CIM论文 │ 基于物联感知的公园城市CIM平台建设现状探究——以成都市CIM建设为例

近年来，随着《城市信息模型（CIM）基础平台技术导则》《城市信息模型应用统一标准（征求意见稿）》等一系列国家标准规范的发布，我国智慧城市和智慧建筑的建设已跨入到CIM平台建设时期，并且CIM平台建设也有了较清晰的标准体系。已有标准[1]中提到，城市信息模型（City Information Modeling,CIM）是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网（IoT）等技术为基础，整合城市多维多尺度空间数据和物联感知数据，构建三维数字空间的城市信息有机综合体。

2018年2月11日，习近平总书记在成都市天府新区调研时首次提出“公园城市”理念和城市发展新模式，至此成都市在全国首先开始了打造“公园城市”的进程[2]。2021年7月，成都市政务和网络理政办公室牵头制定了《成都市城市信息模型平台建设试点实施方案》，夯实了成都市CIM平台建设的基础。8月24日，成都市发布《关于大力推进绿色建筑高质量发展助力建设高品质生活宜居地的实施意见》（下称《意见》），共提出了4个方面的主要任务：一是实施高标准引领示范，推进绿色建筑提标扩面成势；二是推行绿色建造技术，构建全寿命周期建设管理体系；三是发展绿色建筑产业集群，推动建筑业转型升级；四是营造绿色城市场景，发展绿色生产生活方式。

公园城市是以人为中心、以生态文明为引领、公园形态与城市空间有机融合的复合系统[3]，突出强调生态优先、绿色发展，突出“人、城、境、业”高度和谐、统一的现代化城市形态，以场景营造为手段，打造尺度宜人、亲近自然的生活环境，形成开放共享的公共空间。成都市大力发展公园城市建设已4年多，CIM平台建设也被写入《成都市智慧城市建设行动方案2020-2022》[4]，如何将绿色公园城市建设与CIM平台建设进一步结合，在公园城市数字信息化建设上有新突破，是未来数年成都市公园城市建设中一个崭新的命题。

1.1

CIM的定义

在推进智慧城市建设的进程中，需要有一个基础的数据底座，能够统筹管理和表达城市信息模型，支撑城市规划、建设、运维工作的基础性协同平台，这就是城市信息模型（CIM）。它是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网（IoT）等技术为基础，对城市对象进行数字化，构建城市信息有机综合表达，并以数字三维模型为载体同步关联社会实体。CIM实现了从单体建筑或项目的尺度延展到真实城市尺度的应用维度。

CIM基础平台建设涉及数据领域繁多、数据链条关联性强，承担业务领域交叉融合性高的综合性、系统性工作。在CIM的支持下，能更好地实现城市数据集成，形成实时互联、动态循环、微观宏观一体、可扩展、可更新、可追溯的数据，真正实现城市智慧运营一体化。

CIM使政府的城市管理能力得以升级，支撑着工程项目审批制度改革，积累了城市空间大数据，提高了城市精细化治理能力，是结合物联网、云计算、大数据等技术的综合体拥有城市细胞数据库，可计算、定义城市和建筑的空间数据，所有城市应用数据库可以与CIM相关联，使城市具有可视化、可感知、开放性等特点。

目前我国CIM自主知识产权的平台基础研发成熟度不高，对国外相关技术依赖性较高[4]，且存在技术标准不完善、数据格式难以兼容等瓶颈，更存在数据安全问题隐患。目前国内很多院校科研团队和相关企业正积极地探索城市运行管理数字化进程不断努力。

1.2

CIM的参考架构

数据是CIM平台各项管理和服务功能实现的基础，CIM平台的数据来源于物联感知，获取基于物联感知技术的CIM基础平台参考架构如图1所示。

CIM基础平台总体架构包括5个层次和2大体系。

5个层次分别为：感知控制平台，包括信息基础设施和物联感知设备，负责物联感知和数据传送；传感网络平台，是负责网络传输的平台；管理平台，应建设至少包括数据管理、数据治理、数据存储等类别的CIM数据资源体系，提供技术支撑服务；服务平台，提供安全管理、运维管理等业务支撑服务和城市治理、民生服务等应用服务；用户平台，用户对象主要包含政府和各企事业单位等。

2大体系分别为：标准规范体系，应建立统一的标准规范，指导CIM基础平台的建设和管理，应与国家和行业数据标准与技术规范衔接；安全保障体系，应按照国家网络安全等级保护相关政策和标准要求建立运行、维护、更新与信息安全保障体系，以保障CIM基础平台稳定运行。

1.3

CIM的使用维度

CIM维度分为成果、进程、资源、属性和应用5大类，其中成果包括按功能分建筑物、按形态分建筑物、按功能分建筑空间、按形态分建筑空间、BIM元素、工作成果、模型内容等7种类别；进程包括工程建设项目阶段、行为、专业领域、采集方式等4种类别；资源包括建筑产品、组织角色、工具、信息等4种类别；属性包括材质、属性、用地类型等3种类别；应用仅包括行业。

2.1

全市绿化总体进程

坐落在“天府之国”的成都，已连续13年荣获“中国最具幸福感城市”称号，是名副其实的宜居之城。现在的成都，正在探索一种城市发展的全新模式—建设新发展理念的公园城市示范区。2018年初到2019年底，成都市绿地面积增加了33.77平方千米；到2021年，森林覆盖率已达到40.3%，市辖区人均公园绿地面积达到了15.7平方米[5]。

成都市正凭借其独特的自然资源、生态本底承担着公园城市建设的先驱者角色，探索山水人城和谐相融新实践和特大城市转型发展新路径，深入构建具有成都特色的“公园城市”[6]。

2.2

武侯区公园城市建设进展

近年来，武侯区启动了华西坝、悦湖等片区的综合开发，策划了太平园TOD创意设计城等项目，打造了玉林东路特色街区，优化了龙江路、黉门里锦江公园子街巷。新建天府绿道31.5千米，新增绿化面积约50万平方米，生态治理成效显著。江安河武侯段、清水河万寿桥段获评全市“美丽河湖”。天府芙蓉园、宜居水岸等生态工程精彩呈现，绿道总里程达110千米，绿化覆盖率达46.6%。武侯区已成功创建“国家生态文明建设示范区”“天府旅游名县”“省级全域旅游示范区”。人民南路被打造成了开放活力轴、川藏路打造成了创新活力轴、永康路打造成了生态活力轴，三轴辐射带动全区高质量发展的空间格局。武侯区着力构建以“绿道蓝网”为骨架的全域公园体系，公园绿地服务半径覆盖率达98%以上。

2.3

锦江区公园城市建设进展

《锦江区人民政府2021年政府工作报告》显示，近年来锦江区完成了5条背街小巷综合治理、15条道路黑化整治和30条人行道专项整治，新增5G基站1298个、新能源充电桩468个。大运会猛追湾水球训练馆、马家沟射击比赛馆等重点区域综合改造提升项目全面启动。锦江区完成了一环路主轴风貌整治和光彩工程，不断加强优化“一核两轴三带三区”空间功能布局，加快启动了牛王庙TOD项目，精心编制了梨花街片区、下莲池片区等更新的方案，探索研究了青石桥片区、邮电学院片区更新路径。以三圣花乡为生态价值转化主阵地，以新经济新模式新业态为切入点，着眼都市田园乡愁定位，以生态价值转化模式推动区域转型升级，转型形态、提升业态、彰显生态、突出文态，加速建成都市田园公园城市典范。加快编制了盐市口总部商务活力区、白鹭湾新经济小镇等片区开发设计方案。

2.4

新津区公园城市建设进展

新津区作为成都最新成立的市辖区，完成了撤县设区，实现了千年之变。随着地铁10号线的开通，“TOD+5G”公园城市社区示范项目初步呈现。《新津区人民政府2021年政府工作报告》显示，“五河一江”水质全面改善，国考、省考断面水质全部达到Ⅲ类水体，获评全省“河长制”工作先进集体、全国净水百佳县。建成了“津津绿道”210余公里、公园湿地群落1万余亩，白鹤滩成为全市唯一的国家湿地公园。新津正在不断持续深化“超级绿叶”公园城市总体意象和逻辑内涵，推动数字经济创新发展与城市战略方向相契合、数字经济聚合赋能与主导产业升级相耦合，获评全国绿色发展百强县。《工作报告》提出的目标是在2022年绿色发展实现“两降三提”：单位GDP能源消耗降低5%单位GDP二氧化碳排放持续降低；空气质量优良天数占比提高到80%以上，城市绿化覆盖率提高到50%以上。打造“五河持续深化公园城市”营建机制，全面构建“一轴引领、四区支撑、多片联动”空间格局，加快形成集约紧凑、功能复合、低碳高效的公园城市新空间。

2.5

天府新区公园城市建设进展

国务院印发的《成渝地区双城经济圈建设规划纲要》中明确提出，支持四川天府新区在公园城市建设中先行先试，开展可持续发展创新示范探索建立公园城市规划导则、指标评价、价值转化等体系。如今兴隆湖已成为天府新区建设公园城市路上的一个缩影。兴隆湖是天府新区的重要生态涵养和水利调蓄节点。2013年天府新区充分利用其低洼地形特点，逐步构建以兴隆湖为核心的湖城生态圈。经过水生态综合提升之后，兴隆湖实现了Ⅲ类地表水目标，构建了水体自我净化、水环境自我平衡的清水生境，丰富完善亲水运动、文化娱乐等配套功能，已成为“绿水青山就是金山银山”的先行示范之地。天府新区以公园城市为统揽，加快打造了融合科技魅力与生态价值的公园城市体系，建设了科学特征明显、环境绿色人文、运行灵活高效的“公园城市、科学家园”[7]。这里不仅是天府新区的生态之心，也将成为成渝地区的创新核心。

《意见》指出应全面推行绿色建造技术，提出了如下要求：

（1）推进数字设计基础平台和系统应用，推动各建设类专业一体化集成设计，开展部件的BIM建设，打造资源库，推动装配式部件的数据标准化；

（2）大力推广智能施工建造设备，构建智能建造体系，提升现场施工水平；编制成都市绿色建造技术导则，打造绿色智慧示范基地，鼓励龙头企业发展全产业链融合新业态；

（3）以CIM平台和物联网技术为基础，汇聚时空基础数据、资源调查数据、规划管控数据、公共专题数据等城市基础数据（GIS类数据），城市部件数据、工程建设项目三维数据模型等物理形态数据（BIM类数据）和城市感知数据，社会大数据等物联网动态数据（物联网数据），要制定成都市BIM技术应用费用计价参考，政府投资项目BIM技术应用费用在工程建设其他费用中单独计列，打造智慧化多维感知体系。

3.1

东安湖城市公园建设和CIM的结合应用案例

传统公园城市单一的功能已不能和日趋进步的ICT技术相映衬。城市公园是公园城市建设中的重要组成部分。近年来，成都市新建了很多城市公园，如兴隆湖、东安湖公园等。随着城市公园的功能逐渐多元化，建造实施中也遇到越来越多的难题，如现场的组织管理程序实施难、公园设计效果呈现难度大、地形营造控制难等。

为解决上述问题，将CIM技术引入到一些城市公园的建设中，公园城市的智能化、数字化建设已经提上日程。大运会主会场东安湖片区基础设施智慧建设项目就结合了“BIM+GIS”技术[8]和数字孪生技术[9]。但市面现有软件生态系统未完全开放，存在较大数据孤岛。东安湖城市公园搭建了围绕智慧建造管控平台、3个子系统（BIM应用、BIM+GIS应用、BIM+IoT应用）等，将碎片式的信息化管理集成在平台中。平台根据项目特点开发对应功能板块，对外提供开放、统一接口环境，可融合GIS厂商、大数据厂商、AI厂商产品等模块，实现集成应用。平台拥有属于自身的数据生态系统。工程实施之前，利用无人机采集作业区域的地理空间数据，通过软件生成三维地形模型，将模型中的地理点云数据导出，采用CAD软件处理形成场地等高线及坐标点，提供地形设计所需的原始地形数据。工程实施中需通过多次土方作业才能完成设计地形，但采用“无人机+GIS”测量技术输出地形数据，可减少95%的测量时间[8]，提高土方作业工作效率。在地形设计过程中按照土方不外弃原则，结合公园划分的功能区域，进行地形竖向控制，对设计地形进行可视化、参数化建模。将地形设计模型与原始地形进行叠合比较，竖向高程精度控制在厘米级。无人机倾斜摄影三维地形模型与湖底下穿隧道BIM模型相结合，通过人员、运输车辆三维行进路线模拟，验证临时设施的合理性和可实施性，得到最优的临时设施搭设方案，为项目施工准备阶段提供三维可视化基础。为保证景观品质实施过程中得到有效的控制，首先将园区内乔木及灌木进行1：1建模，形成苗木模型库；然后对苗木种植进行虚拟还原，减少施工样本区的修建，完成多处优化。该项目下穿隧道采用试块养护智能监控系统接入管控平台，在混凝土浇筑时进行试块取样做好试块跟踪标记，将施工信息录入对应施工段的BIM模型。在平台实时查看混凝土试块数量、养护状态、养护预警次数、试块取样日期及温度、湿度情况，做到试块与结构的直观对应，提高养护效率，保障混凝土养护质量。定位模块通过配戴胸牌，将项目管理人员在采用“BIM+GIS”技术的孪生场景中进行动态展现，提高了机械设备安全管理及运输效率。

3.2

新津区CIM平台建设

新津区以“五网融合”为具体路径，正在不断加快城市各类智慧感知源建设，推动城市状态“一网感知”[10]；搭建了城市数据中台、应用中台，推动城市数据“一网共享”；统筹整合“蓉易办”“科创通”等各类政务服务应用，推动政务服务“一网通办”；构建城市感知、数据、场景之间联动体系，推动智慧城市“一网协同”，完成城市智慧中台建设以及“一网统管”“一网通办”平台的搭建。在新基建方面，运用BIM技术进行建筑全生命周期管理，通过CIM技术构建城市信息模型，规划建设以物联网、5G为代表的新型基础设施，实现产业功能区数字化智慧运维。“TOD+5G公园城市社区”的建设，使得背靠牧马山、毗邻杨柳河的自然风貌与城市景致在这里相互交融。地铁站点与公交场站、高铁和城市快轨通过地下、地上连廊无缝衔接，垂直空间叠建商业商务和产业载体，将打造出一个集交通枢纽、科创空间、品质住宅区为一体的公园城市社区。

新津区在“共建共享共创”的原则下，通过加快数据、算法、算力三类数字经济基础要素聚集和数据分析实验室、创新中心等数字经济创新赋能基础设施的建设，使得“城乡大脑”将全面赋能产业发展、城市治理，加快区域经济、生活质量的提升。

3.3

天府新区CIM平台展示

在第四届数字中国建设峰会上，见山科技自主研发的公园城市数字孪生系统，播放了关于成都未来发展的“预览图”，厘米级的精度刻画了成都的城市建筑、景观等细节，可视化地推演了城市生长未来趋势。

4.1

相关政策

《成都市智慧城市建设行动方案2020-2022》提出如下要求：

（1）完善生态治理体系，以提升联防联控联治能力。完善锦江水生态治理系统，打造智慧水务平台；推动城市园林绿地现状调查及基础信息平台、智慧绿道管理服务体系建设，提升园林绿道管理现代化水平；推动气象数据在生态治理领域集成应用。

（2）加快建设智能感知体系。完善城市全时空感知、多维度监测的感知体系建设，全面部署道路桥梁、市政设施、生态环境、气象监测等智能感知设施，同步推进管理平台建设，实现了物联感知数据统一接入、集中管理、远程调控和数据共享。

（3）推进智慧公园城市区域合作。着眼“一带一路”西部陆海新通道、长江经济带战略重要节点城市国家战略布局的有效落地，加强智慧城市建设协同协作，共同提升区域共治共享水平。

（4）大力推进“新城建”，建设城市信息模型（CIM）平台，深化应用建筑模型（BIM）技术，完善建筑工地智慧监管系统，提升工地实时监管能力；以公共建筑能耗监测信息化系统为基础，构建住建领域低碳排放综合监管平台，提升建筑能源利用效率。

4.2

成都市数字公园城市新城建现状和新思路

CIM平台为公园城市打造出一个“数字孪生兄弟”，一景一物都可通过物联感知获得的数据进行可视化呈现，给城市的精细化治理和智慧城市建设提供了全方位的支撑。成都市CIM平台建设包括CIM基础平台和“CIM+”应用两部分[11]。CIM基础平台为城市规划、建设、管理、运行决策提供海量的数据支撑，“CIM+”应用则以平台数据为底座，面向城市体检、民生服务、城市管理等领域开展深化应用，更加精准地提供智能精准服务，整体提升公园城市建设水平和运行效率。

如今，成都市“建筑工程结构BIM设计数字化云平台（EasyBIM-S）在天府新区独角兽岛启动区项目的应用”等典型案例都是成都在“新城建”领域的探索应用。这一平台立足自主研发，可以摆脱对外国技术的依赖，平台独立提供“建模-计算-出图-审查”全流程正向设计服务，实现了设计数据完整向下游传递。通过设计源头驱动，实现智能建造全产业的数据融合，探索智能建造安全、可控地落地应用。成都市“新城建”包含“1个基础平台+5个应用场景”，成都市按照“结合实际、分步实施、必选+自选”的原则，确定了先期推进2项必选任务和3项自选任务以及1项自选任务拟在“十四五”中期推进。具体如下：

（1）2项必选任务：CIM平台建设、城市运行管理服务平台建设；

（2）3项自选任务：智能建造与建筑工业化协同发展、智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展、智慧物业管理服务平台建设；

（3）拟在“十四五”中期推进的自选任务则是“智能化市政基础设施建设和改造”。

CIM平台已完成实施方案编制、技术方案深化和标准建设调研，初步完成了整体架构及系统功能模块设计，建成了覆盖全市的白模、覆盖主要城区的实景三维模型；在成华区、高新区、天府新区、东部新区启动试点，项目进展迅速。

当前公园城市发展仍面临不少困难和挑战：（1）疫情变化和外部环境存在诸多不确定性，相关产业受冲击较大、全面恢复尚需时日，推动高质量公园城市发展任务艰巨；（2）城区“空心化”问题亟待破解，新经济新动能培育不足，经济总量、质量、建设成本控制和在全市大局中的分量还需进一步提升；（3）统筹发展和安全面临许多新挑战，城市安全韧性智慧生态水平还有待提高，相关人员的改革创新和克服难题的能力还有待加强。

成都市公园城市建设虽已有4年之久，但CIM平台建设尚处于起步阶段，还存在较多问题，值得在未来继续研究探索：（1）如何解决成都市数字公园建设里的物联网感知数据孤岛问题；（2）CIM软件生态开放、生态数据共享安全问题；（3）积极建设具有“成都特色”的数字公园城市示范区，以本地的建设经验，推动全国各地生态文明建设的新进步，如何起到引领和借鉴作用；（4）数字型公园城市的未来发展的新方向如何；（5）新型数字公园城市建设需要的不仅仅是技术，还有公园城市建设和治理思维的转变。树立城市治理思维，需要关心和支持新型智慧城市建设的社会各界共同努力，通过更多的项目实践，为中国的数字公园城市建设探索出一条切实可行的道路。