CIM论文 │ 基于CIM的广州智慧琶洲综合应用示范探索

城市信息模型City Information Modeling（CIM）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、历史现状未来多维多尺度信息模型数据和城市感知数据，构建起三维数字空间的城市信息有机综合体[1]。2007年，Khemlani首次提出城市信息模型（City Information Modeling，CIM）概念[2]。他期望将快速发展的BIM技术与CIM相结合，更好服务于城市规划。在CIM发展的早期阶段，CIM被定义为BIM技术在城市的延伸与应用。2014年，Xu等人提出通过集成BIM和GIS数据来建立CIM[3]。小尺度的BIM数据与大尺度的GIS数据相结合，可建立微观、宏观、多方位、多角度的建筑模型，建立多尺度的CIM模型。直至现在，BIM和GIS都是CIM的重要数据源，共同夯实CIM数据基础。

2015年，吴志强院士再次将CIM的概念范围外延，提出传统CIM应升级为City Intelligent Model，即城市智能信息模型[4]。在此延伸下，物联网(IoT)技术也成为CIM的重要技术来源，与BIM、GIS成为CIM的三项核心基础技术。近年来，我国CIM发展突飞猛进，主要由政府部门牵头推进，这将更有利于CIM的技术突破和应用落地。2018年11月，住房和城乡建设部提出“运用建筑信息模型(BIM)进行工程项目审查审批和城市信息模型(CIM)平台建设”，并将雄安、北京城市副中心、广州等五个城市列为试点城市，我国CIM平台建设工作由此正式开展。2020年3月，加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度即“新基建”战略被提出[5]，这将为智慧城市建设提供强有力的政策支持，有利于加快建设进度，保证建设质量。作为建设智慧城市的重要数字底座，CIM平台探索与建设成为当前热点工作，发展空间巨大。

我国目前很多城市都已对CIM平台建设开展探索，并建成相关典型案例。上海的杨浦滨江开发区采用CIM技术1∶1可视化模拟规划成果，协助开展规划方案比选，进行科学规划[6]。该项目将物联网设备接入CIM平台智慧水务功能建设，可实时监测水位，如发生汛情灾情时，可及时响应或提前预警[7]。

南京市运用CIM和BIM技术辅助工程建设。其应用鸿业3DGIS平台，建设区域CIM平台。以城市三维现状模型为底座，接入建筑物BIM模型、基础设施BIM模型和倾斜摄影模型，可对工地现场进行智慧化管理，实时监测工程进度，严格把关工程质量，有效监管不安全、不文明施工等行为[8]。

河北省南拒马河防洪治理工程依托GIS、BIM、IoT、遥感等技术建立了防洪堤坝综合监控管理系统融合工程，实现防洪堤坝的可管理、能监控、优调度，并接入雄安新区CIM平台[9]。

综上所述，目前CIM平台已在城市建设管理多领域、多场景发挥有效作用，但是仅限于规划、施工、监控等部分阶段，缺乏城市治理应有的连贯性和整体性，较少应用于全生命周期的智慧城市建设和管理，这成为住房城乡建设相关部门需要探索和解决的重点难点问题。

2019年6月，广州市率先开展CIM建设工作。2020年12月，广州市CIM基础平台基本建成[10]。2021年7月，首届“广州CIM论坛暨第四届广州BIM论坛”在广州召开，大会发布了全国首个城市信息模型CIM平台——广州CIM平台。2021年12月，广州市CIM平台关键技术及应用项目荣获国家2021年度华夏建筑科学技术奖一等奖。经过四年多的探索，广州已构建起CIM基础平台，建立了城市级CIM平台标准体系，构建起广州市三维现状模型，汇聚了智慧广州时空信息云平台、“多规合一”管理平台、“四标四 实”、工程建设项目联合审批及现状三维模型等多个来源多种格式的数据，涵盖1300平方公里现状精细三维模型、构建全市域300万栋白模、1100多个BIM单体模型，形成全市“一张三维底图”。

一些学者提出CIM建设应在城市治理的全生命周期管理均发挥价值，赋能城市智慧化建设，解决城市管理不同阶段参与方的工作独立分离和信息孤岛问题，在城市规划、建设、运维等阶段都应开展完整全链条应用[11][12][13]。

琶洲坐落于广州市海珠区东北部，是广深科技走廊十大核心创新平台之一。琶洲的核心区域为琶洲岛，面积10平方公里，是广州人工智能与数字经济试验区的核心区，发展潜力巨大[14]。琶洲近年来发展迅速，对城市的智慧化升级管理手段有较大需求，且地理位置相对突出，在琶洲开展CIM平台综合应用探索，有利于形成示范效应。为深入学习贯彻习近平总书记重要指示精神，纵深推进整改，切实提升超大城市治理体系和治理能力现代化水平，广州市住房和城乡建设局坚持问题导向，着力打造覆盖“规、设、建、管、运”全生命周期管理的智慧琶洲综合应用示范。以“提供三维数字底图，建立各类数据服务和功能服务汇集与供给的新中枢，推动园区物理空间数字化和各领域数据、技术、业务融合，促进相关产业发展”为主要目标，探索城市信息模型——CIM平台建设应用的新模式、新方法、新路径。

琶洲岛在管理过程遇到的问题多为数据多源分散、融合水平不高等问题。为解决该问题，同时为打造“智慧琶洲综合应用示范”奠定数据基础，广州市住建部门首先开展数据摸查和整理汇总工作，数据源包含琶洲管委会、统计局、税务局等提供的房屋基本信息、企业信息、人口数据、三维现状模型、BIM等。目前广州CIM平台已完成海珠区三维现状模型全覆盖，并在琶洲区域汇集11个社区、100个网格、8301栋建筑、57994套房屋三维模型、近380个BIM单体模型、36.1公里道路、16座桥梁、1座隧道、331.02公里地下管线、7.6公里地铁、4座地铁站、30个智能井盖、25个液位传感器、9个烟雾报警器、1个环境监测设备、27个燃气监测设备和企业经济税收等数据，进一步夯实琶洲区域数字底板基础。

汇聚整理各类分散数据，以建筑三维模型为载体，通过将单体模型与建筑基本情况、门牌、房屋、入驻企业收入和税收等各类信息建立关联，可实现四标四实数据与建筑挂接。社区管理人员在CIM平台通过点击建筑单体，就可以了解到跟建筑相关的所有信息。不仅可以查看每一户的入住人员信息，还可以借助空间分析功能，掌握岛上每个社区和每个网格的实有人口、实有房屋和实有单位信息。

CIM平台汇聚的城市现状空间数据、规划空间数据、物联感知等多源基础数据,有助于搭建涵盖城市基础设施、公共交通、生态环境等领域的智能化算法模型，支撑从编制审批到实施监测再到评估警报的全过程城市规划，科学赋能规划分析，有效提高规划方案可行性[15]。

琶洲岛总共分为四个区域，由西至东分别是“西区”“中一区”“中二区”和“东区”，按总体规划文件要求，每个区的职能和定位不同。西区定位为人工智能与数字经济集聚区，唯品会、微信总部落户在此，阿里巴巴、小米等企业也已入驻，西区以电子商务、办公酒店、商业购物功能为主；中一区定位为智慧会展产业创新区，会展中心是广交会的固定会场，该区以国际展览、文化庆典、酒店餐饮、商务办公功能为主；中二区规划为数字经济与总部经济创新合作区，以酒店服务、商务办公、休闲商业、居住公寓功能为主；东区规划为未来超级总部区，以科技研发、产业孵化、历史保护、旅游服务功能为主。

除了总规，琶洲岛的控制性详细规划信息也被纳入到CIM平台中，控制性详细规划文件明确要求了每个地块的建设用地性质、使用强度和空间环境等各项规划指标。使用CIM平台的高度筛查工具可以对特定区域内建筑高度进行分析，统计区域内的超高建筑并可视化直观展示，避免影响飞机航行、电台工作、卫星地面站接受信号等。

设计方案审查是对城市建筑和基础设施项目的设计方案进行评估和审查，以确保其符合规定的标准和要求。

传统的设计方案审查方法是承建单位向上级主管部门提交方案、效果图和CAD图纸等资料，这种方法具有很多弊端，例如文字方案无法分析数据，影响数据的核算和对比；效果图展示倾向于美化建筑本身，弱化周边环境，不利于科学决策；不利于项目的全周期管理等[16]。相比于传统方法，随着国家政策的大力推行和BIM技术的逐步成熟，利用BIM智能辅助施工图审查是大势所趋，并已在广州、南京、厦门、雄安新区等多地开展试点改革工作[17][18]。

为进一步加强信息化建设，规范数字化联审机制流程，提升数字化联审效能，保障审查全过程数字化归档，实现图纸溯源可查，质量责任可究，在施工图审查环节，广州打造的BIM智能辅助审查系统，结合知识图谱，利用AI能力对规范条文标准进行信息提取，辅助拆解形成结构化自然语言。目前可智能审查283条规范条文，覆盖建筑结构水暖电五大专业和消防人防节能三大专项。如建筑专业消防专项的疏散距离问题，可以显示引擎计算得到的疏散路径、疏散距离、安全出口等重要消防设计信息，并判断是否符合规范要求。

通过审查的BIM模型会被同步推送到CIM平台并进行可视化展示，直观模拟建筑建成后的外观效果，可辅助工作人员评价建筑与周边景观的融合度，进行效果图比选，有助于科学决策。除了外观效果，还可以使用CIM平台的剖切工具对BIM模型进行剖切，查看建筑内部的结构和水暖电等各种设备的分布情况，也可以进入建筑物内部进行漫游，在虚拟场景下超前感受建筑内部空间，欣赏窗外的景色。

在建设环节应用CIM技术，可以实现建设施工场景可视化、项目进度管理、危险机械设备监测、安全施工管理等，显著提升建设过程精细化监管效能。

传统的工地巡检方式，通常是对工地进行现场巡查，这种巡检方式管理效率低，存在滞后性，手动填报信息难以核查。借助CIM平台，广州市住建部门将工地的管理实现了数字化和智能化。基于CIM的智慧工地系统，是在CIM平台基础上，围绕施工现场管理，对工程建设项目的建筑物、生产机械设备、施工物料、人员等进行三维数字模型建设，表达并管理施工现场空间[19]。目前琶洲全岛共有42个在建工地，在工程质量、安全施工、文明施工、视频巡检等多方面都已开展智慧化管理。在质量管理方面，广州CIM平台采用物联网技术实现对工程混凝土浇筑情况的过程记录、统计汇总、检测和分析等。对关键位置定点巡检、远程巡检、视频录像巡检、全景影像巡检、无人机巡检等方式，将无人机影像与CIM模型无缝叠加，提供施工进度的管理与比照；在安全施工方面，为了加强对起重机、塔吊等重大危险源的 管控，市住建部门获取其出厂日期，产权单位等基本信息，并根据机器搭载的传感设备获取载重、风速等信息，实现了从司机操作许可证管理，到驾驶过程设备状态全链条监测；在文明施工方面，通过接入环境监测传感器，监测现场的噪音、扬尘情况，并同步上传数据至后台，如发现灰尘浓度大、机器噪声大等异常情况，系统将立即报警，帮助管理人员及时排查，落实环保施工的要求；在视频巡检方面，可以查看现场的监控视频，实时监控工地的运行情况，也可以通过后台AI算法，识别现场工人未按照规范佩戴安全帽、穿戴防护服、违规夜间施工等违规行为。

（1）房地产市场管理

在CIM平台上，BIM单体模型和建筑信息互相关联，点击BIM单体模型可以查看房屋基本信息和历史交易信息等，也可以统计指定区域内的房屋交易情况和租赁情况，快速全面反映房地产市场的基本情况与变化趋势，促进形成新的房地产市场分析方式。

（2）社区管理

物业公司接受业主委托，负责对社区的附属设施进行维修养护，管理社区周围的人居环境和公共秩序，物业公司的服务对业主的居住体验有重要影响。为了更好服务基层社区，提升居民居住品质，物业公司信息被纳入CIM平台进行管理。当社区内有居民参与的公共投票事件时，在CIM平台上可获取投票主题、参与人数以及投票结果等，有利于监督投票结果，做到公开公正。当存在高空抛物、乱扔垃圾、损坏车辆等不文明现象时，CIM平台可以调取小区内部的摄像头，进行实时监测、事件上报和事后追责。

针对社区治理，CIM及相关技术与社区场景相融合，结合四标四实数据分析范围内的实有人口、实有房屋、实有单位信息，便于对社区治安和服务进行精细化管理。

（3）房屋安全管理

玻璃幕墙因外形美观、通透性强、施工简单等优势，被广泛使用于现代建筑，但其材料老化、玻璃自爆、面板高空坠落等问题也给人民生命财产安带来隐患，亟需引起重视[20]。

对于安装了玻璃幕墙的建筑，CIM平台对其进行专项安全管理。以唯品会总部大厦为例，可以查看其基本信息、巡检记录和维修记录等，便于相关单位进一步加强对幕墙安全的管理，保障群众生命财产安全。建筑三维现状模型可直观展示幕墙的外观、材料，并将建筑信息、幕墙信息、巡检信息等接入平台，可及时掌握玻璃是否出现裂缝、外窗框是否松动开裂等情况，保证幕墙的安全性和功能性，辅助管理人员直观了解幕墙的状态和历史记录，进行数据分析和决策支持。

农村自建房是指国家农村集体土地中特定划拨用于建筑住宅的建筑。CIM平台汇聚自建房摸查数据，实现对自建房的信息整合和管理，协助管理者采取相应的防护措施和管理策略，保障房屋及居民的安全。

经过摸查，琶洲目前存在风险隐患的自建房屋共54栋，在CIM平台上用不同的颜色来标识建筑物的风险情况，其中黄色代表有潜在隐患的房屋、红色代表有风险隐患的房屋，并可查看风险房屋的基本信息，包含房屋编号、房屋的产权人、房屋用途等，也可以通过现场摸查人员上传的实地照片，掌握房屋的风险隐患情况。

城市运营是指运用政策、市场和法律的手段对城市资源进行整合、优化、创新而使得城市发展最大化的过程。在运营阶段运用CIM技术，可以实时监控城市运行状态，及时跟进运营维护，高效保障城市正常运行。

（1）地下空间管理

CIM平台汇聚了琶洲岛地下基础设施数据，包含4个地铁站、地下管线和综合管廊模型。地铁站点BIM模型和周边地下管线数据可视化显示，客观反映地下管线和地下构筑物的位置关系，还可以从不同深度漫游查看地下构筑物的基本情况。

（2）水位监测管理

广州地处珠江下游，易受洪水威胁。及时发现洪灾，迅速救援抢险，保障人民生命财产安全一直是广州市相关部门的重点工作。

在中大水文站、琶洲岛排水管道、新港东路城市内涝点等一些重点区域，安装水位监测仪。一旦洪水来临，通过监测珠江水位的变化趋势，及时为城市防汛提供决策预警；发生城市内涝时，也可以监测水淹数据，通过实时监控，查看现场水位变化情况。

（3）全息路口

广州是我国首批“双智”试点城市[21]，通过城市基础设施升级改造整合，促进车城有机融合，为广州“车城网”建设奠定可靠基础。

在闽江中路和会展东路交叉口布设相关设备，构建琶洲首个全息路口。相比传统路口，全息路口具备更多优势：一是路口形态全覆盖，展现路口全息视角。全息路口结合高精度地图，支持十字、丁字、X型、Y型、立交桥、超大路口等多种交通路口，展现路口全息视角。二是事故辅助定责，快处快撤。全息路口事故检测报警时间小于8秒，可逐步探索主动推送证据链至现场民警警务终端上，实现快处快撤。三是信控优化自适应，从“车看灯”到“灯看车”，兼顾行人通行。全息路口信控方案“灯看车”，智能检测路口排队、流量、路口溢出、拥堵等多维数据和事件，机、非、人全要素采集，全面分析交通运行状态，实现点、线、面红绿灯的实时配时优化方案。四是交通冲突精准刻画，黑点早发现。全息路口通过交通冲突点热力图快速定位交通隐患，依据路况规律对交通组织合理优化，黑点发现早，优化手段有依据，优化方法可评价。

在“新基建”的时代背景下，CIM建设是新时期城市建设现代化的必然趋势，也是智慧城市的必要数据底座，CIM相关技术及应用不仅推动了城市在智慧、安全、绿色、韧性、宜居等多维度的全面发展，更是加快推进了政府治理体系和治理能力的现代化。广州作为推动城市高质量发展的排头兵，已在CIM平台及应用建设领域取得一定成就，在未来广州将进一步完善CIM相关标准体系，优化平台功能，拓展多领域应用，智慧赋能提升城市管理精细化水平。