郭巍　吴开达　吕令聪　史益军

【摘要】    随着智慧城市/园区概念不断兴起，关于其如何建设已成为研究热点。本文通过对城市建筑信息模型CIM平台构建进行简要的概述，同时对CIM平台在智慧园区多场景应用进行简要分析，并阐述了发展与建议。

【关键词】    CIM    智慧园区    多场景应用

引言：

近年来，随着我国城市化不断发展，城市数量和居民数量激增。城市管理水平却没有与时俱进，城市交通拥堵、地下管线老旧、环境污染等问题严重影响居民生活质量。各国为解决城市发展遇到的问题，提出了智慧城市概念，即在城市级尺度上（或产业园区），利用新一代信息技术，通过数字化集成手段，提升城市智能化管理水平。

城市信息模型作为城市级尺度的数据基础，为城市综合治理和新型智慧城市建设，提供了新方法、新途径、新工具，并成为当下研究热点。住建部2020年把“加快构建部、省、市三级CIM平台建设框架体系”作为九大重点任务之一，从解决“城市病”突出问题入手，统筹城市规划建设管理，推动城市高质量发展，加快建设城市综合管理服务平台，着力解决城市多源信息实时融合问题，推动CIM在新型智慧城市中的落地。

一、CIM平台概述

1.1 CIM概述

由于国内外对城市信息模型研究处于起步阶段，还没有十分明确的定义。目前行业普遍认为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，利用与云计算、大数据等技术，整合城市级区域内（或某园区）数据资源，从宏观微观，室内室外，地上地下，静态动态，构建一个多维度、尺度的信息模型和城市感知数据的数字表达的有机体，实现城市建设的规划、建设、运行、维护及管理、服务的智慧化，保障城市基础设施或建筑全生命期的安全、高效、智能、绿色，从而提升城市基础设施功能和城市运行能力。

1.2 CIM平台构建

1.2.1建設内容

通过物联网、自动化、BIM+GIS可视化等技术，构建“一中心”、“一平台”，“N集成”（即“1+1+N”）的智慧运维系统，实现标准规范、支持环境、业务功能和对外服务四个统一的体系。

一个中心为指挥调度中心。通过在指挥中心搭建大数据分析和展示，依托底层计算资源，实现城市运维中大数据快速检索、各类数据模型的分析处理，并能提供标准接口服务，为相关部门业务应用和应急指挥应用提供支撑。

一个平台为统一管控平台，包含综合管控、运维管理、运营服务、能耗管理、应急指挥、大数据分析与展示、应用维护系统、后台支撑服务等。将城市关键设施设备运行、环境、安全防范、结构健康、视频图像、预警报警、巡检等信息内容进行融合，统一在空间可视化平台进行集中展现，实现城市一体化的立体监控、运维管理、应急指挥、智慧运营、大数据分析等。

N个集成包括各种环境监测、设备监测、公共安全、结构健康监测、人员、视频、消防、入侵、门禁、照明、能源、智慧巡检等，并能够进行系统间的联动报警和联动控制。

四个统一体系：一是统一标准规范体系（数据接口标准、基础数据标准等）;二是统一支撑环境体系（数据服务总线、数据交换接口、工作流、用户权限管理、BIM系统、GIS系统、配套硬件支撑等）;三是统一业务功能体系（监管业务、运维业务、应急指挥、运营服务、大数据分析及可视化等）;四是统一对外服务体系（数据服务、应用服务等）。

1.2.2发展方向

CIM平台实际项目应用，在实操层面往往会面对三个问题。第一个问题，三维信息模型文件过大，一个城市级尺度CIM模型往往达到几个T，大量的数据需要存储、处理。第二个问题，大量的数据包含不同类型，有历史数据、实时数据、静态数据、动态数据等，以上数据的质量、数据筛选，致平台数据采集频次（合理数据量、平台压力等因素）难以解决。第三个问题，各系统的开放程度，接入哪些系统、接入平台的价值，还有信息数据安全、政府的保密要求等。

针对以上问题，CIM目前有两个发展方向：

一是单个地域CIM应用，优势是各个运维应用模块、应用场景都能比较充分的展示、连接。以智慧社区为例，通过建立社区数字模型，可以为社区提供直观的三维展示。结合社区管理业务，形成可视化管理，将各职能部门分散业务整合打通，分层管理，科学调度，使数据共享，精细化管理，实现网格化社会治理联动。

二是专项场景CIM应用，优点在于CIM的几个核心技术BIM、GIS、IOT等都可以充分体现和验证，能达到CIM集成的初衷。以城市级基于CIM的智慧灯杆管理为例，数据量足够大，通过有效的进行灯杆BIM搭建、GIS技术的连接及定位、IOT动态数据的连接，能把智慧灯杆全部有效的管理，包括预警、统计、维修等。

二、基于CIM的智慧园区多项目应用

2.1智慧园区的设计

智慧园区构建主要分为基础层、整合层、应用层。基础层即通过CIM数据平台和BIM+GIS+IOT技术获取园区基础数据。

整合层即将基础数据层提供的海量数据进行详细的处理，通过具体指标及可视化手段对数据进行量化和直观显现，从而更加方便快捷对接不同领域（园区类安防、交通、政务等）的数据，形成一个系统性的数据库，最后通过多项目的场景化应用将这些数据应用到不同的场景中。

2.2多项目应用

利用信息化技术手段，通过CIM平台集成汇总各类数据并做相应处理，实现多项目应用，从而达到高效精准管理的目的。

2.2.1三维展示

平台通过构建的虚拟仿真三维模型，可以实现展馆、建筑、楼层、房间、设备的逐级三维可视，为参观人员了解国际项目中心的宏观情况建立直观视图，帮助各类参展人员迅速熟悉项目中心的环境，改善信息交互效率。

2.2.2运维管理

在传统的产业园区管理中，设计施工阶段所使用的管路图纸，在运营阶段日常检修时，理解门槛较高，不利于工作效率的保障。通过CIM平台，利用其三维可视化运维系统，能够将产业园区内各种状况直观呈现在三维模型中，帮助管理和维修人员更加高效、安全的工作，从而实现园区“智能化”运维。

2.2.3设备管理

利用CIM平台对园区内设备进行实时监控，当设备发生故障报警时，通过CIM平台内嵌系统采集分析的障点位，同时清晰呈现在三维BIM场景中，从而管理人员能够迅速判断故障影响范围，定位故障根源，为运维人员的思考判断，提供直观的分析判断，提升运维效率。

2.3.4安全监控管理

通过视频监控功能，多形式自由组合重点关注区域，辅助工程师便捷的查看现场视频，在提高工作效率的同时，最大程度降低现场的风险。

此外，视频监控功能基于BIM模型和摄像头点位呈现，有利于持续优化视频监控的建设分布，改善视频监控的管理水平。例如在发生消防报警的时候，系统能够调出关联的监控视频，便于管理者准确了解现场情况。

2.2.5能耗管理

通过IBMS数据进行能耗管理与分析，能耗主要从耗电，耗水这几个指标，利用逻辑回归，构建能耗模型，能耗模型程度分为：节能，耗能，浪费三个指标，最终实现精确化能耗管理。

2.2.6地下管网管理

通过综合管廊对园区类地下管网进行集中管理，能够将管路直观呈現在三维模型中，帮助管路检修工作更加高效、安全的进行。

2.2.7移动应用

移动运维APP的使用者为项目中心内部用户（运维人员、运维管理人员、物业安保保洁等），移动运维APP能够跨越空间限制，帮助内部用户在信息实时性、有效性、一致性的基础上，保证运维信息的共享;更为便捷、快速地完成日常运维、保障工作。

三、发展建议

3.1推动BIM数据轻量化、标准化

由于BIM着重关注于建筑单体以及建筑单体细节信息（如建筑结构、机电管线、建筑装饰等），一旦研究对象区域尺度过大，场景范围过大，建筑数量增多，将会导致模型体量大，数据多，整个CIM平台将面临巨大的数据量挑战。因此，有必要对BIM模型进行轻量化处理，大幅降低数据体量。

当前国内BIM建模软件数量众多，质量参差不齐，缺乏统一的标准、规范。BIM模型往往格式不一，导致难以采用一种技术方案实现模型信息共享，数据容易损坏、丢失，阻碍了BIM与GIS的对接。因此，有必要制定统一BIM模型标准、规范，对BIM数据的格式与开放性提出规范性要求。

3.2增强CIM平台万物互联

虽然CIM在行业内普遍认为是BIM+GIS+IOT的有机结合，但由于BIM+GIS融合包含了大量的数据，要实现数据的实时动态CIM要求一直存在技术上的困难，因此CIM平台的IOT往往被弱化，仍停留在图表分析，报表统计等方面。随着国内5G技术的迅猛发展，利用5G的超宽带、超低延迟和超大连接为加深CIM平台万物互联提供了技术基础。

3.3探索新的应用场景

随着社会技术的不断发展，CIM平台可以利用新技术探索新的应用场景。例如利用无人机遥感技术提取地形数据、建筑数据和道路数据等，提升CIM建模效率。此外，CIM平台还可以与AI、大数据结合，通过CIM平台为AI算法提供信息支撑，而通过AI算法的自主学习、自我进化后反作用于CIM平台，提升园区仿真推演和智能决策的能力。

四、结束语

CIM是智慧城市/园区的三维数字底板，是数字孪生城市的物理镜像。CIM平台，凭借其在技术层面上集成AI、BIM、GIS、IoT、5G、大数据、云计算等先进的新一代信息技术，将城市和重要建筑设施设备及运营等数据进行整合，将智慧城市的应用场景植入CIM平台进行统一管理，实现城市管理一张蓝图管到底，提高城市综合治理和精细化管理水平。

随着CIM技术的不断发展、突破，将推动智慧园区的转型和升级，助力智慧园区实现数据共享、业务协同、决策智能等;同时催生更多的业务场景和创新应用，CIM技术将为智慧园区和智慧城市的建设提供更多支撑。

科研课题：

山东省住房和城乡建设厅科技示范项目“山东第一医科大学CIM智慧运维平台”（2020-S6-2）;

中建八局科技研发项目“基于CIM的数字孪生智慧城市建设研究与应用”（2021-3-08）