武鵬飛，李建鋒，胡子航

（數(shù)云科際（深圳）技術(shù)有限公司，廣東 深圳518000）

當前世界正處在“百年未有之大變局”之中，世界格局風云變化，科學技術(shù)蓬勃發(fā)展。隨著信息時代的深入，人類社會正在從以工業(yè)文明為中心向以信息文明為中心轉(zhuǎn)變，信息技術(shù)正在給各行各業(yè)帶來深刻變革。城市作為現(xiàn)代人類生活的基礎(chǔ)，其建設(shè)方式、運行方式同樣在發(fā)生變革，近幾年國家各級政府部門多次提出了智慧城市和新型智慧城市的建設(shè)要求，為城市的發(fā)展建設(shè)指明了方向。在信息技術(shù)的普及和推動下，城市信息模型（CIM）的概念應(yīng)運而生，從物理城市的數(shù)字化鏡像角度，為城市各級數(shù)據(jù)的有效協(xié)同、計算分析、事件預警、動態(tài)演化和仿真可視化等提供支持，為智慧城市建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐[1]。

1 CIM建設(shè)現(xiàn)狀分析

近幾年，國內(nèi)外學者針對CIM建設(shè)開展大量研究工作，從城市級CIM、園區(qū)級CIM兩個層級探討框架建設(shè)，并在數(shù)據(jù)融合、可視化展現(xiàn)、工程各階段應(yīng)用等方面取得了一定的研究成果[2]。同時，在國家政策層面，CIM建設(shè)也得到了充分的支持。2018年11月，住建部啟動城市信息模型（CIM）平臺建設(shè)的試點工作，將雄安、北京城市副中心、廣州、南京、廈門等列入“運用建筑信息模型（BIM）進行工程項目審查審批和城市信息模型（CIM）平臺建設(shè)”試點，對CIM的建設(shè)發(fā)展起到了重要的推動作用[3]。2020年9月，住建部印發(fā)《城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺技術(shù)導則》[4]，對CIM、CIM基礎(chǔ)平臺等概念進行了定義，對CIM基礎(chǔ)平臺的框架體系和應(yīng)用方向進行了描述，并為CIM基礎(chǔ)平臺建設(shè)提供了具體操作方法。

雖然CIM在政策、理論、實踐等方面都取得了階段進展，但CIM仍處在起步階段，仍有大量問題亟待解決，突出表現(xiàn)在以下方面。

1.1 針對性不足

CIM建設(shè)應(yīng)結(jié)合城市的要素稟賦和實際需要，明確CIM建設(shè)的出發(fā)點和需要解決的關(guān)鍵問題。當前，CIM建設(shè)存在一定的“形象工程”“盲目建設(shè)”情況，建設(shè)內(nèi)容大同小異，缺少針對性。雖然，《城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺技術(shù)導則》中將CIM定義為城市的一種三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但CIM具體包含哪些數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)怎么匯集、數(shù)據(jù)怎么應(yīng)用等缺少充分的研究。

1.2 底層數(shù)據(jù)不通

CIM在一定程度上將實現(xiàn)城市地上地下、宏觀微觀、歷史現(xiàn)在、室內(nèi)室外、靜態(tài)動態(tài)等多個維度數(shù)據(jù)的整合，但從目前的建設(shè)情況來看，機械物理將各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)堆集到一個庫的情況比較普遍，數(shù)據(jù)在后臺和底層并未貫通，對跨平臺、跨系統(tǒng)、跨部門、跨時段數(shù)據(jù)的綜合計算、統(tǒng)計分析、動態(tài)展示等支持不足，面對多來源、多格式、多種類、多時相數(shù)據(jù)的處理和治理還需開展深入研究。

1.3 建設(shè)標準缺失

CIM建設(shè)是一項系統(tǒng)性、長期性、整體性工程，是一項浩大的工程，需要城市各部門通力合作，需要城市各參與方的全力配合。但目前，CIM的數(shù)據(jù)清單、數(shù)據(jù)的來源、數(shù)據(jù)的格式、數(shù)據(jù)的交付流程、數(shù)據(jù)管理規(guī)范、數(shù)據(jù)治理標準等基礎(chǔ)內(nèi)容很多是缺失的，部分工作的開展是沒有統(tǒng)一要求的，前期標準的缺失將為后期CIM數(shù)據(jù)的治理帶來數(shù)倍的工作量。

1.4 存在重復建設(shè)

當前，很多城市至少存在3套城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分別存放在住建部門、自然資源部門和公安部門，有的城市可能在水務(wù)、交通等其他部門也有城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但關(guān)注點和數(shù)據(jù)精細度存在較大差別。明確本城市CIM建設(shè)的目標和出發(fā)點，由一個具體業(yè)務(wù)部門牽頭實施，對于推動CIM建設(shè)可能更加有利。住建部門牽頭建設(shè)可以支撐城市規(guī)劃、多規(guī)合一，支撐城市管理精細化，支撐新型智慧城市的建設(shè)；工信部門牽頭可以加大CIM、IoT、AI、5G等新一代信息技術(shù)的推廣應(yīng)用，進而促進產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級；自然資源部門牽頭可以更有效地開展地理國情普查，對自然、人文、經(jīng)濟等多項地理元素進行有效的統(tǒng)籌和管理；網(wǎng)信部門牽頭可以通過建設(shè)城市大腦、政務(wù)服務(wù)“一網(wǎng)通辦”，支撐政府精準施政和應(yīng)急聯(lián)動高效指揮。

2 CIM與數(shù)字孿生

CIM的概念和價值已得到行業(yè)的廣泛認同，CIM真正的落地實施離不開兩項核心技術(shù)的支持，一項是數(shù)字孿生，另一項是大數(shù)據(jù)。

數(shù)字孿生是在實體城市的基礎(chǔ)上，在虛擬世界形成一套平行的數(shù)字化成果，是CIM建設(shè)的基礎(chǔ)[5]。數(shù)字孿生不是對實體城市的簡單數(shù)字化，而是在大量數(shù)據(jù)的融合、整合、集成基礎(chǔ)上，實現(xiàn)城市各類要素內(nèi)在關(guān)聯(lián)的數(shù)字化。數(shù)字孿生貫穿城市規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行全周期，當前數(shù)字孿生技術(shù)在城市建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用還是點的形式的應(yīng)用、比較分散。數(shù)字孿生對CIM、智慧城市的支持可以細化為不同的層級[6]。

2.1 “數(shù)化”是數(shù)字孿生的基本要求

“數(shù)化”是CIM建設(shè)的最基礎(chǔ)階段，與數(shù)字城市的概念類似，實現(xiàn)城市建筑信息、地理信息、街景、道路交通等基礎(chǔ)信息的數(shù)字化，能夠支持簡單的查看、查詢等操作。由于BIM模型的廣泛性，單體建筑的數(shù)字化程度得到極大提升，建筑內(nèi)部的門窗、桌椅、管道、設(shè)備等都能夠進行數(shù)字化表達，但本階段的主要特點仍然是實體城市的數(shù)字化。

2.2 “互動”是數(shù)字孿生的價值體現(xiàn)

“互動”是在數(shù)字化的基礎(chǔ)上，基于虛擬數(shù)據(jù)的模擬分析、統(tǒng)計計算等為實體城市的建設(shè)管理提供優(yōu)化建議。在工程項目的設(shè)計和施工階段，通過BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計方案、優(yōu)化施工工藝工序，輔助提升工程的設(shè)計品質(zhì)和建造質(zhì)量。在我們生活中，常用的手機地圖功能，是一個非常典型的數(shù)字化互動案例，通過傳感器、攝像頭等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對手機地圖中的數(shù)據(jù)實時更新，根據(jù)采集的實施路網(wǎng)擁堵情況實時計算、切換最優(yōu)路線。

2.3 “先知”是孿生數(shù)據(jù)的趨勢研判

“先知”的結(jié)果相當于趨勢分析，通過歷史數(shù)據(jù)的積累和分析，可以預測未來的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)對未來的提前感知。依據(jù)各種計算模型和仿真算法，在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對城市人口、勞動力人口、城市GDP、城市交通擁堵程度、城市用水量、景區(qū)客流量等變化趨勢進行預測分析，為城市規(guī)劃、各部門應(yīng)對措施制定、企業(yè)經(jīng)營策略制定等提供數(shù)據(jù)支持。

2.4 “先覺”是數(shù)據(jù)集成的分析挖掘

“先覺”是在歷史大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開展數(shù)據(jù)挖掘，挖掘的知識很多是沒有預期的。通過城市經(jīng)濟、人文、社交等多類型數(shù)據(jù)的集成分析，可能會分析出傳染病爆發(fā)可能性、女性網(wǎng)購與大型體育賽事的關(guān)系等，這些知識的內(nèi)在邏輯很可能是超出人們的認知的，是預料之外的，但這些知識很可能會成為城市規(guī)劃建設(shè)、運行管理的重要需求。

2.5 “共智”是智慧城市的建設(shè)目標

“共智”是數(shù)字孿生的最高階段，也是智慧城市建設(shè)的高階目標，是CIM建設(shè)的重要方向。當前，CIM只是包含了BIM、GIS、IoT等部分數(shù)據(jù)，只是建立了城市的骨架，城市是個復雜的動態(tài)巨系統(tǒng)，其核心是人流、車流、物質(zhì)流、信息流、能量流，這些是城市的血肉。在交通、通訊、水務(wù)、金融、能源等多行業(yè)都達到較高的數(shù)字化、智能化程度，各行業(yè)高度互通、高度關(guān)聯(lián)，將共同推動城市智慧化水平邁上新臺階。

3 CIM與大數(shù)據(jù)

CIM的本質(zhì)是數(shù)據(jù)，其建設(shè)是對城市海量數(shù)據(jù)的匯集，但不是簡單、機械地匯總一個數(shù)據(jù)庫，而是要打通各專項數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，形成有機數(shù)據(jù)整體，在此過程中，大數(shù)據(jù)技術(shù)將成為CIM高質(zhì)量建設(shè)的重要技術(shù)。

近年來，隨著數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)是重要生產(chǎn)資料理念的不斷深入人心，大數(shù)據(jù)技術(shù)在理論體系、實施方法等方面不斷完善，逐步成為各行業(yè)數(shù)據(jù)能力建設(shè)的重要支撐。在CIM建設(shè)中，大數(shù)據(jù)技術(shù)將發(fā)揮十分重要的作用，但也有一些方面需要思考和完善。

3.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量是基礎(chǔ)

當前，由于數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)需求、數(shù)據(jù)建設(shè)范圍、數(shù)據(jù)審核制度等不完善，CIM普遍存在數(shù)據(jù)質(zhì)量不高的情況。數(shù)據(jù)治理是數(shù)據(jù)質(zhì)量提升的有效手段，按照一定的組織要求、格式要求、流程要求對CIM數(shù)據(jù)進行規(guī)范化、標準化，激活和釋放數(shù)據(jù)價值。當前CIM數(shù)據(jù)基本都是歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)治理工作是必不可少的，通過數(shù)據(jù)治理保證CIM數(shù)據(jù)的可信可用。

3.2 數(shù)據(jù)安全是保障

CIM建設(shè)中涵蓋了城市建設(shè)的多方面數(shù)據(jù)，個別數(shù)據(jù)會涉及保密問題。通過設(shè)置不同的用戶權(quán)限，或針對不同用戶創(chuàng)建多套不同精度的數(shù)據(jù)解決部分數(shù)據(jù)安全問題，如城市基礎(chǔ)地理信息可以按照面對公眾的、面對各委辦局的、面對內(nèi)部涉密應(yīng)用的不同等級建立多套數(shù)據(jù)。此外，針對CIM數(shù)據(jù)庫還需要采用數(shù)據(jù)加密、防火墻、堡壘機、異地備份等多種手段保證數(shù)據(jù)安全。

3.3 數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)是核心

CIM是由人民政府組織建設(shè)的，是城市的資產(chǎn)，但數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)問題是不能回避的。隨著CIM建設(shè)的不斷深入，大量數(shù)據(jù)是個人、企業(yè)的行為數(shù)據(jù)、經(jīng)營數(shù)據(jù)，還有部分數(shù)據(jù)很可能是個人或企業(yè)生產(chǎn)的，那么CIM的所有權(quán)就成為很重要的問題。伴隨著數(shù)據(jù)所有權(quán)問題，會連帶產(chǎn)生數(shù)據(jù)使用權(quán)、數(shù)據(jù)處置權(quán)、數(shù)據(jù)收益權(quán)、數(shù)據(jù)交易權(quán)等一系列問題。當前，行業(yè)已意識到相關(guān)問題的重要性，正在積極開展相關(guān)研究和立法工作，在CIM建設(shè)中應(yīng)對數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)問題予以重視。

3.4 數(shù)據(jù)交易是趨勢

CIM匯集的城市數(shù)據(jù)不應(yīng)只服務(wù)于政府部門，還應(yīng)為企事業(yè)單位、個人所使用，從而使CIM價值最大化，數(shù)據(jù)交易將是未來CIM建設(shè)的必然要求。有些服務(wù)是免費的，有些服務(wù)可以是收費的，不同政府部門之間的數(shù)據(jù)交換可能也是要收費的。在此過程中，有些環(huán)節(jié)需要重點予以考慮，包括數(shù)據(jù)價值認定、數(shù)據(jù)定價、數(shù)據(jù)交易合法平臺、數(shù)據(jù)隱私保護等都需要建立健全。

4 CIM建設(shè)建議

本文基于當前CIM建設(shè)現(xiàn)狀和存在問題，結(jié)合數(shù)字孿生和大數(shù)據(jù)的技術(shù)要求，系統(tǒng)梳理CIM建設(shè)思路，提出如下建議。

4.1 梳理CIM建設(shè)的核心訴求

各城市在CIM建設(shè)之前，首先應(yīng)分析CIM建設(shè)的需求和客觀情況，明確CIM建設(shè)的初衷和目標，明確CIM建設(shè)具體解決的城市發(fā)展問題，明確本城市CIM數(shù)據(jù)具體包含的清單內(nèi)容，以及各項數(shù)據(jù)的來源，并制定相應(yīng)的CIM建設(shè)頂層規(guī)劃，成為本城市CIM建設(shè)的綱領(lǐng)性文件，指導相關(guān)標準編制、平臺研發(fā)、各方統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)匯集等工作。

4.2 建立健全CIM建設(shè)相關(guān)標準

CIM建設(shè)涉及的部門、行業(yè)、參與方眾多，數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)格式多種多樣，為減少后續(xù)數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)整理和數(shù)據(jù)治理的工作量，應(yīng)優(yōu)先研究CIM建設(shè)標準體系，開展相關(guān)標準編制，為各方提供統(tǒng)一的行為規(guī)范。CIM的標準體系至少應(yīng)包含數(shù)據(jù)標準、技術(shù)標準、管理標準、應(yīng)用標準等類型，滿足CIM數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)安全保障、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用等多個方面的需要。

4.3 研發(fā)CIM數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用平臺

平臺是CIM建設(shè)和應(yīng)用的工具支撐，是CIM建設(shè)必不可少的部分。目前，大部分CIM系統(tǒng)的架構(gòu)包含設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層、用戶層等層級，形成較為完善的數(shù)據(jù)采集、處理和應(yīng)用體系。CIM平臺建設(shè)中應(yīng)考慮以下幾方面問題：一是服務(wù)層需要有強大的算力和高效的算法，滿足海量城市數(shù)據(jù)處理和各級用戶需要；二是平臺建設(shè)中要充分考慮各專項系統(tǒng)、各類傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)接口，盡量減少數(shù)據(jù)處理工作量和數(shù)據(jù)損失；三是要充分考慮城市未來發(fā)展，預留充足的空間，保證系統(tǒng)后續(xù)功能、數(shù)據(jù)的擴展需求。

4.4 完善CIM相關(guān)生態(tài)體系建設(shè)

CIM是一項體系性工作，涉及到城市建設(shè)和運行的方方面面，需要搭建CIM建設(shè)的生態(tài)體系，保證CIM建設(shè)的順利開展。如表1所示，只有陽光、水、空氣、生產(chǎn)者、消費者、分解者、土壤等要素基本齊備的情況下，CIM才能更好的健康、正向、積極推進。

表1 CIM建設(shè)的生態(tài)系統(tǒng)

4.5 拓展CIM數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用

雖然CIM的定位是城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，但在建設(shè)過程中，必須考慮后續(xù)的應(yīng)用，具體怎么支撐、支撐什么、解決什么，這些基礎(chǔ)問題應(yīng)該在CIM建設(shè)之前考慮清楚。CIM的最大優(yōu)勢在于一定程度上打通了各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)壁壘，形成了跨行業(yè)、跨部門、跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集，有利支持數(shù)據(jù)集成應(yīng)用；劣勢可能是數(shù)據(jù)精度不高、細度不夠，水務(wù)部門關(guān)注泵閘的位置和運行情況，燃氣部門關(guān)注閥門的位置、型號、備件情況，電力部門關(guān)注的是變電站的位置、變壓等級、變壓器數(shù)量型號等，這些數(shù)據(jù)可能不會包含在CIM中，否則會造成大量的數(shù)據(jù)冗余，數(shù)據(jù)量將指數(shù)級增長。從目前的建設(shè)情況看，除了項目的設(shè)計、施工、運行管理，CIM可以在城市綜合管理和應(yīng)急指揮提供支撐，具體針對每個行業(yè)如何支撐可能需要詳細的研究和討論。

5 結(jié)束語

CIM是智慧城市的基礎(chǔ)，也是近年城市信息化建設(shè)的熱點，面對CIM我們首先要做的可能還是發(fā)出“靈魂三問”，是什么、有什么用、怎么用。本文對CIM的價值沒有再贅述，更多的是對CIM建設(shè)的現(xiàn)狀提出了一些思考和建議，希望為CIM的建設(shè)提供一定的借鑒。

本文在系統(tǒng)分析當前CIM建設(shè)問題的基礎(chǔ)上，從需求梳理、標準建設(shè)、生態(tài)建設(shè)等方面提出了相應(yīng)的建設(shè)思考，并初步分析了大數(shù)據(jù)對CIM的支持，特別是CIM建設(shè)后期會帶來數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)、數(shù)據(jù)交易、數(shù)據(jù)定價等多方面的問題。相信通過各方的共同努力，CIM的理論、標準、實踐都會取得更大的進展，CIM的概念也會得到深化，不再是城市信息模型，而是城市智慧模型（City Intelligent Model），實現(xiàn)智慧城市建設(shè)的跨越式發(fā)展。