CIM论文 | 城市信息模型(CIM)基础平台标准体系研究

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来源丨 建筑 2022年第14
发布丨 CIM小编

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城市信息模型(CIM)基础平台标准体系研究

季珏 王新歌 包世泰 王彦杰

为贯彻落实党中央、国务院关于网络强国、数字中国的战略部署,自2018年起,由住房和城乡建设部联合多部委持续推进城市信息模型(CIM)基础平台工作。CIM基础平台的搭建致力于打破智慧城市建设中的数据、业务壁垒,基于一张统一的“三维空间数据底板”实现数据层面的共享融合、技术层面的协同赋能和业务层面的互联互通。CIM基础平台的搭建不仅要实现对于整个物理城市的数字孪生,更重要的是其作为一种与真实世界相对应的信息载体,能将城市的物理实体、社会实体、流动空间等有效链接,让各类信息数据可以“动态”“有序”“精准”对齐,进而为城市治理、社会治理提供数据使能。

自2018年住房和城乡建设部开展CIM基础平台建设试点以来,广州、南京等地已初步搭建了CIM基础平台并开展了丰富多元的CIM+应用。目前,我国CIM基础平台建设工作逐渐驶入快车道,各地CIM基础平台建设项目纷纷落地。截至2021年底的不完全统计,我国与CIM基础平台相关的公开招标项目总计已达206项,招标金额合计超过23亿元。如今CIM基础平台建设已多次被列入国家“十四五”系列规划以及各地方的“十四五”规划、数字政府建设等工作中。但CIM基础平台建设是一项复杂性较高、多种技术交融、多主体参与的长期性工作,项目的落地实施必须有相应的标准体系来规范平台建设。

 
一、CIM基础平台标准建设现状
 

CIM基础平台建设作为一项新生事物,目前尚处于边实践、边认知的层面。本质上看,CIM基础平台不是简单的信息化项目,而是一项复杂的系统性工程,不仅涉及到CIM描述对象界定、语义体系的重构和规范化定义、多源信息对齐的逻辑和方法、多源数据信息映射和协同描述方法、模型内容直观可靠表达等理论和技术层面的科学问题,也涉及到数据结构化治理、平台全生命周期建设和运维、信息安全有效使用、应用服务体系建构等实施层面的技术和管理难点。基于此,CIM基础平台建设区别于传统的信息化建设项目,是一项具有明显复杂性、多种技术交融、多主体参与的长期性和创新性工作。但目前各地项目的快速落地实施亟需相应的标准来规范平台建设,这就需要一套完善的顶层制度和标准规范体系来保障数据接入、平台建设、运行维护等各个环节的有效衔接和顺利实施。目前,国家和地方已有相应的顶层制度和标准探索。

(一)顶层制度设计

2020年6月,住房和城乡建设部联合工业和信息化部、中央网信办印发了《关于开展城市信息模型(CIM)基础平台建设的指导意见》,对CIM基础平台的建设内容、建设目标等进行了全面指导,对加快我国CIM平台建设应用具有重要的意义。

2020年9月,作为以上指导意见的配套性文件,由住房和城乡建设部发布《城市信息模型(CIM)基础平台技术导则》,总结广州、南京等城市试点经验,提出CIM基础平台建设在平台构成、功能、数据、运维等方面的技术要求,指导城市级CIM基础平台及其相关应用的建设。2021年6月,《技术导则》进行了新一版的修订,简化了相应的数据要求,明确了CIM相关概念、CIM分级分类、CIM数据内容与构成、CIM基础平台定位、架构、功能和运维等内容。可以说,在整个CIM基础平台标准体系尚不完备前,《技术导则》对于各地CIM基础平台的落地建设具有突出的指导意义。

2020年8月,住房和城乡建设部会同多部委联合印发了有关加快推进新型城市基础设施建设(简称“新城建”)的指导性文件,提出加快推进基于信息化、数字化、智能化的新型城市基础设施建设,以“新城建”对接“新基建”,引领城市转型升级。这个文件直接点明了CIM作为最基础的空间数据底座对于整个新城建产业化工作的基础性作用,CIM基础平台直接服务于推动智能化市政基础设施建设和更新改造、协同发展智慧城市和智能网联汽车、加快推进智慧社区建设、智能建造和建筑工业化协同发展、建设城市运行管理服务平台几项重点工作。

(二)行业标准的编研现状

标准的编制要以科学、技术和实践经验的综合为基础。建筑信息模型(BIM)的发展经历了20多年的实践,如今相关标准体系已经趋于成熟。而CIM在我国的发展仅4年多时间,其建模和应用技术的复杂程度远高于BIM,标准体系建设亟待推进,目前处于动态完善过程。

自2020年9月以来,住房和城乡建设部办公厅陆续发布或公开征求意见的CIM相关行业标准共9项,目前《城市信息模型基础平台技术标准》《房屋建筑统一编码与基本属性数据标准》已公开印发,其他尚处在标准出版前的不同阶段。

从行业标准的推出时序来分析,现有标准首先是快速回应各地建设所亟需的平台和数据加工的技术性要求,解决项目实施落地过程中的难点问题。其中,《城市信息模型基础平台技术标准》用以规范各地CIM基础平台建设中的技术内容。

而《房屋建筑统一编码与基本属性数据标准》则是针对城市物理对象中的房屋建筑这一体量极大的物理实体要素,进行信息化管理的一项通用性的编码标准,该标准的出台推动了住房建设领域信息化进程,不仅为规范房屋建筑生命周期的信息化管理打下基础,更是为以房屋建筑为载体的管理提供了数字化纽带,例如房产管理、工程保险、住房公积金管理、安全管理等。规范化的赋码和管理对于后续以房屋建筑为单元的信息统计提供了准确的数据分析和统计渠道,同时也为信息公开和信息共享提供了“身份证号”,成为高效的信息索引工具。

(三)现有标准体系的总结和思考

随着各地CIM基础平台建设热度持续高涨,多地在CIM标准体系建设方面作了探索。全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会、广东省、广州市、南京市和成都市等,均聚焦各自应用层面与具体需求,相继开展了城市信息模型(CIM)标准体系的研究,为国家层面CIM标准体系的构建积累了可借鉴的实践经验。其中,成都市CIM系列标准体系白皮书已于2022年4月发布。

 

国内现有的CIM标准体系探索成果为国家和行业层面的CIM基础平台标准体系研究与构建积累了经验,提供了思路,但也存在一定的局限性。

一是各地对CIM基础平台建设的理解带有地方特色,因此对CIM基础平台的建设内容、交付要求、数据共享交换、信息安全保护、平台性能等方面定义不一,未能形成系统性的CIM标准化建设体系,造成了地方上CIM标准重复建设,标准的实际应用效果有待考量的风险。

二是将CIM视为孤立的全新学科,重新构建和梳理标准体系。虽然CIM属于新兴学科,涉及的关键技术难点和软件问题颇多,但目前业界比较统一的共识是CIM涉及到大场景的GIS、小场景的BIM和动态感知的IoT技术的集成融合,因此相关标准涉及到测绘和地理信息、建筑信息模型BIM、数字孪生城市、计算机和IoT等多个领域。CIM标准体系的建立需要与这些领域原有的标准体系充分融合。

由此来看,国内已有的标准体系研究探索成果在使用上并不具备普适性,仍需研究制定一套国家层面能统领全局的CIM基础平台标准体系,避免标准体系的重复建设,减少不必要的资源浪费。

 
二、CIM基础平台标准体系的设计
 

CIM作为新兴技术之一,可供参考借鉴的标准规范较少,在总结全国各地CIM相关标准建设工作的基础上,亟需从国家层面研究设计一套全国共性的、内容全面的CIM基础平台标准体系,引导和规范行业主管部门、各省市从业单位、用户单位等开展CIM基础平台建设。

 

 

(一)标准体系的构建原则

城市信息模型(CIM)基础平台标准体系框架的建立应遵循以下基本原则:

全面包容—应体现体系的整体性,即体系的子体系及子子体系的全面完整和标准明细表所列标准的全面完整;同时应与现行的各类地理信息、建筑信息模型、测绘等标准有充分的衔接。

层次适当—标准体系构建要有恰当的层次;各子体系或类别的划分、范围和边界的确定,应按行业、专业或门类等实现标准化活动性质的同一性。

动态迭代—标准体系是一个动态的系统,在使用过程中应不断优化完善,并随着业务需求、技术发展的不断变化进行维护更新。随着信息技术的迭代更新,数据获取和治理技术的不断演替,以及应用探索中需求的不断变化,CIM基础平台的标准也将是不断修订完善的过程。

(二)体系设计

根据标准体系建设目标和标准化需求,借鉴国内外现有标准体系的框架结构,从标准类型、专业领域、级别、功能、业务的生命周期等若干不同标准化对象的角度,本研究对标准体系进行分析,从而确定标准体系的结构关系。

 

 

1.明确对象

CIM要表达城市物理世界中所有对象,同时为其他信息世界提供信息载体,是各类对象要素的抽象和总结、也是各类模型定义和信息交换的基础。基于此,将CIM对象维度细分为语义、行为、状态、资源等子类。

2.层级设计

按照标准体系中上下层标准的通用性与特殊性关系,可将标准分为基础层、通用层和专用层:

第一,基础类标准。基础标准是在CIM领域工作中作为其他标准的基础并被普遍使用,它对其下位标准具有指导、制约作用。包括应用统一标准、核心元数据标准等。

第二,通用类标准。通用标准是表达若干种标准化对象间共性特征的标准。其目的是避免制定互相重复或抵触的个性标准而引起混乱。包括CIM平台技术类标准、接口规范、信息安全类标准、数据资源目录标准、数据共享与交换类标准等。

第三,专用类标准。适用于各业务领域、专业独特要求的专用标准。每个专用领域可依据通用技术标准按需拓展其领域技术标准内容。

3.内容设计

CIM基础平台全生命周期的角度,考虑标准体系的内容设计,可分为总体类、数据类、平台工具类、业务应用类、安全与运维类。

第一,总体类标准。总体标准是在CIM领域中作为其他标准的基础并被普遍使用,它对其下位标准具有指导、制约作用。包括数据分类及编码标准、应用统一标准、应用评价标准等。

第二,数据类标准。CIM模型数据相关标准是对城市信息模型数据生产、收集、存储、传递、应用等相关过程的标准约束。包括元数据标准、数据资源目录、数据交换格式标准、数据加工技术标准等。

第三,平台工具类标准。CIM平台建设过程对相关平台技术、与其他系统衔接接口、对外提供服务、平台功能性能等相关标准约束。包括平台技术标准、数据治理工具软件规范、平台服务规范、平台接口规范、平台开发规范、平台验收标准等。

第四,业务应用类标准。CIM平台在城市规划、建设、管理、运行、服务等细分领域应用,以城市信息模型为载体,提供跨领域、跨学科共享数据与应用相关标准约束,如城市运行管理服务平台技术标准等。

第五,安全与运维类标准。包含CIM平台中相关基础性设施安全、数据安全、敏感及涉密数据、平台安全、接口安全、应用安全等框架内容的规定。如平台安全技术规范、数据安全规范、平台运维规范等。

(三)标准明细设计

基于以上设计原则,笔者认为可遵循矩阵式结构的设计来划分标准明细表的层次,编写标准的具体明细表。其中,横轴代表具体的内容类别,纵轴代表标准在整体体系中的层级。

 

 

在此结构设计下,综合考虑地理信息类、BIM类、遥感类、测绘类、计算机和IoT类等相关领域的标准体系,课题组按照采标类和自有新增两类,初步设计出三级、五类近60项标准明细表,初步搭建CIM标准体系明细表,其中采标类为采纳既有标准,新增类为CIM基础平台新编标准(见图4)。

 

 

 
三、总结与思考
 

完善的CIM基础平台标准体系在平台落地建设和长效运营中的作用举足轻重,结合各地对于标准体系和基础标准的实践探索,快速有效总结共性经验,构建统一、全面的标准体系已迫在眉睫,亟需以各类标准规范CIM基础平台的功能和数据技术内容、数据的共享交换机制、信息安全及运维管理等内容,以标准化工作促进CIM基础平台建设逐步走向科学化、合理化和实用化。

近期标准重点解决CIM数据内容边界不清晰、交换格式不一致等问题,中期标准进一步规范CIM内容,加强CIM基础平台应用评价、安全使用等方面的指导,远期标准则要建立完善的CIM标准体系,推动全国城市建设信息化高质量发展。

同时,除逐步规范和完善CIM标准体系之外,各级CIM基础平台建设仍需要一套完善的制度体系设计。一是保障国家-省-市三级CIM基础平台体系的融会贯通,涉及自下而上的数据传导和共享,以及自上而下的业务监督和管理机制;二是要设计一套保障CIM基础平台全生命周期运营的数据有效治理更新共享的机制;三是要设计一套有效的评估机制和激励机制。目前,各地普遍忽视制度体系的设计,这将直接影响平台实际的建成效果、运行状态

和运营价值,建议各地因地制宜地深入研究制度体系,助力CIM基础平台在城市规划、建设、管理、运营全生命周期过程中发挥持久有效的支撑作用。

参考文献

[1]季珏.CIM基础平台标准编制的思考与建议[N].中国建设报,2021年12月1日,003.

[2]季珏,汪科,王梓豪,张宁.赋能智慧城市建设的城市信息模型(CIM)的内涵及关键技术探究[J].城市发展研究,2021.28(03):65~69.

[3]汪科,季珏,王梓豪,张艾嘉.城市更新背景下基于CIM的新型智慧城市建设和应用初探[J].建设科技,2021(06):12~15.

 

2022年10月4日 11:20
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