CIM时空数据库的研究与实践

城市信息模型（City Information Modeling)，是以城市信息数据为基数，建立三维城市空间模型和城市信息的有机综合体，从范围上讲是大场景的GIS数据+小场景的BIM数据+物联网的有机结合，作为基础城市数据库，目前我国的CIM建设还存在诸多问题，CIM的研究大多在概念阶段，在实现上还没有成熟的方法、统一的标准和要求，技术处于研究摸索阶段 [1-6]。目前国内国外使用和研究更多聚焦于建筑BIM，建筑信息模型目前在美国、英国、澳大利亚、新加坡、日本等国家，都从政府层面对BIM建设和应用提出了明确要求与规定[7]，国内由政府引导开始提出CIM的应用要求和规定，但对于CIM的技术研究与应用处于起步阶段，另外国内基础条件不够成熟，关于CIM的建设、管理、应用需要相应的应用环境支撑，目前国内大部分地区还处于二维地理空间数据建设、应用阶段，有部分地区开始应用三维模型、倾斜摄影测量数据、实景影像等数据的应用，但没有地区真正建立 CIM数据库，其次存在数据孤岛和重复建设的问题，由于建设智慧城市的数据量非常大而且信息很繁杂，许多领域的信息需要融合起来，而实现数据融合又需要相关科技、资金的支持，其商业价值还暂不明朗，导致数据融合缺乏动力，这也进一步导致不同部门之间要对某些共同的应用内容或数据模型进行重复建设，降低了资源的利用率。本文从CIM数据库入手，分析了CIM数据库的构成，对CIM数据库建设内容进行划分，主要包括一张CIM图和非空间数据，形成了完整统一的CIM数据库。

如图1所示，一个CIM数据库包含一张CIM图和其他非空间CIM数据，CIM数据库的建设应从智慧城市建设、管理来考虑，既要服务于城市的规划、建设、管理，又要为精细化城市治理提供数据基础。因此，一个CIM 数据库既包含丰富的空间数据形成的一张CIM图，也包含政府各部门的业务数据、IoT数据和社会公众产生的数据。需要从不同角度分类考虑：

（1）从来源对象考虑，包括政府部门所拥有的数据，又应该包含社会公众产生的数据。

（2）从来源部门考虑，应考虑各行各业相关部门产生的空间数据、业务数据和IoT数据。

（3）从数据类型考虑，则应包括空间数据（CIM图）和非空间数据。

2.1 一张CIM图

一张CIM图是组成CIM数据的基础数据，也是CIM数据的核心组成部分。所有CIM数据的关联、衔接和融合，必须围绕CIM图进行。因此，首先必须建立一张CIM图，数据为包含坐标信息的二维空间数据和三维空间数据。其中二维空间数据应包括基础地理信息数据、各部门的规划数据、多规合一成果数据、各部门的现状数据、工程项目空间数据和权籍空间数据等。另外，三维空间数据包括三维模型数据、倾斜摄影测量数据、实景影像数据和BIM数据。

图 1：CIM数据库组成

（1） 根据我国各地空间数据实际建设情况，基础地理信息数据可以汇集基础地形图、政务电子地图、卫星影像图、航空影像图等；各部门的规划数据应包括国土空间规划、城乡总体规划、土地利用总体规划、环保规划、林业规划等；多规合一成果数据是指各地开展多规合一工作时形成的成果数据；各部门的现状数据应包括土地利用现状数据、交通现状路网数据、全国国土调查数据、地下管网数据、自然资源专项调查数据等，工程项目空间数据应包括建设项目选址意见书、用地预审意见书、建设用地规划许可证、建设工程规划许可证、规划验收许可证等项目建设过程形成的空间数据， 权籍空间数据应包括国有房产证、国有土地使用权证、集体土地使用权证、集体土地所有权证等权籍数据。

（2） 根据各地三维数据实际建设情况，三维模型数据应汇集本地三维现状建模数据，包括三维地上模型、三维地下空间模型、三维管线模型以及其他三维数据等；倾斜摄影测量数据应结合本地数据采集情况，可以包括大飞机采集的倾斜摄影测量数据、无人机采集的倾斜摄影测量数据以及其他设备采集的倾斜摄影测量数据等；实景影像数据是本地根据部门需要开展的实景影像数据采集的各种成果数据；BIM 数据来源则分为多个来源，包括工程建设项目规划报批 BIM，项目施工报批 BIM，项目竣工验收 BIM, 各工程建设单位因建设需要而自行设计 BIM, 以及必要情况下的 BIM 翻模数据。其中，前两个来源为主要 BIM 数据来源，特别是工程建设项目报批 BIM，这将通过市场需求和政府引导双驱动，加快推动BIM 应用，促进行业升级。

2.2 政府各部门业务数据

CIM数据能够产生更多的应用，能够为智慧城市管理和治理提供支撑，非常重要的组成部分便是政府各部门业务数据的叠加应用。一般来说，应用较迫切，且管理实现信息化手段的业务数据主要包括以下几类：工程建设项目审批数据、规划审批数据、环保业务数据、交通业务数据、水务业务数据、城管业务数据、土地管理业务数据、不动产管理业务数据、教育管理业务数据等。

2.3 政府各部门IoT数据

政府各部门IoT数据是指政府部门为业务需要，通过建立IoT而产生的各种数据，本身IoT技术在各行业应用已越来越广泛，针对各部门业务分析，目前可以考虑接入应用的政府各部门IoT数据主要包括智能交通、环境监测、公共安全、智能消防、路灯照明管控、水系监测等几个方面的IoT数据。

2.4 社会公众产生数据

社会公众产生的数据是指除政部门之外，由自然人、法人单位等个体行为或从事某些活动而产生的数据，将这些数据汇总、附加位置信息、其他信息，或是与政府业务数据相融合，可以为城市管理、治理能够提供辅助意义的数据。比如手机信令数据、个人出行交通数据等。

随着智慧城市建设发展，结合本文CIM数据库的研究分析，可以将其应用在多个领域，特别是城市规划辅助、城市设计、市政管理等。

3.1 城市规划辅助

结合政府行政审批改革，整合多规合一、联合审批平台、规划业务平台、时空云平台等系统，融合BIM数据，实现规划编制、审批提供服务，提供二三维一体、地上地下一体的规划地块可视化、管控盒子、控高分析、日照分析等，实现可计算、可视化的规划设计模拟。如图2所示。

图 2：城市规划辅助

3.2 城市设计

通过CIM实体数据辅助完成城市景观设计、建筑色彩、建筑风格、空气流动分析、建筑群热工分析等。如图3所示。

图 3：城市设计

3.3 市政管理

通过市政设施、管网竣工BIM数据的不断积累，连片，逐步丰富城市管网数据，逐步形成区域级市政数据，用于城市管理应用。如图4所示。

图 4：市政管理

CIM数据库的建设作为智慧城市建设中重要环节，明确CIM数据库的建设内容具有重要意义，本文对CIM数据库的建设进行了探索，将CIM数据库分为CIM一张图和非空间CIM数据，又对非空间的CIM数据建设内容做了详细的分类研究，最终形成了完整的CIM数据库，为智慧城市建设和CIM建设应用提供参考，为提升城市服务水平和服务质量奠定基础。