BIM、GIS、CIM 等技术共同助力数字孪生城市的建设
一、从 BIM+GIS 到 CIM
2018 年 11 月,住房和城乡建设部发布了行业标准《“多规合一”业务协同平台技术标
准》的征询意见,激励“有条件的城市,可在 BIM 应用的基础上建立 CIM”。
那么什么叫 CIM?首先我们得从 BIM 讲起。BIM 指的是建筑信息模型,简单地说,
BIM 便是围绕从建筑的设计、施工、运作直到终结的建筑全生命周期,将各类信息一直整
合于一个三维模型信息数据库中。
利用 BIM 这一个高度集成的三维模型,极大地提高了建筑工程的信息化水平,为建筑
工程项目涉及到的各方工作人员提供一个工程信息交换和共享的平台。兴起于工程建筑领
域的 BIM 技术如今已得到普遍的认同和应用,它让建筑施工变的更高效、更绿色、更安全,
总体成本更低。然而,BIM 在提供精准的地理位置、建筑物周边环境总体展现和空间地理
信息分析上存在不足,而三维 GIS 恰好可以对这些不足进行补充,实现建筑物的地理位置
定位及周边环境空间分析,健全大场景的展现,促使信息更完善及全面。通过和 GIS 技术
进行融合,BIM 的应用范畴从单一化建筑物扩展到建筑群及其道路、隧道、铁路、港口、
水电等工程领域。
BIM 整合的是城市建筑物的总体信息,而 GIS 则整合及管理建筑物的外部环境信息,
它们的融合建立了一个包含城市海量信息的虚拟城市模型。因此,引出来了 CIM 的概念。
CIM 指的是城市信息模型,是以城市信息数据为基础,建立起三维城市空间模型和城
市信息的有机综合体。从狭义上的数据类型上讲,CIM 是由大场景的 GIS 数据+BIM 数据
组成的,是属于智慧城市建设的基础数据。基于 BIM 和 GIS 技术的融合,CIM 将数据颗粒
度精准到城市建筑物内部的单独模块,将静态的传统式数字城市加强为可感知的、实时动
态的、虚实交互的智慧城市,为城市综合管理和精细化治理提供了关键的数据支撑。
CIM 从开始提出之初,指的是城市信息模型。在 2015 年的规划实务论坛会上,同济
大学吴志强院士对 CIM 的概念进行了更进一步的拔高,提出城市智慧模型。吴院士指出,
BIM 是单体,CIM 是群体,BIM 是 CIM 的细胞。要解决智慧城市的问题,只靠 BIM 这一
个单独细胞还不够,需要海量细胞再加上网络连接组成的 CIM 才可以。
不论“CIM”中的字母 I 指信息还是智慧,CIM 这一个概念的提出,把民众的视野从单一
化建筑拔高到建筑群甚至城市一级,给予智慧城市更强有力的支撑。
在 CIM 的范畴里,GIS 可以提供接下来四个层面的能力:提供二维和三维一体化的基
础底图和统一坐标系统的能力;提供每个 BIM 单体之间互相连接的能力,例如道路、地下
综合管廊与管线等;提供空间分析和管理的能力;提供规模性建筑群 BIM 数据的管理能力。
前三个是 GIS 传统擅长的能力,而且现已得到成熟的发展;最后一个是 GIS 在 CIM 领
域遭遇的新挑战。在 CIM 层面上,管理对象是一个地区甚至于一个城市的 BIM 数据。BIM
的数据量是非常庞大的,单独一个建筑物的 BIM 数据就高达一两百 GB,由几百万个三维
组件组成。城市级的数据量更加是无法想象。历经这几年的发展, GIS 软件不但实现了对
接访问 BIM 相关软件的数据格式,而且实现了管理规模性建筑物的 BIM 数据的能力。
二、从 CIM 到数字孪生
数字孪生一词最先产生于工业界,可是其在智慧城市层面的应用则来源于 2018 年通
过的《雄安规划纲要》,纲要指出:“坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设,适当
超前布局智能化基础设施,打造出全世界领先的数字城市”、“建立健全大数据资产管理体
系,打造出拥有深度学习能力、全世界领先的数字城市”等建设内容。
近些年来在城市建设的过程中,CIM 通过 BIM、三维 GIS、大数据、云计算、物联网
(IoT)、智能化等先进数字技术,同步生成与实体城市“孪生”的数字城市,实现城市从规划、