“十四五”规划纲要指出，加快数字化发展，建设数字中国。2022年，住房和城乡建设部在重庆、福州、济南等16个城市开展首批“新城建”试点，组织开展城市信息模型基础平台建设、智能市政、智能建造等一系列专项试点。在数字中国和“新城建”浪潮的共同推动下，智慧城市已经成为我国城市建设发展的重要实践方向。本文介绍智慧城市的理念和国外智慧城市建设动态，分享中冶京诚工程技术有限公司（以下简称“京诚公司”）在智慧城市建设的相关实践，分析并总结智慧城市关键技术，探索其研究方向和未来趋势，以期为行业企业参与智慧城市建设提供借鉴。

智慧城市及国外建设动态

智慧城市的内涵

2008年全球金融危机爆发后，旧M率先提出“智慧地球”概念，世界各国纷纷将智慧地球作为应对金融危机和振兴经济的重要举措。智慧地球的实现离不开智慧城市的支撑。

2018年12月，《智慧城市术语》（GB/T37043）对智慧城市进行了明确的定义。从其定义来看，智慧城市首要特征是以人为本，通过数字科技，让城市居民可以平等地体会到智慧带来的便利。借助物联感知技术，对城市中的人、物进行全面的感知与互联，形成泛在信息源，以便实时感应城市各类环境的变化并提前预警。城市逐步形成具有持续创新发展的内驱力，各构成要素之间实现自我适应调节、自我优化和完善。

城市信息模型CIM被理解为是建筑信息模型BIM在城市范围的扩展应用。2015年，中国工程院院士、同济大学教授吴志强把CIM延伸为City Intelligent Model，即城市智能信息模型，强化了智能的要求，更关注基于CIM模型预演发展过程，提出解决预案。2021年，住建部印发《城市信息模型（CIM）基础平台技术导则》将CIM定义为集成建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网（IoT）等技术，整合城市多维、多尺度信息模型数据和感知数据，构建起三维数字空间的城市信息有机综合体。

由此可见，CIM是实现智慧城市的数据信息基础，智慧城市是CIM应用的上层建筑，CIM成为智慧城市实践落地的重要组成部分和推进抓手。

国外智慧城市建设动态

从全球范围来看，智慧城市已经成为城市治理和发展转型的新思路。瑞士洛桑国际管理学院（IMD）最新公布的2023智能城市指数（Smart City Index）显示，新加坡排名亚洲第一，全球第七。新加坡是全球最早推行“政府信息化”的国家之一，智慧城市建设注重服务公众。2015年，新加坡政府与法国达索公司合作开发“虚拟新加坡”，旨在打造一个汇集所有物联网传感器的城市三维模型和协作数据平台，用于城市环境模拟仿真、服务分析、规划与管理决策、科学研究等领域。此外，该项目还建立了城市数字孪生模型，存储城市运营的大量数据信息，依据需求定制化展示运营状态，以应对新型的复杂挑战。

2016年，日本首次提出建立高度融合网络空间和物理空间，并以人工智能技术为基础、以提供个性化产品和服务为核心的“超智能社会”概念，即超智能社会5.0。该计划明确将运用物联网、机器人、人工智能、大数据等技术全面提升生活便捷性，提高防灾能力，解决社会环境和能源等课题。2021年，日本内阁通过第六届“科学技术和创新基本计划”，将投入约2700亿美元研发人工智能和低碳技术等，将超智能社会5.0的目标具体化，促进产业和社会的变革。

2016年，韩国成立首尔数字化基金会，并发布《数字首尔2020计划》，以支撑基础设施的数字化建设，指导在数字化城市、数字经济、市民体验以及全球引领等方面的工作。2019年，发布《第三次智慧城市综合规划（2019–2023）》打通和完善数据与技术，推进更高质量的城市管理、服务和运营工作。2021年，发布《首尔愿景2030》，确定未来感性城市重点工作，包括提升交通物流智能化水平，构建以市民为中心的智慧生态，实现大数据AI基础的智能型政府，保障可持续发展等。

2015年，美国联邦政府发布“白宫智慧城市行动倡议”，积极布局智能交通、电网和宽带等领域，以解决城市交通和能源问题。美国政府重视标准建设，发布《智慧城市互操作性参考体系架构》《智慧城市和社区框架系列》等。

2013年，英国成立了未来城市技术创新中心，通过制定原则和统一开放标准，推动多领域、多部门间的合作共享，促进数字服务和智能技术在公共服务中的应用。近年来，欧盟已启动了超过数十项针对数字化产业的国家计划，如德国工业4.0、法国未来工业联盟、荷兰智慧产业等。

京诚公司智慧城市实践之路

全专业三维协同设计及数字化交付

2010年左右，京诚公司开始系统性推广BIM设计，并在海外项目中全面应用BIM技术。2015年，京诚公司进一步完善数字化设计软件架构，创新数字化协同工作模式，建立协同设计标准体系，建立协同设计工作平台、工程数字化元件库和编码平台，开展全专业数字化协同正向设计。建立工程数据中心集中存储项目设计、采购、施工全过程信息，为工程数据资产全生命周期管理奠定基础。

某钢厂能源管控系统

基于IFC开放格式搭建模型，从项目决策阶段开展性能模拟，辅助规划设计，动态收集建设过程信息，采集完工数据并复核，形成竣工模型，实现从规划、设计、采购、安装、运维阶段的“一模到底”，数字化移交实现了项目全过程的精细化管控。从单项BIM应用拓展形成厂区级、园区级、城市级一张CIM蓝图，实现多规协同、信息互联互通、共享共治，一张蓝图干到底，一张蓝图管到底。

某钢厂数字化工厂

从智能工厂到智慧城市

京诚公司从冶金工程设计领域起步，从设计成果末端控制向产品全流程控制转变，全面推进生产数字化，构建覆盖全流程的动态、透明、可追溯体系，实现全流程智能制造、全能源综合利用、低碳环保零排放。自主开发的智能化生产管理系统、数字孪生工程管理系统广泛服务于河钢集团、中国一重、济源钢铁、凌源钢铁等多家企业。京诚公司将智能工厂的核心要素一一产品数字孪生模型、物联网感知技术、自动化系统、过程控制与制造执行系统（PCS与MES）、企业资源计划（ERP）和产品全生命周期管理系统（PLM）等移植到城市规划、建设、运营管理中，打造京诚公司“CIM”“CIM+”城市数智孪生产品，为智慧城市治理提供新解决方案。

智慧城市实践活动

2017年，云南滇中新区智慧综合管廊一期工程建成并投入使用，项目入选“住建部2017年科学技术项目计划一一科技示范工程项目（信息化示范工程）”。项目建立贯穿规划、设计、施工、运维全过程的BIM+GIS模型，实现了模型的轻量化和信息全记录、全追溯；利用云平台、大数据、物联网技术，进行智慧化危机处理与决策，为综合管廊本体、廊内管线、入廊人员提供安全防范措施，确保设备、人员的财产和生命安全。

滇中智慧管廊监控中心

作为住建部首个智慧管廊示范工程，该项目为滇中新区综合管廊构建了全过程标准作业体系，通过全生命周期一体化智慧管控平台，实现了综合管廊的可视化管理、自动化维检、智能化应急、标准化数据、全局化分析、精准化管控，提高了新区综合管廊的智能化管控水平与运行效率，降低了运维综合成本。

规划建设信息平台

2019年，北京某区规划建设信息平台项目基于BIM+GIS融合模式，搭建区域全信息模型，整合展现宏观规划和具体项目方案，建成“规建管”一体化系统、辅助预审批系统、智能分析系统、城市体检系统、标准地信息管理与服务系统五大应用系统，实现该区“规建管”成果“一张图”综合展示，形成区域数字孪生城市的数据分析、决策、预测预警、模拟推演与实体城市的管理决策等一体化的新区发展新模式。2022年4月，该平台顺利通过终期验收并正式上线运行。

某区低碳能源数智运营平台

2021年，京诚公司研发出某区低碳能源数智运营平台，包含生产运营、数智运维、设备管理、应急调度、客服管理五大应用模块，整合能源消耗、管网平衡、热负荷预测、碳排放等调控、分析功能，以数字化、可视化的方式达到节能降耗、高效供热的管控目标，实现低碳、高效的精细化供热管理。2022年4月，该平台通过验收。

智慧城市的关键技术

基于CIM的智慧城市建设的关键技术主要包含城市各领域模型的深度融合、多源异构数据的采集和传输、海量数据的分析与处理、高性能计算四个方面。

城市各领域模型的深度融合

利用CIM技术，建立城市虚拟数据模型，仍需要与城市运行其他领域模型进行深度集成融合。各信息模型融合的深度会制约智慧城市仿真应用的能力。从现状看，多领域建模均存在一定的技术瓶颈，尤其涉及模型的时空维度，以及不同模型的耦合范围，对数据维度和传感器精度的要求都是亟待解决的问题。

多源异构数据采集和传输

多源异构的大数据是整个智慧城市系统的数据基础，需要高精度传感器进行数据采集和高效稳定的传输。只有及时、准确地收集城市的各类数据，才能够较为真实地复原城市运行状态。传感器采集的精度、安全可靠性以及数据传输的稳定性仍需要进一步提升。

海量数据的分析与处理

城市运行产生的海量数据为智慧城市系统分析提供了大量样本数据，通过数据分析实现对城市运行状况的判别、状态回溯、应急预案的仿真等，将为智慧城市系统设计优化提供支撑。海量数据存储和管理均需要较大的服务器空间，目前，多数构建以私有云为核心的数据中心，通过分布式服务器和冗余存储，进一步优化数据架构、存储方式和检索方法，以便及时获得可靠的数据。

高性能计算

智慧城市建设发展建立在新一代信息技术能力之上，信息的处理和运算能力直接制约智慧城市系统的功效发挥。CIM与物理实体城市的实时映射，对系统计算资源和性能的要求很高。综合考虑现阶段信息技术和计算机发展水平，强制提升运算性能，难度较大且不经济。因此，目前通常采用分布式计算的云平台，配合高性能的计算系统，来提高运算效能。

智慧城市研究方向

智慧城市是面向城市全域的，具有精准映射、模拟仿真、虚拟交互、智能干预等特点，它与BIM/CIM技术仿真模拟、可视化预警、协同作业等优势相结合，将更有利于推动智慧城市建设。基于CIM的智慧城市研究方向主要包括全息感知体系、城市大脑和零碳园区三个方面。

全息感知体系

通过遍布城市的感知设备，多维度采集各类传感信息，利用泛在网络接入环境，结合智能云计算，实现各类感知数据云端存储、分析与计算能力。该研究与物联网发展密不可分，除了在实现技术、覆盖范围、建设方式等方面仍需完善外，打破各类传感信息数据的割裂与孤立现状，才能进一步发挥全息感知体系的价值。

城市大脑

以杭州城市大脑为例，将智慧城市理念应用在城市交通管理中，有效应对道路交通分散、随机性和不确定性强等问题。城市大脑汇总各方道路信息数据和出行者信息，再融合人工智能、云计算等处理分析数据，预测当前交通运输状况并给出最优的交通预案。基于CIM的虚拟空间，结合交通信息数据和高精度地图，构建实时性、可模拟预测、可控制物理实体的智慧交通体系，将是未来研究的新方向。

零碳园区

作为智慧城市的重要实践之一，智慧园区建设已经在园区规划、建设、运营、安防和业务管理等方面取得一定的成效，辅助园区管理降本提效。随着“双碳”战略的推进，零碳园区的概念随之产生。在园区级CIM的基础上，通过传感实时采集碳排放相关数据，结合人工智能模拟，预测碳排放和能效监控等，早日实现园区的“双碳”目标。

发展趋势

现阶段，基于CIM的智慧城市建设仍面临诸多挑战。智慧城市建设需要海量数据作为支撑，收集和处理相关数据信息需要持续投入人力和时间；数据权属分割，运营实施难度大，系统应用难以及时获得充足、准确的数据信息；海量数据的存储和处理需要大量的运算资源，软硬件环境的配套成本随之大增。目前，智慧城市建设以政府为主导，其系统难以“自平衡”，盈利前景不明晰；智慧城市越复杂，其系统越脆弱，一旦遇到紧急突发状况，失能的风险会大大提高；冗余建设受制于经济性，往往难以发挥功效。

2022年3月，住房和城乡建设部印发《关于全面加快建设城市运营管理服务平台的通知》，要求建设住建领域统一大平台，加快本领域各项管理业务“一网统管”。一网统管已成为城市治理、提质增效的主要手段，结合智慧城市以人为本的特征，一网统管将更加注重实用实效。同年5月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于推进以县城为重要载体的城镇化建设的意见》，进一步明确智慧服务平台向县域下沉的趋势，推动县域地区智慧城市建设；同年7月，住房和城乡建设部、国家发改委发布《“十四五”全国城市基础设施建设规划》，要求开展城市基础设施智能化建设行动，持续推进城市基础设施高质量发展。可以预见，智慧城市将在精细治理、平台运营、“新基建”、数据价值和技术应用上出现新变化。

结语

从智慧城市到新型智慧城市，现代城市迈向精细化管理、高质量发展的新阶段。CIM以其协同性、模拟性、多层级性，有效地避免了智慧城市发展中的重复建设、数据孤岛、缺乏顶层规划等一系列问题。基于CIM的智慧城市建设，是我国智慧城市建设发展的大势所趋。京诚公司凭借数十年在BIM/CIM方面的积累与沉淀，厚积薄发，将在智慧城市的建设中不断贡献京诚智慧和力量。伴随着工业4.0的发展，智慧城市的未来发展将会更加美好。（本文作者王莎莎、崔海龙、董博浩，来自中冶京诚工程技术有限公司）

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