2021年6月，住房和城乡建设部对《城市信息模型（CIM）基础平台技术导则》进行了修订印发。

2021年12月，中央网络安全和信息化委员会印发《“十四五”国家信息化规划》提出，“完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，探索建设数字孪生城市。实施智能化市政基础设施建设和改造，有效提升城市运转和经济运行状态的泛在感知和智能决策能力。推行城市‘一张图’数字化管理和‘一网统管’模式。”加快建设CIM基础平台和运行管理服务平台，对城市“一张图”数字化管理和“一网统管”具有积极意义。

2022年1月，住房和城乡建设部发布了《“十四五”建筑业发展规划》，推进BIM与城市信息模型（CIM）平台融通联动，提高信息化监管能力。

2022年2月，自然资源部办公厅印发《关于全面推进实景三维中国建设的通知》，为智慧城市时空大数据平台、地理信息公共服务平台及国土空间基础信息平台等提供适用版本的实景三维数据支撑，并为数字孪生、城市信息模型（CIM）等应用提供统一的数字空间底座，实现实景三维中国泛在服务。

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行管理服务平台》，全面加快建设城市运行管理服务平台，推动城市运行管理“一网统管”。

国家统计局数据显示，2023年末全国城镇常住人口93267万人，比上年末增加1196万人，常住人口城镇化率为66.16%，比上年末提高0.94个百分点。这标志着当前我国新型城镇化进程稳步推进，但城市治理难度也越来越大。城市治理数字化转型可以有效改善传统治理过程中的信息不对称、治理速度迟缓、治理效能低下等问题，因此，坚持“人民城市人民建，人民城市为人民”，充分利用数字技术、信息技术与智慧技术构建数字治理新格局，构筑具备自主知识产权的数字治理底座、管控城市物质形态、提升空间环境品质、促进城市治理现代化，提升城市治理效能。建设以“人”为中心的城市，是当前城市规划建设和城市治理的核心目标之一。

BIM、CIM、GIS是契合当前城市精细化管理和品质化提升需求下新理念、新方法的代表，这些新技术探索实现从设施部件到建筑主体，再到地块、街区、城市的微观、中观、宏观一体化、全空间、真三维立体管理和展示应用。基于此，本刊本期专题以具体案例为抓手，介绍了BIM、CIM、GIS作为智慧城市数智化治理的重要数字基础设施，在搭建城市空间框架、支撑城市“规－建－管－服”全生命周期基本业务的同时，统筹推进“城市大脑”和数字孪生城市建设，培育城市大脑智能中枢生成式大模型，完善城市信息模型，推出更多实用管用好用的应用场景，构建城市治理操作系统。

数字城市空间框架三维模型构建与应用研究

王树魁，王睿祺，来兰梅，崔蓓，毛燕翎，张喜梅

城市空间框架数字模型建设及应用

 1 基础模型

基础模型基于数字高程模型，可使用三维 GIS 软件工具进行空间提取分析，为建筑基底图提取地 面起始高程值，并作为属性存储；再根据地面高程和 建筑高度信息，将建筑基底图驱动生成三维建筑基 础模型。河流、道路、绿化等其他要素采用地表覆盖 要素渲染后，叠加在数字高程模型上展示，形成全覆 盖的三维地面。基础模型可以看作二维地形图的三 维表现。基于传统的二维地形图产品，能快速大范 围生成城市基础模型，虽然要素的表达精细度不高， 但也能够满足宏观了解城市现状空间结构，开展城 市空间形态的规划研究，进而根据属性信息生成城 市建筑高度、建筑年代、建筑结构等城市三维空间专 题图或热力图等应用需求（见图1）。

图1 城市建筑高度专题图

2 精工模型

精工模型基于 CityEngine 规则化建模技术生 成，产品精度和视觉效果提升明显。同样基于数字 高程模型、建筑基底图等现有数据，建筑基底图要求 更精准详细，对于顶高不唯一的建筑，需要分别构建 闭合高度范围边界，并附带建筑高度、层数、材质等 属性信息。数据治理中先进行数据的规范化处理， 确保建筑基底图符合精工模型生成标准，并带有地 面起始高程、建筑高度、层数等属性信息；再结合人 眼视觉特性和真实美观的要求，根据建筑材料分类 制作贴图库，为了减少数据量、提高显示效率，贴图 可用简洁美观的建筑手绘效果图；针对数据和贴图 等资源，按照 CGA 函数和语法规则，编写建筑物拆 分、拉伸、生成屋顶和女儿墙等脚本程序；最后通过 CityEngine平台运行脚本程序批量生成精工模型，支 持按材质贴图，并利用建筑手绘随机留白、黑白对比 等艺术手法绘制建筑分层线，增加精工模型外观轮 廓表达的效果和层次感，艺术与技术的结合使模型 表现更加精美生动（见图2）。

图2 城市精工模型

采用同样的方法也可批量生成绿化、道路和水 体等要素，发布之后的水体模型还具有倒影、流动和 波浪等动态效果，各类模型与建筑模型集成融合，共 同构成城市全要素的数字底图。精工模型采用低成 本高效率的生产方法，可量产接近精细模型工艺效 果的三维模型，作为城市精细模型覆盖范围的有效 补充，通过多源异构数据模型的融合治理，实现智慧 城市空间数字底板的全域覆盖和精细仿真。

精工模型生成的关键是根据需要编写自动驱动 生成模型的脚本程序，并对脚本进行反复训练和优 化改进，使模型的细节造型接近真实表达，如果材质 分类足够详细，通过丰富贴图模型库，生成的模型与 精细模型的效果非常接近。精工模型的更新可随4D产品的更新同步进行，快速自动生成，经济实用。因此，南京城市的精工模型已广泛应用于规划和自 然资源审批管理、城市体检、新城建和智慧城市等应 用场景，成为目前应用最广泛的城市现状三维模型。 

3 功能模型

功能模型是将建筑模型对象精细到建筑物每层 每户功能空间的信息模型，可通过建筑物信息调查、 房产测试或者建筑平、立、剖施工图加工，形成建筑 物的分层图和分户图，分层图附带起始高度和层高 等属性，分户图体现空间分割范围并挂接房间功能、 工商管理、不动产权等属性信息。利用三维 GIS 软 件，经过数据治理和模型驱动等过程生成三维分层 分户模型，形成栋、层、户不同粒度的模型对象（见图 3），作为城市信息的空间载体，分别挂接相应的行业 管理信息，实现从栋、到层和户等不同颗粒度对象的 数据管理、信息查询展示和统计分析。比如借助河 西建筑物普查构建的分层分户功能模型关联用水 量、用电量等能耗信息 ，可展示过去一段时间的能 耗使用动态变化情况（见图4），辅助开展房屋空置率 分析、单位 GDP 能耗分析等应用，为智慧城市现代 化治理决策提供可靠的科学依据。南京在BIM/CIM 试点建设中，借助BIM报建的模型数据，快速构建不 动产三维空间模型，生成楼盘表，挂接每户的建筑面 积、产权等信息，积极探索三维不动产管理应用。

图3 建筑分层分户模型

图4 建筑分层分户用电量分析

4 管控模型

在国土空间规划编制中，城市层面划定的“三区 三线”、“城市轴线”、“视线廊道”等城市虚实空间的 管控要素，作为城市规划空间管控的“底线”；在详细 规划、城市设计和专项规划的成果图则中，通常会明 确建筑高度控制、建筑后退、街墙控制、机场净空等 核心控制要素和控制指标。为了实现城市空间管理 的智能化，可利用三维GIS建模软件，将国土空间规 划中确定的城市空间管控核心要素根据管控要求指 标进行三维模型实例化。批量驱动生成城市空间管 控的要素库，作为城市空间智能化治理的管控依据， 当建筑方案报建审批时，可辅助自动检测预警建筑 方案高度、退线、景观视线、净空等方面是否符合规 划要求（见图5），保障城市轴线、廊道系统的通透舒 适和秩序良好，营造优美和谐宜居城市空间形态，塑 造独具特色的城市精神风貌，外树形象内聚民心。

图5 建筑方案的智能化空间管控预警

5 方案模型

城市规划的研究对象是复杂的社会系统，规划 设计方案不是工业产品，不能通过物理性的实验来 校验，因此利用数字仿真模拟等技术手段，可在数字 化虚拟环境中模拟规划方案的未来建成效果，开展 空间形态、景观效果和周边关系等研究分析，对规划 方案做前期预评估、校验和优化，达到整体的和谐状 态，使城市人居环境营造达到可度量、可模拟、可校 验、可评估与可优化。

南京曾研发了三维城市设计管理平台。该平台 以城市全覆盖的三维数字模型为底板，可快速植入 建筑方案模型，开展前期预评估和校验优化。初始 平台主要支持精细模型，因此需要设计单位花大量 的精力用于模型制作，推广难度较大。为了提高效能，提出基于 CAD 文件制定数据规范，通过分层规 定简单构建建筑基底轮廓和高度、层数等信息，在三 维现状模型的虚拟现实环境中，可自动驱动生成三 维模型开展城市空间形态研究，支持在方案会审中， 对模型高度、层数、方位和材质贴图等方面的参数化 调整和快速编辑。该平台可大大降低在城市规划管 控中对城市三维空间形态模拟管控的门槛，在建设 项目招商宣传、规划选址和规划条件指标验证等项 目前期研究和建筑方案初审等环节，能低成本快速 判断建筑设计方案是否符合空间规划管控要求，后 续还推广应用到城市更新改造和环境品质提升研究 等方面。

（节选自《智能建筑与智慧城市》）