CIM论文 │ CIM基础平台在智慧城市建设中的应用研究
来源丨 城市建设理论研究 2023.NO.31
CIM基础平台在智慧城市建设中的应用研究
章啸程 马烨贝
上海勘测设计研究院有限公司
摘要：CIM技术的发展是智慧城市建设背景下城市建设往信息化转型发展的重要技术手段与推动力。CIM基础平台借助BIM三维模型、三维全景技术、物联网等技术手段，赋能城市设计、施工、运行管理，为加快智慧城市建设提供有力的技术支撑，实现智慧城市建设往精细化、智能化与动态化管理模式的转变。本文结合智慧城市的建设需求，以CIM基础平台为切入点，探讨了CIM基础平台建设中的关键技术及其在智慧城市建设过程中的应用。
关键词：CIM；基础平台；智慧城市；城市建设
智慧城市概念最早由IBM公司提出，是利用先进的信息与通信技术，从基础设施、公共服务、社会经济等多方面对城市进行全方面的智能化升级，提高城市的运行效率、生态环境、公共安全、居民生活等，实现一种可持续的城市发展模式[1]。目前，全球各地都在积极推进智慧城市的建设，中国也相继提出了“智慧城市”、“互联网+”等相关战略[2]，北京、上海、广州、武汉、长沙、无锡等6个城市已经开展了第一批智慧城市建设试点工作。《“十四五”住房和城乡建设信息化规划》中明确提出，要以建设绿色智能、安全可靠的新型城市基础设施为目标，以CIM平台为支撑，推进5G、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术与城市发展深度融合应用，开展智慧城市管理服务平台建设研究。提升城市建设管理数字化、精细化、网络化、智能化水平，为打造便民、宜居、绿色、安全的新型智慧城市建设提供坚实底座和保障，推进城市发展转型升级。
CIM是管理城市复杂空间中各类要素和各种维度的全要素信息模型。它以基础的地理信息，空间坐标系统为基础，整合城市地上与地下、室内与室外、跨时间维度的历史、现状和未来多维信息模型数据和城市感知数据，构建起了三维数字空间的城市部件要素信息有机综合体。它是数字孪生城市的核心，是智慧城市的数字底板，为城市的规划、建设、运行管理全过程进行“智慧”赋能[3]。
CIM平台是智慧城市建设的基础平台，是在现有信息化成果的基础上构建以二维地图、三维模型、BIM等数据为底板，汇集城市、土地、建设、交通、市政、教育、公共设施等各种专业规划和建设项目全生命周期信息，全面接入移动、监控、城市运行、交通出行等实时动态数据，打造城市CIM基础平台和应用支撑服务，赋能全市各领域智慧应用，为智慧城市建设提供稳定、高效的三维数据底座。
CIM基础平台作为BIM、GIS、IoT的融合，既可以存储城市规模的海量信息，又可以作为云平台提供协同工作与数据调阅功能。同时可基于CIM基础平台开发的智慧城市应用场景，如城市一张图、重点园区管理、重点工程管理、重点建筑管理等，为城市宏观微观一体化以及规监管全生命周期管理提供有效支撑，平台总体架构如下图所示。
图1 CIM基础平台总体架构图
（1）GIS引擎+游戏级引擎混合架构
游戏级引擎可支持真实地理坐标系下的地形数据、影像数据、倾斜摄影模型、激光点云数据、BIM三维模型等大规模的、在线/离线的、多源异构的城市地理空间数据的实时动态载入。通过CIM基础平台，利用数字孪生技术模拟真实世界，可实现城市大体量的游戏级显示效果，打造集宏观微观一体化、地上地下一体化和室内室外一体化的游戏级渲染效果的城市全要素、全空间和可交互的高逼真场景，构建全数字化三维空间可视化数字孪生。
平台采用GIS引擎与游戏级引擎两者集成，不仅保留了GIS引擎的定量化分析能力，且兼顾了游戏引擎对三维场景高效动态渲染的展示能力，综合提升多尺度的城市三维实景数据渲染能力与分析能力，为进一步挖掘智慧城市建造中涉及的三维业务应用的应用价值与提升用户体验提供保障。
（2）大体量BIM三维模型轻量化处理技术
BIM三维模型使用贯穿智慧城市建造的整个生命周期中，包括建筑物内外景模型、建筑单体模型、机电设备模型、绿化和管网模型等多专业的BIM三维模型，通常城市建筑物的三维模型体量较大，且不同专业间模型的复用率较低[4]。CIM基础平台需将城市三维模型进行实时动态的可视化展现，为了满足不同场景下的视觉效果，平台会尽可能压缩大体量的BIM三维模型的大小，对BIM三维模型进行轻量化处理，使专业模型达到应用要求。
平台的BIM三维模型轻量化处理方法包括面向几何信息和非几何信息拆分、几何信息轻量化处理、最大限度保留原生模型信息等手段，采用优化的模型压缩算法、三角网格简化[5]、模型格式转化等方法对BIM模型进行压缩，利用构件模型流、运用缓存、等技术对模型进行渲染，实现BIM原生模型与对应轻量化模型的无差异展示应用。
图2 轻量化模型展示界面图
（3）三维全景视频动态融合技术
三维全景动态融合技术是在三维全景的技术的基础上进一步发展延伸形成的，可以将静态的全景图片转化为动态的全景视频图像，并将视频与城市三维虚拟全景进行融合，支持设备拍摄角度的360°中任何视角查看三维全景中的动态视频。平台不仅可以展示三维全景中的静态的画面，也可以展示三维全景中的动态场景，场景浏览不受时间、空间和地域的限制。三维全景动态融合技术运用自动投影、校准、畸变矫正等摄像测量学算法，将相邻摄像头传输的视频画面进行无缝拼接与融合，从而实现对城市重点区域整体现场的全景、实时、多角度监控，在CIM基础平台中将动态视频图像、声音等进行呈现，确保画面中声画对位与同步。全景视频相对于传统的三维展示具有更好的视觉效果表达效果，全景动态融合技术让传统的三维全景有了质的提高。
图3 三维全景视频展示界面图
智慧城市建设施工需要同时统筹协调现场施工人员、建筑设备、物资、施工环境的安全、质量及进度等方面，CIM基础平台借助物联网、BIM三维模型及三维实景技术，进行数据采集与整合，实现涵盖城市建筑设计与施工过程的全流程信息互通。通过在智慧城市建设过程中建立互联协同、智能生产与科学管理的智慧工地应用，对施工重点部位进行可视化实时监测，关键位置进行定点、远程、视频录像、全景影像、无人机等方式的巡检，确保工程质量安全。实现工地施工阶段的可视化、高效化、实时化，提升施工效率并控制施工成本。
城市运维管理主要利用CIM基础平台关联的城市物联网设备结合建筑物内相关设备的BIM模型，通过BIM模型对城市内的基础设施设备进行精细化三维建模，确保设备位置的准确性，尽可能还原城市状态。基于微服务的城市管理理念，利用设备厂商提供的设备接口提取设备监测数据，同时调用CIM基础平台中的管辖区域BIM三维模型，建立城市运维管理一张图，对区域内基础设施设备的物联设备信息进行统一的可视化管理。利用CIM基础平台的智慧城市运维管理通过一个可视化页面完成所有的信息接收，准确的显示异常的设施设备的编号、位置、异常信息等，大大地减少运维人员的排查量，提升了城市运维管理的效率。
图4 城市日常监测界面图
城市更新是在合理的城市规划基础之上，根据城市已利用的土地及地上建筑及其各种既有权利关系，对城市发展中产生的不同社会价值进行利益再分配并创造新价值的发展过程[6]。城市更新变化监测存在周期短、时效性高等特点，借助CIM基础平台中的实景三维场景融合应用全景数据点位、设备拍摄高度与拍摄角度等参数，实现城市全景影像与实景三维模型数据的全方位同步联动，对现状地物进行多维度、立体化的综合展示与应用，实时监测城市更新的周期变化，满足城市更新监测需求。
智慧城市建设是实现数字中国、智慧社会的重要途径，而CIM基础平台是推进智慧城市的重要基础能力平台。将智慧城市与CIM基础平台进行有机结合，积极探索CIM+应用，进而让CIM赋能智慧城市的发展。本文通过研究CIM基础平台在现代智慧城市建设中的应用，为推动智慧城市的建设提供有力的技术支撑。随着现代信息化技术的不断发展与智慧城市建设的进程的进一步推进，CIM基础平台在智慧城市中的应用亦会在将在未来不断完善。
[1]李德仁,姚远,邵振峰.智慧城市的概念、支撑技术及应用[J].工程研究：跨学科视野中的工程,2012,4(4):11.
[2]唐钰.以“互联网+”的思维践行“智慧城市”建设[J].中国科技投资,2015(14):3.
[3]杨滔.建设CIM平台:为未来城市提供支撑[J].中国建设信息化,2022(23):6-8.
[4]张萍.BIM专业模型轻量化处理方法研究[J].中国管理信息化,2020,23(14):2.
[5]Shaffer E,Garland M.Efficient Adaptive Simplification of Massive Meshes[J].IEEE[2023-07-17].
[6]杜雁,胡双梅,王崇烈,等.城市更新规划的统筹与协调[J].城市规划,2022(3):15-21.
