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雄安CIM是如何建设的?来自中规院未来城市实验室CIM建设的思考

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2021-09-08

本文转载自微信号:超图集团

来源  本文刊登于2021年7月第74期《超图通讯》

撰文/中国城市规划设计研究院未来城市实验室 杨滔



CIM的定位与目标

《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》中提出:“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。”其中,城市信息模型平台是建设数字孪生城市的重要支撑,成为我国城市信息化和智能化发展的新方向之一。2020 年 3 月31 日,习近平总书记考察杭州城市大脑运营指挥中心时提出:“运用大数据、云计算、区块链、人工智能等前沿技术推动城市管理手段、管理模式、管理理念创新,从数字化到智能化再到智慧化,让城市更聪明一些、更智慧一些,是推动城市治理体系和治理能力现代化的必由之路,前景广阔。”这也表明了城市信息模型平台作为城市时空操作系统,其另一个发展方向是聚焦于城市规建管全生命周期的创新实践,服务于城市治理能力现代化。


近年来各地都在围绕 CIM 平台尝试勾画出数字孪生城市的目标,主要体现在三个方面:


1、基于空间的城市信息共享,即强化城市规建管运维全生命周期过程之中社会经济环境等要素的空间化,让全社会基于空间场景,共享各类信息,推动互联互通;


2、基于空间的城市治理,以自上而下与自下而上两条线共同促进城市治理模式创新,其中强调中微观层面上感知设施对城市脉搏的把控,及时发现城市治理之中出现的问题,形成敏捷反应的数字化机制;


3、基于空间的城市数据资产增值,推动城市空间数字资源向城市空间数字资产转型,探索数字孪生城市之中数据资产管理的新方法和新思路,夯实城市发展的数字动力。



关于CIM基础平台建设的四点思考

基于现状的CIM建设两个趋势与切入点


当前,面向城市规建管全生命周期的创新实践的 CIM 基础平台建设趋势,主要有两个趋势:


一是认为个体构筑物 BIM 的集合就是城市尺度的 CIM。基于此趋势,GIS 与 BIM 技术的融合技术将持续发展,未来BIM 融入 GIS 的技术能力与更新机制将不断完善,工程建设项目智能审批的效率持续提升,以此来不断推动基于 GIS 的 CIM平台动态搭建。


二是认为城市感知体系可以赋能已有建成区。基于此趋势,基于单体化各种倾斜摄影或扫描的模型,结合 5G、物联网、感知体系等新技术建设,建立起基于几何实体化对象的感知应用系统,聚焦对设施安全、城市运行、产业创新等方面的信息采集及综合应用,并提供实时信息共享服务,为城市规划建设管理的决策提供实时性支撑。


这两种趋势在搭建城市信息模型方面的内在逻辑是不一样的。通过个体 BIM 汇聚建设的方式,偏向强调几何精准建模,可应用于工程建设本身的管理;通过搭建城市感知体系建设的方式,偏向聚焦扫描或拍照城市对象的语义化,可应用于城市治理运营。


CIM是支撑数字孪生城市的时空操作系统,三个中台是关键


住房和城乡建设部颁布的《城市信息模型(CIM)基础平台技术导则》中对城市信息模型City Information Modeling(CIM)的定义是:它是以建筑信息模型(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、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。基于此,城市信息模型(CIM)基础平台的概念得以提出:它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。因此,我们认为:城市信息模型基础平台至少是服务于城市规建管的时空信息基础设施,是支撑数字孪生城市的时空操作系统。


基于时空操作系统的定位,CIM 基础平台首先实现城市空间的数字化,体现为现实世界之中的实体人、事、物信息通过城市感知层敏捷获取,并转化为时空数据,借助不同的部门或行业流线,如规划、文化、金融等,在数据中台之中汇聚并不断根据业务需求进行重组。


其次不管是物质实体要素,还是社会经济环境要素,都依据知识体系,形成了模型,如 BIM、或交通模型、或环境模型等,模型围绕应用而不断地迭代升级,形成自适应的模型中台。


最后不管数据,或者模型,都提供了基础性或综合性信息,在空间场所之中将各种条线交织起来,形成多领域交织的城市网格地块,能为城市提供描述、诊断、预测、决策、交换等共性服务,建立起服务中台。


三个中台中的数据、模型、服务模块不断流转,构成了平台的核心功能,支撑各种创新应用,覆盖宏观与微观,桥接微观的感知与宏观的决策。


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空间数字化建设逻辑



CIM顶层设计与多个体系

城市信息模型(CIM)平台建设内容包括顶层设计、一套标准、一个平台以及多个 CIM+应用。


一套标准关注于数据管理标准体系,可参考行业、国家、国际标准,根据城市场景的实际情况,为数字空间现实化以及现实空间数字化制定准绳。一个平台原则上包括基础设施层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层、用户层,实现对城市生长全过程的记录、管控与治理。CIM+ 的应用本质上依赖于空间单元的界定,既有基于各种规建管等业务的非匀质空间单元,也有基于地理网格的匀质空间单元。数据、模型、业务都在空间单元内进行汇聚,共同形成共性的数据归集与管理、共性的模型支撑、共性的业务服务,以中台的方式支撑千变万化的CIM+ 应用。


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CIM平台的构成


城市信息模型(CIM)平台服务能力包括 CIM 基础平台与 CIM+ 平台的扩展应用:CIM基础平台服务于城市体检、智能建造、智慧市政、城市安全;CIM+ 将服务于更为广泛的领域,如人口管理、政务服务、智慧医疗、智慧商业、智慧文旅、智慧交通、环境保护、疫情防控等。这包括两个层面的内容:


一是优先推进 CIM 基础平台在城市建设管理领域的示范应用。以工程建设项目审批制度改革为契机,推进 CIM 基础平台与工程建设项目审批管理系统的交互融通,支撑工程建设项目 BIM 报建及计算机辅助审批,提升城市规划建设管理信息化、数字化、智能化水平。


二是积极拓展 CIM 基础平台在其他行业领域的智慧应用。将 CIM 基础平台作为城市基础性、开放性的信息平台,推动城市各行业、各部门的数据共享和业务协同,逐步深化 CIM 基础平台在其他各行业领域的应用。


因此,基于空间场所的规建管场景,融通各部门的条线,推动跨行业的协同,这是CIM 基础平台建设的基础目标。


CIM建设落地,需要重视4个方面


已经开展的 CIM 建设试点,一般都强调四个关键任务:高起点开展顶层设计、做实做强 CIM 基础平台数据底板、全周期一体化设计建设 CIM 平台、重视强化 CIM 平台场景落地实践。城市信息模型平台是实验性探索工程,基于各个城市特点,进行顶层设计尤为重要。例如,雄安提出了全生命周期的数字孪生城市建设,而以工程项目审批为切入点,这在于雄安的工程建设是目前阶段的重点,也可借此来开展 BIM 数据的大规模汇聚。苏州提出了 1+10 的模式,即苏州市与其 10 个板块之间建立总分互动的机制,符合苏州的经济发展模式。深圳搭建了全市精细化的模型,基于此强化探索开放灵活的城市设计管理模式,即数字云坊,这与其精细化的城市更新需求是匹配的。



雄安新区的CIM建设实践

规建管全生命周期推动数字孪生

1.0城市信息模型(CIM)平台实践经验总结尤为重要,将有助于我们从实践角度去理解 CIM 的建设模式。雄安规划建设 BIM 平台遵循雄安新区总规划中的数字孪生城市建设原则,即“坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设,适度超前布局智能基础设施,推动全域智能化应用服务实时可控,建立健全大数据资产管理体系,打造具有深度学习能力、全球预先的数字城市。”


首先,加强智能基础设施建设,建立起智能城市的四梁八柱,基于市政与道路基础设施搭建数字化的感知与监测体系;其次,建构全域智能环境设施,提供随时随地的人机互动界面,便于老百姓实时进入数字空间,最大限度地跨越空间距离的限制,进行更为便捷而实时的交流;最后是建设数据资产管理系统,推动城市全生命周期的数据在管理与交易之中进行流通,从而进一步转化为城市资产,推动数字孪生城市的建设与运营。


以空间映射为核心,贯穿城市现状、总体规划、详细规划、工程项目设计、施工以及竣工等六个阶段,形成与雄安“现实城市”生长规律相契合的“数字空间”循环迭代、自我成长的记录模式。根据雄安的全周期、全时空、全要素、全过程的管理要求,尊重每个阶段 BIM 的自生长规律,通过 6 个 BIM·循环迭代和每个 BIM 阶段的管理流程自转,实现项目的有效审核和管控。这构成了以“时间”为轴线的集成创新。


雄安规划建设 BIM 平台还有 3 个方面的创新。全时空的数据融合,以“算法”为动力推动多源异构数据的融通,构成BIM 平台的综合性数据底板,实现城市状态表达创新。全要素的规则贯通,以“空间”为坐标梳理各条业务流线的交织情况,识别出六个阶段依次循环或往复交织的规则逻辑,建构跨越不同行业、不同管理部门、不同社会主体的规则连通机制,构成BIM 平台的规则库,实现城市管理方法创新。全过程的治理开放,以“共享”为理念,服务于多维度的创新创意,推动数据、模型、业务模块的公开性,激发市场主体意识,探索平台本身的可持续发展,实现城市信息共享创新。



时空操作系统支撑多应用场景落地

雄安 CIM 的总体框架可类比为底座、土壤、森林、果实等不同层次功能模块。雄安 BIM 管理平台的软硬件环境以及制度配套设施,构成了平台的基础底座,形成了规划建设 BIM 管理平台的支撑保障能力。土壤指前述六个阶段中各种数据的汇聚,包括现状测绘数据、规划设计数据、管理流程数据、社会经济环境数据等。这些数据由三种不同的标准进行治理,从而形成了与现实空间同步规划、同步建设、同步运行的数字城市。一是身份标准,根据统一空间单元体系与统一空间编码体系,将数据在不同的空间管理单元中进行汇聚,形成现实空间管理逻辑一一映射的数据集;二是语言标准,根据城市规建管中公共治理的需求,搭建数据交换标准,解决不同软件生产的数据格式不互通的问题,同时建立成果上报标准,解决不同单位提交的规划设计成果不一致的问题;三是计算标准,建立起六个阶段以及不同专业之间指标规则传导的标准,并关注全局与局部联动的计算规则,如具体某个地块的人口变化之后导致更大范围内的交通出行、公共服务设施供给等变化。


在数字城市的森林之中,将构建起一系列的通用数据库、模型库、引擎支撑、服务组件等。最终支撑各种应用,形成森林的果实,包括空间规划审批系统、工程建设项目审批系统、IOC 管理系统、信息资源交易系统等,服务于数字决策、数据建设、数据运营、数字安全。业务架构有 8 大核心功能,贯穿城市运维、规划、建设全过程,包含定期体检、智慧运维、规划编制审批、规划成果管理、规划一张图、土地资产评估交易、智慧工地管理、不动产确权登记等应用服务。从而,平台以动态的方式支撑一张蓝图绘到底和城市精细化运行。


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逻辑架构图



顶层设计保障多体系跨行业协同

针对规划、建设、管理全生命周期,雄安 CIM 以指标体系为抓手,建立起从城市、组团、单元、地块、建筑、构件等层层传递与互动的交互机制。在区域或城市层面上设定的战略性指标,如绿色、智慧、韧性、宜居等,在专项管控单元之中进行分解细化,包括生态、功能、交通、市政、海绵、地下空间、形态、社区等单元,根据各自的专业属性,各自范围不一,大到几十平方公里,小到十几公顷;这些指标进而传导到以行政管理为主的控规单元,分解到控规地块,大体在 1 到 5 公顷,建立指标、边界、形态联动管控的体系;再分解到建筑、设施、绿地园林等层面上,再细分到诸如墙体、梁柱、材料等构件上,这些也是物联感知器件挂载的地方。对于拉条成网的市政管线与道路,进一步传导到线性控制单元,落实到线性工程以及相对应的部件之上。这属于规划和建设阶段层层传递的逻辑,确保战略目标能最终落实到建设实施之中。


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多尺度、多条线、多专业的协同共同体


对于管理运营,相反则由微观的部件层级上采集的信息,汇聚到建筑设施、绿地园林、线性工程,再聚合到控规地块或线性空间对象上,再传递到控规单元、专项管理单元,直到组团和城市,从而辅助判断不同层级的城市管理和运行绩效。


规划建设阶段与管理运行的两种传导过程,构成了闭环,也实时进行交互影响,特别在控规单元和专项管理单元中进行地块层面的指标动态平衡,实现容积率、工作居住人口、公共服务设施布局的单元平衡,以满足城市的动态性与复杂性。


平台也强调更为开放的多专业协同逻辑,在线提供包含地上、地表、地下的数字底板,形成三维规划设计条件以及相关的计算工具,推动不同专业在同一空间范围内的协同能达到最优,至少辅助各方发现各个专业在空间管控上潜在的矛盾点,最终形成可查询、可追溯、全透明的空间治理档案。


建立起一套总规、详规、专规(含城市设计)、建筑设计彼此联动的机制,从路网结构、市政支撑、公服覆盖、资源荷载、功能绩效等方面,以仿真模拟为支撑,建立了空间形态参数化调整模式,从而为在线会商、在线招标、开放众规、公共参与等提供有效的支撑工具,以满足规建管全生命周期之中形态与功能决策的战略性与可操作性之间的多元平衡。

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