;二是积极支撑了工程建设项目审批、城市体检、城市更新等精细化城市建设治理工作;三是探索了跨部门的CIM协同应用,并作为城市信息底座支撑新型智慧城市发展。与此同时,也可以看到面向未来的CIM发展方向:一是数据治理和信息共享需要深化;二是平台协同与公众参与需要强化;三是标准体系及机制保障需要完善。

1.1北京城市副中心CIM试点成果

北京城市副中心在规划建设的过程中,同步建设“一网、一脑、一平台”的数字孪生城市[18]。在城市空间数据基础上,叠加互联网、物联网等多维度实时数据,全息描述城市运行状态,用算法高效驱动和管理城市运营,实现城市资源要素智能优化配置。试点成果包括构建智慧城市标准体系、万物互联的城市感知网络、智能高效的城市大脑以及数据集成共享的基础支撑平台。北京城市副中心CIM平台,有机融合地理信息系统(GIS)与建筑信息系统(BIM),为城市大脑进行仿真推演、发展预测、决策分析等提供数据支撑平台。首先是基于“一个平台集中掌控”的数字化管理理念,架构了一个全新的、基于BIM的重大项目监管系统平台,采用了“指挥部监管系统+项目部智慧工地”两层体系设计。通过智慧建造监管平台“三控两管一协调”(三控:进度控制、质量控制、安全控制;两管:劳务监管、绿色施工监管;一协调:多方协同)应用,实现了对多项目的统一管理和监控;基于统一的数据标准和系统接口,实现与项目部智慧工地进度、质量安全、劳务、机械设备、物资等信息数据对接,保障了监管平台数据的实时获取与真实可靠。

1.2雄安新区CIM试点成果

雄安新区在规划设计与建设过程中,全面推行建筑信息模型(BIM)、城市信息模型(CIM)技术,实现工程建设项目全生命周期管理[19-20]。2019年1月,雄安新区管理委员会印发《雄安新区工程建设项目招标投标管理办法(试行)》,强调工程建设项目在勘察、设计、施工等阶段均应结合BIM和CIM等技术,提升工程建设项目的全生命周期管理,逐步推行工程质量保险制度代替工程监理制度。为持续深化“放管服”改革,提升项目审批效率,方便相关企业办事,雄安新区全面实施建设项目“一会三函”审批制度,同时依托“互联网+政务服务”平台和雄安新区智能化服务平台,建立雄安新区城市信息模型(CIM)和基于建筑信息模型(BIM)的三维报建平台,实现审批和监管的信息共享。2019年9月,雄安新区规划建设BIM管理平台(一期)项目,由阿里云计算有限公司和中国城市规划设计研究院联合承担,项目内容包括一个平台、一套标准,平台主要指雄安新区规划建设BIM管理平台,包括数据层、支撑层、应用层,覆盖现状空间(BIM0)—总体规划(BIM1)—详细规划(BIM2)—设计方案(BIM3)—工程施工(BIM4)—工程竣工(BIM5)六大环节的展示、查询、交互、审批、决策等服务,实现对雄安新区生长全过程的记录、管控与管理。2020年11月,该项目顺利完成预定目标与任务,通过终验。

1.3广州CIM试点成果

广州市根据住建部试点文件提出的“构建CIM平台、实现智能化审批、精简审批程序、探索建设智慧城市基础平台”等任务要求,逐步分解并贯彻落实,基于国土空间规划智能化框架[21],进一步从数据关系、业务流程、平台功能三方面对既有平台进行提升,旨在实现多源异构BIM模型数据转换及轻量化入库,海量CIM数据的高效加载浏览及应用,汇聚二维数据、项目报建BIM模型、项目施工图BIM模型、项目竣工BIM模型、倾斜摄影、白模数据以及物联网数据,实现历史—现状—规划一体、地上—地下一体、室内—室外一体、二维三维一体、三维视频融合的可视化展示,提供进度模拟、疏散模拟、虚拟漫游、模型管理与服务API等基础功能,构建智慧广州应用的基础支撑平台。广州市CIM试点工作在标准、平台、应用等方面已经取得显著的成果,可总结为“数据精、平台实、业务智、应用广、标准全”。广州市通过信息融汇与系统集成,整合智慧城市时空大数据云平台、广州规划和自然资源、住建及其他委办局审批管理系统,纵向上实现了与CIM部级平台的互联互通,横向上实现了市内工程建设项目审批全业务流程的无缝衔接,实现了“机审辅助人审”并积极向“全机审”转变。并进一步探索构建基于工程建设项目审批改革的城市精细管理与精准服务体系,在园林、市政等领域开展应用。在业务工作的基础上,广州市还配套出台了系列政策、文件,形成了一套适用性较强的机制保障体系和标准规范体系,为建设广州市CIM平台及其保障运行机制提供了良好的基础,同时对于各地开展CIM平台建设具有较强的借鉴意义。

1.4南京CIM试点成果

南京市2018年11月积极响应住建部CIM试点工作,市政府办公厅2019年8月印发了《南京市运用建筑信息模型系统进行工程建设项目审查审批和城市信息模型平台建设试点工作方案》,南京市规划和自然资源局于2019年11月开始,在“多规合一”信息平台支撑下,运用建筑信息模型系统(BIM)进行工程建设项目审查审批和城市信息模型平台(CIM)试点项目建设,逐步完善和形成了测绘地理信息与规划数据丰富、数据管理及应用发布平台成熟、全面实现工程建设项目规划审批数字报建,便于数据成果转化,而且地下管线、地下空间、城市设计等系统具有三维可视化与管控能力的CIM平台试点建设成果[17]。2020年11月,南京CIM试点成果顺利通过了终验。南京CIM平台采用开放可扩展的技术架构,探索构建全域全空间、三维可视化、附带丰富属性信息的CIM平台,作为掌控城市全局信息和空间运行态势的重要载体,完成了CIM平台与市工程建设项目审批管理等相关业务系统无缝衔接,实现了各类覆盖地上、地表、地下的现状和规划数据的集成和展示应用;并探索了BIM导入CIM的机制,实现依托CIM平台,对工程建设项目BIM报建成果实施关键条件、硬性指标的智能审查,降低人为因素干扰,提升决策管理的科学性和精准度,开拓工程建设项目智能审批新局面。

1.5厦门CIM试点成果

厦门2018年11月积极响应CIM试点工作,按照住房和城乡建设部印发的要求,制定了《厦门市运用BIM系统进行工程建设项目报建并与“多规合一”管理平台衔接试点工作方案》,指出运用BIM系统实现工程建设项目电子化报建,逐步实现BIM报建系统与“多规合一”管理平台的衔接,在应用数据上统一标准,在系统结构上互联互通,实现在“多规合一”管理平台上对报建工程建设项目BIM数据的集中统一管理,促进BIM报建数据成果在城市规划建设管理领域共享,实现数据联动、管理协同,为新型智慧城市建设奠定数据基础[22]。通过建设全市统一的空间信息平台,形成了城市现状、规划、运行数据的二三四维一体化,实现了数据管理创新、制度管理创新、审批管理创新的新模式。厦门市CIM的建设成效主要有三方面。一是升级多规平台为CIM,实现了全市静态空间、非空间及动态感知时空大数据汇聚,目前已有72个专题,322个图层与全市300多家部门做到数据汇交及信息共享。二是在纵向上,建设项目全流程管理中已实现城市设计、工规许可的智能审图,将进一步推动施工图及竣工智能审图,实现全流程云端审批。三是在横向上,各部门依托CIM平台构建了行业管理的部门应用,包括消防部门的智慧消防系统、市场监督部门的智慧市监系统、产业园区的智慧园区管理平台、轨道集团的客流综合分析系统等。

1.6进一步推进CIM试点

在上述试点成果的基础上,为了指导各地推进CIM平台建设,2020年6月,住房和城乡建设部会同工业和信息化部、中央网信办印发《关于开展城市信息模型(CIM)基础平台建设的指导意见》,提出了CIM平台建设的基本原则、主要目标等,要求全面推进城市CIM平台建设,助推工程建设项目审批、城市体检、城市安全、城市综合管理等领域信息化应用,以便带动自主可控技术应用和相关产业发展,提升城市精细化、智慧化管理水平;同时,提出构建国家、省、市三级CIM平台体系,逐步实现城市级CIM平台与国家级、省级CIM平台的互联互通。2020年8月,印发“新城建”相关文件,加快推进基于数字化、网络化、智能化的新型城市基础设施建设,引领城市转型升级,推进城市现代化[9-11]。2020年9月,住房和城乡建设部制定印发了《城市信息模型(CIM)基础平台技术导则》,明确CIM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信息模型数据和城市感知数据,构建三维数字空间的城市信息有机综合体。2020年10月,进一步组织在重庆、太原、南京等16个城市开展“新城建”试点,其中必选的试点内容之一就是CIM平台建设。2021年6月,在总结各地CIM平台建设经验的基础上,对《城市信息模型(CIM)基础平台技术导则》又进行了修订,旨在进一步指导地方做好城市信息模型(CIM)平台建设[9],推进和赋能新型智慧城市建设。

02新型智慧城市的发展需求分析

新型智慧城市是城市信息化发展的最新阶段,是在之前数字城市与智慧城市基础上逐步发展起来的。智慧城市是以互联网、物联网、空间信息技术等为主要支撑的城市信息化阶段,实现从数字化到网络化再到智慧化。新型智慧城市旨在打造以无处不在的惠民服务、透明高效的在线政府、融合创新的信息经济、精准精细的城市治理、安全可靠的运行体系五位一体的智慧城市,借助数字孪生城市的全局视野、精准映射、模拟仿真、虚实交互、智能干预等典型特性,新型智慧城市在城市治理和各行业领域的应用正在创新发展。

2.1强调数字孪生城市与CIM建设

2019年,数字孪生城市广受关注,并上升到国家策略层面,正成为城市数字化转型发展的重要途径。数字孪生城市是在“实景三维中国”建设“地形三维”和“城市三维”及“部件三维”的政策背景下,在城市数据累积从量变到质变以及从二维到三维的需求背景下,在感知建模与人工智能等信息技术取得重大突破的技术背景下,建设新型智慧城市的一条新兴技术路径,是城市运营与治理智能化发展的先进模式。《数字孪生城市研究报告(2019年)》与《数字孪生白皮书(2019年)》等研究报告强调数字孪生城市模式是一个实现物理世界与数字世界完全对应、融合和演进,并驱动城市智能化的过程。基于数字孪生的城市信息模型(CIM),将成为新型智慧城市的信息基础平台,也是吸引高端智力资源共同参与,从局部应用到全局优化、持续迭代更新的城市级创新平台。2020年12月发布的《数字孪生白皮书(2020年)》表示:“数字孪生”是一种发展新模式、一个转型的新路径、一股推动各行业深刻变革的新动力,而“数字孪生城市”不再只是一个创新理念和技术方案,而是新型智慧城市建设发展的必由之路和未来选择。2021年12月发布的《数字孪生白皮书(2021年)》认为,数字孪生城市是发展和带动数字经济的重要载体,能够推动城市规划建设治理服务整体性转变、全方位赋能、革命性重塑。

2.2智慧城市发展强调顶层设计

自2013年第一批智慧城市试点建设工作开展以来,智慧城市试点建设持续推进,国家相继出台一系列相关政策,大力支持智慧城市建设工作。2014年,国务院发布《国家新型城镇化规划》、八部委联合发布《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》,明确将智慧城市作为新型城镇化发展的一部分,智慧城市进入国家战略,指出要加强顶层设计。随后,陕西省于2018年9月出台《关于加快推进全省新型智慧城市建设的指导意见》;河北省于2019年2月出台《加快推进新型智慧城市建设的指导意见》;2019年9月,山东省印发《山东省新型智慧城市试点示范建设工作方案》,围绕基础设施、数字惠民、数字政务、数字经济、保障措施、地方特色等分类;2021年6月,山西省发改委研究确定了山西省第一批省级新型智慧城市试点市县名单。总体而言,新型智慧城市顶层设计方案要突出为人服务,深化重点领域智慧化应用,提供更加便捷、高效、低成本的社会服务;要明确推进信息资源共享和社会化开发利用、保障信息准确可靠、强化信息安全以及同步加强信用环境建设、完善法规标准等具体措施;要加强与国民经济和社会发展总体规划、主体功能区规划、相关行业发展规划、区域规划、城乡规划以及有关专项规划的衔接,通过信息化促进城乡统筹发展智慧化。

2.3多项政策促进智慧城市发展

2015年国务院发布《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》和《关于促进大数据发展行动纲要的通知》,对智慧城市发展提出了“互联网+”和促进“大数据”统筹、共享、开放发展的要求。2016年智慧城市各相关领域政策也纷纷出台,越来越多的领域明确了未来一段时期内信息化发展的方向和目标。其中,《国家信息化发展战略纲要》为智慧城市建设在国家政策层面提供了更加明确的总体建设要求。而“互联网+”系列政策、创新驱动、智能制造、环境保护、绿色能源等系列政策的提出,将进一步助力传统产业的转型升级,提高城镇化的水平和人民的生活水平,加快经济社会转型发展。国务院政策文件中确立了智慧城市作为新型城镇化建设的重要发展方向,为新时期智慧城市发展提出了新的要求,推动了新型智慧城市概念的提出,从而更好地提高城镇化的水平和人民的生活水平,加快经济社会信息化转型发展。2021年4月,国家发展改革委发布了《2021年新型城镇化和城乡融合发展重点任务》的通知,提出了顺应城市发展新理念新趋势,全面推行城市运行“一网通管”,建设新型智慧城市,并明确要推进市政公用设施智能化升级,建设“城市数据大脑”等数字化智慧化管理平台,推动数据整合共享,提升城市运行管理和应急处置能力。

2.4新型智慧城市发展成为主旋律

建设新型智慧城市,是党中央、国务院立足我国城市发展实际,主动适应和引领新常态、打造经济发展新动能而作出的重大决策部署。随着智慧城市上升为国家战略,国家对智慧城市建设重视程度不断提升。2016年,国务院先后发布《国家信息化发展战略纲要》和《“十三五”国家信息化规划》,提出加快城市发展信息化,加强信息资源整合共享,明确了新型智慧城市建设行动。技术进步正在推动着我国城市现代化和信息化不断向更高层次发展,中国特色的城市现代化之路日渐清晰。国家网信办在《关于创建新型智慧城市标杆市建设要点》中指出,新型智慧城市建设的核心要素可以概括为“六个一”系统工程,即构建一个开放的体系架构、构建共性基础“一张网”、建立一个数据体系、建立一个通用功能平台、建立一个高效的运行指挥中心、建立一套统一的标准体系。2020年底发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中,关于新型智慧城市的内容呈现出多维度的特点:具体涉及信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施等新型基础设施的建设;完善城市信息模型平台和运行管理服务平台,构建城市数据资源体系,推进城市数据大脑建设,探索建设数字孪生城市;构建基于5G的应用场景和产业生态,并在智慧能源、智能交通、智慧物流、智慧医疗等重点领域开展试点示范等。

2.5新型智慧城市建设与评估并行

2018年,国家发改委与网信办联合发布《关于继续开展新型智慧城市建设评价工作、深入推动新型智慧城市健康发展的通知》和《国家新型智慧城市评价指标(2018)》,对《国家新型智慧城市评价指标(2016)》进行了完善与升级,提出从基础评价指标和市民体验指标两方面、8项一级指标、24项二级指标对新型智慧城市建设成果进行评价,以评促建。其中的基础评价指标重点评价新型智慧城市发展现状、发展空间、发展特色,涵盖7个方面:具体包括惠民服务(26%)、精准治理(11%)、生态宜居(6%)、智能设施(5%)、信息资源(8%)、创新发展(4%)、信息安全(减分项)。市民体验(40%)指标的主要形式为“市民体验问卷”,通过调查市民直接感受情况进行评价,旨在突出公众对于新型智慧城市发展的获得感、参与度和满意度,体现以人为本。在应用实践与学术探索的基础上,面向“十四五”我国经济社会发展的趋势,学者们探讨提出将进一步围绕“人民城市人民建,人民城市为人民”这一新时代城市治理论断,以提高城市民众对新时代城市的安全感、获得感、幸福感、参与感为导向,提出新型智慧城市建设与评价的SMILE体系[29],其中S代表新型智慧城市完备的安全体系(Security)、M是指以人为本的数字化共治(Management)、I表示自主可控的持续运营(Independent)、L是指充满活力的幸福宜居(Lively)、E表示全面普惠的教育体系(Education)。上述五个方面,必须涵盖与体现新型智慧城市对于“生态、宜居、养老、双碳、韧性”的支撑与服务,方能通过评价引导新型智慧城市建设实现人民满意的目标,推进社会治理能力与治理水平现代化。

03支撑新型智慧城市发展

3.1新型智慧城市发展需要CIM支撑

2016年新型智慧城市发展以来,国家发改委联合20多个部委成立部际协调工作组,推进新型智慧城市有序发展,并强调以人为本的新理念、共享服务的新模式、安全协同的新体系,其中共享服务信息平台的建设与应用需要CIM支撑。2018年,住房和城乡建设部发布行业标准《“多规合一”业务协同平台技术标准》的征求意见,鼓励有条件的城市,可在BIM应用的基础上建立CIM。2020年9月,住建部办公厅印发《城市信息模型(CIM)基础平台技术导则》,旨在规范CIM研发。3DGIS+BIM+IoT的集成技术在实现城市彻底数字化的基础上引入CIM,已成为新型智慧城市基础信息平台建设的新模式。以3DGIS+BIM+IoT为主体构建CIM支撑新型智慧城市,可以使得符合智慧城市建设的规划及应用解决方案都能够首先在CIM平台上得到模拟仿真和分析验证,并且从中获取城市动态变化发展过程中形成的智慧,解决城市生活宜居、便捷、安全的智慧,城市可持续发展与提升核心竞争力的智慧,以用于支撑新型智慧城市规划与建设;同时,在新型智慧城市运行阶段,通过CIM将移动互联网及物联网与实体城市关联,动态感知实体城市的运行体征,实时连接孪生数字城市,双向互动实现新型智慧运行管理。

3.2政策推动CIM支撑新型智慧城市

2018年5月国务院办公厅发布《关于开展工程建设项目审批制度改革试点的通知》,2018年11月,住建部将北京城市副中心、雄安新区、广州、南京、厦门列入CIM试点城市,试点成果表明:CIM的发展不仅支撑工程建设项目管理,而且支撑整个城市规划、建设、管理、运维全过程,并涉及规划、市政、园林、环保、消防、市监等多种行业。2019年3月国务院办公厅发布《关于全面开展工程建设项目审批制度改革的实施意见》,强调统一审批流程、统一信息数据平台、统一审批管理体系、统一监管方式4个审批阶段,改革覆盖工程建设项目审批全过程,将工程建设项目审批流程主要划分为立项用地规划许可、工程建设许可、施工许可、竣工验收四个阶段,这都需要CIM支撑。2020年6月,住建部组织制定了《房屋建筑和市政基础设施工程勘察质量信息化监管平台数据标准(试行)》,以推进房屋建筑和市政基础设施工程勘察质量信息化监管工作,统一勘察质量信息化监管平台数据格式,促进勘察质量监管部门和各方主体的数据共享和有效利用,提升基于CIM的勘察质量监管信息化水平,赋能新型智慧城市发展。2021年6月,住建部发布《城市信息模型(CIM)基础平台技术导则》(修订版),明确要求CIM基础平台应定位于城市智慧化运营管理的基础平台,由城市人民政府主导建设,负责全面协调和统筹管理,而且要明确责任部门推进CIM基础平台的规划建设、运行管理、更新维护工作;借助CIM的建设,统一管理CIM数据资源,提供各类数据、服务和应用接口,满足数据汇聚、业务协同和信息联动的要求,从而支撑新型智慧城市发展。

前文论述表明,基于数字孪生的城市信息模型(CIM)不仅是新时期城市全面信息化发展的必然,而且是支撑城市全面智慧化发展的信息底座;以人为本的新型智慧城市不仅是新型城镇化发展的主旋律,而且是实现数字中国、智慧社会的重要途径。将旨在构建基础信息服务的CIM平台与强调人本应用的新型智慧城市发展有机结合,必将使得CIM发展更具有目标导向的支撑性,使得新型智慧城市的发展更具有基础支撑的生命力。显然,CIM赋能新型智慧城市的发展体现在多个维度,包括面向城市居民智慧化生活的多元信息集成、面向城市数字经济发展的多元信息共享、面向城市双碳目标的多元信息处理、面向城市综合治理智慧化的多元信息服务等。

期刊 |  中国名城,2022年 第36卷 第1期


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文章名称:CIM技术,赋能新型智慧城市发展!

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