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摘要：随着城市三维空间各类数据采集技术和发展以及云平台建设的完善，智慧城市已成为未来城市发展的重要方向。本文重点探讨在智慧城市顶层设计的框架下，如何发展智慧规划和智慧建造两方面内容，为城市未来的规划建设提供有益参考。
关键词：智慧城市;智慧规划;智慧建造;GIS;CIM;BIM
一、智慧规划技术架构
基于CIM（城市信息模型）平台下的智慧规划技术架构可分为三层，分别为数据层、平台层与应用层。首先数据层包含三个方面的数据来源：1、各类国家标准和地方规范以及城市总规、控规的审批数据库。2、三维基础地形数据即GIS。3、各企业上传的三维建筑设计方案数据库（BIM模型数据）。其次，平台层为建筑规划审批系统提供了三维可视化分析平台，平台层主要功能在于融合各类数据并将其可视化，构建信息丰富的交互式虚拟仿真三维场景，并且为后续应用功能提供接口。最后，应用层对接不同用户，为用户提供直观的三维展示以及多个类别的审核项目，支持建筑间距、建筑限高、建筑面积、容积率等等指标核查。
1.1 数据层
1.1.1规划数据
规划数据应包含规划编制成果类：土地利用性质总体规划、城市总体规划、控制性详细规划、村庄规划及各类专项规划。其中，控制性详细规划中对于地块的容积率、建筑限高、城市退距等指标有详细规定，是衡量平台中BIM模型数据是否合规的重要指标性数据。
规划数据库中同时还包括空间管控类数据如生态、农业、城镇三类空间、生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界等等。这些数据共同组成规划数据库，是整个城市发展的框架性指标。
1.1.2 GIS數据
GIS系统采集城市的各类地理信息，生成地理信息数据，传输至平台层。包括城市各类遥感图像、统计数据、测绘数据、矿产资源、地质环境、不动产等信息资源，并共享发改、环保、住建、交通、水利、农业、林业等部门国土空间相关信息。这些数据共同打造了数字孪生城市，为规划数据提供载体。
1.1.3 BIM模型数据
所有设计单位、施工单位等等单体建筑的BIM模型数据均可纳入数字城市的大数据库。BIM模型数据可以提供海量建筑单体信息数据，其精细化程度可以达一扇门、一扇窗的、一个管道。在规划层面，BIM模型主要提供轮廓、面积、高度等几类数据，随后通过已纳入的规划数据进行检验，辅助政府完成监督审查、方案比选等任务。
1.2平台层
数据库通过公用网络或者专用网络传输进入平台层。平台层则负责数据的储存、融合、分析、挖掘并且将数字城市以三维可视化的形式直观的展现在使用者眼前。在数字城市阶段，平台层的功能还主要是数据的储存和展示，但是在智慧城市阶段，平台层对于数据的分析、挖掘才是真正的“智慧”所在。因此智慧规划的重点是平台层的分析功能。
1.3应用层
应用层则是与使用者接触最为频繁的交互系统。在智慧规划层面则纳入了各项应用功能。主要为建筑规划方面的政务审批核查和数据管理分析。
1.3.1建筑间距分析
严格依据《民用建筑防火规范》中对于不同高度的建筑不同间距的规定，读取BIM数据中轮廓边缘（注意，非楼底板信息），计算建筑与建筑之间的最小距离，对于违反规范的地方进行高亮显示。
1.3.2朝向分析
现行规范中对于部分建筑类别（如住宅建筑、学校建筑）有朝向要求的，均录入数据库，智慧规划平台评审系统应考虑建筑朝向控制条件，并读取GIS提供的项目所在地地理位置坐标，找出对应城市的朝向要求标准。不同地区对于其朝向所允许的最大偏角的要求不同，具体规范要求见下图。
1.3.3建筑密度和容积率
建筑密度和容积率指标由城市控制性详细规划规定。城市规划数据纳入平台，再根据建筑的BIM模型数据提取某地块建筑占地面积和总建筑面积，除以该地用地面积，可得出建筑密度和容积率，再核查所得数据是否在城市控制性详细规划的要求范围内。
1.3.4建筑限高
根据BIM模型，提取建筑高度以及地理位置信息，核查该地区城市控制性详细规划数据库中对应地段的控制高度。该功能主要针对历史文化古迹片区，避免建筑物对古城风貌造成破坏。
1.3.5 建筑退距检测
根据BIM模型边缘轮廓信息（注意：含地下室）以及GIS信息中城市道路边界信息，提取建筑物与城市道路边界距离数据，核查该地区城市控制性详细规划数据库中对应地段的退距要求。
智慧规划控制要素和BIM要素间的对应关系
二、智慧建设技术架构
基于CIM模型下的智慧建设系统是城市级别的建设管理系统。着眼于整个城市的建设工程。通过该平台，政府可以进行项目征拆、对重点地标性项目进行方案比选、协调和统筹重点项目的建设进程，督查各类建设项目安全生产、环境影响。
2.1 征地拆迁
征拆系统共分为六大板块：征迁管理、补偿结算、回迁安置、档案管理、统计分析、辅助管理。平台内设置征拆定额标准，结合实物调查数据，通过征拆数字场景的模拟和分析，评估征拆费用，实现征拆工作的标准化和透明化。
2.2辅助决策
对于城市地标性重点建筑项目，可通过链接多个方案的BIM模型，进行方案必选。将多方案放至城市三维模型中进行直观审查，从项目与周边环境的契合度、出入口对城市交通的影响，建筑色彩对城市风貌的影响等等角度进行考量，得出优胜方案。
对于不同的城市管网建设方案，也可以通过模拟极端天气情况下管网的应急能力，从而选择最佳方案。基于城市CIM平台上的方案必选，比传统的虚拟效果图比选方式更真实，更准确，与建成后的效果更契合，是辅助决策的重要应用。
2.3图纸&模型审核
在现阶段，单体项目信息依旧采用图纸表达方式。各企业将设计图纸上传至平台，审图机构进行电子审核，可实现无纸化办公。在未来的BIM技术普及的基础上，很有可能摈弃传统二维表达方式，直接进行三维模型审核。审核通过后的BIM模型也纳入智慧城市平台的数据库里，组件和完善总体城市信息模型。
2.4进度监管
将城市建设中所有在建拟建的建筑物、市政交通、官网系统通过城市信息模型进行展现，每个在建项目附进度条，红色代表已完成百分表，绿色代表未完成部分百分比。
由于城市建设项目数量较多，可通过项目规模、项目位置等参数进行设定，使平台仅推送重点项目进展情况。以方便政府进行有重点的、高效率审查。
2.5安全监管
对于重点项目质量安全方面进行着重督查。例如针对特种设备监控系统，是根据传感器技术、嵌入式技术、数据采集技术、数据融合处理、无线传感网络与远程数据通信技术和智能体技术，实现危险作业自动报警并进行控制、全天候 24h实时动态的远程监管、远程报警和远程告知，使得特种设备监控成为开放的、多方参与的实时动态监控。
2.6环境评估
对通过各类空气检测设备，着重检测项目建设期扬尘是否超标，是否对周边居民造成影响。当检测严重超标时会及时向政府监督机构发出警示，第一时间反应在平台，并显示违规项目的具体位置，项目信息如建设单位等等。
（作者单位：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司）
关键词：智慧城市;智慧规划;智慧建造;GIS;CIM;BIM
一、智慧规划技术架构
基于CIM（城市信息模型）平台下的智慧规划技术架构可分为三层，分别为数据层、平台层与应用层。首先数据层包含三个方面的数据来源：1、各类国家标准和地方规范以及城市总规、控规的审批数据库。2、三维基础地形数据即GIS。3、各企业上传的三维建筑设计方案数据库（BIM模型数据）。其次，平台层为建筑规划审批系统提供了三维可视化分析平台，平台层主要功能在于融合各类数据并将其可视化，构建信息丰富的交互式虚拟仿真三维场景，并且为后续应用功能提供接口。最后，应用层对接不同用户，为用户提供直观的三维展示以及多个类别的审核项目，支持建筑间距、建筑限高、建筑面积、容积率等等指标核查。
1.1 数据层
1.1.1规划数据
规划数据应包含规划编制成果类：土地利用性质总体规划、城市总体规划、控制性详细规划、村庄规划及各类专项规划。其中，控制性详细规划中对于地块的容积率、建筑限高、城市退距等指标有详细规定，是衡量平台中BIM模型数据是否合规的重要指标性数据。
规划数据库中同时还包括空间管控类数据如生态、农业、城镇三类空间、生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界等等。这些数据共同组成规划数据库，是整个城市发展的框架性指标。
1.1.2 GIS數据
GIS系统采集城市的各类地理信息，生成地理信息数据，传输至平台层。包括城市各类遥感图像、统计数据、测绘数据、矿产资源、地质环境、不动产等信息资源，并共享发改、环保、住建、交通、水利、农业、林业等部门国土空间相关信息。这些数据共同打造了数字孪生城市，为规划数据提供载体。
1.1.3 BIM模型数据
所有设计单位、施工单位等等单体建筑的BIM模型数据均可纳入数字城市的大数据库。BIM模型数据可以提供海量建筑单体信息数据，其精细化程度可以达一扇门、一扇窗的、一个管道。在规划层面，BIM模型主要提供轮廓、面积、高度等几类数据，随后通过已纳入的规划数据进行检验，辅助政府完成监督审查、方案比选等任务。
1.2平台层
数据库通过公用网络或者专用网络传输进入平台层。平台层则负责数据的储存、融合、分析、挖掘并且将数字城市以三维可视化的形式直观的展现在使用者眼前。在数字城市阶段，平台层的功能还主要是数据的储存和展示，但是在智慧城市阶段，平台层对于数据的分析、挖掘才是真正的“智慧”所在。因此智慧规划的重点是平台层的分析功能。
1.3应用层
应用层则是与使用者接触最为频繁的交互系统。在智慧规划层面则纳入了各项应用功能。主要为建筑规划方面的政务审批核查和数据管理分析。
1.3.1建筑间距分析
严格依据《民用建筑防火规范》中对于不同高度的建筑不同间距的规定，读取BIM数据中轮廓边缘（注意，非楼底板信息），计算建筑与建筑之间的最小距离，对于违反规范的地方进行高亮显示。
1.3.2朝向分析
现行规范中对于部分建筑类别（如住宅建筑、学校建筑）有朝向要求的，均录入数据库，智慧规划平台评审系统应考虑建筑朝向控制条件，并读取GIS提供的项目所在地地理位置坐标，找出对应城市的朝向要求标准。不同地区对于其朝向所允许的最大偏角的要求不同，具体规范要求见下图。
1.3.3建筑密度和容积率
建筑密度和容积率指标由城市控制性详细规划规定。城市规划数据纳入平台，再根据建筑的BIM模型数据提取某地块建筑占地面积和总建筑面积，除以该地用地面积，可得出建筑密度和容积率，再核查所得数据是否在城市控制性详细规划的要求范围内。
1.3.4建筑限高
根据BIM模型，提取建筑高度以及地理位置信息，核查该地区城市控制性详细规划数据库中对应地段的控制高度。该功能主要针对历史文化古迹片区，避免建筑物对古城风貌造成破坏。
1.3.5 建筑退距检测
根据BIM模型边缘轮廓信息（注意：含地下室）以及GIS信息中城市道路边界信息，提取建筑物与城市道路边界距离数据，核查该地区城市控制性详细规划数据库中对应地段的退距要求。
智慧规划控制要素和BIM要素间的对应关系
二、智慧建设技术架构
基于CIM模型下的智慧建设系统是城市级别的建设管理系统。着眼于整个城市的建设工程。通过该平台，政府可以进行项目征拆、对重点地标性项目进行方案比选、协调和统筹重点项目的建设进程，督查各类建设项目安全生产、环境影响。
2.1 征地拆迁
征拆系统共分为六大板块：征迁管理、补偿结算、回迁安置、档案管理、统计分析、辅助管理。平台内设置征拆定额标准，结合实物调查数据，通过征拆数字场景的模拟和分析，评估征拆费用，实现征拆工作的标准化和透明化。
2.2辅助决策
对于城市地标性重点建筑项目，可通过链接多个方案的BIM模型，进行方案必选。将多方案放至城市三维模型中进行直观审查，从项目与周边环境的契合度、出入口对城市交通的影响，建筑色彩对城市风貌的影响等等角度进行考量，得出优胜方案。
对于不同的城市管网建设方案，也可以通过模拟极端天气情况下管网的应急能力，从而选择最佳方案。基于城市CIM平台上的方案必选，比传统的虚拟效果图比选方式更真实，更准确，与建成后的效果更契合，是辅助决策的重要应用。
2.3图纸&模型审核
在现阶段，单体项目信息依旧采用图纸表达方式。各企业将设计图纸上传至平台，审图机构进行电子审核，可实现无纸化办公。在未来的BIM技术普及的基础上，很有可能摈弃传统二维表达方式，直接进行三维模型审核。审核通过后的BIM模型也纳入智慧城市平台的数据库里，组件和完善总体城市信息模型。
2.4进度监管
将城市建设中所有在建拟建的建筑物、市政交通、官网系统通过城市信息模型进行展现，每个在建项目附进度条，红色代表已完成百分表，绿色代表未完成部分百分比。
由于城市建设项目数量较多，可通过项目规模、项目位置等参数进行设定，使平台仅推送重点项目进展情况。以方便政府进行有重点的、高效率审查。
2.5安全监管
对于重点项目质量安全方面进行着重督查。例如针对特种设备监控系统，是根据传感器技术、嵌入式技术、数据采集技术、数据融合处理、无线传感网络与远程数据通信技术和智能体技术，实现危险作业自动报警并进行控制、全天候 24h实时动态的远程监管、远程报警和远程告知，使得特种设备监控成为开放的、多方参与的实时动态监控。
2.6环境评估
对通过各类空气检测设备，着重检测项目建设期扬尘是否超标，是否对周边居民造成影响。当检测严重超标时会及时向政府监督机构发出警示，第一时间反应在平台，并显示违规项目的具体位置，项目信息如建设单位等等。
（作者单位：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司）