西安市西咸新區(qū)灃東CIM數(shù)字孿生平臺建設

文｜清華大學信息國家研究中心 杜明芳

陜西省政府第21 次常務會議審議通過《西咸新區(qū)總體規(guī)劃》(2010-2020年)，并通過國務院新聞辦發(fā)布此規(guī)劃，規(guī)劃載明：灃東新城作為西咸新區(qū)渭河南岸的重要組成部分，在五個新城中起步最早、發(fā)展基礎最好、配套設施最完善，絕大部分區(qū)域位于西安市范圍內。灃東新城地處關中渭河沖積平原，北臨渭河，南靠秦嶺、灃河貫穿全城，新河、沙河等多條河流水系在區(qū)內縱橫交匯，新區(qū)山水田園生態(tài)獨樹一幟。優(yōu)越的區(qū)位，便捷的交通，對當?shù)芈糜螛I(yè)起著強有力的推動作用。

灃東新城的地理區(qū)位及灃東CIM 中心在新城中的地理位置如圖1。

本項目由清華大學信息國家研究中心、清華大學數(shù)據(jù)科學研究院智慧城市大數(shù)據(jù)研究中心智慧城市團隊完成，西咸新區(qū)和灃東新城給予全力配合與支持。

建設基礎

灃東新城信息基礎設施建設已經(jīng)取得初步成效。固定網(wǎng)絡建設穩(wěn)步推進，光纖接入網(wǎng)速達10M 以上，移動網(wǎng)絡建設快速推進，4G 覆蓋率均超 94%，NBIoT 基本覆蓋，灃東新城智算IDC 中心初具規(guī)模。本項目實施前尚存的主要問題是：（1）融合智算功能的CIM 平臺欠缺。（2）數(shù)據(jù)中心與城市管理、城市治理及城市產業(yè)的融合不足，數(shù)據(jù)平臺的帶動性不強。（3）數(shù)據(jù)的采集力度不大，數(shù)據(jù)在CIM 平臺的匯聚程度不高，多源異構數(shù)據(jù)缺乏有機融合。（4）數(shù)據(jù)智能程度不高，開源開放的人工智能計算與服務平臺尚未真正建成，能夠高效計算城市大數(shù)據(jù)的AI 平臺與算法模型庫缺失。（5）數(shù)據(jù)價值的挖掘方法模糊，大數(shù)據(jù)沒有產生足夠價值。本項目結合西咸新區(qū)建設發(fā)展過程中面臨的主要問題以及西安市“十四五”規(guī)劃設想，以打造“全國國家級新區(qū)新型智慧城市標桿”為目標，以CIM 智算平臺為抓手打造西部新型智慧城市試點，補齊西咸新區(qū)智慧城市建設中的短板。

本項目實施前，西咸新區(qū)在用信息系統(tǒng)大多為垂管系統(tǒng)。據(jù)不完全統(tǒng)計，新區(qū)在用的67 個信息系統(tǒng)中，53 個系統(tǒng)為國家、陜西省和西安市垂管系統(tǒng)，這些信息系統(tǒng)之間沒有按照城市信息模型基礎平臺的基本要求進行互聯(lián)共享，也沒有在CIM 平臺的統(tǒng)一指導下進行開發(fā)建設。本項目在灃東新城大數(shù)據(jù)中心一期工程的基礎上進行整體智能提升與深度融合設計，在《城市信息模型（CIM）基礎平臺技術導則》（建辦科〔2020〕45 號）的指導下，將人工智能（多核計算、數(shù)據(jù)智能等）、知識工程（知識圖譜、專家系統(tǒng)等）、數(shù)字孿生（BIM 建模與可視化、智能系統(tǒng)建模仿真、CPS 預測預警、存-算-智-管-運系統(tǒng)鏈等）先進理論和技術與灃東大數(shù)據(jù)中心及業(yè)務需求精準融合，將灃東新城大數(shù)據(jù)中心整體提升為灃東CIM 數(shù)字孿生平臺，該平臺的數(shù)字化、智能化、集成化水平應該超越了一般的CIM 基礎平臺。

圖1 灃東CIM 中心（黃色圓圈）地理位置

灃東CIM 智算平臺

灃東CIM 智算平臺是西咸新區(qū)城市和產業(yè)智慧化轉型、一體化發(fā)展的核心基礎，其歷史使命是為西咸新區(qū)的發(fā)展提供新動能、新機遇、新模式，開辟新區(qū)發(fā)展的新階段。

灃東CIM 智算平臺總體架構如圖2所示。

基于CIM 平臺的智慧灃東工程實施架構如圖3所示。

圍繞灃東新城總體建設目標，結合發(fā)展現(xiàn)狀設計出“八橫、十縱、一數(shù)、一腦”的智慧灃東工程體系架構，向上對接西咸新區(qū)、西安市、陜西省及國家層面CIM平臺，承接上級資源，為國家多級CIM 平臺體系的打造做好支撐。

灃東CIM 知識管理平臺

目前，真正的智慧城市知識工程并未被開發(fā)出來，核心制約因素分析如下：一是數(shù)據(jù)庫與知識庫的銜接與轉換。二是應用推理機的研究與開發(fā)。三是人類經(jīng)驗智慧的借鑒與利用。為解決以上問題，提出“CIM知識管理平臺”概念，設計出CIM 知識管理平臺架構，以CIM 知識管理平臺為管控中心構建出云邊端一體化CIM 管理體系。

基于CIM 知識管理平臺的CIM 管理體系架構如圖4所示。

灃東CIM 專項工程建設

目前，采用灃東CIM 智算平臺和知識平臺的部分專項工程已經(jīng)啟動建設，代表性專項工程如下：

（1）智算中心機房建設。智算中心一期已采購、安裝、交付完成，主要應用場景為AI 推理平臺。二期機房當前僅有場地、機房、機柜、電力、集成布線等基礎設施，需要繼續(xù)擴展提升。二期軟硬件環(huán)境的建設完善正在根據(jù)應用場景需求做資源規(guī)模預算。

圖2 灃東CIM 智算平臺總體架構

圖3 智慧灃東CIM 城市建設工程總體架構

圖4 基于CIM 知識管理平臺的CIM 管理體系架構圖

（2）雪亮工程。目前灃東新城道路交通的攝像頭等設備尚未采購安裝，雪亮工程項目當前由西咸公安部門牽頭落實。計劃建設時空基礎設施，實現(xiàn)全市遙感遙測、衛(wèi)星定位、移動定位、物探、激光、雷達等各類地理空間數(shù)據(jù)和時空大數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標準、統(tǒng)一匯聚和統(tǒng)一服務。

（3）醫(yī)療云。灃東新城本地醫(yī)療資源相對較為匱乏。醫(yī)療兩大體系衛(wèi)健委和醫(yī)保局的接入單位位于西咸新區(qū)。當前陜西省省級衛(wèi)健和省級醫(yī)保云均處于項目調研階段。

（4）智慧旅游。灃東新城旅游資源豐富，旅游景點較多，預算資金充足，且多為新建景區(qū)。在相關配套產業(yè)中，也包含灃東地產自建的酒店、公寓等。

（5）智慧園區(qū)。灃東新城下轄的各個產業(yè)園區(qū)多為自建，當前僅停車場設置了ETCP 設備，其他諸如園區(qū)門禁、辦公樓門禁等尚未建設。未來在智慧園區(qū)方面存在較大的發(fā)展空間。

（6）智慧社區(qū)。將CIM 創(chuàng)新應用于智慧社區(qū)，量身定制未來社區(qū)CIM 平臺，打造政府-物業(yè)-居民三端協(xié)同治理體系。未來社區(qū)CIM 平臺注重各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通與安全共享，實時匯聚建設過程中的關鍵數(shù)據(jù)和BIM、GIS 等模型數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)資產，為智慧化運營奠定基礎。在運營階段，以BIM 模型為代表的海量建設期數(shù)字資產與智慧服務平臺充分融合，持續(xù)服務智慧化管理和運維。

（7）政務云和行業(yè)云。灃東新城目前尚未建設任何類型的云平臺，考慮在智算中心二期工程中加入政務云平臺，以承載本地各委辦局的資源需求；同時考慮建設不限于政務的全行業(yè)托管云，目前灃東管委會已開始收集各入駐企業(yè)的資源需求，統(tǒng)計數(shù)據(jù)正在形成中。

（8）AI 訓練平臺和云存儲數(shù)據(jù)湖。針對智算中心的核心定位，以及一期應用生態(tài)的缺失，考慮在二期建設AI 訓練平臺，以及云存儲數(shù)據(jù)湖，與一期AI 推理平臺建立協(xié)同聯(lián)動關系，共同推動AI 的場景化應用，培育AI 產業(yè)。

建設亮點與先進經(jīng)驗

本項目的建設亮點暨先進經(jīng)驗總結如下：

（1）“存-算-智-管-運”CIM 數(shù)字孿生平臺規(guī)劃設計運營模式。在CIM 基礎平臺框架下，充分融入數(shù)字孿生的系統(tǒng)思維、理論、技術，在數(shù)字孿生系統(tǒng)設計方法的指導下，將數(shù)據(jù)存儲（“存”）與云計算（“算”）、AI 模型（“智”）、城市管理（“管”）、城市運營（“運”）五大CIM 關鍵環(huán)節(jié)徹底打通，從業(yè)務上連接為一個大系統(tǒng)、形成一個鏈條，深度融合智能計算和知識管理功能，大幅提升CIM 平臺的智能性與系統(tǒng)性，在此基礎上進一步實現(xiàn)智慧化管理、決策及可持續(xù)運營。

（2）“智能產業(yè)個性定制CIM 平臺，CIM 平臺深度服務智能產業(yè)”模式。本項目從頂層規(guī)劃開始便以當?shù)禺a業(yè)發(fā)展支撐為首要規(guī)劃設計依據(jù)，以當?shù)匕l(fā)展智能產業(yè)的訴求為根本出發(fā)點，定制化設計CIM 特色平臺，使CIM 平臺資源最大化直接服務于產業(yè)發(fā)展，使CIM 平臺中的經(jīng)濟大數(shù)據(jù)成為真正的產業(yè)大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能產業(yè)導向的算力、算法、算量供需最佳匹配，最大化節(jié)省投資，有效避免重復建設，實現(xiàn)以平臺為統(tǒng)領的統(tǒng)一規(guī)劃、設計、施工、評價，打造了平臺經(jīng)濟新典范。

（3）“應用場景+智能算例兩級模塊”嵌入CIM平臺實踐。本項目在充分調研陜西省、西安、西咸新區(qū)及灃東新城的基礎上，有針對性的規(guī)劃設計了涵蓋軍用、民用場景的幾十個實用化應用模塊，并進一步下沉到智能算例，暨每個應用模塊下又包含了支撐場景智慧化實現(xiàn)的若干算例程序、模型、硬件，形成了“應用場景+智能算例兩級模塊”資源池，CIM 平臺管理程序可便捷調用和復用算例資源。

未來，隨著西咸新區(qū)建設發(fā)展的深度推進，在足夠多項目、資金、技術、人才的合力推動下，灃東CIM 平臺將進一步演化為區(qū)域標桿化CIM 生態(tài)，形成能夠有力促進地方經(jīng)濟高質量發(fā)展的新型數(shù)字經(jīng)濟生態(tài)，可在西咸新區(qū)、西安市、陜西省、西北地區(qū)甚至全國推廣。