城市数字孪生空间数据底座平台构建研究 --以长沙市CIM基础平台为例

城市数字孪生空间数据底座平台构建研究 --以长沙市CIM基础平台为例

邓贵梁

长沙市规划信息服务中心

摘要：本文以长沙市CIM基础平台建设为例，探讨城市数字孪生空间数据底座的构建方法与实践。通过整合GIS、BIM与IoT技术，构建多尺度、全要素的城市三维数字底板，实现数据融合与全生命周期管理。研究提出多源数据智能融合、分级治理和平台应用模式等关键技术，并在智慧工地、智能网联等场景中验证应用效果。平台通过标准化数据治理与开放服务模式，为城市精细化治理提供支撑。

关键词：数字孪生；CIM基础平台；空间数据底座；智慧城市；数据融合

1. 引言

数字孪生是智慧城市建设的全新路径以及实践模式[1]，构建“数字孪生城市空间数据底座”，有利于打破城市信息孤岛、贯通数据渠道、促进资源整合，从而进一步促进城市建设智慧化升级，带动城市管理理念和管理模式创新。长沙作为全国“新型城市基础设施建设试点城市”，以新型智慧城市建设为重要引擎，将CIM基础平台打造成为新型智慧城市建设提供全体系数据融合和业务协同的基础平台，构建包含GIS+BIM+IoT的城市高精细三维空间数据底座，实现多源数据融合和全生命周期管理。

2. 数字孪生空间数据底座构建技术框架

2.1 概念

数字底座是数字孪生城市建设的支撑[2]。数字底座的核心价值在于依托动态更新的城市大数据资源，驱动城市各要素的智能配置与系统重构，实现最优解，主要是为实现基础地理信息、建筑物与基础设施模型等地上地下、室内室外、历史现状未来等空间数据与城市感知数据的汇聚融合，构建全要素全覆盖的城市数字底板，构建物理空间与数字空间'双态共生、虚实互联'的新型城市形态。

2.2 技术体系

城市空间底座构建依托三维可视化引擎实现高精度渲染、空间信息平台提供地理分析、建筑数字化建模技术保障细节呈现以及智能感知网络实现动态监测四大核心技术支。底座整合了基础地理信息、建设项目全周期数据以及六大类城市运行监测数据，构建了包含数据智能分析、三维动态展示、仿真预测等功能的可持续演进平台，具备多源异构数据的深度融合、全生命周期数据的动态关联和实时感知数据的智能分析能力。

3. 长沙市CIM基础平台建设实践

3.1 项目概况

长沙市CIM基础平台按照住建部“新城建”试点建设要求，深度融合地理信息系统、建筑信息模型和物联网技术，构建城市级三维空间数据底座。平台提供全域空间数据集成、多源信息服务、智能应用支撑和可视化运维等核心功能，显著提升城市治理精准化水平。通过实现数字空间与实体城市协同发展，平台创新形成"CIM+"城市治理新模式，在行政审批、交通管理、公共安全等重点领域开展示范应用，为城市规划建设、运营管理等全流程工作提供智能化支撑。

3.2 建设范围

长沙市CIM平台构建了全域覆盖、分级分类的三维数字底板体系：市域1.18万平方公里范围实现基础地理信息全覆盖，重点区域完成精细化建模，核心城区达到毫米级精度。平台采用五级数据标准体系，从宏观遥感影像到微观建筑构件均实现数字化表达，其中重点建设项目实现全要素BIM模型集成，为不同层级的城市管理需求提供精准空间数据支撑。

3.2 空间数据底座建设

空间数据底座平台是通过实体编码搭建各类数据关联的纽带[3]。通过多元化数据接入机制整合多维度城市信息。平台采用标准化处理流程，包括时空基准统一、地理实体编码规范、空间单位体系整合、地址数据标准化以及三维模型优化等关键技术环节，最终形成结构化的基础数据库、成果数据库和专题数据库三大核心数据资源体系，为城市数字化转型提供数据支撑。

3.3空间数据底座应用思路

平台创新构建了四级应用支撑体系：一是直接授权模式，支持业务数据与CIM模型的在线融合分析；二是服务调用模式，提供标准化数据接口实现部门级快速集成；三是开发扩展模式，通过开放API/SDK支持深度功能定制；四是本地部署模式，满足专网环境下的个性化应用需求，形成从基础应用到深度定制的完整解决方案。

3.3 CIM+智慧应用场景

（1）CIM+智慧工地

该平台整合建设项目全要素数据，构建了"质量-安全-环境"三位一体的智能监管体系。通过可视化技术实现工地现场动态监测，运用数字画像技术对参建主体、机械设备等关键要素进行精准刻画，建立从开工到竣工的全周期监管闭环，显著提升施工安全管控效能和政府监管精准度。

（2）CIM+智能网联

平台深度融合城市道路、公交及高速路等多源交通物联网数据，构建智能感知体系。基于三维视频融合与动态交通仿真技术，实现路网运行状态实时可视化监控与突发事件智能预警，为城市智慧交通管理和车路协同应用提供精准数据支撑，推动交通治理体系现代化升级。

（3）CIM+智慧消防

平台深度整合多维消防数据资源，基于CIM数字底板构建智慧消防应用体系。通过三维可视化引擎实现消防设施、隐患点位等要素的空间化展示，结合火灾模拟算法和救援路径分析模型，形成"预防-预警-处置"全流程智能管理闭环，显著提升城市消防安全管理的可视化水平和决策精准度。

4. 技术创新与行业贡献

4.1创新多元多尺度数据治理方法

提出了"基准统一-分级处理-智能关联"三位一体的数据治理体系，通过建立空间/高程/时间三统一标准实现多源数据坐标转换，制定CIM1（遥感影像）至CIM5（BIM模型）五级数据规范适配不同应用场景，并运用知识图谱技术融合BIM语义信息，结合统一地址库完成政务数据空间落位，最终形成覆盖数据汇聚、分类治理、二三维融合的全流程解决方案，已成功支撑12类数据融合应用，使数据治理效率提升40%。

4.2 制定多类标准规范

为确保CIM平台规范运行，本研究构建了"五位一体"标准体系：包括《CIM平台运维与接口规范》确保系统稳定性，《CIM数据采集与加工规范》统一数据处理流程，《建筑信息模型汇交规范》规范BIM数据交付，《CIM数据共享交互与更新规范》保障数据动态维护，以及《CIM应用推广与管理规范》指导业务落地，为多领域"CIM+"应用提供标准化支撑。

5. 结语

长沙市CIM基础平台的实践表明，构建城市数字孪生空间数据底座平台是推进智慧城市建设的重要基础。通过建立城市地理实体与感知设备数据相关联的多源信息智能融合体系，以及多场景应用智能分析体系，平台有效解决了超大城市三维空间地理数字底座构建的技术瓶颈与难点。这种数字化转型和精细化管理模式为城市地理空间数据的处理和应用提供了创新解决方案。后续，在空间信息认知方面，将加强人工智能技术在三维空间解析和语义理解中的应用，实现从数据到知识的转化；同时在多源数据融合方面，要突破异构数据的智能关联和动态更新技术，构建更加完整的城市数字孪生体。

[1]李德仁 . 数字孪生城市 智慧城市建设的新高度[J].中国勘察设计，2020(10)：13-14.

[2]吴晨 . 构筑统一数字底座 推动数字孪生城市建设[J]. 北京观察，2021(2) ：73.

[3]顾建祥，杨必胜，董震，等 . 面向数字孪生城市的智能化全息测绘[J]. 测绘通报，2020(6)：134-140.