新型数字城市：以“CIM顶层设计、一套标准、一个平台、CIM+N个应用”为建设内容

杨滔
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

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实际上是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，使大家能够更好的使用虚拟化；

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，过去的城镇化更多的依赖是土地，而现在我们需要思考如何让数据资产来推动城镇化发展，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，后应用于工业产品全周期管理过程，其关键在于计算模拟。

随着物联网出现，我们能够及时记录、获取城市运行的脉搏，并对城市进行更好的计算，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、还是车联网、卫星乃至智能建筑等，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法定框架、行业规范、跨领域协作、互通性、通用语言的形成。

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的不同的可视化，实现城市从宏观到微观上的物理形态展现。

二是连接性，通过联感知设备关联，实时获取物联感知数据，实现城市互联。

三是分析性，即逐渐实现从小区域环境到全国乃至全球环境下的自动化、智能化分析模拟。四是粒度，实现从概念模型、交互性模型但每一个规则粒度细化。

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发展存在着以人为主的物质环境、依赖于人彼此之间交互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，也正是这种思考的方式形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，强调依靠机器来代替人工。

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。

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（苏州文保旅游）等进行详细介绍。

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，基础设施会延伸到武器、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。

如何将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产品，才能实现长期有效的发展，若仅依靠政府的投资，则会遇到很多的瓶颈。

整体来说，在CIM建设中，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。