CIM论文 | 北京未来科学城CIM平台建设

1.1 北京未来科学城

未来科学城地处首都北京北部，总规划面积170.6平方公里，在空间布局上呈现“两区一心”格局，其中东区建设具有国际影响力的“能源谷”，西区以中关村生命科学园为主体建设具有全球领先水平的“生命谷”，以沙河高教园为主体建设一流科教融合新城，一心为生态绿心，位于未来科学城核心位置，与东、西两区共同构建蓝绿交织、水城共融的生态发展格局。2014 年未来科学城获评北京市首批绿色生态示范区。作为北京建设国际科技创新中心主平台之一，未来科学城聚焦先进能源、先进制造、医药健康领域，集聚一批高水平企业研发中心，深化央企、高校、科研院所汇聚优势，建设重大共性技术研发平台，不断完善创新创业生态，建设宜居宜业的生态智慧城市，打造全球领先的技术创新高地。

北京未来科学城空间示意图

1.2 未来科学城CIM平台建设

2016 年北京市科技创新大会及“深化央地人才合作推进未来科学城建设”专题会议提出将未来科学城作为智能城市试验区，推动智能产业发展。为此，未来科学城大力推动智慧能源、智能交通、5G等建设，建筑信息模型（BIM）技术已在区域内逐步推广应用，2017年，未来科学城完成云计算中心等智能基础设施建设。2018年初，北京市科委重大专项立项支持《未来科学城时空信息一张图智能支撑平台》（CIM平台） 建设，示范建设智能城市试验区的新型基础设施。

未来科学城时空信息一张图智能支撑平台（CIM平台）建设，充分利用3DGIS、BIM、物联网等新兴技术手段，突破多项技术难题，实现了表达和展示城市实景三维空间的CIM平台功能，开展基于平台的城市规划建设、运行管理、产业经济等典型应用示范。未来科学城CIM平台规划覆盖全域范围70.6平方公里，其中东区一期10平方公里CIM平台已经于2020年9月通过了专家评审，实现了CIM平台系统的上线运行，实施了10个城市综合管理服务应用子系统的集成及示范应用，成果质量得到了市科委和业内专家的高度认可。项目汇集了未来科学城城区规划、建设、运维和地上地下三维建筑和基础设施模型信息，具有良好的时空数据基础，构建了数字化、全维度的城市空间，逐步实现与实体城市同步建设的数字化孪生城市建设。

2.1 总体思路

北京未来科学城CIM平台建设采取顶层设计、统一标准规范制定，谋划区域数据底座，与智慧专项系统实现集成联动，实现了以一张图三维可视化呈现方式支撑专业场景应用。

2.2 技术路线

项目进行了深度调研，以满足未来科学城管理与应用的实际需求为目标，编制CIM平台建设方案，进行系统设计，逐步实现各类数据采集处理与汇集。项目过程中，研究突破统一环境下的3DGIS+BIM全空间无缝集成关键技术、BIM模型规划建设信息自动挂接关键技术、海量时空数据可视化与轻量化关键技术、基于规划与时空数据的智能预测决策模型关键技术和基于时间和空间维度高度融合的多源异构时空大数据一体化关键技术。

项目通过建设区域内统一的CIM平台，实现按需提供的个性化服务系统、数据集成及应用能力，实现室内室外、地上地下、二三维一体化全空间技术支撑及应用服务、扩充感知定位及解译服务接口等，提升未来科学城时空大数据集成管理能力、时空分析能力和按需服务能力。

项目成果中，实施基于未来科学城规划与时空数据的智能预测决策模型，实现未来科学城区域范围内城市用地规划、建筑高度控制、建筑轮廓、在建项目等时空信息一张图典型应用示范。

3.1 总体框架

北京未来科学城CIM平台由基础设施层、数据层、服务层、软件层、接入层构成。

基础设施层包含未来科学城华为云计算中心的基础信息化资源环境、互联互通的网络环境，部署各类基础软件系统。数据层主要包括构成时空大数据的四大主库及支撑运维所需的运行库，为上层系统运行提供各类数据支撑。服务层采用服务总线技术，其能够协调上层系统在交互后产生的功能需求，完成对数据的获取、处理、统计、分析以及导出等功能。软件层提供CIM平台的所有基础功能，包括时空信息数据管理系统等，支撑上层各类专题应用的数据分发与共享使用。接入层即应用层，主要包括城市运行一张图和规划建设一张图两大业务应用系统。平台的建设基于统一的标准规范体系，包括数据标准规范、应用程序标准规范、接口标准规范、硬件标准规范等一系列的体系以指导平台的规范化建设。

3.2 建设内容

北京未来科学城CIM平台建设包括功能建设、数据建设、安全运维建设。其中，功能建设包含三维模型和BIM汇聚的能力（含模拟仿真建筑单体到社区和城市的能力），具备工程建设项目各阶段模型汇聚的能力。

（1） 功能建设

时空信息数据管理系统。主要包括时空数据库管理系统和时空数据处理系统。时空信息数据库管理系统是实现对多源、异构、多尺度多时态时空数据进行存储管理的系统，解决多级海量时空数据的一体化存储管理和快速访问。数据库管理体系总体上采用分布式存储技术，根据矢量、栅格、瓦片等不同类型数据的特点，采用不同的存储管理技术，形成一体化的异构空间数据混合存储系统。

网络数据服务发布与管理。CIM平台时空信息公共系统，包涵了二维及三维GIS地图引擎服务，将时空大数据中的矢量、影像、三维、地名地址及建（构） 筑物等静态数据，按标准规范，以标准服务的形式（如WMS/WMTS/WFS/WCS 等） 发布、管理， 从而提供了从二维到三维的各种GIS功能。另处，通过对BIM数据的无缝整合，使平台具备了GIS+BIM的能力。浏览地图可以从二维到三维，从建筑物外到建筑物内的全方位的畅游。

一张图应用系统。基于CIM平台，根据管理需求搭建一张图应用系统，按照区域开发建设阶段划分为城市规划建设时空信息一张图和城市运行时空信息一张图。同时，支持其他专业系统基于CIM平台进行一张图展示和管理应用开发。

（2）数据建设

①数据库建设

基础支撑数据库按照使用的对象划分为业务数据库和基础数据库。业务数据库主要存储各类业务数据，包括交换数据；基础数据库主要用于存放具有通用属性的基础数据，能够方便地被其他系统调用。

②数据共享建设

数据共享系统建设，主要包括数据资源交互和二次开发接口两部分内容。对采集的数据源进行配置， 定义采集指标规格，配置采集流程，最后配置数据采集的周期，实现数据采集过程的自动化。

（3） 安全运维建设

未来科学城CIM平台部署于未来科学城华为云计算中心，软硬件与网络环境均具有安全保障。运维方面包含运行管理规定、平台维护操作规程等平台运行维护和更新机制、数据协同共享和更新维护机制。网络安全建设与平台建设“同步规划、同步建设、同步使用”，综合评估各类安全风险、设计安全方案，开展网络安全等级保护定级和备案，符合现行国家标准《信息安全技术网络安全等级保护定级指南》（GB/T22240）的安全等级保护要求。

北京未来科学城CIM平台项目于2018年初启动建设，2020 年9月通过验收。目前项目已经部署在未来科学城云计算中心，进入运行阶段，并结合城区发展需要，持续完善时空数据资源，支撑未来科学城智慧城市建设。

未来科学城利用CIM平台积极拓展智慧应用，目前在建项目包含绿色生态评价管理系统、产业招商地图系统等，有力地推动了园区智慧化发展。

随着未来科学城建设科技领域先行先试，CIM平台 + 智慧能源、BIM的全覆盖应用，推动了智能城市示范区建设，从而持续支撑未来科学城的城市运行（如产业发展、交通、能源、生态、通信、基础设施等方面）、规划建设（如土地规划、开发、规划实施与监测评估等方面）、运营决策分析等智能化应用建设需求，全面促进未来科学城城市管理水平的提升。

在项目实施过程中，编制标准规范四则、规范数据成果多个专题、论文两则、软著两则。其中标准规范分别为《未来科学城建筑信息模型（BIM）建模标准》（团体标准）、《未来科学城时空信息数据分类编码标准》《未来科学城时空信息共享与交换技术规范》和《未来科学城时空信息一张图智能支撑平台开发接口规范》；核心期刊发表两篇论文 ；多项软著。未来科学城CIM平台技术以标准、专利、专业文献等形式，为北京市推动CIM平台试点工作奠定了基础，同时带动了市场推广， 带动了一批CIM平台及智慧应用项目的建设。

（1） 本项目作为北京市科委正式专项支撑计划的验收成果，是首个通过省级科技项目立项验收的CIM平台项目，具有专业认可。

（2） 本项目是具有自主知识产权的CIM平台项目，在项目建设过程中，实现了创新突破，研究解决四项关键技术难题，突破了CIM平台建设的瓶颈。

（3） 本项目是全国率先在园区范围内实施的CIM平台应用示范，CIM平台成功建设及投入使用，对于CIM平台+园区绿色智慧建设具有推动作用，通过与未来科学城绿色生态评价管理系统对接，可实现评估监测绿色生态规划和指标实施情况，对提升绿色生态建设管理水平起到积极的推动作用 ；基于CIM平台， 未来科学城建设了“产业招商地图”系统，为管理者提供了招商资源信息管理的工具，对于园区经济建设具有一定的带动作用。

（4） 本项目在BIM应用方面，考虑到了单体建筑和大体量园区级场景应用，编制了园区级BIM交付标准，对大区域BIM工程交付进行了探讨。

（5） 在智慧城市的技术架构里，未来科学城CIM平台已经发挥基础平台的作用，成为未来科学城智慧园区建设的基础平台之一。

（6） 从城区角度，基于未来科学城城市用地、地理环境、空间规划、绿色生态规划、资源环境等数据， 项目研究建立基于规划和时空数据的能耗与碳排放模型，用于对未来科学城绿色发展与城市管理决策提供科学参考和重要支撑。

未来科学城CIM平台，做为全国首个CIM+园区应用案例，在北京科委重大项目和昌平区政府支持下， 突破技术关键形成自主知识产权，实现验收交付使用。未来科学城CIM平台是支撑北京未来科学城进行城市规划建设管理和社会公共服务领域应用的基础平台， 是推进北京未来科学城综合城市管理服务提质增效， 支撑“新城建”智能化市政基础设施建设和提升改造、协同发展智慧城市与产业经济、创新城市综合管理服务平台和智慧社区等应用场景的新型基础设施。

CIM平台在城区的综合管理应用中具有基础数据底座的支撑作用。CIM平台从城市规划建设、运行、与决策分析方面入手，深化未来科学城智能示范应用系统建设，推动信息化技术与日常业务融合，为未来科学城应用场景拓展提供一张图服务，对提升城区政府公共服务能力，提高园区科学决策水平具有现实意义。

城市规划建设时空信息一张图（规划应用）

城市规划建设时空信息一张图（建设应用）

城市运行时空信息一张图（1）

城市运行时空信息一张图（2）