城市信息模型( CIM)的建设思考

城市信息模型( CIM)的建设思考插图
当前世界正处在“百年未有之大变局”之中,世界格局风云变化,科学技术蓬勃发展。随着信息时代的深入,人类社会正在从以工业文明为中心向以信息文明为中心转变,信息技术正在给各行各业带来深刻变革。城市作为现代人类生活的基础,其建设方式、运行方式同样在发生变革,近几年国家各级政府部门多次提出了智慧城市和新型智慧城市的建设要求,为城市的发展建设指明了方向。在信息技术的普及和推动下,城市信息模型(CIM)的概念应运而生,从物理城市的数字化镜像角度,为城市各级数据的有效协同、计算分析、事件预警、动态演化和仿真可视化等提供支持,为智慧城市建设提供基础数据支撑。基于此,本篇文章对城市信息模型(CIM)的建设思考进行研究,以供参考。

近年来,我国的一些省市以大力推进CIM平台建设为抓手,促进城市智慧化建设。2016年,我国在“十三五”规划中进一步明确了智慧城市建设的目标,随后CIM理念逐渐得到了业界重视。作为解决智慧城市建设中信息集成以及业务协同工具,CIM对政府在城市的数字化治理以及数字孪生理念的落实起着重要作用。2019年12月,住建部在全国住房和城乡建设工作会议中指出:要开展“美丽城市”建设试点,加快构建部、省、市三级CIM平台建设框架体系;在2019年国家发展改革委颁布的《产业结构调整指导目录》中将CIM相关技术的开发与应用纳入城镇基础设施类的鼓励性产业。由此可见,CIM平台标准的建设以及CIM相关技术的普及将是我国未来智慧城市发展的一个重要着力点。

1 CIM:数字孪生城市的核心

数字孪生城市的核心是高精度、多耦合的CIM。通过加载其上的全量全域数据,在城市巨系统内汇集交融,实现对城市规律的识别,产生新的知识涌现,为改善和优化城市系统提供有效的指引。在实践中,城市信息模型构建正受到越来越大的重视。理论上,三维GIS模型实现了城市宏观大场景的数字化模型表达和空间分析,BIM则实现了对城市建筑物的物理设施、功能信息的精确表达,将这两者融合集成,可构建起CIM的初步框架。同时,从数据动态化的角度考虑,CIM还需要引接城市物联网(InternetofThings,IoT)智能感知数据。智能感知数据包括城市各种公共设施及各类专业传感器感知的具有时间标识的即时数据。智能感知数据可反映城市的即时运行情况,其与GIS+BIM空间数据相叠加,可将静态的数字城市模型升级为可感知、动态的数字城市模型。但传统的GIS+BIM的建模方法存在一个明显的局限:基于GIS图层的数据承载方式未能从本质上解决时空模型的数据动态化问题,GIS图层化的数据二维形态无法解决三维表达需求,也不能实现时态变化的表达;而BIM建模的单体性过强,难以在不同BIM间实现融合,且同样无法实现时态变化的表达。究其本质,面向对象的数据组织方式会因对象本身的纷繁复杂和对象ID的私有定义而难以解决数据组织汇聚的问题,由此生成的模型难以实现模型数据的开放化和动态化。

2 CIM发展现状

2007年Khemlani首次提出城市信息模型(CityInformationModeling,CIM)概念。城市智能信息模型在城市信息模型的基础上进一步提出了智能(Intelligent)的目标,其内涵不仅是指城市模型中海量数据的收集、储存和处理,更强调基于多维模型解决发展过程中的问题”。各类技术在这一阶段逐渐应用在CIM当中,物联网(InternetofThings,IoT)技术逐渐与BIM、GIS一并成为CIM建设的核心技术支撑。至此,CIM在我国由概念阶段正式开始进入到实施阶段。自2019年起,国家国务院办公厅、住房和城乡建设部、自然资源部、国家发改委、工业和信息化部、中央网信办相继出台政策文件,加快推动CIM基础平台的建设工作。2020年9月21日,住房城乡建设部发布了《CIM基础平台技术导则》,提出了在平台构成、功能、数据、运维等的具体技术要求。2021年3月25日,国家发展改革委、自然资源部等28部门联合印发《加快培育新型消费实施方案》。方案明确提出要“加强新一代信息基础设施建设,包括推动城市信息模型(CIM)基础平台建设,支持城市规划建设管理多场景应用,促进城市基础设施数字化和城市建设数据汇聚”。目前,CIM的内涵不限于模型概念,而引申为城市基础底板平台而存在。CIM致力于建立一个城市信息和数据汇聚的中心,实现城市海量多源异构数据的融合,是实现精准映射城市运行状态、挖掘洞悉城市运行规律、模拟仿真城市未来趋势的综合信息载体与核心平台。CIM凭借其全面的信息集成特征,已成为智慧城市和数字孪生城市的重要建设基础,是新型智慧城市建设过程中一项重要的专项工作。

3 CIM是智慧城市建设的重要技术支撑手段

3.1 CIM汇聚城市全生命周期的各类多源异构数据

城市是数据的最大载体和产生体,包括连接人与人的互联网数据,连接人与社会组织的公共数据,连接人与物或者物与物的物联网数据以及记录城市地形、地貌、建筑物等地理信息的时空数据,特别是经过多年的电子政务和智慧城市建设,各政府部门、行业和互联网+的企业积累了一定具有价值的数据,同时建立了收集这些数据的技术能力。但是,这些数据多为条状化、块状化,形成了新形式的数据碎片、数据孤岛和数据壁垒。CIM技术正是借助大数据、BIM、IOT和5G技术的发展,以国家正在开展的工程建设项目审批制度改革为契机,将上述海量城市数据进行汇聚、融合、治理、分析,并构建基于CIM技术的大数据库,为城市治理、产业服务和民生服务提供数据赋能服务。具体来讲,CIM数据包括但不限于基础地理信息类、规划信息类、建设信息类、感知信息类、经济社会类、政务信息类、主题数据类等数据类型,覆盖了从宏观到微观、从室外到室内、从地上到地下、互联到物联的数据,基于此建立城市物理实体空间及其各类信息的多源异构数据模型,形成城市物理实体空间的数据资产。

3.2 CIM为实现城市精细化治理提供监测预警功能

CIM技术在实现上述决策分析功能的同时,还具备高效处理各类突发事件的能力。如在城市内涝、冰冻灾害、台风地震等突发灾害发生时,可以通过接入气象、水文等动态数据,利用物联网技术,随时掌握实时情况,进行基于CIM技术的模拟推演、应急指挥、联动处理等场景应用,提升政府部门的应急事件处理效率和能力。

随着云计算、人工智能、大数据等先进技术与建筑业的深度融合,使得使用CIM进行城市管理成为了可能,而目前相关标准的缺失是阻碍信息技术推广的原因之一。促进标准体系的完善对中国新型城镇化建设高质量发展以及增强我国参与国际标准编制话语权具有重要意义。本文结合目前CIM标准的建设情况,为CIM标准体系建设给出了建议。因为标准的建设离不开技术的支撑,所以BIM的数模分离、BIM与GIS的数据融合、CIM的轻量化等技术的进一步发展,将对减少CIM实施流程中的非增值活动、提高标准的指导作用具有重要意义。

本文来自:全国智标委

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文章名称:城市信息模型( CIM)的建设思考

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