省级CIM 基础平台建设研究与思考

城市信息模型(CIM)作为依托大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术发展起来的新兴技术,逐渐成为新型智慧城市、数字政府建设的重要组成部分,为城市精细管理与智能治理提供基础支撑。本文针对目前国内缺少省级CIM基础平台建设案例的现状,通过CIM内涵解读、国内CIM基础平台建设情况的总结梳理,结合数字辽宁建设需求,探索研究省级CIM基础平台的定位、建设思路、总体架构及建设模式等,以期为省级CIM基础平台建设提供参考。

引言

近年来,国家各部委相继出台政策文件推进城市信息模型(CIM)基础平台建设工作。2020年8月,住房和城乡建设部、工业和信息化部、中央互联网信息办公室等部门联合出台了《关于加快推进新型城市基础设施建设的指导意见》,要求各地广泛开展CIM基础平台建设工作;2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》进一步明确了CIM基础平台建设是推进新型智慧城市建设、提升治理能力的重要抓手。

辽宁省委省政府将CIM基础平台建设纳入《辽宁省国民经济和社会发展第十四个五年规划和二零三五年远景目标纲要》,在《辽宁省“十四五”数字政府发展规划》中将其作为重点任务先期启动建设。同时,辽宁省住房和城乡建设厅联合省工业和信息化厅、省委互联网信息化办公室、省科学技术厅等部门下发《辽宁省新型城市基础设施建设实施方案》,要求率先开展省级、沈阳市、大连市、沈抚示范区的CIM基础平台建设。

由于省级CIM基础平台是国家、省、市三级CIM平台体系的重要组成部分,承担着承上启下的互联互通作用,目前国内暂无建成的省级CIM基础平台。因此,笔者根据国家现行标准和市级CIM基础平台建设案例,结合数字辽宁建设的实际工作,以辽宁省为例对省级CIM基础平台的定位、建设思路、总体架构和建设模式进行了研究探讨。

CIM的内涵与发展

CIM是一项多学科融合的新兴技术,由我国率先提出,其理论体系和技术研究尚处于起步阶段。近几年,在国家政策推动和智慧城市建设的迫切需求下,CIM技术迅速发展,技术研究工作和CIM基础平台建设广泛开展。

2.1 CIM的内涵

CIM是在建筑信息模型(BIM)的基础上,将建筑物在设计、施工、建造、运维全生命周期的建信息集成扩展至城市规划、建设、管理、运行全过程的城市信息集成管理,是由微观小场景BI向宏观大场景CIM的推演。2021年6月,住房和城乡建设部下发《城市信息模型(CIM)基础台技术导则》(修订版),明确了CIM和城市信息模型基础平台的定义:CIM是以BIM、地理信系统(GIS)、物联网(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度空间数据和物联感知数据,构建起三维数字空间的城市信息有机综合体。CIM基础平台是管和表达城市立体空间、建筑物和基础设施等三维数字模型,支撑城市规划、建设、管理、运行作的基础性操作平台,是智慧城市的基础性和关键性信息基础设施。

从概念上讲,CIM是二维底图和三维模型的空间表达;CIM基础平台提供数据管理、表达、共享,具有对其他非空间数据的汇集关联融合能力、多业务协同应用能力,是实现CIM数据融合、技术融合、业务融合的工具。笔者认为CIM基础平台是在CIM的空间底图和数字模型基础上,实时动态地汇集关联城市经济社会、政务审批、物联感知等各类信息,实现空间模型对多源城市信息的承载和表达,形成智慧城市建设的数据底座,通过数据、算法、算力的融合,支撑跨平台、跨层级、跨领域、跨部门的智慧CIM+应用场景建设(图1)。

图 1 CIM与CIM基础平台的概念及关系2.2 CIM基础平台建设现状分析

2018年11月,住房和城乡建设部发布《关于开展运用BIM系统进行工程建设项目审查审批和CIM平台建设试点工作的函》,将广州、南京、雄安、厦门、北京城市副中心列为CIM基础平台建设试点。随着试点工作的启动,全国各地也随之开展CIM基础平台建设工作。

在建设目标方面,在落实上位政策要求的同时,要以解决实际问题为出发点。对于以数据驱动为主的CIM基础平台建设,其目标是构建多源异构时空数据底板,作为新型智慧城市的基础数据底座;对于以应用场景驱动为主的CIM基础平台建设,其目标是按场景需求汇聚数据、梳理知识和搭建模型,打造智慧应用,突出CIM基础平台建设的应用导向和解决问题的能力。

在建设层级方面,CIM基础平台划分为国家级、省级、市级、县(区)级、乡镇级和社区(园区)级。国家级平台正处在关键技术攻关和研发阶段;省级平台只有黑龙江省正在开展建设,其他省份均未启动,可参考案例有限;市级平台除试点城市外,还有天津、深圳、杭州、青岛、苏州、兰州等城市正在开展建设;目前大部分CIM基础平台在县(区)级、乡镇级、社区级开展建设,因其体量小,各部门之间协调难度低,应用见效快,基本是以本地区发展需要自发进行建设,特别是服务城市管理“最后一公里”的社区级CIM基础平台具有较强的可复制性和推广性。

从上述分析可以看出,省级CIM基础平台建设的可参考案例少,相比市级平台的横向协调

工作和县(区)级、乡镇级、社区级平台的数据协同优势,省级平台同时需要横向、纵向协同,协调难度大,且建设目标具有数据驱动和场景驱动的双重性,建设复杂程度相对较高(图2)

图 2 CIM基础平台层级和建设驱动力

辽宁省CIM基础平台的定位及建设思路

3.1 平台定位

通过以上对CIM内涵、CIM基础平台建设现状的梳理,根据省级CIM基础平台在国家、省、市等各级CIM基础平台体系中的枢纽作用,结合辽宁省实际,将辽宁省CIM基础平台定位为数字辽宁的核心基础数据底座(图3)。

图 3 省级CIM基础平台定位

3.1.1 省级CIM基础平台的中枢和纽带作用

以“上联国家、纵向到底、横向到边、整体智治”为核心理念,将省级CIM基础平台打造为承上启下、统筹协调的枢纽,发挥综合性、协调性和约束性作用。纵向上,作为“国家—省—市”三级CIM基础平台体系的重要节点,对上按照国家级CIM基础平台的要求落实省级平台职能,按需将省级CIM基础平台的任务事项和数据归集成果上传至国家CIM基础平台,对下接入市级CIM基础平台,汇入市级数据,并对市级平台的运行情况进行监督监管;横向上,对接省政府各厅局,打通现有业务平台和数据壁垒,集成相关技术,建设横向到边、纵向到底、互联互通的省级CIM基础平台。

3.1.2 以省级CIM基础平台为数据基础底座

辽宁省CIM基础平台作为数字辽宁的基础数据底座,是基础性、关键性的新型基础设施。通过全省海量多源、多层级、多领域数据的汇聚融合与协同共享,促进数字辽宁跨领域、跨层级、跨部门、跨平台的智慧化应用场景建设,为辽宁省数字政府、数字经济、数字社会、数字生活等领域的智慧化建设提供有力支撑,为数字辽宁建设提供底层驱动力。

3.2 建设思路

总体建设思路:以标准为引领,以数据、算法、算力为核心,以应用为导向,以政府统筹管理能力为保障,建设多维数据聚合与协同共享服务的辽宁省CIM基础平台(图4)。

图 4 省级CIM基础平台建设思路

以标准规范建设为引领,先行建设一套标准规范体系,统筹建立技术体系和管理机制,指导省级CIM基础平台建设。例如,编写数据协同共享规则、平台运维管理与数据更新规范等相应规范文件,特别是《辽宁省城市信息模型(CIM)基础平台与国家级、市级CIM基础平台互联互通规范》的编制,在省级平台搭建、数据共享交换、运维管理等建设标准的基础上,规范了国家级、省级、市级CIM基础平台的上下衔接与互联互通规则。

将数据、算法、算力作为省级CIM基础平台建设的核心。在数据方面,根据辽宁省CIM基础平台的定位,通过把横向、纵向的全要素数据融合汇聚与高效治理,建设多种粒度、空间和时间维度的省级CIM基础平台数据库;在算法方面,由于省级平台接入的数据规模和数据量巨大,需要借助机器学习、神经网络、知识图谱、区块链等人工智能技术对海量数据汇聚融合、数据加载与渲染、数据计算分析等模型算法开展研究,通过模型治理、算法合规等相关技术将通用模型算法标准化,支撑省级CIM基础平台的数据业务及应用场景建设;在算力方面,可将辽宁省大数据中心统一政务云资源作为平台的算力保障。

以多场景应用为导向,建设具有实用性、持续性和可扩展的省级CIM基础平台,充分考虑数字辽宁建设各领域应用扩展与延伸的需求,实现多场景CIM+应用。辽宁省CIM基础平台通过建立“多源数据与应用需求”映射机制,从住建领域CIM+应用场景建设逐渐向数字政府、数字辽宁多领域场景扩展,先期建设城市体检智能分析决策、工程建设项目审批智慧管理、住建多元应用“一张图”智能可视化等应用场景。

以政府高位协调作为项目建设的保障。成立辽宁省CIM基础平台建设工作领导小组,由省政府主要领导和各厅局负责人组成,全面协调项目建设过程中所需的各厅局和各地市数据资源、技术资源和相关业务等事项,保障项目的高效顺利开展。

辽宁省CIM基础平台总体架构研究

辽宁省CIM基础平台建设充分与辽宁省数字政府的“基础保障、资源要素、应用支撑和业务应用”总体架构衔接,在总结数字辽宁和各地CIM平台建设经验的基础上,对《城市信息模型(CIM)基础平台建设导则》(修订版)中的通用架构进行修改,通过构建数据中台、技术中台、业务中台实现平台的数据共享与能力复用,在功能方面更加突出省级平台的纵向和横向数据汇聚、监督监管及互联互通的作用,CIM+应用场景先期聚焦住建领域的省级应用探索,逐步夯实数据、平台、制度基础后扩展跨领域场景,形成辽宁省CIM基础平台总体架构(图5)。总体上,构建了五个层次和两大体系,包含形成“1+1+1+N”的核心内容,即编制一套标准体系、建立一个省级数据库、开发一个基础平台、建设N个CIM+应用场景。

图 5 辽宁省CIM基础平台总体架构

设施层由计算资源、存储资源、网络资源、软件资源、物联感知设备等整合形成,基于辽宁省政务云中心,支持可按需动态扩展的高性能计算环境、大容量存储环境,满足海量数据存储、高并发的用户应用需求。

数据层是辽宁省CIM基础平台的核心,通过横向纵向数据对接、关联融合,建立集二维GIS数据、三维模型数据、物联感知数据和各类信息关联数据于一体的海量、多源、多类型、不同颗粒度的省级CIM数据资源体系,为平台应用和CIM+场景提供数据支撑。

平台服务层是实现各类应用与服务的工具,省级CIM基础平台功能以多源数据接入、融合汇聚、高效展示与渲染、智能统计分析、综合监管监测为主,同时兼具市级平台的数据治理、协同共享、三维分析等功能,满足不具备CIM基础平台建设条件地市的使用要求。

应用层是面向多领域的CIM+应用场景建设,先期建设跨平台、跨层级的省级城市体检智能分析决策、省级工程建设审批智能监管和省级住建“一张图”应用场景。

用户层覆盖省级各政府部门、无条件建设市级CIM基础平台的地级市以及相关企业,为决策者、专业人员、基层用户提供Web端、移动端和领导驾驶舱等多端应用。

标准规范体系和信息安全与运维保障体系是省级CIM基础平台建设与运维的保障,一方面指导平台和相关制度的建设,另一方面为数据安全、网络安全、软硬件安全等提供安全保障。

辽宁省CIM基础平台工作模式研究

5.1 高位协调的组织管理模式

鉴于省级CIM基础平台横向跨部门、纵向衔接国家和地市的特点,成立辽宁省CIM基础平台建设工作领导小组,由省级主要领导担任组长,省大数据管理局、省住房和城乡建设厅、省自然资源厅主要领导任副组长,其他各厅局分管领导和各地市主要领导为小组成员。领导小组负责统筹组织和协调省CIM基础平台建设的相关事宜,指导各地开展CIM基础平台建设工作,并对项目建设过程中的重大问题进行研究决策。

领导小组下设办公室,作为项目的日常管理与实施机构,负责推进项目实施,研究制定保障项目顺利完成的各项制度、措施及协调机制,规范项目实施过程,检查验收项目建设成效。办公室设在省住房和城乡建设厅建筑节能与科学技术处,办公室主任由住房和城乡建设厅分管领导担任。

5.2 专业化技术研究与实践模式

为了科学、准确、高效地开展省级CIM基础平台建设及相关领域研究,借助研究机构和高校的科研资源、企业的实践经验,联合组建辽宁省新型智慧城市与CIM技术创新实验室。实验室成员包括中科院自动化所、东北大学等高校研究机构,辽宁省规划院等城市规划与城市研究的实践型企业,以及中国联通、奥格科技等在新型智慧城市、数字政府建设方面具有丰富经验的数字化生态公司,形成专业化的技术研究与实践团队,长期从事CIM技术体系研究、新一代信息技术在新型智慧城市和数字政府建设中的应用研究、CIM基础平台建设顶层设计、相关配套管理制度与体制机制研究等工作。同时,构建技术研究与项目实践同步开展、转化促进的模式,在建设实践过程中持续开展相关技术、机制等创新研究探索,通过技术迭代促进CIM基础平台建设等不断优化升级。

通过基础建设、人才队伍建设和技术研究实践,未来将实验室打造成为资源整合、共享开放的数字生态平台,引进国内外数字化领域权威的专家学者和企业,共同开展技术研究、成果孵化等工作,使实验室成为辽宁省数字生态建设的新引擎。

5.3 “省市统筹、有序推广”的建设模式

(1)在省市平台建设统筹方面,目前黑龙江省CIM基础平台采用省市统建模式,即省级CIM基础平台建成后对省内城市开放使用,各市只负责数据建设,不再单独建设平台。辽宁省CIM基础平台采用省市统建与省市分建相结合的模式,沈阳、大连、沈抚示范区等有条件的城市及区域先期启动建设,接入省级CIM基础平台;其他暂不具备建设条件的城市可以直接使用省级CIM基础平台,接入数据即可,这要求省级CIM基础平台兼具市级平台的功能。

(2)在省市平台建设时序方面,由于目前辽宁省内各城市均未开展CIM基础平台建设,为了省市平台统一标准、对接方便,提高统筹管理效率,辽宁省采用省级平台与市级平台同步规划、同步建设、同步运行的模式。

(3)在省级平台建设内容方面,采取“夯实基础,有序推广”的模式,在基础数据汇聚和平台功能建设的基础上,先期重点开展住建领域的数据汇聚和CIM+应用场景建设,不断夯实基础、扩展应用,逐渐向全要素、全周期、全领域业务应用推广。

结语

笔者在CIM基础理论、技术架构和标准体系尚不完善的阶段,在缺少省级CIM基础平台建设案例的情况下,基于辽宁省数字化建设的研究与实践,探讨了省级CIM基础平台的建设思路,初步探索提出了辽宁省CIM基础平台的定位、总体架构及建设模式,为省级CIM基础平台建设提供有价值的参考。

由于省级CIM基础平台需要汇聚关联全省的空间模型和各类属性信息,其对海量数据的存储、快速加载、高效渲染、融合分析和跨领域应用模型等技术要求较高。下一步,还需依托辽宁省新型智慧城市与CIM技术创新实验室的组建,对海量多源异构数据的汇聚及融合技术、高效组织与轻量化技术、高效图形渲染技术、人工智能相关技术、多模态CIM数据储存检索及分析技术、基于大数据分布式的部署技术等进行深入研究。