从雄安新区到苏州古城，城市信息模型CIM的探索

2022国地云讲堂期间，清华大学建筑学院副教授、中规院（北京）规划设计公司未来城市事业部首席架构师杨滔作了主题为《城市信息模型CIM的探索》的学术报告。

学术层面的CIM

就城市信息模型（CIM）本身而言，其发展是数字“孪生”城市建设的新需求。2017年，我国在探索建设雄安数字孪生城市时，提出“坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设，适度超前布局智能基础设施，推动全域智能化应用服务实时可控，建立健全大数据资产管理体系，打造具有深度学习能力、全球预先的数字城市”。

一是加强智慧基础设施建设，因为整个城市本身的智慧化很大程度上取决于基础设施的智慧化；

二是探索全域智能化环境，即更加强调人和各种虚拟环境之间的交互，使大家能够更好地使用虚拟化媒介；

三是建立数据资产管理体系，作为探索新型城镇化发展的动力之一，过去的城镇化更多地依赖土地，而现在我们需要思考如何让数据转化为资产与资本，从而推动新型城镇化发展，而非依赖于土地本身进行扩张。数字孪生起源于1970年NASA的阿波罗13号时期，之后应用于工业产品全周期管理过程，其关键在于仿真模拟。

随着物联网出现，我们能够及时记录、获取城市运行的脉搏，并对城市进行更精细的计算，这便是数字孪生在城市层面上的发展。在实体城市和数字城市互动过程中，需要多种层级技术支撑。首先是泛在感知网络层，无论是资源感知、还是车联感知、卫星遥感乃至智能建筑感知等，从宏观到微观的全方位感知是核心。通过感知之后，我们便可获取海量数据，海量数据网层便支撑各种数据间的互通。互通之后，便利用高速连接网络层实现数据的实时服务。在服务过程中，便涉及到城市信息模型建设，通过数据分析、人工智能、模拟仿真、辅助决策和业务协同，从而实现真正的万物互联。在此基础之上，支撑智慧城市应用。

与实体城市一样，数字孪生城市建设具有从规划、设计、分析、制造、建设到运维（改造和拆除）的全生命周期，而如何更好地推动数字孪生城市全生命周期建设，需要同时推动数字孪生城市在法定框架、行业规范、跨领域协作、互通性、通用语言五大方面的发展。

数字孪生城市的发展维度 

数字孪生城市发展具有四个维度。

一是可视化，即通过二维、三维以及多种尺度之间不同的可视化，实现城市从宏观到微观上的多元形态展现。

二是人机连接性，从代码交互、图形界面交互、端口配置，到实时的感知设备协同，实现城市级别的人机互联互通。

三是分析性，即逐渐实现从小区域自身的分析评估到嵌入到全国乃至全球环境下的自动化、智能化仿真模拟，乃至人工智能学习。

四是粒度，实现从概念模型、规划模型、交互性模型，到深入每个规则粒度的真实场景模型。需要强调的是，数字孪生城市不仅仅是实体城市的复制和映射，它将基于真实的城市数据不断进化出智能，它将随着数字技术的演进日益强化，最终成为一个承载人类物质世界、社会活动和集体心智的无限场域，即通感城市。在实际建设过程中，往往通过建立时空大数据库、提供全时虚拟服务、探索城市时间规划、优化时空资源配置的思路来实现虚拟时空、社会时空、实体时空的全感知、全要素、全周期、全开放。

CIM的发展

CIM的发展可以从四个方面的驱动进行阐述，一是基于3DGIS与城市模型对各种城市理论进行模型验证，二是利用GIS+CAD，实现对城市设计的三维技术革新，三是基于GIS+BIM满足城市精细化建设治理需求，最后就是实现基于GIS+BIM+IoT的数字孪生城市。同时，也可从环境、模式、设计三个方面对CIM发展进行分析。

从环境方面，CIM发展存在着以人为视角的物质环境、依赖于人彼此之间交流的交互环境和数字化的虚拟环境。

从模式方面，在物质环境中，我们更多强调行为模式，例如，如何把物质环境进行建造、改造乃至拆除；在交互的过程中，我们更多强调感知能力，感知到社会经济发展和人类行为变化；在虚拟环境中，更多反映的是我们的一种思考模式，其依托于物质行为模式或者感知模式，也正是这种思考形成的思想、规则等构成了我们的虚拟环境。

从设计方面，对于物质环境，我们更多注重它的布局设计；对于交互环境，则强调实现交互的场景本身的设计，包括不同部门、不同行业的交织；对于思考模式本身，则强调算法设计，从而借助机器来代替人工。

实践层面的CIM 

当前，CIM技术应用发展呈现两大趋势：一是通过与BIM技术的融合，将微观层面的BIM及其关联的信息合在一起，构建城市信息模型；二是基于城市感知数据，将城市物质环境进行在线和有机关联，为城市安全稳定运行提供一个综合化的数据采集、共享服务平台，支撑城市管理决策。

以数字城市与现实城市同步规划、同步建设为目标，创新数字孪生城市“规、建、管、养、用、维”的新型框架体系、流程体系和标准体系，综合应用数字孪生、物联网、5G、区块链、低轨卫星等新兴信息技术，建立全程管控、智能协同的城市规划建设CIM管理一体化平台，强化城市全生命周期管理，促进城市治理模式创新。一是实现数字化空间共享，强化城市规建管运维全生命周期管理，二是利用数字化空间治理促进城市智慧化、精细化治理模式创新，三是在新型城镇化背景下，如何将数字空间中的数据本身变成资产、形成资本，实现空间增值。

CIM应用实践

在雄安新区建设过程中，按照国家对雄安提出的打造“创新、协同、绿色、开放、共享”的高质量、全球领先的数字城市要求，雄安以“CIM顶层设计、一套标准、一个平台、CIM+N个应用”为建设内容，紧密围绕“以空间为核心的数字城市与现实城市同步规划”的核心任务，实现了以时间为核心的集成创新，以算法为动力的应用创新，以空间为坐标的方法创新和以共享为理念的原始创新，并形成了一个雄安数字规划平台、一套雄安规建管理制度、一套雄安数字规划平台标准体系的三大交付成果。同时，通过视频演示的方式对雄安新区规划建设管理BIM平台、CIM+大项目（深圳北站城市更新）、CIM+大交易（苏州古城更新与旅游）等进行详细介绍。

CIM与数字经济

对CIM平台本身而言，其由基础设施信息层、数据更新、模型扩充、应用场景构成。其中，基础设施会延伸到5G、工业、互联网，乃至卫星物联网、人工智能等数字产业，数据更新则与环境监测、车联网、物联网等密切相关，模型扩充则与水、风、环境、交通、能源等相关模拟仿真，如何将真实环境与模型进行联通，构建更加综合化模型，还需要进行进一步的探索，最后是应用场景，随着面向未来无人车、无人机、数字招商、科技金融、智能电商等方面的需求增加，我们将利用应用场景去反推模型数据和基础设施建设。CIM只有衍生出不同的数字化的市场产品，才能实现长期有效的数字经济发展；若仅依靠政府的投资，则会加重政府财政负担，难以持久。

整体来说，在CIM建设中，我们希望每一种感受都将更及时地被体察，每一份资源都将更精细地被管理，每一个决策都将更精准地被预判，每一个创想都将更合理地被采用。