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长沙:基于多源信息底板 构建数字孪生城市
2021-02-09 18:31:05来源:中国建设报    作者:尹长林 王慧芳

自住房和城乡建设部2018年年底开展城市信息模型平台建设试点以来,各试点城市纷纷出台试点工作方案,对CIM平台建设提出明确要求,并扎实推进试点数据采集、标准编制、平台建设、示范应用等工作。

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经过试点城市的探索和实践,目前已经在数据和平台建设、标准体系构建、建筑信息模型和CIM实践应用方面积累了一定的经验。湖南省住房和城乡建设厅于2020年6月12日印发《2020年“智慧住建”工作要点》的通知,紧密围绕《“智慧住建”发展规划(2018~2020)》的总体部署,切实抓好信息化平台建设与应用,持续推进既有平台迭代更新与互联互通,实现全省住房和城乡建设行业信息全覆盖,有效提升住房和城乡建设领域社会治理能力。

长沙市作为CIM与BIM场景应用试点城市之一,坚持按照省级统筹、市州共建、全省共用的原则,积极探索和实践CIM技术相关工作,搭建了CIM基础平台,建立了城市级CIM平台标准体系。以规划数据为基础,形成全市“一张图”,并以长沙CIM城市建设为基础,探索了智慧规划、智能审查、智慧管理及智能运维等方面的应用场景,为“新城建”工作夯实了基础。

全要素的数字孪生城市

数字孪生城市底板是全要素的空间场景,即空间要素、时间要素、语义要素、数据要素。全要素场景服务是一个基于时空数据引擎,将输入系统的所有静态数据、动态数据通过时空结构(特别是空间结构)结构化成为一个有机体,对其他模块提供一切关于时空场景的服务。

长沙市从2005年开始启动“数字长沙”建设,经过16年的探索和努力,依托计算机图形学核心技术和算法,遵循因地制宜、循序渐进原则,搭建了“范围广、精度多、场景深”的数字孪生底板。

目前,根据不同的场景需求,长沙市数字孪生城市底板三维模型由多种精度组合方式进行还原打造,划分为CIM1到CIM5五个层级,其中CIM1级包括1980平方公里1:2000精度正射影像和高程模型,CIM2级包括都市区1980平方公里单体建筑白模,CIM3级包括中心城区800平方公里倾斜摄影三维模型,CIM4级包括中心城区600平方公里现状人工精细三维模型和100平方公里城市设计三维模型,CIM5级包括重点建设项目3000万平方米BIM模型数据,同时汇聚数字地形图、规划管控要素、管理数据以及社会经济等数据,构建长沙市数字孪生城市底板。

CIM平台建设方面,长沙市自然资源和规划局信息中心依托强大技术力量,研发完成完全自主可控城市级CIM三维数据引擎——BoomEngine,作为数字孪生城市底板展示和应用的底层支撑,为刻画城市细节、呈现城市体征、推演未来趋势提供综合信息载体,将长沙市城市综合态势、城市规划、城市建设、城市管理等主要数据在CIM平台中实现快速加载、融合和实时呈现。长沙市CIM平台总体架构包括五个层级,分别为基础设施层、数据层、融合层、平台层和应用层。

智慧设计:

基于CIM的城市设计编制

CIM平台作为城市空间全要素信息平台,汇聚现状数据、规划数据、管理数据等,可针对不同场景下的业务需求提供精准技术支撑,为国土空间规划编制提供高效高质、精准智能的信息服务,全面推动城市空间治理。

长沙市在2017年被住房和城乡建设部列入城市设计试点城市,明确以出让方式提供国有土地使用权,以及在城市规划区内的大型公共建筑项目中,应当将地块城市设计要求纳入土地出让条件,核心管控原则包括离界、间距、退让、日照、停车和物管等,作为面向实施的精准管控要求。

长沙市在地块城市设计编制实践中,基于CIM平台,将城市设计图则控制要素中的视点通廊、空间通透率、建筑高度、建筑退距、建筑色彩、地下空间等全部要素三维化和矢量化,形成可视化和可量化基础成果数据,同时依托CIM平台中“城市设计管控子系统”,可提供城市设计方案模拟编制,城市设计成果方案和指标审查。在城市设计管控子系统输入该地块容积率、建筑密度、建筑控高、用地性质、绿地率等指标,可自动生成城市设计初步方案,并能够根据指标实时调整城市设计方案。同时对于已编制完成的城市设计成果,导入城市设计管控子系统,可分析该成果各项指标是否满足城市设计图则要求。

智能审查:

基于CIM的城市景观风貌管控

长沙市为提升城市和建筑景观风貌品质,通过梳理各层面城市设计和专项规划成果,把握决定建筑风貌的空间形态与建筑高度、建筑风格与建筑立面、建筑色彩与材质、公共空间、户外广告、户外招牌与夜景照明、慢行系统、地下空间、景观环境等管控条件,制定明确的城市建筑景观风貌管控策略,发布《长沙市城市和建筑景观风貌品质管控有关规定(试行)》,同步在已有CIM数据基础上建设长沙市城市建设与风貌管控子系统,要求充分运用CIM技术,有效指导方案的审批工作,提升方案管理技术水平。

通过CIM技术形成地上地下一体化、现状规划无缝衔接的城市和建筑景观风貌管控系统,其主要用于对城市和建筑景观风貌品质管控区域内的建筑方案进行展示和评审,着重对风貌管控要素进行引导与控制。系统针对《长沙市城市和建筑景观风貌品质管控有关规定(试行)》提出的管控条件,通过三维仿真模拟项目建成情况,载入现状三维数据,并在城市设计三维库中进行比选,同时加载项目地块的相关管控要素对其进行审查,从宏观城市风貌影响到微观项目设计理念进行全面分析评价。

风貌管控系统利用CIM技术改变了传统三维辅助决策只能“看”的局限,使平台和数据真正“用”起来,为长沙规划设计和审批管理提供应用支撑和辅助决策支持。

智慧管理:

基于CIM的社区网格化管理

社区作为城市的缩影,作为与城市居民生活息息相关的载体,社区的智慧化一定程度上代表城市智慧化水平。长沙作为中国最具幸福感的城市之一,在国内全面开展 “新基建”“新城建”的建设背景下,长沙先行先试,积极探索社区智慧化管理服务,特别是以社区创新的管理方法与CIM技术相结合形成的新型社区管理模式构建了社区“大脑”,即基于CIM技术对社区信息资源进行整合形成社区三维可视化的数据底板,将数据底板与社区场景融合并进行多维度的数据应用分析,从而打造一个全方位、智能化的社区服务“大脑”。

以长沙市岳麓区咸嘉湖街道为例,街道于2016年就开始建设 “智慧咸嘉”社区服务平台,该平台依托CIM技术,把握“以人为本”的核心,以切实提升街道工作管理效率为目标,为咸嘉湖街道构建了一个智慧社区服务平台。

智能运维:

基于CIM的园区楼宇运维

由于传统园区难以获得有效直观的数据支撑、数据关联性差、缺乏高效的可视化管理等原因,园区运营模式缺乏创新,园区建设缺乏企业信息资源共享、发布、招商引资平台等,导致运维阶段的管理效率低下,效果不佳,严重影响项目的使用和增值。长沙市以 CIM 技术为突破口,依托自主研发的 CIM 智慧孪生引擎、数据交换平台,结合物联网、人工智能技术,在区域开发、智慧园区、智慧楼宇三大方向取得了突破性的进展。

基于统一的CIM数字底板,所有数据以对象为单元集成共享,打破传统系统间信息孤岛,形成智慧园区大数据,结合平台强大的地理信息分析能力、三维场景还原能力、IoT设备承载能力以及城市大脑级别的运算能力,串联“BIM+运维+管理”,将各要素进行有效继承和应用。以“运维管理”为核心,对园区管理中的各项数据和信息进行多方位、全面地跟踪、统计、分析与预测,反馈出各项动态数据,从而进行园区动态管理,实现可持续发展,为智慧园区提供从规划阶段到建设阶段再到运维阶段的全生命周期服务。目前长沙市已经成功应用在湖南湘江新区、金融中心以及梅溪湖片区的智慧园区项目中,为园区的可持续发展奠定了坚实基础。

近年来,逐步提高CIM城市建设与应用实践在城市信息化建设中的作用,特别是“新城建”的提出,对城市向高质量转型、构建提升城市品质和人居环境质量、提升城市管理水平和社会治理能力有了更高要求。长沙通过CIM城市建设与应用实践,将从更多层面改变城市建设、管理运行的方式方法,提高管理效率、服务能力、治理水平。

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