广州市城市信息模型（CIM）平台
广州市城市信息模型（CIM）平台广州市住房和城乡建设局 奥格科技股份有限公司授权转载：智慧城市大讲堂
一、案例背景
根据《国务院办公厅关于全面开展工程建设项目审批制度改革的实施意见》（国办发〔2019〕11号）、《住房和城乡建设部办公厅关于开展城市信息模型（CIM）平台建设试点工作的函》、《广州市城市信息模型（CIM）平台建设试点工作方案》等文件要求，提出广州市建设城市信息模型（CIM）平台建设试点工作。
为贯彻落实国家关于工程建设项目审批改革的政策要求，落实完成住房和城乡建设部办公厅关于开展城市信息模型（CIM）平台建设试点工作，辅助施工图审查竣工验收备案工作，提高工程建设项目审批的效率和质量，推进我市工程建设项目审批相关信息系统建设，推动政府职能转向减审批、强监管、优服务，建设广州市智慧城市操作系统，特此开展2019年广州市城市信息模型（CIM）平台项目建设。
1、工程建设项目审批制度改革的要求
国家层面，2019年3月《国务院办公厅关于全面开展工程建设项目审批制度改革的实施意见》（国办发〔2019〕11号）；广东省层面，2019年5月《广东省人民政府关于印发广东省全面开展工程建设项目审批制度改革实施方案的通知》；广州市层面，2019年9月《广州市人民政府关于印发广州市进一步深化工程建设项目审批制度改革实施方案的通知》。
2、推进BIM应用的重要手段
近年来，BIM在我国建筑领域的应用逐步兴起，技术理论研究持续深入，标准编制工作正在全面展开。同时，BIM在部分重点项目的设计、施工和运营维护管理中陆续得到应用，与国际先进水平的差距正在逐步缩小，推进BIM应用，已成为政府、行业和企业的共识。而现阶段，广州市建立了覆盖建筑设计、施工图审查和竣工验收阶段的BIM模型，工程建设过程的BIM模型数据已有一定积累，项目的建设是推进广州市BIM模型数据应用的重要手段。
3、试点城市的工作要求
住建部部署CIM试点任务。2019年6月，住房和城乡建设部办公厅发布了《住房和城乡建设部办公厅关于开展城市信息模型（CIM）平台建设试点工作的函》，文中指出：为深化工程建设项目审批制度改革，经协商一致，决定在广州市、南京市开展城市信息模型（CIM）平台建设试点工作。……试点城市政府要以工程建设项目三维电子报建为切入点，在“多规合一”平台基础上，建设具有规划审查、建筑设计方案审查、施工图审查、竣工验收备案等功能的CIM平台，精简和改革工程建设项目审批程序，减少审批时间，探索建设智慧城市基础平台。
4、智慧城市发展的必然选择
2018 年2月广州市人民政府公布的《广州市城市总体规划(2017-2035 年)》中提出：2018 年构建了智慧城市框架，2020 年形成智慧广州体系。在产业方面大力推进 IAB（新一代信息技术、人工智能、生物医药）、NEM（新能源、新材料）的产业发展。还要推进多规合一、部门合作，形成五个“一”：一本规划、一套标准、一张蓝图、一个平台、一套考核机制。
二、应用内容
1、建设目标
按照住房和城乡建设部CIM平台建设试点工作的要求，在我市工程建设项目审批制度改革试点基础上，利用现代信息技术手段，促进工程建设项目审批提质增效，推动改革试点工作不断深入。以工程建设项目三维数字报建为切入点，在“多规合一”平台基础上，汇聚城市、土地、建设、交通、市政、教育、公共设施等各种专业规划和建设项目全生命周期信息，并全面接入移动、监控、城市运行、交通出行等实时动态数据，构建面向智慧城市的数字城市基础设施平台，现在为住建报建、图审、备案用，今后也是为广州城市精细化管理的其他部门、企业、社会提供城市大数据、提供城市级计算能力。最终建设具有规划审查、建筑设计方案审查、施工图审查、竣工验收备案等功能的CIM基础平台，精简和改革工程建设项目审批程序，减少审批时间，承载城市公共管理和公共服务，建设智慧城市基础平台，为智慧交通、智慧水务、智慧环保、智慧医疗等提供支撑，为城市的规划、建设、管理提供支撑。
2、建设任务
包括构建一个CIM基础数据库、一个CIM基础平台、建设一个智慧城市一体化运营中心、构建两个基于审批制度改革的辅助系统和开发基于CIM的统一业务办理平台五方面。
3、建设内容
广州市城市信息模型（CIM）以工程建设项目审批制度改革为切入点，在充分利用“多规合一”、“四标四实”等现有信息化成果的基础上，不断汇聚城市设计、项目报建、施工图审查、竣工验收等各阶段BIM模型数据，接入城市建设施工过程中安全生产监控数据、视频监控数据以及智慧灯杆等实时监测数据，构建起一个二三维一体化、地上地下一体化、室内室外一体化的城市信息模型，实现三维地理信息系统与建筑信息模型（BIM）技术的集成融合，打造“1+2+N”的应用体系。“1”是指打造一个能支撑智慧城市应用的CIM基础平台，“2”是指近期重点支撑住房和城乡建设局、规划和自然资源局两个部门与工改有关的核心应用建设和运行，实现工程建设项目技术审查工作由人工审批向机器辅助审批转变，“N”指未来可进一步支撑水务、交通等多个部门基于CIM的专题应用的建设和运行，为广州各类智慧应用提供支撑。
图1 “1+2+N”应用体系
3.1 CIM基础数据库
融合海量多源异构数据的城市信息模型（CIM）基础数据库，参考《建筑工程信息模型应用统一标准》、《建筑信息模型分类和编码标准》、《建筑设计信息模型交付标准》等国家级标准，完成现状三维数据入库；收集现有BIM单体模型建库并接入新建项目的建筑设计方案BIM模型、施工图BIM模型和竣工验收BIM模型；整合二维基础数据，实现审批数据项目化、地块化关联，实现二三维数据融合，完成统一建库。按数据内容可分为基础数据库、城市现状三维数据库、BIM模型库、城市规划专题库、城市建设专题库、城市管理专题库等。
3.2 CIM基础平台
构建城市信息模型（CIM）基础平台，实现多源异构BIM模型格式转换及轻量化入库，海量CIM数据的高效加载浏览及应用，汇聚二维数据、项目报建BIM模型、项目施工图BIM模型、项目竣工BIM模型、倾斜摄影、白模数据以及视频等物联网数据，实现历史现状规划一体、地上地下一体、室内室外一体、二三维一体、三维视频融合的可视化展示，提供疏散模拟、进度模拟、虚拟漫游、模型管理与服务API等基础功能，构建智慧广州应用的基础支撑平台。平台融合BIM技术，推进全市数据资源成果的深度应用，为规划建设管理提供多尺度仿真模拟和分析功能，提高工作人员对城市建设的感知能力，进而提高数据资源辅助决策的科学性。
3.3 施工图三维数字化审查系统
施工图三维数字化审查系统旨在建立全市统一的联合审图系统，实现工程施工图数字化交付，统一图纸标准和格式，充分利用互联网+和先进的图形处理技术，建立起全市施工图审查基础数据库，采集施工图审查的关键数据，形成大数据中心，为行业管理和服务提供数据支撑。达到全面有效地提升本市数字化审图水平，为住房城乡建设、人防、消防等多部门的联审管理提供架构支持，最终达到缩短施工图审查周期和提高审查质量和效率的目标。
针对三维数字审查，在本项目中开展三维技术应用，探索工图三维数字化审查，建立三维数字化施工图审查系统。就施工图审查中部分刚性指标，依托施工图审查系统实现计算机机审，减少人工审查部分，实现快速机审与人工审查协同配合。
在BIM审查数据交付标准体系上，研发施工图三维数字化智能审查审核工具。在形成统一的数据交付标准、数据格式标准和管理规范的基础上，为其他各地开展工程建设项目BIM施工图三维审查并与“多规合一”管理平台衔接提供可复制可推广的经验。开展三维技术应用，探索施工图三维数字化审查，建设三维数字化施工图审查系统。就施工图审查中部分刚性指标，依托施工图审查系统实现计算机机审，减少人工审查部分，实现快速机审与人工审查协同配合。提供三维浏览、自动审查、手工辅助审查、自动出审查报告等功能。
施工图三维数字化智能审查系统与CIM基础平台衔接。探索施工图三维数字化智能审查系统与市 “多规合一”管理平台顺畅衔接，在应用数据上统一标准，在系统结构上互联互通，实现 “多规合一”管理平台上对报建工程建设项目BIM数据的集中统一管理，促进BIM报建数据成果在城市规划建设管理领域共享，实现数据联动、管理协同，为智慧城市建设奠定数据基础。
开发的系统功能包含智能审查引擎、规范条文拆解及规则库编写、公共数据标准及软件插件、项目管理、轻量化浏览、专业专项审查、辅助审查及批注、规范检索、审查报告、AI审查知识库、AI语音助手、后台管理程序开发等模块。
3.4 施工质量安全管理和竣工数字化备案系统
系统提供全市在建工程总控监管功能，通过整合后工程数据资源，通过首页集中将工程的全过程数据进行汇总展示。系统提供工程质量检测监管功能，基于统一的BIM模型的编码标准，对接基础CIM平台，实现基于CIM平台的在建工程BIM模型集成，基于CIM平台实现对全市工程质量检测的监管，实现工程质量检测构件、区域或者楼层的选取、工程质量检测数据和报告与CIM模型的关联查看。系统提供工程质量安全监督检查功能，通过工程质量安全监督检查资料与在建工程BIM模型对应关联，实现基于CIM平台的工程质量安全监督检查、现场执法等应用。实现基于CIM平台的无人机工地巡查建模模型集成。通过CIM平台接入在建工程的无人机工地巡检作业成果数据，将无人机拍摄影像与CIM模型无缝叠加，提供施工进度的管理与比照。系统提供起重机械安全监控功能，对接基础CIM平台，实现基于CIM平台的施工场布模型集成。系统提供地下工程和深基坑安全监测预警功能，通过地下工程和深基坑监测埋点关联、地下工程和深基坑相关数据的关联(监测报告、工程监督员信息等信息)，基于CIM平台集成可展示地下工程和深基坑安全监测预警信息，包括监测数据、监测报告、视屏数据、不同工况模型、工程监督员信息等。系统提供工程进度模拟展示的功能，通过与基础CIM平台对接，实现基于CIM平台的在建工程BIM模型集成等等。
3.5 智慧城市一体化运营中心建设方案
在住建局办公大楼六层会议室固定安装的1套LED室内小间距屏，用来显示计算机、会议系统、摄像机、远程视频的信号及其他输入源的内容显示给与会者。
三、应用效果
项目形成《广州CIM平台推广应用指南》，基于CIM基础平台建设穗智管，并同步推进CIM基础平台在智慧工程（智慧工地、智慧档案、智慧应急、智慧设计等）、智慧应用（智慧社区、城市体检等）、智慧产业（智慧建造、智慧车联网）等的探索尝试，在实践中不断总结经验，构建CIM+应用体系，逐步推进CIM平台的应用。
1、CIM+穗智管
基于CIM基础平台三维底图建设运行监测、预测预警、协同联动、决策支持、指挥调度五位一体的“穗智管”广州城市运行管理中枢，已在城市建设、智慧城管、智慧水务等十余个主题应用，全面支撑城市运行管理智能化和精细化。
图2
2、CIM+智慧工地
基于CIM平台，实现了在GIS地图中查看全市各区的在建工程分布情况，通过对接总控平台工程数据来展示工程的基本信息，包括单体工程的建设地址、BIM模型、工程性质等全方位详细信息展示。支持对人员类型，数量，构成分析的展示。在质量安全方面实行实现对深基坑、高支模、起重机械设备的可视化实时监测查看，对关键位置可进行定点巡检、远程巡检、视频录像巡检、全景影像巡检、无人机巡检等方式的巡检。
图3
图4
3、CIM+智慧社区
试点创建基于CIM平台的智慧社区应用示范，加快推进信息技术、数字技术及产品在社区的应用，为社区群众提供政务、商务、娱乐、教育、医护及生活互助等多种便捷服务，打通服务群众的“最后一公里”，满足政府服务、社区物业管理和居民生活需要。
图5
4、CIM+智慧园区
智慧园区实现了企业、人口、经济和审批等数据与三维单体模型的相关联。涵盖了 “四标四实”信息四个阶段审批信息、房屋信息、入驻企业信息、收入和税收信息的相关数据。
图6
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在地下基础设施管理方面，实现了对地下地铁站和地下管线的可视化功能，支撑城市地下基础设施信息的管理以及监测预警的功能。
图8
在园区应急方面，可根据突发事件的发生地点查找半径内的应急队伍、应急物资等关键应急资源，做到快速应对突发事件和综合防灾减灾救灾工作。
图9
5、CIM+城市更新
基于CIM底图实现城市更新三年行动计划专题图层的展示，平台接入广州市183条城中村改造项目数据，结合四标四实数据分析范围的实有人口、实有单位和实有房屋信息。通过双屏比对改造前后的效果，结合三维规划模型展示详细规划方案，结合周边配套设施可以分析周边工地和房地产市场情况。
图10
图11
6、CIM+城市体检
基于CIM平台的数据和功能服务建设城市体检应用，基本完成对生态宜居、城市特色、交通便捷、生活舒适、多元包容，安全韧性、城市活力等7大类共41个城市体检指标数据叠加展示。
图12
四、创新点
1、LOD高效组织与轻量化渲染技术
此次项目建设的三维模型原始数据具有几何精细、纹理精度高等特点，存在数据加载缓慢、内存显存资源占用高、平台渲染压力大等问题。利用LOD技术，LOD层级数据生产技术，基于场景图的LOD组织管理技术，多任务、多机器、多进程、多线程并行的数据处理技术，解决了三维模型数据资源占用不可控和调度渲染效率低的问题。
基于多级LOD组织，利用多种数据处理算法、空间索引技术、数据动态加载及多级缓存等方法，有效提高三维数据调度性能，实现无缓存的高速加载调用。
2、多源异构数据融合
DEM和DOM融合。根据基础地形图资料、DEM和DOM，对DEM进行加工优化，融合集成不同格网间距的数字高程模型数据，按照瓦片规定的尺寸和计算出的最大等级数，对DEM和DOM逐级进行切片，将不同等级的瓦片采用分层的方式存储在数据库中，建立三维大场景基础数据，更好地满足数据应用和浏览的需求。
矢量点线面数据融合。实现对兴趣点数据、路网、行政边界等的融合。
规划成果数据融合。通过接入二维规划管理系统的规划成果数据，如将项目红线融合到三维地图中，实现控规面快速拉盒子，形象查看道路退让、限高控制是否符合管控要求。
城市设计、建设项目与三维模型、倾斜摄影融合。采用以现状模型为基底，与规划模型融合时可以把现状模型进行隐藏，查看规划模型在现状场景中整体形状、体量、色彩等是否与现状场景一致，并可实现规划模型与现状模型的切换显示。
三维实景模型与BIM模型的融合。三维实景模型数据结构与BIM 的数据结构相似，涵盖了BIM的数据结构、数据表现形式、数据对象，与BIM功能有重叠（信息管理、空间分析等），两者的融合可逐步实现城市现状三维模型全覆盖，实现城市管理从宏观走向微观。
3、CIM平台与物联网、智能感知等融合技术
通过使用CIM与遥感的结合，可识别出建筑过程的前、中、后进行工程管理，分析建筑过程的质量、周期。视频设备通过图形图像分析与CIM结合能进行建筑设计与施工过程的对比，可快速修正施工中可能存在的问题。在社会经济与人类安全中，在发生紧急状况时通过感知设备追踪目标，快速定位，为施救过程提供帮助。
4、BIM数据与CIM高效融合技术
数据融合发布经过数据资源汇聚、服务聚合发布、平台服务BIM数据与三维GIS数据的二三维一体化，应用层这几个环节。首先需将数据进行汇聚，形成数据资源池，对各类异构数据进行数据配置、数据校验、空间化生成、数字签发等，通过标准协议进行服务分发，进入到平台里进行服务聚合，服务聚合后通过SOAP接口对外提供统一的服务。
平台设计了逻辑服务，在单个服务发布完成后，用户通过添加逻辑服务可以将多个服务组织成一个逻辑服务，也可以将一个服务拆分成几个服务添加需要的服务进逻辑服务，并重新发布。用户可根据需要，配置自己的逻辑服务。
5、CIM高效引擎技术
随着CIM 模型的规模和复杂性的增加，单机处理多专业CIM模型的存储和分析变得越来越困难。对于独立的计算机来说，多个大型场景的渲染或者城市级数量的建筑信息模型渲染具有一定难度，建立CIM模型要求则更高,而城市级数量的建筑信息模型要结合地理信息数据进行展示更是对计算机性能有很大的要求，同时也需要非常长的渲染运行时间。
平台使用CIM高效引擎技术提高渲染效率：首先利用空间填充曲线算法对二三维数据重新进行索引，实现索引降维；基于Hadoop分布式存储，采用分布式数据存储作为空间数据库，建立Geo索引，实现海量遥感数据的并行计算，解决传统遥感数据存储和调度的性能瓶颈问题；基于Hadoop的动态调度，将渲染作业通过Map函数划分为细粒度的MapReduce作业，分发到集群节点上进行并行计算，生成中间结果，再通过Reduce函数合并节点形成最终结果。
五、社会效益
广州作为住建部确定的首批试点城市，率先完成CIM平台的搭建，构建起广州市“一张三维底图”，为“穗智管”提供有力支撑，是新城建的重要信息基础设施，形成可复制可推广的广州经验，树立了全国试点城市CIM建设示范标杆；项目首次提出共识性的CIM和CIM基础平台官方定义，并开展CIM/BIM专业技术领域内标准研究，制定与宣贯等工作，具备全国引领示范作用，提升我国智慧城市领域的整体标准化水平；形成了政产学研协同攻关团队，培养了一批在CIM技术上具有创新研发能力的高水平人才；成立广州建设行业智慧化产业联盟，探索市场主体参与新城建工作的商业新模式与新业态，带动广州BIM/CIM相关上下游产业发展；组建广州市智慧城市投资运营有限公司，紧紧围绕新城建任务，执行“智慧城市信息模型(CIM)”及“智慧汽车基础设施和机制”两大示范平台的共建共享建设工作，打造城市级智慧城市应用场景，吸引全国智慧城市产业链上的创新创业公司，推动形成基于CIM的核心产业、关联产业和应用产业三大类新城建产业链。
- END -
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