文｜北京未來科學城科技發(fā)展有限公司；中新城鎮(zhèn)化（北京）科技有限責任公司

1.項目概況

1.1 北京未來科學城

未來科學城地處首都北京北部，總規(guī)劃面積170.6平方公里，在空間布局上呈現(xiàn)“兩區(qū)一心”格局，其中東區(qū)建設具有國際影響力的“能源谷”，西區(qū)以中關村生命科學園為主體建設具有全球領先水平的“生命谷”，以沙河高教園為主體建設一流科教融合新城，一心為生態(tài)綠心，位于未來科學城核心位置，與東、西兩區(qū)共同構建藍綠交織、水城共融的生態(tài)發(fā)展格局。2014年未來科學城獲評北京市首批綠色生態(tài)示范區(qū)。作為北京建設國際科技創(chuàng)新中心主平臺之一，未來科學城聚焦先進能源、先進制造、醫(yī)藥健康領域，集聚一批高水平企業(yè)研發(fā)中心，深化央企、高校、科研院所匯聚優(yōu)勢，建設重大共性技術研發(fā)平臺，不斷完善創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)生態(tài)，建設宜居宜業(yè)的生態(tài)智慧城市，打造全球領先的技術創(chuàng)新高地。

1.2 未來科學城CIM 平臺建設

2016年北京市科技創(chuàng)新大會及“深化央地人才合作推進未來科學城建設”專題會議提出將未來科學城作為智能城市試驗區(qū)，推動智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。為此，未來科學城大力推動智慧能源、智能交通、5G 等建設，建筑信息模型（BIM）技術已在區(qū)域內(nèi)逐步推廣應用，2017年，未來科學城完成云計算中心等智能基礎設施建設。2018年初，北京市科委重大專項立項支持《未來科學城時空信息一張圖智能支撐平臺》（CIM 平臺）建設，示范建設智能城市試驗區(qū)的新型基礎設施。

北京未來科學城空間示意圖

未來科學城時空信息一張圖智能支撐平臺（CIM平臺）建設，充分利用3DGIS、BIM、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術手段，突破多項技術難題，實現(xiàn)了表達和展示城市實景三維空間的CIM 平臺功能，開展基于平臺的城市規(guī)劃建設、運行管理、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟等典型應用示范。未來科學城CIM 平臺規(guī)劃覆蓋全域范圍170.6 平方公里，其中東區(qū)一期10 平方公里CIM 平臺已經(jīng)于2020年9月通過了專家評審，實現(xiàn)了CIM 平臺系統(tǒng)的上線運行，實施了10 個城市綜合管理服務應用子系統(tǒng)的集成及示范應用，成果質量得到了市科委和業(yè)內(nèi)專家的高度認可。項目匯集了未來科學城城區(qū)規(guī)劃、建設、運維和地上地下三維建筑和基礎設施模型信息，具有良好的時空數(shù)據(jù)基礎，構建了數(shù)字化、全維度的城市空間，逐步實現(xiàn)與實體城市同步建設的數(shù)字化孿生城市建設。

2.總體思路和技術路線

2.1 總體思路

北京未來科學城CIM 平臺建設采取頂層設計、統(tǒng)一標準規(guī)范制定，謀劃區(qū)域數(shù)據(jù)底座，與智慧專項系統(tǒng)實現(xiàn)集成聯(lián)動，實現(xiàn)了以一張圖三維可視化呈現(xiàn)方式支撐專業(yè)場景應用。

2.2 技術路線

項目進行了深度調(diào)研，以滿足未來科學城管理與應用的實際需求為目標，編制CIM 平臺建設方案，進行系統(tǒng)設計，逐步實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)采集處理與匯集。

項目過程中，研究突破統(tǒng)一環(huán)境下的3DGIS+BIM全空間無縫集成關鍵技術、BIM 模型規(guī)劃建設信息自動掛接關鍵技術、海量時空數(shù)據(jù)可視化與輕量化關鍵技術、基于規(guī)劃與時空數(shù)據(jù)的智能預測決策模型關鍵技術和基于時間和空間維度高度融合的多源異構時空大數(shù)據(jù)一體化關鍵技術。

項目通過建設區(qū)域內(nèi)統(tǒng)一的CIM 平臺，實現(xiàn)按需提供的個性化服務系統(tǒng)、數(shù)據(jù)集成及應用能力，實現(xiàn)室內(nèi)室外、地上地下、二三維一體化全空間技術支撐及應用服務、擴充感知定位及解譯服務接口等，提升未來科學城時空大數(shù)據(jù)集成管理能力、時空分析能力和按需服務能力。

項目成果中，實施基于未來科學城規(guī)劃與時空數(shù)據(jù)的智能預測決策模型，實現(xiàn)未來科學城區(qū)域范圍內(nèi)城市用地規(guī)劃、建筑高度控制、建筑輪廓、在建項目等時空信息一張圖典型應用示范。

3.核心建設內(nèi)容

3.1 總體框架

北京未來科學城CIM 平臺由基礎設施層、數(shù)據(jù)層、服務層、軟件層、接入層構成。

基礎設施層包含未來科學城華為云計算中心的基礎信息化資源環(huán)境、互聯(lián)互通的網(wǎng)絡環(huán)境，部署各類基礎軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)層主要包括構成時空大數(shù)據(jù)的四大主庫及支撐運維所需的運行庫，為上層系統(tǒng)運行提供各類數(shù)據(jù)支撐。服務層采用服務總線技術，其能夠協(xié)調(diào)上層系統(tǒng)在交互后產(chǎn)生的功能需求，完成對數(shù)據(jù)的獲取、處理、統(tǒng)計、分析以及導出等功能。軟件層提供CIM 平臺的所有基礎功能，包括時空信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等，支撐上層各類專題應用的數(shù)據(jù)分發(fā)與共享使用。接入層即應用層，主要包括城市運行一張圖和規(guī)劃建設一張圖兩大業(yè)務應用系統(tǒng)。平臺的建設基于統(tǒng)一的標準規(guī)范體系，包括數(shù)據(jù)標準規(guī)范、應用程序標準規(guī)范、接口標準規(guī)范、硬件標準規(guī)范等一系列的體系以指導平臺的規(guī)范化建設。

3.2 建設內(nèi)容

北京未來科學城CIM 平臺建設包括功能建設、數(shù)據(jù)建設、安全運維建設。其中，功能建設包含三維模型和BIM 匯聚的能力（含模擬仿真建筑單體到社區(qū)和城市的能力），具備工程建設項目各階段模型匯聚的能力。

（1）功能建設

時空信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。主要包括時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和時空數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。時空信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是實現(xiàn)對多源、異構、多尺度多時態(tài)時空數(shù)據(jù)進行存儲管理的系統(tǒng)，解決多級海量時空數(shù)據(jù)的一體化存儲管理和快速訪問。數(shù)據(jù)庫管理體系總體上采用分布式存儲技術，根據(jù)矢量、柵格、瓦片等不同類型數(shù)據(jù)的特點，采用不同的存儲管理技術，形成一體化的異構空間數(shù)據(jù)混合存儲系統(tǒng)。

網(wǎng)絡數(shù)據(jù)服務發(fā)布與管理。CIM 平臺時空信息公共系統(tǒng)，包涵了二維及三維 GIS 地圖引擎服務，將時空大數(shù)據(jù)中的矢量、影像、三維、地名地址及建（構）筑物等靜態(tài)數(shù)據(jù)，按標準規(guī)范，以標準服務的形式（如WMS/WMTS/WFS/WCS 等）發(fā)布、管理，從而提供了從二維到三維的各種 GIS 功能。另處，通過對 BIM數(shù)據(jù)的無縫整合，使平臺具備了 GIS+BIM 的能力。瀏覽地圖可以從二維到三維，從建筑物外到建筑物內(nèi)的全方位的暢游。

一張圖應用系統(tǒng)?；贑IM 平臺，根據(jù)管理需求搭建一張圖應用系統(tǒng)，按照區(qū)域開發(fā)建設階段劃分為城市規(guī)劃建設時空信息一張圖和城市運行時空信息一張圖。同時，支持其他專業(yè)系統(tǒng)基于CIM 平臺進行一張圖展示和管理應用開發(fā)。

（2）數(shù)據(jù)建設

①數(shù)據(jù)庫建設

基礎支撐數(shù)據(jù)庫按照使用的對象劃分為業(yè)務數(shù)據(jù)庫和基礎數(shù)據(jù)庫。業(yè)務數(shù)據(jù)庫主要存儲各類業(yè)務數(shù)據(jù)，包括交換數(shù)據(jù)；基礎數(shù)據(jù)庫主要用于存放具有通用屬性的基礎數(shù)據(jù)，能夠方便地被其他系統(tǒng)調(diào)用。

②數(shù)據(jù)共享建設

數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)建設，主要包括數(shù)據(jù)資源交互和二次開發(fā)接口兩部分內(nèi)容。對采集的數(shù)據(jù)源進行配置，定義采集指標規(guī)格，配置采集流程，最后配置數(shù)據(jù)采集的周期，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過程的自動化。

（3）安全運維建設

未來科學城CIM 平臺部署于未來科學城華為云計算中心，軟硬件與網(wǎng)絡環(huán)境均具有安全保障。運維方面包含運行管理規(guī)定、平臺維護操作規(guī)程等平臺運行維護和更新機制、數(shù)據(jù)協(xié)同共享和更新維護機制。網(wǎng)絡安全建設與平臺建設“同步規(guī)劃、同步建設、同步使用”，綜合評估各類安全風險、設計安全方案，開展網(wǎng)絡安全等級保護定級和備案，符合現(xiàn)行國家標準《信息安全技術 網(wǎng)絡安全等級保護定級指南》（GB/T 22240）的安全等級保護要求。

4.項目建設進展

北京未來科學城CIM 平臺項目于2018年初啟動建設，2020年9月通過驗收。目前項目已經(jīng)部署在未來科學城云計算中心，進入運行階段，并結合城區(qū)發(fā)展需要，持續(xù)完善時空數(shù)據(jù)資源，支撐未來科學城智慧城市建設。

未來科學城利用CIM 平臺積極拓展智慧應用，目前在建項目包含綠色生態(tài)評價管理系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)招商地圖系統(tǒng)等，有力地推動了園區(qū)智慧化發(fā)展。

5.項目建設成果與成效

隨著未來科學城建設科技領域先行先試，CIM 平臺+智慧能源、BIM 的全覆蓋應用，推動了智能城市示范區(qū)建設，從而持續(xù)支撐未來科學城的城市運行（如產(chǎn)業(yè)發(fā)展、交通、能源、生態(tài)、通信、基礎設施等方面）、規(guī)劃建設（如土地規(guī)劃、開發(fā)、規(guī)劃實施與監(jiān)測評估等方面）、運營決策分析等智能化應用建設需求，全面促進未來科學城城市管理水平的提升。

在項目實施過程中，編制標準規(guī)范四則、規(guī)范數(shù)據(jù)成果多個專題、論文兩則、軟著兩則。其中標準規(guī)范分別為《未來科學城建筑信息模型（BIM）建模標準》（團體標準）、《未來科學城時空信息數(shù)據(jù)分類編碼標準》《未來科學城時空信息共享與交換技術規(guī)范》和《未來科學城時空信息一張圖智能支撐平臺開發(fā)接口規(guī)范》；核心期刊發(fā)表兩篇論文；多項軟著。未來科學城CIM 平臺技術以標準、專利、專業(yè)文獻等形式，為北京市推動CIM 平臺試點工作奠定了基礎，同時帶動了市場推廣，帶動了一批CIM 平臺及智慧應用項目的建設。

6.項目建設亮點

（1）本項目作為北京市科委正式專項支撐計劃的驗收成果，是首個通過省級科技項目立項驗收的CIM平臺項目，具有專業(yè)認可。

（2）本項目是具有自主知識產(chǎn)權的CIM 平臺項目，在項目建設過程中，實現(xiàn)了創(chuàng)新突破，研究解決四項關鍵技術難題，突破了CIM 平臺建設的瓶頸。

（3）本項目是全國率先在園區(qū)范圍內(nèi)實施的CIM平臺應用示范，CIM 平臺成功建設及投入使用，對于CIM 平臺+園區(qū)綠色智慧建設具有推動作用，通過與未來科學城綠色生態(tài)評價管理系統(tǒng)對接，可實現(xiàn)評估監(jiān)測綠色生態(tài)規(guī)劃和指標實施情況，對提升綠色生態(tài)建設管理水平起到積極的推動作用；基于CIM 平臺，未來科學城建設了“產(chǎn)業(yè)招商地圖”系統(tǒng)，為管理者提供了招商資源信息管理的工具，對于園區(qū)經(jīng)濟建設具有一定的帶動作用。

（4）本項目在BIM 應用方面，考慮到了單體建筑和大體量園區(qū)級場景應用，編制了園區(qū)級BIM 交付標準，對大區(qū)域BIM 工程交付進行了探討。

（5）在智慧城市的技術架構里，未來科學城CIM平臺已經(jīng)發(fā)揮基礎平臺的作用，成為未來科學城智慧園區(qū)建設的基礎平臺之一。

（6）從城區(qū)角度，基于未來科學城城市用地、地理環(huán)境、空間規(guī)劃、綠色生態(tài)規(guī)劃、資源環(huán)境等數(shù)據(jù)，項目研究建立基于規(guī)劃和時空數(shù)據(jù)的能耗與碳排放模型，用于對未來科學城綠色發(fā)展與城市管理決策提供科學參考和重要支撐。

城市規(guī)劃建設時空信息一張圖（規(guī)劃應用）

城市規(guī)劃建設時空信息一張圖（建設應用）

7.經(jīng)驗總結

未來科學城CIM 平臺，做為全國首個CIM+園區(qū)應用案例，在北京科委重大項目和昌平區(qū)政府支持下，突破技術關鍵形成自主知識產(chǎn)權，實現(xiàn)驗收交付使用。未來科學城CIM 平臺是支撐北京未來科學城進行城市規(guī)劃建設管理和社會公共服務領域應用的基礎平臺，是推進北京未來科學城綜合城市管理服務提質增效，支撐“新城建”智能化市政基礎設施建設和提升改造、協(xié)同發(fā)展智慧城市與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟、創(chuàng)新城市綜合管理服務平臺和智慧社區(qū)等應用場景的新型基礎設施。

CIM 平臺在城區(qū)的綜合管理應用中具有基礎數(shù)據(jù)底座的支撐作用。CIM 平臺從城市規(guī)劃建設、運行、與決策分析方面入手，深化未來科學城智能示范應用系統(tǒng)建設，推動信息化技術與日常業(yè)務融合，為未來科學城應用場景拓展提供一張圖服務，對提升城區(qū)政府公共服務能力，提高園區(qū)科學決策水平具有現(xiàn)實意義。

城市運行時空信息一張圖（1）

城市運行時空信息一張圖（2）