CIM论文 │ 城市信息模型(CIM)平台在智慧城市建设中防灾减灾研究

当前时代科学技术在深入研究而蓬勃发展，现代社会文明中心正在从工业文明转变为信息文明，同时各个行业不断地在从信息技术的深刻变革中受益。

现代生活基础以城市为主体，城市的建设和运行方式也在随信息发展而巨变。近年来各级政府和相关部门数次提出要进行新型智慧城市和智慧城市建设，为城市发展的建设指明了方向。随着信息技术发展和政府的推动，BIM已经是建设行业最受关注和重视的技术，承担着改变建筑业转型升级的重要使命。从理论和实证来看，“BIM＋互联网”改变建筑业，已无悬念。随着智慧城市建设成为政府的重头戏，一个更重要的技术概念CIM（City Imformation Modeling）开始兴起。

根据资料显示，在我国数字智慧城市建设的实践中，已经开始规划实施的数字孪生城市的构建就是以城市信息模型为基础的。比如，2018年发布的《河北雄安新区规划纲要》在雄安新区的城市智慧化管理领域上提出了“坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设，适度超前布局智能基础设施，打造全球领先的数字城市”。利用城市信息模型（CIM）平台建立健全大数据管理体系，打造具有深度学习能力、全球领先的数字智慧城市。数字雄安建设最重大的创新是在建设物理城市的同时，通过万物互联感知系统，汇集多方数据搭建城市智能模型，形成与新区同生共长的数字孪生城市，使雄安新区成为世界上第一个从城市原点就开始构建全数字过程的智慧城市。

突发事件通常涉及范围广，临时处置难度大，因此需要利用城市信息模型（CIM）平台建立综合防灾减灾救灾体系，最大程度整合跨区域、跨部门的应急力量与资源，构建高效的信息分享传递应急联动机制。其中，城市感知系统的建立是安全链的第一环，灾害信息报得准，才能为应急减灾和救援后续各环节提供有力支撑。目前，中国气象局已经建立完善了由多部门组成的国家气象灾害预警服务部际联络员制度；然而气象灾害监测预警和山洪、中小河流洪水气象风险预警系统尽管已经建立，但是系统复杂，受人为影响大，难以实现全国灾害预警及时性准确性。

在城市发展及建筑规划里，防灾减灾是必须首要解决的问题，也是促进城市社会发展的重要前提。但从城市建筑设计和建筑使用的长期情况来看，城市建筑的防灾减灾意识缺乏系统性和全面性的知识经验；同时也因建筑某结构的复杂性、建筑质量参差不齐等不可控因素，我国部分城市建筑仍存在防灾减灾不全面、应对能力较弱的现象。

本文以城市信息模型（CIM）平台在城市防灾减灾领域的研究热点分析为目的，对我国城市信息模型（CIM）平台和防灾减灾领域的文献进行挖掘，通过社会网络分析和多维尺度分析方法，分析近年城市信息模型（CIM）平台在数字智慧城市建设中防灾减灾研究的趋势和热点。

从现阶段智慧城市的建设经验来看，建设智慧城市要从将城市数字化开始，否则大量的智慧城市应用无法展开，或者不够深入，应用价值受限。城市信息模型（CIM）平台的基础是数字模型，其工作原理是通过对信息的搜集、整合、处理等方式来实现数据的传递与共享，以此在规划设计、建设管理、运行维护等多方面提供不同程度的帮助。城市信息模型（CIM）平台同时也是以BIM技术为核心，通过集成GSD和连接IOT数据，共同建立三维城市空间城市动态信息的综合体，即CIM＝BIM＋GIS＋IOT（物联网）。另外还有一个业内普遍认同的定义：以数字技术为治理引擎的数字孪生城市之数字孪生体。

城市信息模型（CIM）平台建设是一项复杂工程，是一项比较庞大的工作，具有系统性、长期性、整体性等要求，平台建设涉及城市各部门和各参与方众多，这就要求在政府主导下大家通力合作，共同完成。城市信息模型（CIM）平台的数据的清单、来源、格式、交付流程、管理规范、治理标准等基础内容是有统一标准的，其中前期标准尤为重要，若前期标准快速建立，后期城市信息模型（CIM）平台数据的治理将会有事半功倍的效果。全球的数据量正在以每18个月翻一倍的惊人速度增长，而城市信息模型（CIM）平台更是大数据的集中体现。数据安全性要求与日倶增，城市大数据的传输、存储、使用的安全性，更是重中之重，国产城市信息模型（CIM）平台的安全重要性更加突出。需要应用AES、SSL加密、国密认证算法、严格权限控制等安全技术。

城市的运维一定是基于地点和空间位置的，领域数据发生在城市何地是相当关键的。人口、教育、城管等所有数据与城市信息模型（CIM）平台相关联，实现了以更低成本，获得更高的城市运维效率。现在的各领域数据库由于与城市信息模型（CIM）平台数据库没有关联，应用价值无法充分发挥，许多重要应用无法实现。城市信息模型（CIM）平台将会把二者结合，形成更加精细的地球模型，使得大数据的使用广度与深度得到很大提升。

2012年我国华北地区发生百年一遇的特大暴雨，引发城市严重内涝，造成了重大人员伤亡的悲惨事故。7月24日到8月24日，连续6个台风登陆，8月2日到8月8日，“苏拉”“达维”“海葵”三个台风登陆我国，直接影响15个省市，这也是近10年以来影响华北地区最严重的台风。这场大雨让我们有了一个深刻的认知：应当加强城市市政建设，提高城市灾前预警能力和完善城市应急救援体系。四年之后，北京再现特大暴雨，降雨时长更是超过2012年那场暴雨，一直持续了55个小时。不过好在北京市经过上次特大暴雨的反思及防范，全力部署，得以平安度过。

2021年7月17日至23日，河南省遭遇历史上罕见的特大暴雨，发生了严重洪涝灾害，特别是7月20日郑州市遭受重大人员伤亡和财产损失。灾害共造成河南省150个县（市、区）1478.6万人受灾，因灾死亡失踪398人，其中郑州市380人，占全省95.5％；直接经济损失1200.6亿元，其中郑州市409亿元，占全省34.1％。

《城市建筑综合防灾技术政策纲要》中提到，城市建筑灾害分类一般有五种，分别为：地震、风灾、火灾、洪水、地质。从灾害发生情况来看，对城市建筑防灾减灾现状进行研究，其特点是无法提前预警以及无法精准标点，这就会造成重大灾害的发生，且大都在短时间内突发，往往来不及部署相关行动。但是，每一种灾害都有自身的特点、运动及发展规律，利用城市信息模型（CIM）平台智能预测灾害发生的形式及属性可模拟分析出城市存在的较为普遍的灾害，如地震、火灾、风灾、洪水等，找出灾害发生时各因素差异导致的不同类型、不同程度的后果，有针对性地进行防灾减灾。光有数据是不够的，如何快速、精确查询数据将决定城市信息模型（CIM）平台应用深度。

城市信息模型（CIM）平台能够集合多层次、多维度的不同信息并且数值化地呈现出来，可以支撑科学规划并提供相关信息。前期的信息搜集对于规划至关重要，在城市规划过程中，周边自然社会资源现状、相关上位规划信息等多维度的信息较为分散，传统方法耗费大量人力物力，且多方信息之间无法有效地衔接叠加。

构建跨区域跨行业的智能应急机制需要从多方面积极探索，而建立城市信息模型（CIM）是构建智慧城市保障城市应急机制高效有序的关键。城市信息模型（CIM）平台通过积累城市级别的决策与建设过程的翔实数据，可以支持新型智慧城市的建设、保障未来的运营维护、实现智慧式城市管理与运行。对城市公共空间要以量化的管理标准和高效智能化的管理手段实施标准精细、服务细致到位、城市感知系统运营高效的城市精细化管理。以城市信息模型（CIM）平台为基础，为智慧运维提供基础数据支撑；通过城市信息模型（CIM）平台城市级数据库可让深埋地下的管线信息一目了然，其强大的城市信息数据库和高仿真，使城市规划布局高精度地呈现，所见即所得；透过城市信息模型（CIM）平台的精确空间和地理信息，对资产、空间的精细化管理成为可能。

（1）灾害模拟设置

为了更好地对灾害发生进行模拟，确定建筑在面对灾害时的真实情况，研究需要对建筑进行火灾仿真模拟。本研究采用Pyrosim软件对建筑进行了火灾高仿真模拟。Pyrosim是用于火灾动态仿真模拟的软件，研究根据设计单位提供的防火设计资料，进行模型搭建，最后在Pyrosim，根据不同火灾场景模拟着火位置和着火楼层的出入口处的烟气能见度、顶棚的温度和烟气随着时间和层高变化，通过数据的结论，得出有效合理的安全疏散通道。

（2）利用城市信息模型（CIM）平台构建区域应急管理资源共享

区域应急管理资源共享主要通过城市信息模型（CIM）平台，利用CIM平台可以实现区域应急管理的资源信息共享。其共享方式主要包括四个方面，分别为：物资避灾基地建设、救灾及求助信息平台、物质需求信息和人力资源共享。相关部门能够在城市信息模型（CIM）平台获取区域灾害救援的实际情况，从而可以快速有效地通过集约化管理、培训和现代化装备，建立两个甚至两个以上的跨行政区的区域综合灾害救援队伍，实现区域灾害应急救援一体化。打通不同系统之间的数据壁垒是城市信息模型（CIM）平台的最大优势，这就创造了跨多种行业、不同部门、各个系统的数据集合体，形成数据集成应用的有力支持。现阶段各部门、各系统关注的是自身相关数据，比如消火栓等消防设施的位置和运行情况是消防部门关注的对象，电力部门关注的是变电站或者变压器的坐落位置、等级、变压器型号和数量等。以当前的建设情况来看，城市信息模型（CIM）平台可以为城市综合管理和应急指挥提供数据支撑。

降雨量等级一般分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨，暴雨是大气中降落到地面的水量1d或者24h达到50~100mm的降雨，当超过250mm时，即为特大暴雨。特大暴雨是以不间断、集中为特征的降雨，如果城市排水不及时，往往就会产生大量的积水造成洪涝灾害，从而影响人们正常的生产生活秩序，致使严重的经济损失，更有甚者会危及人民的生命和财产安全。

（１）模拟分析灾害情况

通过城市信息模型（CIM）平台对洪涝灾害进行分析研究，包括过程模拟、灾害过后的防疫、应急响应的时间、灾害的成因以及防范措施等几个方面，对灾害带来的严重损失和教训进行深入总结，能为后续更好地开展防灾减灾工作提供相关数据和经验支持。同时，对防灾减灾信息进行科普也显得尤为重要，如果公众能够在灾情来临前意识到灾害的严重及危害性，并且及时做出合理的应对措施，就可以在一定程度上减轻或避免损失。

（２）建立智能监控预警系统

通过城市信息模型（CIM）平台建立各流域及水库的智能感知预测系统，并同步到城市灾害预警平台，加强应急管理智能化建设。应依据不同地区之间自然地理环境存在的相似性、突发事件快速扩散等特点，加强区域智能预警应急联动机制建设。根据灾害发生的风险区、河流流域或者经济区等区域协作需要，打破行政区划管辖边界，建立若干常设的跨区域应急管理区域子系统中心。

让平台有“知觉”，需要建立灾害智能感知系统，加强重大灾害智能监测能力建设。基于城市信息模型（CIM）平台的灾害风险评估和预报预警能力的智能化处理系统。城市信息模型（CIM）平台依托我国自主研发的多尺度全球数值预报模式系统，开展灾害风险识别、基于承灾体暴露度和脆弱性的风险评估，加强面向台风、暴雨、干旱、大风等重大灾害的精细化、定量化风险预警。

现代城市建筑物密集，人口密度大，应急避难场是一种非常状态下使用的功能空间，关乎市民生命财产安全，因此健全的应急避难场所是考量城市基础设施建设水平的关键指标。

深圳市人民政府关于《加快智慧城市和数字政府建设的若干意见》指出了探索“数字孪生城市”的目标。根据规划，到2025年，深圳要建设具有深度学习能力的城市智能体，成为全球新型智慧城市标杆和“数字中国”城市典范。因此，可以依托地理信息系统（GIS）、建筑信息模型（BIM）、城市信息模型（CIM）平台等数字化手段，开展全域高精度三维城市建模、加强国土空间等数据治理、构建可视化城市空间数字平台、链接智慧泛在的城市神经网络等工作，从而提升城市可感知、可判断、快速反应的能力。其中公共建筑等存量资源，科学开发城市公共建筑的灾备功能，不仅能以较低的社会总成本尽快缓解避难场所供给不足的困扰，利用城市信息模型（CIM）平台将城市所有公共建筑按照不同类型灾害的防控需求分类，模拟灾害发生时公共建筑改造成为具有避难场所的灾备功能的针对性部署方案，提升应急响应处置能力，做到灾害发生时，及时响应，快速部署，守牢城市安全底线，更好地实现城市安全可防、可控、可管。

方舱医院的中文全称为方舱庇护医院，其原定意义为移动的野战和救护医院，现指自2020年开始的疫情中将展览馆、体育馆、会展中心等跨度大、挑空高、容量大的建筑物临时改建为用于收治轻症患者的医院。

新型冠状病毒肺炎疫情的扩散导致湖北省武汉医疗资源严重缺少，从而又加剧了疫情恶化。2020年初，武汉市各大医院、各级医疗机构陷入了因疫情导致床位数量不能满足病人需求的困难。方舱医院有收容量大、高效率、低成本、占用社会资源少等特点，对在建设的国家应急体系乃至世界应急体系方面都有很有价值的借鉴意义。方舱医院方案提出后需要通过改造快速解决方舱医院的安全性问题，因为方舱医院是在体育场馆、会展中心等建筑基础上临时改建而成，无法满足医用标准。这就需要政府部门通过修订相关法律明确公共建筑法定的灾备功能，推动公共建筑设计标准全面对接灾备功能方案，现有公共建筑在调查勘察基础上有条件的逐步补上灾备功能开发的建设预案，以便能够以最低成本、最快速度、最大规模完成公共空间的应急改造来应对未来可能发生的重大突发事件。

公共建筑分布广、可利用空间大、基本配套设施齐全等具有开发灾备功能的优势，可以通过BIM技术叠加灾备功能数字设计和实体改造结合，从而实现城市灾备场所的规划重构和建设复用。

公共建筑具有公共空间属性，具有与公共利益而开发的灾备功能相容性，不会存在公共利益上的冲突。根据《中华人民共和国突发事件应对法》第12条规定：“有关人民政府及其部门为应对突发事件，可以征用单位和个人的财产。被征用的财产在使用完毕或者突发事件应急处置工作结束后，应当及时返还。财产被征用或者征用后毁损、灭失的，应当给予补偿。”因此，法律上已不存在征用的障碍。城市信息模型（CIM）平台基于既有公共建筑的格局优势，利用BIM技术进行灾备功能的适配性开发，实现短期内空间功能的可转换使用，节约了空间成本和建筑成本

城市防灾减灾科普宣传是一项公益性活动，需要政府、企业、社会及公众多层面共同努力，利用网络平台，社会宣传构建起全方位全平台的城市防灾减灾科普体系。政府要加强科学制定防灾减灾科普工作的发展目标、任务和措施，提高公众的防灾减灾能力，构建防灾减灾科普政策体系，加大对科普经费的投入力度。

实现智能化预测和自动化报警的前提是搭建低延迟，低失真的数据采集和传输系统，根据监测需求利用较为成熟的传感器技术，可以配置相应功能的传感器终端，以实现对建筑物及构筑物的健康状况进行实时监测。采集到建筑物不稳定状态后，通过无线方式发送数据到终端服务器，实时监测建筑物健康状态，将城市大中型建筑、老旧建筑等重点项目的监测数据汇总至城市信息模型（CIM）平台。全面整合数据管理、数据分析及数据，构建城市运行全景图，实现对城市公共安全、城市管理、基础设施、应急管理、民生工程等重点领域运行状态的实时可视化监管。

物联网技术集成应用的过程中应当结合城市信息模型（CIM）平台建设，物联网是获取运营数据的手段，物联网建立设备与设备的连接，“GIS＋BIM＋物联网”将成为智慧城市建设最基础的技术架构，丰富灾害事故预测预警的基本数据资源，实现数据融合、智能化预测和自动化预警，智能研判能力，同时加快预警信息快速接收与传播硬件设施建设。打破网络平台和应急信息发布的壁垒，推进建设公共场所预警信号接收与传播设施，综合应用语音、图像、视频等多种方式及时传播预警信息，提高灾害预警信息的时效性和覆盖面。

城市信息模型（CIM）平台是智慧城市建设的基础，也是最近几年城市信息化建设的热度所在，按照当前社会现代化的发展趋势，城市的防灾减灾能力日渐成为我国城市建筑设计与使用的重点关注对象。基于现代化建筑设计理念 ，防灾减灾能力城市建筑发展及应用阶段也越来越受重视，相关从业人员应通过防灾减灾指导理念，切实增强自己设计理念，及时纠正理念理解的误区，使相应设施更加完善，也会深化以城市信息模型平台为基础的智慧城市建设中防灾减灾概念，使城市信息模型（CIM）平台不再单单是一具城市信息模型，而是有温度、可实用的城市智慧模型，从而实现智慧城市建设的飞速发展，不断提升我国城市建筑防灾减灾救灾能力。