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当今世界智慧城市技术发展新模式BIM+CIM+GIS探讨

发布时间:2017-10-20 14:39来源:上海智能建筑建设协会阅读数:0

图2  智慧城市模型

近来,国内很多专家学者在不同的场合提出了城市智慧模型CIM的概念,这是在智慧城市建设的实践过程中,不断摸索、不断思考、不断深化的基础上,逐步提升的全新概念和研究成果。城市智慧模型(CIM)包含了:城市历史发展和文化形成的智慧,解决城市生活宜居、便捷、安全的智慧,以及城市可持续发展与提升核心竞争力的智慧。智慧城市模型如图2所示。

CIM将数字工程技术的应用维度从单体工程尺度延展到真实的城市尺度和地球尺度,力求依托真实城市的数字镜像,通过BIM模型的加载和城市三维扫描技术的整合,针对城市规划、城市市政、城市交通和城市管理等应用层级实现城市动态的高仿真可视化管理。

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图3  虚拟智慧城市模型

城市智慧模型(CIM)主要用于通过模拟仿真指导智慧城市的建设;同时可用于智慧城市建设成果的评估以及智慧城市的运行管理。虚拟智慧城市模型如图3所示。

城市智慧模型的建立将继承城市历史发展和文化形成的智慧、解决城市生活宜居、便捷、安全的智慧、提升城市可持续发展与核心竞争力的智慧。

我国城市管理正从单一管理向综合治理转变,迫切需要用科学的理念、方法和先进技术来建设和管理城市。党的十八届三种全会决议提出要改进社会治理方式,以网格化管理、社会化服务为方向,健全基层综合服务管理平台。习总书记提出了深化拓展网格化管理为群众提供精准有效的服务和管理,要运用大数据技术和网格管理技术确保城市安全和公共服务等要求。我国城市网格化管理从数字城管起步,其万米单元网格管理法、城市部件管理法和监督、管理、执法分离的创新思想与城市管理实践有机结合,更新了城市管理观念,提升了城市管理效率和水平,经过多年持续推广,已经取得了巨大的社会效益和经济效益。

另外《国务院办公厅关于加强地下管线建设管理的指导意见》有关部署,适应新型城镇化和现代化城市建设的要求,把地下综合管廊建设作为履行政府职能,完善城市基础设施。总结国内外先进经验和有效做法,全面推进地下综合管廊建设。

政府应开始行动,大力建设CIM平台:

政府已在投巨资进行智慧城市的建设,如果先大力抓CIM的建设,投资收益将多倍增加。政府可以开始制定CIM建设的规划和步骤,启动的条件已基本具备。

 

BIM提升为CIM

城市规划信息模型来源于BIM信息模型,是以三维空间模型为基础,从控制性详细规划到修建性详细规划两个层次建立基于同样的数据结构并且包含了所有规划信息的三维和多维模型。具体可以分为两个层次的定义:控规信息模型和修规信息模型。控规信息模型主要是从地块入手,以地块为基本单位,建立包含该地块所有规划属性的信息模型。修规信息模型主要以建筑为基本单位,建立该建筑单位所有信息的规划信息模型。

如果我们的规划管理工作原先落在单体,那么未来的城市管理一定会落在单体之外的系统。城市是生命体,建筑是细胞,从BIM到CIM,应该是一个从细胞到生命体之间的变化。

对于BIM的单个细胞、单体,不能解决我们城市问题,在原来的单体之间,那些联络网络,是CIM要突破的重点,例如:交通流、水流、气流、固废物的排泄等等,这些流动在我们的规划管理中间是很少涉及的,而这块才是我们CIM的重点,看不见的无形的东西,是我们所需要关注的。

城市中还存在着信息传递的神经系统,不可见的人流、信息流、资金流等。整个城市的生命体每天都在更新,相比建筑的稳定系统,城市每天都在变化。

现在我们的规划管理,或许会出现一个突破性进展,那就是百姓参与服务设施管理,不仅仅是规划局派人去审批,而是社区内每个老百姓都在管着我们的设施。我们国家的转型期,让城市走向多元共治。

城市从单体建筑,走向全系统运行管理。所有的智能建造,意识,构建,全部整合起来,形成一个新体系。

从“以形定流”走向“以流定型”的群落规划设计。

我们需要先知道各种的“城市流动”,根据流动,来确定空间的形,这是Smart的关键。

(1)把BIM作为CIM的细胞——将建筑作为城市细胞。

(2)城市物质子系统建模——建立CIM的工作底板,多种数据的导入。

(3)城市时空数据的接入例如世博会,模拟100多万人在世博会,通过模拟,保证世博会的安全。

我们的空间信息多,但是时间信息少,目前我们在做上海出租车数据分析,通过长时间段的连续分析,可以更加详细的了解城市人的活动状况。

(4)城市突发事件预警包括自然灾害,火灾,犯罪等等,能够及时启动应急管理预案。

(5)城市蓝图模拟规划专业的特征,是具有梦想。对蓝图的描绘,通过不同的情景方案,来应对城市弹性与不确定性。

6  GIS

地理信息系统(geographic information system GIS) 是近年发展起来的,已成为处理、分析和可视化空间资料必不可少的工具。

(1)概念

目前,关于地理信息系统的概念存在多种定义。美国联邦地理资料委员会(FGDC) 所给的定义为“用于输入、存储、维护、管理、检索、分析、综合和输出地理信息或以位置为基础的信息的计算机系统。

(2)组成和特点

GIS 有主要由数据输入、数据单元转换(包括数据查询和数据分析) 以及数据输出3 个部分组成。GIS 数据由与地理空间位置相关联的、以地理坐标为定位的多源数据组成,可分为空间数据与属性数据。来自传统地图的数据通常作为一种数据输入的来源。输入的数据包括点数据、线特征以及空间多边形信息(例如土坑位置、道路网或森林面积等)。也有其它的信息来源,例如来自全球定位系统的监测信息、航空图片、卫星图片或其它图片。输入的数据通常也有一种栅格或矢量格式。所有的数据必须转换成数字化形式后才能利用GIS 软件进行分析。GIS 的主要优势来自于数据单元转换和分析的可能。数据单元转换和分析包括输入资料中数据层坐标系统的转换、栅格数据向矢量数据转换、数据提取和叠加、数据管理以及其它内容。最新的数字地图或模拟地图,结合GIS 数据库中的数据,用GIS 的制图显示系统将空间数据或属性数据以及相应的分析结果直观地以专题地图或各种图表的形式显示出来,得到输出结果。

强大的空间数据管理能力和分析、显示功能是GIS 的显著特点。传统上,流行病学专家一直采用地图去分析位置、环境和疾病之间的关系,因为GIS 的空间分析和显示功能,GIS特别适用于研究位置、环境和疾病之间的关系。GIS 区别于一般信息系统的关键在于其处理空间相关数据的能力。在制图(mapping) 方法方面, GIS 有很大的灵活性,而传统的制图方法产生锐利的边界,因而忽略了连续性的自然特色。GIS用于疾病制图处理的优势在于疾病地图产生及其变化方面的简单化以及在确定一个实际单位方面更为广泛的变化,与面向显示的计算机辅助制图(CAM) 相比,GIS 不仅具有一般的图形显示空间数据的能力,而且具有对图形的分析能力。

7  智慧城市发展新模式:BIM+CIM+GIS

BIM、CIM、GIS三者结合将成为智慧城市建设新模式。

GIS与BIM的集成:实现了GIS应用领域的拓展与延伸和提升BIM应用价值,同时
采用GIS与BIM集成技术,实现了城市彻底地“数字化”,在彻底数字化基础上引入城市智慧模型,构建一个虚拟的智慧城市,必将成为智慧城市建设的模式和路径。

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图4  智慧城市新模式架构

 

智慧城市建设的CGB(BIM+CIM+GIS)模式:采用3DGIS+BIM与CIM创建一个虚拟的智慧城市,各种符合智慧城市建设的规划、城市智慧应用解决方案都可以首先在虚拟的智慧城市中得到模拟仿真和分析验证,并且从中获取“城市历史发展和文化形成的智慧,解决城市生活宜居、便捷、安全的智慧,以及城市可持续发展与提升核心竞争力的智慧”,用于指导智慧城市建设;同时,基于虚拟的智慧城市进行建设成果评估;在智慧城市运行阶段,通过物联网、移动互联网与实体城市关联,实现智慧城市的运行管理。我们有理由相信融合了3DGIS+BIM与CIM的智慧城市建设CGB模式,有助于指导智慧城市建设、评估智慧城市建设成果和运行管理智慧城市。如图4所示。

基于CIM(城市信息模型)的智慧城市平台以准确的城市三维空间关系为基础建立城市镜像,基于基础信息延伸并建立子系统,同时整合已经存在但游离孤立的子系统,形成一个循环的交互平台。子系统基于母系统信息建立,其信息并能返回并完善母系统,是一个不断自我更新的整合平台,能够在集成平台上综合处理复杂的城市问题。如图5所示。

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图5  智慧城市新模式模型

 

8  参考文献

[1]. 杨宝明. 从BIM到CIM,上海鲁班软件有限公司,2015.

[2]  蓝色星球应用,3D GIS地理信息系统平台,2015.

[3]  吴志强. 从BIM到CIM,同济大学,2015.

[4] 上海工程勘察设计有限公司. 智慧城市规划—从BIM到CIM,2015

[5] 张邻.基于可视化特征提取的数字化城市BIM信息调度模型,2016

[6] 陆伟良,杨军志,张宜,王铁,杜昱,徐龙. 数据中心建设BIM应用导论,东南大学出版社,2016

 


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