CIM概念及數(shù)字化管理平臺(tái)選型淺析

石巍

（浙江中南建設(shè)集團(tuán)）

1 CIM提出背景

城鎮(zhèn)化作為擴(kuò)大內(nèi)需、促進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的重要源泉，2019年已經(jīng)達(dá)到60.6%[1]。傳統(tǒng)的城市管理與運(yùn)維發(fā)展模式已經(jīng)無法支撐未來城市的發(fā)展需求。“十四五”規(guī)劃也提出要“圍繞強(qiáng)化數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級(jí)、融合創(chuàng)新，布局建設(shè)信息基礎(chǔ)設(shè)施。加強(qiáng)能源、市政等傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化改造”，由此，以CIM為基礎(chǔ)的新一代智慧城市、社區(qū)平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。

2 CIM概念淺析

目前，CIM主流定義為：CIM中“C”為CITY，“I”為INFORMATION，“M”為MODLE或MODLING。然而，這一概念過于狹隘。CIM一詞是英語的縮寫，每一個(gè)字母所代表均不止一層含義。

2.1 “C”的概念

“C”是CIM的主體，它所涵蓋不僅是City（城市），亦可縮小為更小單元，Community社區(qū)，也可為商業(yè)體Commercial Complex等。此外，“C”還包括Circumstance，人類生活環(huán)境等因素。總之，“C”不僅是各尺度人類生活空間，更包含環(huán)境，所有這些完整囊括在C這一主體中。

2.2 “I”的概念

“I”是CIM的核心，更是靈魂，它包含信息、信息化、輸入、互聯(lián)、交互一系列行為。“I”包含以下五重意思。一是信息。“I”最基礎(chǔ)含義是Information（信息），這是CIM最核心的基礎(chǔ)。二是信息化動(dòng)態(tài)過程，是informing（信息化/形成）。城市化的管理首先要將我們生活的物理世界轉(zhuǎn)變成信息化、數(shù)字化世界，以便計(jì)算機(jī)可以識(shí)別處理，這需要對(duì)現(xiàn)有的人類和世界物理狀態(tài)transform（轉(zhuǎn)換）再重組informing（形成）為數(shù)字狀態(tài)。因此，“I”必須是一個(gè)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換過程。三是輸入，Input（輸入），上述C也包含環(huán)境，而環(huán)境是不斷變化的，因此對(duì)CIM需兼顧動(dòng)態(tài)變化。“I”還代表動(dòng)態(tài)信息不斷輸入Input的動(dòng)態(tài)過程。此外，CIM平臺(tái)這一特性決定CIM必須與IoT物聯(lián)設(shè)備關(guān)聯(lián)，從而與物理世界互動(dòng)。四是互聯(lián)，即Internet(聯(lián)網(wǎng))。必須有網(wǎng)絡(luò)將真實(shí)世界發(fā)生的狀態(tài)傳輸?shù)紺IM平臺(tái)端。因此，通過IoT讓CIM與物理世界互動(dòng)的設(shè)備，必須通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸，否則CIM是僵化的死數(shù)據(jù)，是一個(gè)沒有“I”核心生命和靈魂的平臺(tái)。五是融合，即Integrate。Information、Informing、Input、Internet都需要Integrate(融合)，必須將這些不同來源、內(nèi)容的東西有機(jī)融合在一起，讓CIM數(shù)字世界中的一切與物理世界無縫銜接。因此，CIM軟件平臺(tái)底層必須有很好的兼容性，包括各類模型數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)物聯(lián)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫管理等。

2.3 “M”的概念

1）模型化即Mode（l模型）

這一概念被普遍接受和理解，因?yàn)镃IM目前的主要呈現(xiàn)形式就是模型，甚至很多人對(duì)CIM的理解就是將城市建成模型，可以在電腦中看。這一理解，造成一批以白模、體塊模型為城市數(shù)字基地的CIM平臺(tái)盛行，但這類平臺(tái)沒有人、環(huán)境等各類真正需要被管理的要素主體。

2）動(dòng)態(tài)化模型即Modeling

城市、社區(qū)、園區(qū)、環(huán)境都是不斷變化的，尤其是近幾年城市化的進(jìn)程、大型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，我們所處的環(huán)境都是不斷變化的。因此，建成的model需要不斷更新，確保Informing（形成）的Information（信息）是與實(shí)際相符的。

3）管理即Management

以一定的形式組織CIM平臺(tái)，從使用者的管理需要出發(fā)。比如，社區(qū)管理CIM平臺(tái)以社區(qū)居民民生需求為主，城市CIM平臺(tái)以城市管理為主，涉及土地規(guī)劃、基建、市政、經(jīng)濟(jì)、安全等城市管理。因此，對(duì)于CIM平臺(tái)的建設(shè)來說，CIM平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)需要與平臺(tái)用戶需求密切相關(guān)，合理的功能設(shè)計(jì)是CIM是否能落地應(yīng)用的核心。

4）管理實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化即Managing

在CIM平臺(tái)上，要通過平臺(tái)的功能設(shè)定直接實(shí)施管理行為，比如，城市違章查辦、應(yīng)急預(yù)案自啟動(dòng)與資源調(diào)度等。通過平臺(tái)及時(shí)查看調(diào)用的城市資源，解決應(yīng)急事件是智慧城市平臺(tái)的基本要求，這要求CIM平臺(tái)必須清晰反映城市現(xiàn)狀，其平臺(tái)功能設(shè)計(jì)符合城市管理需求。

3 技術(shù)路線

3.1 “M”模型數(shù)據(jù)方式

目前，社會(huì)對(duì)CIM平臺(tái)的技術(shù)選型方向比較多，主流方向是三維模型模式。城市、社區(qū)相對(duì)大體量的區(qū)域模型一般有以下幾種類型。

1）體塊模型

即采用人工制作或者根據(jù)DEM等現(xiàn)有地圖測(cè)繪數(shù)據(jù)，直接生成區(qū)域內(nèi)與建筑高度匹配的體塊模型，這類模型具有技術(shù)難度低、生產(chǎn)迅速、模型體量小的優(yōu)點(diǎn)，還可進(jìn)行簡(jiǎn)單的特效處理，提高視覺觀感。這類底層城市模型被很多“CIM”平臺(tái)采用，作為數(shù)字底層。但只是所謂“CIM”平臺(tái)，因?yàn)榧葲]有現(xiàn)有信息的“I”、更沒有實(shí)際“M”的狀況，只宏觀上反映了城市布局。與前述CIM核心概念相比，其所承載的內(nèi)容遠(yuǎn)低于真正CIM平臺(tái)所需。相比真正的CIM智慧平臺(tái)，需求還相距甚遠(yuǎn)。

2）SKETCHUP、3DMAX等搭建的三維模型

這類方式因?yàn)榻？旖荨Ⅲw量小，在城市、園區(qū)CIM平臺(tái)中有應(yīng)用。通過人工貼圖方式也可以簡(jiǎn)單反映城區(qū)范圍內(nèi)建筑的外觀。位居世界智慧城市前列的澳大利亞阿德萊德采用的就是該模型，并以此作為其智慧城市開發(fā)應(yīng)用的亮點(diǎn)。但該模型仍然需要人工建模，工作量大、成本高。所以這類模型在城區(qū)范圍內(nèi)的CIM平臺(tái)中仍然較少使用。此外，大量的“I”數(shù)據(jù)也需要人工加載到模型上，局限了這類模型作為CIM平臺(tái)底層的選用。

3）Revit、Bentley等BIM模型

以上是目前比較主流的人工建模軟件，覆蓋建筑、大型基建領(lǐng)域，這類模型可以精細(xì)到建筑立面的每根鋼筋、管線的每個(gè)零件[2]。模型以共享數(shù)據(jù)格式集成到CIM平臺(tái)中[3]。但這類模型過于精細(xì)、模型數(shù)據(jù)量大，占用CIM平臺(tái)資源過多，因此更適用對(duì)局部重點(diǎn)建筑、地下空間、地下管線的監(jiān)管。

4）傾斜攝影三維模型

這是由GIS地理信息系統(tǒng)分支發(fā)展而來的模型技術(shù)。主要是通過搭載多目攝像頭的無人機(jī)，通過對(duì)地理信息進(jìn)行掃描，再通過數(shù)據(jù)處理形成三維模型。傾斜影像能從多個(gè)角度觀察現(xiàn)場(chǎng)，更加真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況。通過軟件處理后，可直接利用成果影像進(jìn)行測(cè)量，包括高度、長(zhǎng)度、面積、角度、坡度等。這一技術(shù)降低了城市三維模型的建模成本，是城市級(jí)CIM平臺(tái)建設(shè)的較好選擇（見圖1）。

圖1 集成Revit地下管線模型的CIM平臺(tái)

3.2 平臺(tái)技術(shù)選型

在現(xiàn)有的CIM平臺(tái)技術(shù)選型上，常見的有兩大分支，一種是以視覺效果為主的3D可視化平臺(tái)；另外一種是以真實(shí)反映現(xiàn)狀的GIS三維模型為基礎(chǔ)的平臺(tái)。

1）以視覺展現(xiàn)效果為核心的平臺(tái)

視覺效果展現(xiàn)較好的多是以UE4、Unity等游戲引擎為基底平臺(tái)開發(fā)的模式。這類平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是可以兼容上述三維模型并進(jìn)行特效處理，整體效果和觀感較好，該平臺(tái)在數(shù)據(jù)大屏中應(yīng)用較廣。但該平臺(tái)與已有的信息管理系統(tǒng)的整合是短板，此外云端部署技術(shù)不成熟、物聯(lián)設(shè)備的接入也不穩(wěn)定。因此，該類平臺(tái)在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、對(duì)實(shí)際管理工作的指導(dǎo)性這些方面有欠缺。

2）以GIS為基礎(chǔ)的平臺(tái)

該類平臺(tái)以GIS傾斜攝影信息模型為數(shù)字基底。利用無人機(jī)采集大面積城市的現(xiàn)狀模型數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行CIM平臺(tái)開發(fā)。該技術(shù)不僅可以在大范圍區(qū)域內(nèi)快速完成城市區(qū)域模型的搭建，更能對(duì)局部區(qū)域的“M”進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。缺點(diǎn)是模型效果觀感略差（見圖2）。

圖2 基于GIS傾斜攝影的某城鎮(zhèn)信息管理系統(tǒng)

以上兩類平臺(tái)的應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)不一樣，技術(shù)側(cè)重點(diǎn)也不同。基于GIS開發(fā)的平臺(tái)一般用于國(guó)防、軍工、國(guó)土、應(yīng)急調(diào)度等項(xiàng)目[4]。而UE4等以游戲開發(fā)、工業(yè)應(yīng)用為主的軟件，在視覺效果方面有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但其在大體量城市數(shù)據(jù)采集、信息集成與融合方面是劣勢(shì)。綜上，從CIM平臺(tái)的主要核心要素出發(fā)，以GIS為基礎(chǔ)技術(shù)底層的CIM平臺(tái)更符合未來智慧城市建設(shè)平臺(tái)的需要。