城市信息模型(CIM)作為依托大數據、物聯網、人工智能等新一代信息技術發展起來的新興技術,逐漸成為新型智慧城市、數字政府建設的重要組成部分,為城市精細管理與智能治理提供基礎支撐。本文針對目前國內缺少省級CIM基礎平臺建設案例的現狀,通過CIM內涵解讀、國內CIM基礎平臺建設情況的總結梳理,結合數字遼寧建設需求,探索研究省級CIM基礎平臺的定位、建設思路、總體架構及建設模式等,以期為省級CIM基礎平臺建設提供參考。

引言

近年來,國家各部委相繼出臺政策文件推進城市信息模型(CIM)基礎平臺建設工作。2020年8月,住房和城鄉建設部、工業和信息化部、中央互聯網信息辦公室等部門聯合出臺了《關于加快推進新型城市基礎設施建設的指導意見》,要求各地廣泛開展CIM基礎平臺建設工作;2021年3月發布的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》進一步明確了CIM基礎平臺建設是推進新型智慧城市建設、提升治理能力的重要抓手。

遼寧省委省政府將CIM基礎平臺建設納入《遼寧省國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二零三五年遠景目標綱要》,在《遼寧省“十四五”數字政府發展規劃》中將其作為重點任務先期啟動建設。同時,遼寧省住房和城鄉建設廳聯合省工業和信息化廳、省委互聯網信息化辦公室、省科學技術廳等部門下發《遼寧省新型城市基礎設施建設實施方案》,要求率先開展省級、沈陽市、大連市、沈撫示范區的CIM基礎平臺建設。

由于省級CIM基礎平臺是國家、省、市三級CIM平臺體系的重要組成部分,承擔著承上啟下的互聯互通作用,目前國內暫無建成的省級CIM基礎平臺。因此,筆者根據國家現行標準和市級CIM基礎平臺建設案例,結合數字遼寧建設的實際工作,以遼寧省為例對省級CIM基礎平臺的定位、建設思路、總體架構和建設模式進行了研究探討。

CIM的內涵與發展

CIM是一項多學科融合的新興技術,由我國率先提出,其理論體系和技術研究尚處于起步階段。近幾年,在國家政策推動和智慧城市建設的迫切需求下,CIM技術迅速發展,技術研究工作和CIM基礎平臺建設廣泛開展。

2.1 CIM的內涵

CIM是在建筑信息模型(BIM)的基礎上,將建筑物在設計、施工、建造、運維全生命周期的建信息集成擴展至城市規劃、建設、管理、運行全過程的城市信息集成管理,是由微觀小場景BI向宏觀大場景CIM的推演。2021年6月,住房和城鄉建設部下發《城市信息模型(CIM)基礎臺技術導則》(修訂版),明確了CIM和城市信息模型基礎平臺的定義:CIM是以BIM、地理信系統(GIS)、物聯網(IoT)等技術為基礎,整合城市地上地下、室內室外、歷史現狀未來多維多度空間數據和物聯感知數據,構建起三維數字空間的城市信息有機綜合體。CIM基礎平臺是管和表達城市立體空間、建筑物和基礎設施等三維數字模型,支撐城市規劃、建設、管理、運行作的基礎性操作平臺,是智慧城市的基礎性和關鍵性信息基礎設施。

從概念上講,CIM是二維底圖和三維模型的空間表達;CIM基礎平臺提供數據管理、表達、共享,具有對其他非空間數據的匯集關聯融合能力、多業務協同應用能力,是實現CIM數據融合、技術融合、業務融合的工具。筆者認為CIM基礎平臺是在CIM的空間底圖和數字模型基礎上,實時動態地匯集關聯城市經濟社會、政務審批、物聯感知等各類信息,實現空間模型對多源城市信息的承載和表達,形成智慧城市建設的數據底座,通過數據、算法、算力的融合,支撐跨平臺、跨層級、跨領域、跨部門的智慧CIM+應用場景建設(圖1)。

圖 1 CIM與CIM基礎平臺的概念及關系2.2 CIM基礎平臺建設現狀分析

2018年11月,住房和城鄉建設部發布《關于開展運用BIM系統進行工程建設項目審查審批和CIM平臺建設試點工作的函》,將廣州、南京、雄安、廈門、北京城市副中心列為CIM基礎平臺建設試點。隨著試點工作的啟動,全國各地也隨之開展CIM基礎平臺建設工作。

在建設目標方面,在落實上位政策要求的同時,要以解決實際問題為出發點。對于以數據驅動為主的CIM基礎平臺建設,其目標是構建多源異構時空數據底板,作為新型智慧城市的基礎數據底座;對于以應用場景驅動為主的CIM基礎平臺建設,其目標是按場景需求匯聚數據、梳理知識和搭建模型,打造智慧應用,突出CIM基礎平臺建設的應用導向和解決問題的能力。

在建設層級方面,CIM基礎平臺劃分為國家級、省級、市級、縣(區)級、鄉鎮級和社區(園區)級。國家級平臺正處在關鍵技術攻關和研發階段;省級平臺只有黑龍江省正在開展建設,其他省份均未啟動,可參考案例有限;市級平臺除試點城市外,還有天津、深圳、杭州、青島、蘇州、蘭州等城市正在開展建設;目前大部分CIM基礎平臺在縣(區)級、鄉鎮級、社區級開展建設,因其體量小,各部門之間協調難度低,應用見效快,基本是以本地區發展需要自發進行建設,特別是服務城市管理“最后一公里”的社區級CIM基礎平臺具有較強的可復制性和推廣性。

從上述分析可以看出,省級CIM基礎平臺建設的可參考案例少,相比市級平臺的橫向協調

工作和縣(區)級、鄉鎮級、社區級平臺的數據協同優勢,省級平臺同時需要橫向、縱向協同,協調難度大,且建設目標具有數據驅動和場景驅動的雙重性,建設復雜程度相對較高(圖2)

圖 2 CIM基礎平臺層級和建設驅動力

遼寧省CIM基礎平臺的定位及建設思路

3.1 平臺定位

通過以上對CIM內涵、CIM基礎平臺建設現狀的梳理,根據省級CIM基礎平臺在國家、省、市等各級CIM基礎平臺體系中的樞紐作用,結合遼寧省實際,將遼寧省CIM基礎平臺定位為數字遼寧的核心基礎數據底座(圖3)。

圖 3 省級CIM基礎平臺定位

3.1.1 省級CIM基礎平臺的中樞和紐帶作用

以“上聯國家、縱向到底、橫向到邊、整體智治”為核心理念,將省級CIM基礎平臺打造為承上啟下、統籌協調的樞紐,發揮綜合性、協調性和約束性作用。縱向上,作為“國家—省—市”三級CIM基礎平臺體系的重要節點,對上按照國家級CIM基礎平臺的要求落實省級平臺職能,按需將省級CIM基礎平臺的任務事項和數據歸集成果上傳至國家CIM基礎平臺,對下接入市級CIM基礎平臺,匯入市級數據,并對市級平臺的運行情況進行監督監管;橫向上,對接省政府各廳局,打通現有業務平臺和數據壁壘,集成相關技術,建設橫向到邊、縱向到底、互聯互通的省級CIM基礎平臺。

3.1.2 以省級CIM基礎平臺為數據基礎底座

遼寧省CIM基礎平臺作為數字遼寧的基礎數據底座,是基礎性、關鍵性的新型基礎設施。通過全省海量多源、多層級、多領域數據的匯聚融合與協同共享,促進數字遼寧跨領域、跨層級、跨部門、跨平臺的智慧化應用場景建設,為遼寧省數字政府、數字經濟、數字社會、數字生活等領域的智慧化建設提供有力支撐,為數字遼寧建設提供底層驅動力。

3.2 建設思路

總體建設思路:以標準為引領,以數據、算法、算力為核心,以應用為導向,以政府統籌管理能力為保障,建設多維數據聚合與協同共享服務的遼寧省CIM基礎平臺(圖4)。

圖 4 省級CIM基礎平臺建設思路

以標準規范建設為引領,先行建設一套標準規范體系,統籌建立技術體系和管理機制,指導省級CIM基礎平臺建設。例如,編寫數據協同共享規則、平臺運維管理與數據更新規范等相應規范文件,特別是《遼寧省城市信息模型(CIM)基礎平臺與國家級、市級CIM基礎平臺互聯互通規范》的編制,在省級平臺搭建、數據共享交換、運維管理等建設標準的基礎上,規范了國家級、省級、市級CIM基礎平臺的上下銜接與互聯互通規則。

將數據、算法、算力作為省級CIM基礎平臺建設的核心。在數據方面,根據遼寧省CIM基礎平臺的定位,通過把橫向、縱向的全要素數據融合匯聚與高效治理,建設多種粒度、空間和時間維度的省級CIM基礎平臺數據庫;在算法方面,由于省級平臺接入的數據規模和數據量巨大,需要借助機器學習、神經網絡、知識圖譜、區塊鏈等人工智能技術對海量數據匯聚融合、數據加載與渲染、數據計算分析等模型算法開展研究,通過模型治理、算法合規等相關技術將通用模型算法標準化,支撐省級CIM基礎平臺的數據業務及應用場景建設;在算力方面,可將遼寧省大數據中心統一政務云資源作為平臺的算力保障。

以多場景應用為導向,建設具有實用性、持續性和可擴展的省級CIM基礎平臺,充分考慮數字遼寧建設各領域應用擴展與延伸的需求,實現多場景CIM+應用。遼寧省CIM基礎平臺通過建立“多源數據與應用需求”映射機制,從住建領域CIM+應用場景建設逐漸向數字政府、數字遼寧多領域場景擴展,先期建設城市體檢智能分析決策、工程建設項目審批智慧管理、住建多元應用“一張圖”智能可視化等應用場景。

以政府高位協調作為項目建設的保障。成立遼寧省CIM基礎平臺建設工作領導小組,由省政府主要領導和各廳局負責人組成,全面協調項目建設過程中所需的各廳局和各地市數據資源、技術資源和相關業務等事項,保障項目的高效順利開展。

遼寧省CIM基礎平臺總體架構研究

遼寧省CIM基礎平臺建設充分與遼寧省數字政府的“基礎保障、資源要素、應用支撐和業務應用”總體架構銜接,在總結數字遼寧和各地CIM平臺建設經驗的基礎上,對《城市信息模型(CIM)基礎平臺建設導則》(修訂版)中的通用架構進行修改,通過構建數據中臺、技術中臺、業務中臺實現平臺的數據共享與能力復用,在功能方面更加突出省級平臺的縱向和橫向數據匯聚、監督監管及互聯互通的作用,CIM+應用場景先期聚焦住建領域的省級應用探索,逐步夯實數據、平臺、制度基礎后擴展跨領域場景,形成遼寧省CIM基礎平臺總體架構(圖5)。總體上,構建了五個層次和兩大體系,包含形成“1+1+1+N”的核心內容,即編制一套標準體系、建立一個省級數據庫、開發一個基礎平臺、建設N個CIM+應用場景。

圖 5 遼寧省CIM基礎平臺總體架構

設施層由計算資源、存儲資源、網絡資源、軟件資源、物聯感知設備等整合形成,基于遼寧省政務云中心,支持可按需動態擴展的高性能計算環境、大容量存儲環境,滿足海量數據存儲、高并發的用戶應用需求。

數據層是遼寧省CIM基礎平臺的核心,通過橫向縱向數據對接、關聯融合,建立集二維GIS數據、三維模型數據、物聯感知數據和各類信息關聯數據于一體的海量、多源、多類型、不同顆粒度的省級CIM數據資源體系,為平臺應用和CIM+場景提供數據支撐。

平臺服務層是實現各類應用與服務的工具,省級CIM基礎平臺功能以多源數據接入、融合匯聚、高效展示與渲染、智能統計分析、綜合監管監測為主,同時兼具市級平臺的數據治理、協同共享、三維分析等功能,滿足不具備CIM基礎平臺建設條件地市的使用要求。

應用層是面向多領域的CIM+應用場景建設,先期建設跨平臺、跨層級的省級城市體檢智能分析決策、省級工程建設審批智能監管和省級住建“一張圖”應用場景。

用戶層覆蓋省級各政府部門、無條件建設市級CIM基礎平臺的地級市以及相關企業,為決策者、專業人員、基層用戶提供Web端、移動端和領導駕駛艙等多端應用。

標準規范體系和信息安全與運維保障體系是省級CIM基礎平臺建設與運維的保障,一方面指導平臺和相關制度的建設,另一方面為數據安全、網絡安全、軟硬件安全等提供安全保障。

遼寧省CIM基礎平臺工作模式研究

5.1 高位協調的組織管理模式

鑒于省級CIM基礎平臺橫向跨部門、縱向銜接國家和地市的特點,成立遼寧省CIM基礎平臺建設工作領導小組,由省級主要領導擔任組長,省大數據管理局、省住房和城鄉建設廳、省自然資源廳主要領導任副組長,其他各廳局分管領導和各地市主要領導為小組成員。領導小組負責統籌組織和協調省CIM基礎平臺建設的相關事宜,指導各地開展CIM基礎平臺建設工作,并對項目建設過程中的重大問題進行研究決策。

領導小組下設辦公室,作為項目的日常管理與實施機構,負責推進項目實施,研究制定保障項目順利完成的各項制度、措施及協調機制,規范項目實施過程,檢查驗收項目建設成效。辦公室設在省住房和城鄉建設廳建筑節能與科學技術處,辦公室主任由住房和城鄉建設廳分管領導擔任。

5.2 專業化技術研究與實踐模式

為了科學、準確、高效地開展省級CIM基礎平臺建設及相關領域研究,借助研究機構和高校的科研資源、企業的實踐經驗,聯合組建遼寧省新型智慧城市與CIM技術創新實驗室。實驗室成員包括中科院自動化所、東北大學等高校研究機構,遼寧省規劃院等城市規劃與城市研究的實踐型企業,以及中國聯通、奧格科技等在新型智慧城市、數字政府建設方面具有豐富經驗的數字化生態公司,形成專業化的技術研究與實踐團隊,長期從事CIM技術體系研究、新一代信息技術在新型智慧城市和數字政府建設中的應用研究、CIM基礎平臺建設頂層設計、相關配套管理制度與體制機制研究等工作。同時,構建技術研究與項目實踐同步開展、轉化促進的模式,在建設實踐過程中持續開展相關技術、機制等創新研究探索,通過技術迭代促進CIM基礎平臺建設等不斷優化升級。

通過基礎建設、人才隊伍建設和技術研究實踐,未來將實驗室打造成為資源整合、共享開放的數字生態平臺,引進國內外數字化領域權威的專家學者和企業,共同開展技術研究、成果孵化等工作,使實驗室成為遼寧省數字生態建設的新引擎。

5.3 “省市統籌、有序推廣”的建設模式

(1)在省市平臺建設統籌方面,目前黑龍江省CIM基礎平臺采用省市統建模式,即省級CIM基礎平臺建成后對省內城市開放使用,各市只負責數據建設,不再單獨建設平臺。遼寧省CIM基礎平臺采用省市統建與省市分建相結合的模式,沈陽、大連、沈撫示范區等有條件的城市及區域先期啟動建設,接入省級CIM基礎平臺;其他暫不具備建設條件的城市可以直接使用省級CIM基礎平臺,接入數據即可,這要求省級CIM基礎平臺兼具市級平臺的功能。

(2)在省市平臺建設時序方面,由于目前遼寧省內各城市均未開展CIM基礎平臺建設,為了省市平臺統一標準、對接方便,提高統籌管理效率,遼寧省采用省級平臺與市級平臺同步規劃、同步建設、同步運行的模式。

(3)在省級平臺建設內容方面,采取“夯實基礎,有序推廣”的模式,在基礎數據匯聚和平臺功能建設的基礎上,先期重點開展住建領域的數據匯聚和CIM+應用場景建設,不斷夯實基礎、擴展應用,逐漸向全要素、全周期、全領域業務應用推廣。

結語

筆者在CIM基礎理論、技術架構和標準體系尚不完善的階段,在缺少省級CIM基礎平臺建設案例的情況下,基于遼寧省數字化建設的研究與實踐,探討了省級CIM基礎平臺的建設思路,初步探索提出了遼寧省CIM基礎平臺的定位、總體架構及建設模式,為省級CIM基礎平臺建設提供有價值的參考。

由于省級CIM基礎平臺需要匯聚關聯全省的空間模型和各類屬性信息,其對海量數據的存儲、快速加載、高效渲染、融合分析和跨領域應用模型等技術要求較高。下一步,還需依托遼寧省新型智慧城市與CIM技術創新實驗室的組建,對海量多源異構數據的匯聚及融合技術、高效組織與輕量化技術、高效圖形渲染技術、人工智能相關技術、多模態CIM數據儲存檢索及分析技術、基于大數據分布式的部署技術等進行深入研究。