鲍巧玲,杨滔,黄奇晴,刘颖.数字孪生城市导向下的智慧规建管规则体系构建——以雄安新区规划建设BIM管理平台为例[J].城市发展研究,2021,28(08):50-55+106.

0 引言

习近平总书记就城市规划建设提出“要把全生命周期管理理念贯穿城市规划、建设、管理全过程各环节”，需要“注重在科学化、精细化、智能化上下功夫”。城市的规划、建设及管理所涉及环节、领域众多，在传统国土空间规划、城市建设、城市运营领域探索更直观、更精细的管理手段，实现逻辑更加严密、管理更加高效，是城市规划建设管理领域一直探索的命题。

本文立足于数字孪生理念，基于空间管控要素，结合上位规划要求、行业标准、规范规定等，借助大数据、云计算、人工智能、仿真模拟等信息通信技术实现对城市三维空间精细化管控的需求，探索规划建设管理向数字化、网络化、智能化方向发展的路径，将数字城市模型在同一空间体系和标准体系下进行有效对照印证，构建城市空间管控规则体系，探索在规建管领域实现更加高效管控方法的路径。

1       数字孪生城市与BIM⁽¹⁾、CIM⁽²⁾

数字孪生的概念最早由美国航天局提出，在数字空间建立真实的航空航天飞行器模型，目的在于维护和保障飞行器的安全健康。数字孪生城市除了对实体城市空间进行复制和映射外，还需要基于数字空间加入城市运行信息，基于真实运行数据将不断演变出智能应用进而来承载现实物理世界。数字孪生城市这一概念用于国内智慧城市建设领域，最早是在《河北雄安新区规划纲要》中提出，“坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设”，首创“数字孪生城市”概念，雄安新区规划建设BIM管理平台的建设则是在这一要求的具体落实。

CIM的技术方法目前处于探索阶段，其中一个观点是，CIM本身由多种BIM聚合而成，CIM和BIM将不断融合打通^[1]。从数字孪生城市理念出发构建CIM平台，也是目前住房和城乡建设部推进CIM平台建设的一大应用探索方向。

2       城市规建管管控需求分析

当前，在城市的规建管领域中，从规划成果的编制审查到规划成果、工程建设项目的行政审批，常以人工主观判断为主，往往依赖于专家、行政审批人员的技术水平和经验，迫切需要对城市规建管进行全流程闭环管理，以最大化地实现公平和效率^[2]。

基于数字孪生城市对城市空间数据信息的三维可视化表达、专业模型计算功能，在数字空间中实现规建管的全流程闭环，需要优先衔接规划与建设、建设与实施、实施与反馈，具体包括以下三个方面：

2.1 衔接规划编制与建设管理

规划成果与规划实施管理的有效衔接是实现从一张蓝图绘到底到一张蓝图干到底的首要前提。传统的规划设计编制成果如何有效实施，以实现更全面精细的管控，继而保证规划编制、规划管理、土地出让、工程设计等环节能够环环相扣；在用于指导建设上，在工程建设项目审批中，对应一书两证的环节，在立项用地规划许可、工程建设许可阶段，如何避免规划条件制定过程中由于沟通不畅，造成的遗漏或管理不到位，造成部门间的相互推诿现象，也迫切需要建立联动协调机制^[3]。运用更加理性的办法来审查建设工程方案，尤其是工程建设许可阶段作为建设用地实施前最后的规划设计阶段，是维系规划设计意图的最后一环，因此，该阶段的审查工作直接关系着规划管控能否落到实处。

城市规划的管控要素、管控内容需要精准传导，需要在进行规划编制、控规、城市设计全覆盖编制工作的同时，构建数字化谱系以及数字化管控规则体系。通过管控要求的传导和方案的模拟，提升规划和工程设计方案的科学性和合理性。

基于现状数据库，真实还原城市整体空间，为对建筑设计方案的评判作出合理建议和选择提供更有力的技术支撑。基于平台对数据的汇聚，支持方案的比选和推敲。

2.2 协同规划编制规范成果管理

各级规划成果的衔接性欠佳，体现在二三维不同空间尺度、层级的规划成果的衔接性有待于进一步加强；成果管理的随意性，在一定程度上造成了规划管理难度的增加^[4]。

城市规划的管控数据主要包括开发建设容量、用地性质、建筑退距、建筑风格以及开敞空间、城市天际线等方面的内容，管控成果多是纸质图册，内容复杂，数据多由文字及表格构成，造成审批人员对设计方案是否符合规划管控要求进行判断较为困难，特别是一些需要计算的指标，这种实际操作上的困难也影响了审批人员的工作效率，以及应用各类规划编制成果的积极性。

因此，需要以管理应用为导向，进一步实施统一的成果建库管理，建立规划成果管理库，对成果进行管理，基于统一的数据交付标准有利于成果调用的便利性。

对成果内容和管控数据进行研究提炼和统一规定，将管控要求变成平台可展示、查询的标准和指标，并在成果编制过程中按照管控要求规范成果内容，在后续出具规划条件中一以贯之。

2.3以实施评估促空间规划优化

随城市规划建设的开展，为有效传导国土空间规划的重要战略目标，需要建立规划编制与实施评估机制；为实时反馈城市总体运行指标以及各项设施运转情况，需要实行动态监测。

结合问题的及时发现与定期的实施评估，对城市的增量空间、存量空间做评估。需要基于城市三维空间叠加各种社会经济活动数据建立评估反馈机制，全程跟踪城市空间的发展演变，揭示城市复杂巨系统的内在规律，通过实施评估促进城市空间形态、国土空间利用格局的优化^[5]。

3       CIM基础平台与数字孪生城市的结合

《住房和城乡建设部 工业和信息化部 中央网信办关于开展城市信息模型（CIM）基础平台建设的指导意见》（建科〔2020〕59号）指出，CIM基础平台是现代城市的新型基础设施，是智慧城市建设的重要支撑，可以推动城市物理空间数字化和各领域数据、技术、业务融合，推进城市规划建设管理的信息化、智能化和智慧化，对推进国家治理体系和治理能力现代化具有重要意义^[6]。

CIM平台对数据强有力的汇集作用，为数字孪生城市建设提供数据底版；其基础支撑层的内容对数据资源、计算能力、存储服务等方面为数字孪生视角下的规建管实现路径奠定了实现基础。  

3.1 数字孪生城市的启示

数字孪生城市致力于通过构建现实物理世界和数字虚拟空间的一一对应、相互映射的复杂系统，实现与现实城市对应的数字城市，以实现城市全要素的实时在线协同化和智能化，以数字孪生城市为基础和媒介进行城市治理，利用其作为基础，可以广泛应用在城市、新区、园区、校园等各级场所环境，以及社会治理、产业经济等各个领域。

数字孪生城市作为智慧城市发展建设的重要趋势，是城市建设发展运营中的切实要求，也是信息技术不断发展、数据集成应用需求逐渐强烈，其在构建地上地下一体化，反映城市运行发展状态，为城市健康发展提供支撑等方面发挥着越来越重要的作用。

3.2 价值方向

基于CIM基础平台的数据汇聚体系，利用平台汇聚的规划地理信息数据、多专业多领域其他数据，可以为更好开展规建管工作提供基础底板，继而提升规划编制成果的系统性、合理性；更加科学合理的做好动态监督规划调整及实施的全过程。

基于多源数据融合，利用新技术手段，融合GIS、BIM等不同格式的数据内容的数字孪生城市能够实现数字城市和现实城市同步规划、同步建设，在未来，数字城市将和现实城市互动共建，更加便于一揽全局、及时发现问题、解决问题。

基于统一的数据底板和数据汇聚内容，构建统一的数据建立标准化智能审查指标规则体系，以智能化指标规则体现实现对各级规划成果、各阶段设计方案数据内容进行审查，为通过计算机实现自动化审查奠定基础，提供可能性。

基于数字城市的可视化呈现，通过算法规则引擎，进行机器的自动审查比对，结合人机互动，基于结构化表单、规范化流程，出具审查意见，进而减少人为干预，促使规划设计成果更加规范化、科学化。进而实现城市精细化建设和管理，推动城市建设、治理能力现代化。

3.3 业务启示

在规划建设管理中便于以统一标准做出判断。基于统一的数据底板，整合多规合一成果，在一张底图上，对客观类指标进行机器自动判断，借助人机交互、态势推演等，更加客观地给出判断，将城市各方面信息数据在同一空间体系和标准下进行有效对照印证。针对流程体系构建监管监测体系，支撑空间规划编制、审批、实施、检测评估预警全过程，减少和消除权力寻租空间，规范化政府行政审查。

在规划编审中基于全面的信息资源更理性的规划编制成果。统一建设的CIM平台能够汇聚相关部门的信息资源，融合多部门数据，实现数据共享，推动规划、建筑、市政、地质、交通、国土、园林等多行业、跨领域的业务协同。

在工程项目建设的审批中可以精简审批模式。以政府管理需求为导向，数字城市和现实城市同步，基于规建管各阶段的管控目的，通过多源、多尺度、多时空的信息融合与应用，传递管控要素，对合规性做出判断。落实国家工改流程，创建高效率的行政审批机制，提高公众社会满意度。提升效率，少跑腿，让数据跑腿，只跑一次，甚至是零次。依托信息化手段，提高行政审批效率，提高政府公共服务和社会满意度，保障管理人员对问题精准定位、准确处置。

在日常运营维护中可以形象地可视化展示。基于与现实城市的同步建设、形象化展示以及对过往历史的一屏汇聚，全面展示城市全貌、方案设计、施工过程、运行运转情况等，便于实施过程中多方参与与效率提升。

4       平台整体解决方案

雄安新区规划建设BIM管理平台通过GIS与BIM的融合，基于城市二三维一体化引擎，通过对数据的集成、人工智能分析等数字化方法，围绕工程项目审批改革拓展平台CIM+的重要应用，建构数字化空间谱系及智能化规则体系，实现从宏观到为微观的精确无损化传导。为规划建设管理部门以及公众提供规划建设管理全过程的应用系统，用于规划编制、决策、管理和实施评估应用。

4.1 总体架构

平台方案顶层设计可以概括为一个平台+一套标准+一套安全保障：一个平台体系是基于三中台构建的数字规划平台应用体系，数据中台实现城市规划相关的现状数据、规划数据、建设数据资源的汇聚、治理、管理及数据服务能力开放，形成城市统一空间库，作为城市基础数据底板。技术中台实现GIS+BIM，流程引擎，搜索引擎，基础组件，AI组件，运营管理平台及能力开放平台的核心技术支撑。业务中台面向规划业务形成基于三维的技术审查中心，仿真模拟中心，指标库中心，算法中心，实现规划业务核心能力共享。一套标准主要涵盖指标体系标准、建模标准、信息挂载标准、数据交换标准，满足规划业务涉及数据及业务标准化要求。一套安全保障是满足政府等保要求的软硬件环境。

图 1平台总体架构图

4.2 构建一套管控规则体系

5.2 全时空，围绕城市的全要素做数据融合

5.3 全要素，围绕规建管业务做规则贯通

指标体系以BIM0、BIM1、BIM2、BIM3、BIM4（BIM4分为BIM4-1和BIM4-2）、BIM5作为主要环节划分，分别对应现状运营、总体规划、详细规划、方案设计、施工（图）、竣工验收六大阶段，实现规划、建设、管理三大环节的统筹，提高城市管理工作的系统性。各个环节的指标既侧重不同的政府管理、治理目标，又彼此关联，实现城市的全生命周期贯通。

6.3 管控体系