CIM论文 │ 基于CIM平台的AI 智能分析应用探索—以深圳国际生物谷坝光片区开发建设项目为例

随着数字孪生技术的日益成熟、行业政策的不断颁布,多地市将数字孪生技术纳入智慧城市顶层设计框架。CIM平台整合GIS数据、BIM数据、IoT数据等,以底层视角探索新型城市建设根本架构,以顶层智慧解析数字城市发展潜在逻辑,对未来城市发展起着至关重要的作用,已成为城市治理体系和治理能力现代化的目标和方向之一。AI+智能分析技术可以实现从大量的数据中提取有价值的信息,进而辅助决策和优化业务流程。这项技术可以加快数据分析的速度和准确性,并帮助决策者更好地掌握项目情况、预测市场趋势、降低风险并发现潜在机会。本文以深圳国际生物谷坝光片区开发建设项目为例,阐述基于CIM平台的AI+智能分析技术的应用,探索片区规划、建设、管理等方面的价值。

深圳国际生物谷（食品谷）是深圳市21个重点区域之一,其中“双谷”叠加的坝光片区被列入深圳市建设国家自主创新示范区范围,是“广深港澳科技创新走廊”创新平台之一。深圳国际生物谷坝光核心启动区规划面积1060万m2,可建设用地约546万m2,片区总建筑面积555m2,总容积率约等于1。坝光片区以“双谷驱动、融合发展”为总目标,发展定位为具有世界影响力的坝光科技创新湾。

为应对坝光片区开发建设所面临的体量大、标准高、交叉多和时间紧等众多建设难题,深圳市大鹏新区重点区域建设发展中心于2018年开始建立基于全域BIM数据的“坝光数据网络”整体架构,并依托该架构开发“深圳国际生物谷坝光片区城市信息模型（City Information Modeling,简称‘CIM’）平台”。从规划、建设、管理3个维度不断升级,通过虚拟三维数据到实景三维数据,与坝光片区各规划数据、BIM数据深度融合,采用SuperMap图形引擎和倾斜摄影建模等技术,高效辅助片区土地规划调整等指挥部决策工作。为寻求AI+智能分析技术在坝光片区综合管控和规划上的价值,提高全域数字化运营管理效率,重写了图形渲染底层逻辑、建立各单位可参与的组织架构和权限板块,并开发数据智能化分析应用模块,进一步完善工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理机制。

2.1.1 CIM平台概念

CIM平台是以BIM、数字孪生、GIS、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。三维数字空间城市信息有机综合体,就是将BIM在建筑领域设计、施工、运营一体化的全生命周期管理的理念应用到城市中,将以BIM技术提供的城市微观信息与GIS技术为基础的城市宏观场景信息进行融合,并将城市交通、人群、资金等动态信息进行结构化整合,形成一个能够同步反映城市完整现状,对城市发展进行预测与研究的信息巨系统。

CIM平台通过大场景的GIS数据、小场景的BIM数据以及无处不在的IoT物联网数据的有机结合,组成了一个可感知、动态在线、虚实交互的数字孪生城市模型,为城市的智能化管理和精细化治理提供数据基础、发展推演和决策依据。

2.1.2 CIM基础平台的搭建及作用

CIM将城市全空间高精度的数据汇聚和融合至一个统一的平台,它是建构一个管理与城市空间相孪生的“信息空间”的基础平台[1]。CIM平台的底层首先要建立一个数据治理的平台,完成城市海量多源异构数据从汇聚、融合、处理、分发为一体的数据治理。这其中涉及到多种模型融合,模型轻量化,模型分类分级浏览等多项关键技术。其次,CIM平台将能够实现多场景模型的浏览与定位,使用户具有真实的视觉和地理体验感。

CIM能够从宏观到微观多种空间场景,从室外到室内不同视觉场景,从二维到三维不同空间维度中无缝衔接、切换和浏览,并且借助BIM技术,将传统以GIS技术为支撑的地理空间信息平台走向部件、构件乃至零件级的微观信息管理平台,建立一个真正全息、综合的智慧城市所必需的基础性平台。以上CIM的“平台”内涵可理解为CIM基础性平台,在此基础上可拓展丰富的“CIM+”应用,为各领域的智慧应用提供赋能。

2.1.3 CIM平台赋能智慧城市建设的重要意义

CIM平台集成了城市地上地下、室内室外信息模型数据、城市感知数据等海量数据,是新型智慧城市的基础性、关键性和实体性信息基础设施,是新型智慧城市应用建设与运行的重要支撑,对智慧城市建设具有重要意义。

（1）CIM平台有利于推动城市管理各行业的数据汇聚共享。CIM平台形成了丰富的城市大数据资产,建立了城市数字化档案,可以更好地为政府治理、社会民生、产业经济、应急处置等提供有效的决策依据,服务智慧城市创新发展。

（2）CIM平台有助于推进城市规划管理。CIM平台对智慧城管、智慧社区、智慧交通、智慧水务、智慧园区等各业务系统中的数据进行集中和整合,形成统一视图,有效促进业务协同。CIM平台可以基于历史数据,通过深度学习等算法,推演城市未来发展态势并可视化呈现,增强对未来发展的判断力,如城市交通发展态势在空间的推演、人群集聚情况在空间的推演、环境污染情况在空间的推演、疫情接触情况在空间的推演等。

2.2.1 AI+智能分析概念

AI+智能分析是指运用人工智能技术进行数据分析,对大量的复杂数据进行自动化处理和识别,从而更好地发现数据之间的关系、趋势和规律,进而产生更精确、更准确的结论。智能分析可以在业务过程中实现自动化决策和优化,并提供更好的业务洞察。主要包括以下几个方面：

（1）自然语言处理。这是一种将自然语言和计算机科学相结合的技术,它可以使计算机理解并处理人们的语言和文字,从而更好地处理海量文本数据。

（2）机器学习。机器学习是一种让计算机通过学习数据,不断改进自己预测能力的方法。通过运用机器学习,可以对数据进行分类、聚类、拟合、预测等操作。

（3）深度学习。深度学习是机器学习的一种高级形式,通过构建神经网络来进行学习和处理。深度学习可以通过识别数据中的模式和特征来提高数据分析的准确度和效率。

（4）数据挖掘。数据挖掘是一种从大数据集中提取有用信息的技术,通过利用机器学习、统计学、人工智能等方法来发现数据中隐藏的模式和规律。

AI+智能分析有别于数据分析。数据分析主要关注对数据中的模式、趋势和关系进行解释,以便能够作出正确的决策。AI+智能分析更注重实现自主学习和自主决策的能力。它使用先进的算法和技术,来发现隐藏在数据背后的复杂的模式和规律,并且在处理新的数据时可以不断地进行优化和自我改进,从而更好地适应未知的情况和变化。此外,AI+智能分析应用于更广泛的领域,如医疗保健、制造业、智慧城市等,它可以帮助使用者更好地理解和控制复杂的系统和过程。

2.2.2 AI+智能分析技术的作用

AI+智能分析在CIM平台中的应用内容可以帮助城市管理部门进行土地规划、投资分析、现场进度分析和督办管理等工作,提高城市管理的科学性、精确性和效率。

（1）土地规划：通过AI技术可以对城市的土地资源进行智能分析和评估,包括土地利用现状、适宜的土地用途以及土地利用潜力等。同时,AI+智能分析还可以帮助城市规划部门预测土地发展趋势,优化土地利用布局,提高土地利用效率。

（2）投资分析：利用AI+智能分析,可以对投资项目进行全面评估和分析,包括市场需求、风险评估、投资收益等。通过挖掘大量的数据和模型,可以帮助投资者作出合理的投资决策,提高投资回报率。

（3）现场进度分析：利用计算机视觉技术,结合AI算法,可以对建设工地或其他现场进行实时检测和分析。例如,通过分析摄像头拍摄到的现场图像,可以实时监测工程进度,及时发现问题并采取相应的措施。

（4）督办管理：AI+智能分析可以为城市管理者提供督办管理的工具。通过对城市管理工作中涉及的各类数据进行智能分析和处理,包括投诉数据、监控数据等,可以实现督办流程的自动化和智能化,提高督办效率和管理水平。

以深圳国际生物谷坝光片区开发建设项目为例,探索基于CIM平台的AI+智能分析技术在投资、规划、现场进度、总控管理方面的分析应用。

结合数据分析技术,对项目投资情况进行综合分析,并采用可视化图表展示,辅助管理层进行项目投资检测。按照总投资额和年度投资额2个不同颗粒度分析已完成投资额及投资完成占比。

采用柱状图形式对项目的完成投资额和投资完成率2个指标进行可视化展示,横向为项目列表,纵向分别代表计划投资（完成投资额模块）和投资完成率（投资完成占比）。

点击不同项目分析柱,可以查看不同项目的具体投资分析结果,包括项目名称、计划总投资额、已完成投资额、投资完成占比等数据。同时在投资分析报告中还会进行报警警示,包括数据逾期爆红（逾期时限可通过后台自定义修改）和项目推进状态提醒（正常推进、滞后、已完成、超额完成）。

根据周边配套信息,通过系统综合分析计算得出地块最优配套建议,辅助决策者进行地块整体规划。系统支持设置地块辐射计算范围,可查看历史执行计算记录,且采用可视化方式动态显示规划过程。该功能通过3大步骤完成地块规划,分别是用户选择目标计算地块（选择地块）、软件执行计算分析（计算分析）、软件自动生成分析结果（分析报告）。

3.2.1 选择地块

系统支持在地图上点选地块或输入关键字搜索地块2种方式快速定位到需要执行计算的地块,被选择的地块界面高亮显示。

3.2.2 计算分析

系统将对地块周边的交通、服务、教育、商业和市政5个维度进行综合分析,并结合用户设置规则进行自动计算。

用户在执行地块规划前若自定义地块的辐射范围,则设置目标地块执行规划计算的范围,其辐射范围预设区间值为250m至550m。系统将根据用户设置范围内的配套进行综合分析,同时地图上的地块将与之联动,实时显示所覆盖范围。

3.2.3 分析报告

在系统计算分析后,将自动呈现出地块的规划报告,内容包括地块周边配套的综合评分,并给出最后的配套建议。系统同时支持客户查看历史地块分析报告。点击历史记录条目,即可显示该地块的分析结果,同时在地图上定位到该地块并高亮显示。

例如系统通过对DK-09地块交通、教育、市政、商业和服务5个方面配套分析,结合用户设置规则进行自动计算,综合得分为50分,并得出该地块的分析说明：结合地块基本信息及历史项目数据,从周边业态的稀缺性、合规性等维度进行综合计算分析;建议该地块的使用性质为“公园绿地+水域+广场绿地”;该地块配置了充分的交通、服务等相关配置,目前欠缺市政、教育等相关配置。

系统对片区所有项目进度进行统一管理,为项目进度数据创建入口,同时为前端的进度可视化板块作数据支撑。系统支持上传xlsx、pdf格式两图一表附件。为了使整体操作更加简便快捷,系统对上传的附件进行项目进度自动判断分析,自动填写项目总进度和进度评价。

系统的协调管理数据板块为片区的所有建设项目的重要事项提供综合看板。本项目对督办管理、现场实施动态、单位整体管控智能分析3个子模块进行了新增与补强。在该板块中,可查看所有类型协调项的进展情况,并支持对数据进行批量导出。

3.4.1 督办管理

在督办管理板块可以对所有的交办事项进行集中管理,查看事项任务内容、完成计划、相关负责人或参与者以及事项实际进度等,实时监控各事项的进展情况。督办管理具体包含以下功能：

（1）使用不同色块区分事项状态,管理者可实时快速查看事项进展;

（2）支持批量导出推进工作落实情况一览表;

（3）开发后台支持模块,可进行创建督办新事项,指定事项完成日期、责任单位等操作;

（4）督办事项智能提醒,自动判断督办事项进度是否滞后。

3.4.2 现场实施动态

（1）动态信息查看：该模块作为现场的信息动态共享中心,用户可以在该模块中进行资源查看或共享,实现快速同步现场动态。系统默认按照动态发布的最新时间进行排列呈现,用户可批量查看到现场所有的动态信息,包括动态的概况、发生时间、地点、发起人等。

（2）动态信息创建：在后台支持模块中,用户可创建现场新动态信息,信息字段包括动态内容、归属项目、发生时间、地点以及插入多张图片等。

3.4.3 单位整体管控智能分析

该板块对片区所有参建单位的督办事项、项目进度、现场动态进行总体智能化分析,给出综合评分,为企业提供可视化的分析结果,辅助管理层做出更好的决策。

（1）单位关联督办事项。所选单位关联督办事项的执行情况分析板块能够实时显示完成项、正常推进项、进度滞后项和重点关注项。例如正在推进的事项显示为蓝色,完成的事项显示为绿色,进度滞后事项显示为红色,重点关注事项显示为黄色。

（2）单位关联项目进度。所选择单位关联项目的进度情况分析板块采用可视化方式对项目进度进行数据汇总和柱状图表展示,对状态异常（逾期项目）的项目进行爆红显示。

（3）单位关联现场动态。所选择单位关联项目的现场动态情况分析板块按照动态事项发生时间进行归类,并采用不同色块展示,使得整体查看更加一目了然。

目前已初步建立起基于CIM平台的AI+智能分析的片区数字化管理模式。以CIM平台为载体,通过AI+智能分析技术汇总分析项目“规建管”全过程重要数据,辅助大鹏新区通过科学比选完成坝光片区整体规划和项目决策,逐步建立工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理机制。通过基于CIM平台AI+智能分析的应用,综合提升了片区开发过程中各相关单位的决策水平和片区整体建设效率,也为片区的智慧城市建设打下坚实的数据基础。具体表现在：

（1）促进了资源共享整合与业务协同。坝光片区CIM管理平台解决方案定位为“承上启下的数据枢纽”,既满足了向上兼容需求,为各类决策机构的大场景应用提供静态数据支撑,成为新区基础CIM平台信息和数据的稳定提供方;又满足了向下兼容需求,为小场景应用提供动态数据标准与要求,并强化各建设单位在平台的参与感与协同感,在保密与权限范围内贡献数据和分享数据。同时,管理平台还关注到片区协调管理需求,打造数字孪生场景下基于数据的现代工程管理方式,为中场景应用“量体裁衣”,制定有效的数据协同平台与工具应用平台。

（2）提升片区的科学管理与智能决策水平。通过智慧城市CIM基础平台的建设可以实现各专项应用及各部门之间的信息共享和交互,实现物联信息的共享与融合,及时、准确、全面、完整地掌握时空信息资源情况,实现跨部门、跨系统的业务协同,进一步提升片区的科学化管理水平和协同水平,为领导科学决策提供有力依据。

（3）投资测算实现动态调整优化。通过对CIM地块投资分析模块的应用,集成多项规划数据,实现片区“多规合一”,支撑城市规划策划、投资分析、规划分析等典型应用场景,为未来城市建设和运营打造数字基底。

（4）打造智慧低碳片区,守护绿水青山。兼顾战略发展创新需求,因地制宜,利用森林、陆地、海洋的特殊地理环境,结合战略发展方向,创新突破,打造智慧低碳片区、智慧化海绵城市,贯彻尊重自然、顺应自然、保护自然的理念,推进生态文明建设。

AI+智能分析在CIM平台的应用探索,将为城市管理带来新的突破和进步。它可以帮助城市管理者更好地了解城市运行状态,及时响应问题和挑战,制定科学合理的决策和规划,它也可以提高城市服务的质量和效率,改善居民生活体验,推动城市可持续发展。然而,AI+智能分析应用也面临一些挑战,如数据隐私保护、算法公平性等。因此,在推进这一领域的发展过程中,需要加强相关法律法规的制定和执行,注重数据安全和隐私保护,确保AI+智能分析应用的合规性和可持续发展。总之,借助CIM平台的AI+智能分析应用,可以实现城市管理的智能化、精细化和高效化,为打造更宜居、宜业、宜游的智慧城市贡献力量。

[1]季珏，汪科，王梓豪，等．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（3）：65-69.

苏家兴 深圳市大鹏新区重点区域建设发展中心

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