【新城建·新发展】长沙市以CIM平台夯实数字“新基建”赋能城市“新城建”

2020年8月，住房和城乡建设部会同中央网信办等6部门印发指导意见，提出 “新城建”概念，力图通过融合新一代信息技术和城市发展需求，打造一系列数字化和智能化的新型智慧城市基础设施，探索城市提质的新理念和新模式，不断满足人民对美好城市生活的向往。2021年，长沙市纳入“新城建”试点城市名单，稳步推进城市新型模型（CIM）基础平台“新基建”专项试点工作。

CIM平台作为表达和管理城市三维空间的基础平台，是城市建设基础性关键性的信息基础设施，既能为城市发展提供一个数据融合和业务协同的基础平台，又能依托自身能力构建多领域多场景的CIM+应用，助力城市建设。

长沙市作为国内新一线城市，秉持“精细规划、精美建设、精致管理、精明增长”的建设理念，让城市“更有颜值、更有气质、更有内涵、更有格调、更有品位”。近年来，长沙市以新型智慧城市建设作为全市经济社会高质量发展的重要引擎，推出了智慧城市示范城市顶层设计及三年行动计划方案，搭建了政务云、城市大脑、安全保障等基础体系，形成了城市建设“四梁八柱”总体思路，对新基建背景下的系列工程做了主动思考，采取了积极行动，为CIM平台建设夯实了基础。

按住房城乡建设部“新城建”试点建设要求，依托全市智慧城市建设和“双智”试点工程成果，汇聚融合时空基础数据、资源调查数据、规划管控数据、工程建设项目数据、公共专题数据和物联感知数据等数据资源，形成一张包含大场景地理信息系统（GIS）+小场景建筑信息模型（BIM）+物联网（IoT）的城市精细化空间三维数据底图，实现现实城市的数字映射。平台定位为长沙市新型智慧城市核心共性能力平台，纳入至城市大脑，为全市提供一张图应用、数据服务、应用服务、可视化运维等四大能力；依托这些能力，构建城市运行管理、城市安全管理、城市体检、智慧消防、智慧交通、智慧工地等领域CIM+应用，推动数字城市和物理城市同步规划和建设，推广CIM+新型智慧城市管理模式，为新城建试点和“一脑赋能、数惠全城”提供有力支撑。

本项目遵循国家、省、市及行业标准，按长沙市现实需要，制定一套CIM标准规范，包括《CIM平台运维与接口规范》《CIM平台数据采集与加工处理规范》《施工和竣工建筑信息模型（BIM）汇交标准》《CIM平台数据共享交换与更新规范》《CIM平台应用推广与管理规范》等，以便规范CIM平台的建设和应用。

采用国家CGCS2000空间坐标系和1985高程系统，按照全市建成区不同情况，设定不同的精度标准，构建全市CIM数字底图。其中，以CIM3级倾斜地形数据及倾斜建筑模型覆盖长沙市内350km2重点建筑；以CIM4级三维人工精细模型覆盖市中心城区、望城区主要城区和长沙市星沙城区共560km2；以CIM5级精度为长沙市重点商圈及重点建筑物共2917.44万m2构建BIM模型。

遵循统一标准规范，对接时空信息云平台，获取全市行政区划、数字正射影像、倾斜三维、矢量电子地图、地理实体、动态水域、道路路网模型、管线管廊模型、地质体三维模型、地铁站三维模型、地下商铺模型、全景数据、街景、BIM三维、水系、兴趣点、宏观经济等各类数据，以充实CIM平台时空基础数据和公共专题数据。对接城市大脑数据中台，获取全市数据资源体系，依托人口基础信息、法人单位信息、自然资源和空间地理基础信息等资源，以支撑CIM+应用建设。对接市住建一体化平台、市工程建设项目审批管理系统、市建设工程智慧监管系统、市生命线管理系统、市城市体检智能信息平台、市智慧消防平台、省施工图审查系统、省房屋建筑与市政设施普查系统等，获取住房业务数据、市政基础设施数据、工程项目建设全生命周期业务数据、城市消防资源数据、城市交通数据、全市重点项目施工图BIM模型数据等。依托这些数据，形成长沙市统一的CIM数字底图，如图1所示。

图 1 CIM统一底图

 

 

基于CIM数字底图，统筹CIM数据资源和大数据、空间分析、三维仿真等新一代信息技术能力统一管理和服务应用的需要，构建集成的CIM平台，对外提供一张图应用、数据服务、应用服务、可视化运维四大能力，实现“数据服务化、应用服务化”，为全市各级各部门快速搭建各类CIM+应用提供数据资源、应用能力及开发服务支撑。

(1)CIM“一张图”应用

一是多源异构数据汇聚能力。汇聚全市各类二三维、地上地下、室内室外一体化数据。例如，融合倾斜摄影和人工精模，实现多采集来源数据一体化（图2）；融合二维数据和三维数据，实现二三维数据一体化（图3）；融合地上数据和地下数据，实现地上地下数据一体化（图4）；融合地图数据和视频数据，实现了大场景实时监控（图5）。

图2 倾斜摄影与人工精模融合

 

 

图3 大场景二三维一体化

 

 

图4 大场景地上地下一体化

 

 

图5 场景融合视频

 

 

二是数据查询统计能力。提供各类数据可视化展示、信息查询和场景构建服务。例如，提供基于房企关联关系的查询服务（图6），以及提供商业分布分析服务（图7）。

图6 房屋关联企业查询

 

 

图7 商业分布专题统计

 

 

三是空间分析应用能力。建立仿真推演分析模型，提供模拟分析服务，如空间要素模拟分析、数据分析、仿真推演分析。经检验，平台在百平方公里内数据模型进行加载、二三维缓冲区分析、空间拓扑分析等分析时，呈现时间少于5秒。

1）空间要素模拟分析

基于空间要素及要素之间的关系，提供二三维缓冲区分析、空间拓扑分析、对比分析、用地分析、通视分析、视域分析、天际线分析、日照分析、填挖方分析等分析服务。如图8为可视域分析。

图8 可视域分析

 

 

2）数据分析

以空间属性为标尺，聚合多维度城市运行指标数据，建立指标模型库。运用聚类等大数据分析方法，建立数据关联关系，提供城市运行情况分析、城市体检指标分析等分析服务。如图9为地块潜力分析。

图9 地块潜力分析

 

 

3）仿真推演分析

按城市应急及管理工作需求，建立淹没分析模型、人口预测模型、交通流量预测模型、应急调度模型及其他专项分析模型，并依托模型服务于灾害疏散、管线维护、工程开挖等工作。如图10为疏散方案模拟。

图10 疏散模拟

 

 

(2)CIM数据服务

提供数据可视化展示及模糊查询、分类过滤、标签过滤、分类排序等检索服务。支持服务预览、服务申报及审批服务，减少沟通成本。所有数据服务情况，如数据内容、调用情况、服务期限等，均可按需形成统计报表服务管理。

(3)CIM应用服务

提供应用可视化展示及模糊查询、分类过滤、标签过滤、分类排序等检索服务。支持服务预览、在线申请及审批服务，支撑各委办局建立专项应用。所有应用服务情况，如调用情况、服务期限等，均可按需形成统计报表服务管理。

(4)CIM可视化运维

平台中所有数据、应用、模型，以及人员使用权限均实现可视化管理，包括数据服务状态、应用服务状态、接口状态等，对出现异常情况，平台将智能预警，提醒管理员及时跟进处理。

基于CIM平台，聚焦新城建任务，联动城市各领域构建多维场景，开发智慧工地、城市生命线、智能网联、智慧消防、城市体检等5个场景的CIM+应用，构建CIM+应用体系。

(1)CIM+智慧工地

围绕工程质量、安全、人、机、物几个重点监管方面，实现基于CIM基础平台的建设项目可视化、工地现场可视化，实现项目工地实施全过程智能监管，切实保障工地项目施工安全，有效提高政府主管部门监管水平。提供智慧工地数据基本联动展示、工程进度模拟、工地设备模拟、工地动态监管、地下工程和深基坑安全监测预警、工程挖填方分析等功能，如图11为进度模拟。

图11 CIM+工地—进度模拟

 

 

(2)CIM+城市生命线

汇聚融合供水、排水、供电、燃气、桥梁、隧道等市政基础设施智能感知数据，关联地下管线、桥梁等模型，实现城市生命线动态全方位、多层级、立体化在线监测，提供燃气管网、供水管网、排水管网、桥梁、综合管廊、特种设备等的风险监测数据专题展示服务和爆管分析模拟、桥梁状态模拟、综合管廊监测模拟、人员密集场所疏散模拟、房屋安全分析、管网异常溯源等功能。如图12为污染溯源分析。

图12 CIM+城市生命线—污染源溯源

 

 

(3)CIM+智能网联

依托市城市大脑数据资源体系，纳入城市道路、高速、流量等各类物联监测数据，实现基础底图与城市路网模型的有机结合，构建视频数据三维融合、交通流动态模拟、客流模拟、公交运行状态模拟等能力，展现交通路网实时动态并及时监测预警路网中的突发事件，打造城市交通管理与车路协同场景。

(4)CIM+智慧消防

通过对接市智慧消防系统，综合运用平台其他数据服务和分析服务，实现消防数据专题展示，构建火灾防控智能管理及灭火救援智能分析等示范场景，辅助提升智慧消防可视化、智能化、精准化管控能力。

(5)CIM+城市体检

对接市智慧人居系统，综合运用平台数据服务和分析服务，围绕长沙市城市体检评估指标体系，实现市县乡村等各维度不同尺度空间的精细化分析及管理，智能提取城市短板，支撑城市发展潜力分析，支撑棚户区改造等多类场景落地。

从数据层面，CIM平台是一种新型的数据体，它以让机器“能看懂、能互动、能追溯、能模拟、能预测、能推演”为驱动，提供“全空间、全过程、全尺度、可计算”计算能力，具备多源异构数据接入与汇聚、治理与融合、共享及交换的能力。本项目聚焦城市地上地下、宏观微观、历史现在、室内室外、静态动态等多维度数据，从后台架构和底层逻辑出发，对跨部门、跨平台、跨系统、跨时段数据进行统筹归集，采用统一时空基准、统一格式标准、统一融合路径，建立了多来源、多格式、多种类、多时相数据治理机制，有效避免以往机械物理地将各个系统的数据堆集到一个库的弊端，达成了综合计算、统计分析、动态展示、辅助决策的目标。

从架构层面，本项目采取分布式缓存的微服务架构，配合自主研发的规则引擎工作流，建立满足国产信创环境要求的整体框架，确保系统高灵活度，可适应多场景业务需求；确保系统高可用性，可在满足平台海量数据存储和使用的同时，对数据完整性和安全性予以全方位保障。

从技术层面，平台采用数据轻量化处理技术，通过多细节层次模型结构，为场景中的模型创建多个显示层级，并分别进行三角面简化和纹理简化，构建了金字塔模型，减少了信息传输时间，减轻了机器处理负担，提高了模型渲染效果和性能；采用基于瓦片化和动态调度的海量数据加载技术，实现GIS数据、业务数据、倾斜数据、人工模型数据、BIM模型数据等海量CIM数据的快速加载、融合展示；采用高效引擎驱动的城市级场景渲染技术，利用空间填充曲线算法对二三维数据进行重新索引，借助分布式存储数据库存储，降低了物理读写效率，提高了空间分析效率；采用仿真模拟技术和多空间列技术，既可模拟城市生长，又能支撑场景应用。

从业务层面，本平台按长沙市的要素禀赋和实际需要，明确平台建设的出发点和关键问题，充分把握“能力使能平台”定位，依托城市大脑，聚焦重点场景，对外提供普适型服务和个性化服务，支撑政府应急联动和精准施策，确保平台建设的实效性。同时，充分评估平台价值，提前规划平台标准体系，建立平台架构、数据、服务、功能、场景等各项内容的成长机制，确保平台建设过程事半功倍、平台建成之后持续成长。

充分调研各业务部门应用需求，与现有智慧城市建设成果深度融合，强化数据资源和系统能力复用。对各用户单位充分授权，开放CIM数据、应用和开发服务能力，强化能力和数据的统筹管理，支撑基层政府快速搭建各类CIM+应用。