CIM论文 │ 基于CIM的“数字住建”物联网平台构建研究
来源丨《中国建设信息化》2023.20
基于CIM的“数字住建”物联网平台构建研究
余宝骏 汪凌汉 娄东军 王慧 王亚梅 廖俊伟
广州市住房城乡建设行业监测与研究中心
【摘要】随着云计算、大数据等前沿科学技术的出现和发展，使得实时感知的城市精细化建设管理目标有了可能性，物联网平台建设对于赋能城市建设与管理发挥着日益重要的作用。本文基于广州市CIM平台建设，以及在打造“数字住建”的背景下，结合物联网平台构建进行研究。
首先，梳理了上海市和雄安新区的物联网平台现状建设情况，再介绍了广州市物联网平台建设情况、发展机遇与存在问题，最后提出了广州市住房城乡建设领域，基于CIM平台的“数字住建”物联网平台构建研究设想，包括平台构建的相关原则、目标、工作思路和实施路径。
【关键词】CIM；数字住建；物联网平台；构建研究
【中图分类号】TU18
【文献标识码】A
物联网的概念于1999年在麻省理工学院首次提出[1]，当时物联网的定义和应用主要围绕RFID和传感器两个方向，并于2005年由国际电信联盟进行了扩充，定义物联网为互联网维度的延伸[2]。从2007年开始，随着物联网的研究不断成熟，国外陆续出现了物联网平台，在2010年左右“物联网”概念及应用逐渐成为国内外学者研究的热点，并于2018年前后物联网平台的研究、应用和发展进入了高速增长期，形成了以通信、互联网、软件系统服务、垂直领域等厂商为物联网平台主要供应的模式，如中移动OneNet、阿里云Link、微软AzureIoT、机智云平台等[3-6]。
随着云计算等新一代科学技术的迅猛发展，物联网的宏观定义从IoT(Internet of Things)逐渐扩展为IOE(Internet of Everything),SloT(Social loT),WoT(Web of Things)等[7-9]，物联网不仅可以连接事物，也逐渐与人、数据等相连，可提供终端、连接管理、应用支持业务分析等功能，一方面汇聚物联网传感层、网络层，汇集传感数据，实现终端管理；另一方面向物联网应用提供应用开发的基础平台和统一接口，支撑物联网具体应用[10]，其研究方向从最初的硬件设备、软件技术逐渐转向物联网架构搭建、安全保障与数据分析、轻量级协议等方面[11]。
在区域级、城市级等不同应用领域的物联网平台相关研究日趋完善，相应的物联网平台应用逐步落地推广的背景下，物联网赋能城市建设管理也同样发挥着极其重要的作用。本文基于上述背景，并在广州市CIM平台建设以及打造“数字住建”的背景下，提出物联网平台构建的研究设想。
（1）上海物联网平台建设
上海市于2018年5月与中国电科集团（以下简称中电科）合作，共同推进上海新一代信息基础设施建设，于2020年10月成立上海市"一网统管"市域物联网运营中心(以下简称“运营中心”)，委托中电科进行建设和运营管理。运营中心由中电科负责建设，具体包括平台、骨干网络、自身传感器试点等建设内容，运营中心资产归中电科所有，政府在6-8年时间通过购买服务、专项资金等形式补贴成本。运营中心数据来源于政府各委办局、企业、中电科自身建设的物联感知设备，通过平台与平台对接、边缘网关对接、设备直连的方式对接数据，数据所有权归属于物联感知设备建设单位。运营中心作为技术后台支撑一网统管城运中心(业务中心)，主要把社会各方收集的物联感知数据与政务端数据在同一个平台进行接入、汇聚，更好实现共享共建，从而支撑城市运行的精细化管理。
（2）雄安物联网平台建设
雄安新区于2020年启动雄安新区物联网统一开放平台建设工作，于同年11月通过项目验收转入运营阶段，具体由雄安集团与中移物联网有限公司联合负责实施。该平台为雄安城市级物联网平台，通过组织编制雄安新区物联网终端统一接入规范，统一数据接入标准，助力实现全区共计20万物联感知设备的有效接入，涵盖9个行业，28大类的物联感知设备。
近年来，广州大力推进物联感知体系建设，重点推进物联感知终端部署和物联感知应用场景建设。通过充分利用物联感知技术优势，全面整合各行业物联感知应用需求，以物联感知数据应用为目标,以用户需求为着力点，重点在全市智慧党建、医疗卫生、经济运行、智慧调研、民生服务、一网通办、智慧电力、城中村治理、公共安全、营商环境、智慧司法、互联网+监管、城市建设、应急管理、规划与自然资源、智慧气象、城市调度、交通运行、生态环境、疫情防控、智慧水务、智慧三农、城市管理、地质灾害监测、消防监管和重点设施监管等领域构建了物联感知应用场景，这些场景为广州城市建设与管理提供了源源不断的城市运行基础数据，为广州城市建设管理高质量发展，践行可持续发展理念提供数据支撑。
目前，广州物联感知终端建设已初具规模，经过多年的物联感知建设，广州市在城管、水务、农业、住建、自然资源管理等领域已初步形成物联感知体系。据统计，广州已建设物联感知、感应与传感终端11万多个,目前正在建设中物联感知、感应与传感终端超过7万个，合计18万多个；配套建设各类物联感知平台73个，其中广州市视频云平台汇聚各类视频感知终端163万个。
城市管理方面，广州市全面提升户外广告、环境卫生、城管设施、燃气安全等行业智能监管水平，基本形成全覆盖的城管立体感知体系；水务方面，广州市、区水行政主管部门在水旱灾害防御、供水、水资源、水环境、排水、水务工程及海绵城市等各方面已初步形成物联感知体系；农业方面，依托广州市现代农业装备示范基地，实施新型大跨度温室大棚智能化监控、水肥一体化控制、水产养殖监控等示范建设；住房城乡建设方面，物联感知终端设备主要包括工地视频监控、噪音扬尘监测、深基坑安全监测、起重机械运行监测、升降机运行监测等，并基于物联感知打造了智慧工地平台。
（1）技术不断发展
随着人工智能等前沿科学技术的迅猛发展，物联网平台发展不断加快，各领域应用场景越发丰富。城市感知体系作为物联网在城市空间维度的规模化应用，是促进和实现智慧城市建设的重要基础。在物联网数据标准方面，中国牵头制定了首个国际物联网总体标准《物联网概览》，在物联网国际标准化中的话语权日益增加[12]。
（2）政策不断完善
从国家、省市及地方政府均积极出台物联网相关政策，北京市、上海市、深圳市、南京市、杭州市、天津市等大中城市的"十四五"规划中均对城市物联感知体系建设提出了不同程度的要求。如上海市印发了《新型城域物联感知基础设施建设导则2022版》，并建立了全国第一个城市物联感知服务中心，同时启动上线了“城市物联感知场景服务平台”，成都市也成立专门机构推动物联感知体系建设。
同样，广州作为超大型城市，构建城市级物联感知平台，建设物联感知城市，能够降低政府端物联感知系统建设时间和资金成本，支撑城市治理精准感知、快速反应、科学决策。《广州市数字政府改革建设"十四五"规划》提出，“加快建设感知网,统筹管理物联感知设备,重点推进交通、水利、环保、气象等智能物联网感知体系建设,拓展城市运行感知数据源，做好城管基础数据汇聚,赋能城市精细化管理。”《广州市城市管理信息化发展"十四五"规划》将物联感知作为独立章节论述，提出"完善智能化基础设施建设,用物联感知为城市治理聚能"。《广州市基于城市信息模型的智慧城建"十四五"规划》也提出了加快“万物智联"的物联感知体系建设的意见。
广州作为中国智慧城市建设的领头羊，十多年来在物联网领域取得了一定的成效，但仍存在不少问题和短板。由于缺乏统一的标准，欠缺统一的规划及建设，物联网相关建设主要以各委办局自建为主，长期已久逐步形成了“底账不清、感知盲区、烟囱林立、纵强横弱、感知孤岛”的现状。具体不足如下：
（1）城市物联感知终端底数不清。据了解，除个别少数单位整理出本单位感知终端数量,大部分单位对其部门所建感知终端数量不清楚，在市级层面同样缺乏相关感知终端统计及台账，对于构建物联网平台并无相关建设计划。
（2）城市泛在物联感知终端和网络覆盖存在盲区。比如，广州物联网智能燃气表覆盖率仍不足100%，车路协同的"智路"建设仍处于试点阶段。此外，广州物联感知体系建设虽在稳步推进，但随着城市建设的不断发展，城市治理服务工作需求的不断变化，对灾害防御、生态环境、城市运行管理等领域的物联感知支撑能力仍需进一步提升。
（3）统筹规划不足，烟囱式部署现状突出。城市物联感知体系建设总体布局、感知载体和感知终端部署等方面需要统筹谋划，缺乏城市感知体系的顶层设计，造成"烟囱式部署"的局面产生，各业务数据难以互联互通。如水务领域，中央、省、市、区各级水行政主管部门和气象、应急、交通等其他行业涉水单位对水务物联监测对象、监测要素等有不同需求，各级标准、规范对监测密度、监测频率、监测位置等有不同要求，水务物联监测站点现状不清晰、数据汇集不统一等。
（4）标准规范不统一，设备互联互通难。由于缺少统一标准规范的指导与约束,当前构建城市物联感知体系的设备呈现出"百花齐放"的现象，产品功能及应用能力良莠不齐，多系统间的融合开放和有效集成能力不足。设备接口类、软件兼容类、数据格式类等标准的缺失也间接导致了感知设备"七国八制"的发展现状。
（5）缺乏运营商，产业生态亟待完善。城市物联感知体系的产业生态构成涵盖软硬件、芯片、集成等供应商、运营及监管单位等，但目前尚未形成规模化以及较为透明、完善的产业生态。
基于上述情况综合分析，开展广州市住房城乡建设领域物联网平台建设需要充分结合现状既有的或正在谋划开展的软硬件设备，避免另起炉灶。一方面充分结合广州市CIM平台强大的核心支撑能力，深入挖掘前期已收集的海量信息数据如四标四实、视频云等；另一方面需结合“数字住建”的背景，结合各项工作同步开展。以下为具体的构建研究设想：
为加快数字化应用，打造“数字住建”，发挥物联感知对业务管理的支撑作用，提高科学化、精细化、智能化管理水平[13]，立足广州城市战略定位，顺应新一轮科技革命和产业变革发展浪潮，围绕广州新型智慧城市总体框架，分别以物联感知、数据创造、人工智能为基础、纽带和驱动，以统筹规划、集约部署、共建共享为要求，采用分级管理的模式，按照统一标准规范完善住房和城乡建设领域物联感知资源覆盖，加强物联感知资源整合、数据共享和管理能力，打造广州市住房和城乡建设“共治、共建、共享”的物联感知体系，支撑住房和城乡建设事业精细化管理要求。
图1 基于CIM的“数字住建”物联网平台构建研究总体框架
（1）总体目标
基于广州市CIM基础平台，在“数字住建”背景下，聚焦构建市住建领域物联感知平台体系，以巩固支撑类、重点推进类、开展试点探索类为三大抓手，稳步做好与市级城管云、智慧水务等物联感知平台的衔接，加强各级各部门间的协调配合和业务协同。重点加强推进工地、照明、综合管廊、建筑能耗监测和搅拌站等五类物联感知体系的建设，实现至少2000个在建工地的视频监控、1300个扬尘设备、1500个高大模块工程、500个基坑工程以及10栋建筑能耗监测系统等物联感知终端接入。试点探索开展保障性住房、物业管理、房屋安全、商品房预售、直管房、重点项目、美丽乡村等至少七大类视频监控等物联感知终端接入，探索开展相关的物联感知示范项目建设。
（2）具体目标
结合广州住房城乡建设实际情况，综合考虑实施难易程度，按照轻重缓急，有计划有侧重的分步推进基于CIM的“数字住建”物联网平台构建。分阶段具体目标如下：
近期目标，按照统一标准在全市重点范围内开展物联感知终端载体和终端普查梳理工作，建立和完善市住房和城乡建设领域感知设备载体的部署节点服务目录及物联感知终端信息台账。
中期目标，初步构建广州市住建局物联感知体系领导驾驶舱（以下简称“领导驾驶舱”），统筹对接市级现有物联感知平台业务数据，实现感知设施在城市空间的统筹管理、感知数据高效采集汇聚；加快市住房和城乡建设领域各业务体系“市区两级”物联感知平台构建，统筹开展市级委办局、区级物联网感知平台和社会物联感知数据的接入，开展全市物联感知数据的采集、汇聚、共享和分析工作，有效支撑市住房和城乡建设各领域推进物联感知智慧应用场景创新。
远期目标，争取完成与各市级委办局、区级物联感知平台对接，完成领导驾驶舱建设，实现平台间互联互通、数据同步、业务协同，赋能全市“一网统管”业务协同应用及各领域应用。
基于CIM的“数字住建”物联网平台拟分为基础设施层、智慧应用层和显示层三个层级。其中，基础设施层包括云、网、设备三大类，从而实现数据全面感知，信息互联互通；智慧应用层包括业务应用和调度中心两大类，主要基于住建业务而开展，通过支撑类、重点推进类和试点探索类三大不同深度和应用广度的业务应用，以及领导驾驶舱的构建来开展，从而达到政务主动服务，及时洞察响应的水平；显示层面则通过大屏、显示屏、电脑、手机端、Pad端等展示系统数据信息。这里再简要介绍基础设施层、智慧应用层的主要内容：
（1）基础设施层
a.设备：指通过部署环境监测传感、结构监测传感、管道监测传感、气体监测传感、视频监控传感等各类型传感器，将各种监控信号转化成电、电信号，以此进行数据采集汇聚。
b.网：指通过专网、光网、4G/5G、Lora/卫星等多种方式进行数据传输与发送。
c.云：指所用到云平台的计算、存储、网络资源。
（2）智慧应用层
a.业务应用
主要涵盖支撑类、重点推进类和试点探索类三大类。其中，支撑类，指与市级各委办局的物联感知平台、数据等方面做好衔接，这是物联网平台构建的重要支撑；重点推进类，指智慧工地、路灯照明、综合管廊、建筑能耗监测、搅拌站等方面物联感知接入，这是物联网平台构建重点加强予以推进的；探索试点类，包括保障性住房、物业管理、房屋安全、商品房预售、直管房、重点项目、美丽乡村等方面的物联感知设备接入，作为探索开展的类别尝试推进。
b.调度中心
指物联感知体系领导驾驶舱，形成空间全域覆盖的物联网感知体系，支持城市住建领域智能感知终端的泛在接入，以“一张图”形式呈现城市住建物联感知运行实况。
以加强巩固支撑类、重点推进类、开展试点探索类三大类物联感知体系建设，着力构建基于CIM的“数字住建”物联网平台。
（1）巩固支撑类
通过充分与水务、城管、公安等市级各委办局的物联感知平台方面的对接、协调工作，打通数据壁垒；统筹做好“领导驾驶舱”的建设工作，实现各物联感知体系业务系统数据汇聚；结合数字孪生技术，形成空间全域覆盖的物联网感知体系，以“一张图”形式呈现城市住建物联感知运行实况。
（2）加强推进类
a.统筹做好项目工地中的物联感知终端设备相关工作，督促建设单位在项目工地实现物联化、智慧化。主要包括项目工地视频监控覆盖、项目工地高支模建档及监测、对深基坑监测进行管理、扬尘噪声实时监测、烟雾报警功能，从人机料法环等环节保障塔吊安全生产，保障升降机持续安全运行等。
b.统筹做好城乡设施照明、道路路灯等物联感知终端设备相关工作。主要包括城乡设施照明、道路路灯按行政区域分级管理；实现远程控制功能，日出日落自动开关灯管理，支持节假日及临时开关灯；实现突发事件、以及其他故障的远程报警；景观照明设备地图位置精确查找及实时状况监测，景观照明场景管理等。
c.统筹协调好地下综合管廊等物联感知终端设备相关工作，督促建设单位在地下管廊项目建设过程做好相关物联感知数据收集、汇总、管理等工作。包括对管廊内温湿度、气体、电流、风机、视频监控等数据进行智能监测和自动报警；对点型烟雾、点型温度、线型感温电缆、线型感温光纤等数据进行智能监测和自动报警，实时感知廊内环境安全状态等。
d.统筹协调好建筑能耗监测等物联感知终端设备相关工作。主要包括监控建筑的照明插座、空调、动力、特殊用电共四种用电类型的用电数量，督促相关单位在建筑全生命周期管理过程做好能耗监测相关物联感知数据收集、汇总、管理等。
e.统筹和协调好搅拌站等物联感知终端设备相关工作，督促相关企业在建设过程做好搅拌站相关物联感知数据收集、汇总、管理等工作。包括对搅拌站用水量、电力消耗等生产信息实时采集模块进行实时监测；对搅拌车定位、运输量、行驶速度，建筑工程用电量、温度等相关物联感知数据做好收集、汇总、管理等。
（3）试点探索类
a.做好保障性住房等建设项目的物联感知相关综合协调工作，督促和指导建设单位在项目建设全过程做好视频监控等物联感知数据收集、汇总、管理等工作，并逐步接入局物联网平台；探索开展结构变形、安全监测等相关物联感知设备建设。
b.做好物业管理涉及的物联感知终端设备相关工作，指导物业公司在住宅小区做好视频监控等物联感知数据收集、汇总、管理等工作，并逐步接入局物联感知统一平台；探索开展包括白蚁防治、人防工程地下设施等物联感知数据收集、汇总、管理等工作。
c.做好房屋安全应急抢险、应急处置等物联感知终端设备相关工作，主要包括抢险应急指挥车的视频监控、实时定位等物联感知数据收集、汇总、管理等。
d.做好商品房预售物联感知终端设备相关工作，主要包括商品房预售视频监控接入，以及对应的数据收集、汇总、管理等。
e.做好市直管房项目物联感知终端设备相关工作，主要包括视频监控物联感知数据收集、汇总、管理等。
f.做好重点公共设施建设项目等领域的物联感知建设相关协调工作，督促和指导建设单位在项目建设全过程做好视频监控、无人机视频等物联感知数据收集、汇总、管理等。
g.做好美丽乡村试点项目物联感知终端设备相关工作，主要包括视频监控物联感知数据收集、汇总、管理等。
在开展上述物联网平台建设过程中，应强化整体规划和顶层设计，统筹各方力量，建立协调联动机制，明确职责分工，加强各级各部门间的协调配合和业务协同，实现物联感知终端规范有序管理。应以需求为导向，适度引领，把满足政府、企业和社会公众日益增长的信息化需求作为物联感知体系建设的着力，从解决政府治理、公共服务的实际问题入手，先集中精力推进一部分示范项目建设，以点带面，再全面铺开。
物联网技术在城市建设管理中发挥着日益重要的作用，开展物联网平台建设意义重大。本文先梳理了上海等城市物联网平台现状建设情况，再与广州物联网平台建设情况进行比对，分析了其发展机遇与存在问题。重点基于CIM平台核心支撑能力，在打造“数字住建”的背景下，提出了物联网平台构建研究相关设想，包括基本原则、整体目标、主要思路及实施路径等。通过构建完善的物联网平台，将有助整合住房城乡建设领域各零散的物联感知监测数据，便于精准诊断、研判各细分领域现状形势及未来趋势，有力辅助行政决策，高效赋能城市精细化管理，从而推进广州住房城乡建设事业高质量发展。
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