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
以管控指标为核心，形成管控与监测并重、6个BIM循环迭代的规则体系。明确全业务领域管控规则并法定化，管控规则从BIM1（总规）-BIM2（控规）、BIM2（控规）-BIM3（设计）、BIM3（设计）-BIM4（施工）、BIM4（施工）-BIM5（竣工）的层层传递和落实。具体又细分为刚性、弹性以及人机交互审查。通过刚性规则管控底线，弹性规则引导规划建设，人机交互审查则由规划审批管理人员及专家基于机器计算结果对结果做出判断。
4.3 制定一套数据交付标准
标准编制的目标旨在简化政府审批流程的基础上，深入挖掘地理信息系统和建筑信息模型的应用深度，在不降低管控力度的同时，把握核心指标，提升城乡规划和工程设计的实现程度，保障雄安新区工程建设工作顺利、高效的开展。从数据规范、生产规程到数据建库，为规划编制、工程设计方案编制作出统一的数据要求，对矢量数据的交付作出统一严格要求，为城市规建管提供数据支持。便于后期的的统一标准、便于规则的层层传递。
数据交付标准明确电子成果入库文件的成果内容、成果文件要求和数据质量要求等内容，为实现成果数据统一管理奠定基础。数据标准制定的原则是保证专业数据内容应与交付标准对接，以满足业务需求，保障数据的准确性，保证交付的信息模型、电子文档和图纸的一致性。数据在内容、格式上保持开放性，可满足BIM应用软件的多样性，同时统一模型的单位、坐标体系与高程等。为承接管控指标体系落地，结合建筑、市政、燃气、热力、电力、通信、水利、环卫、园林、湿地、林业、生态工程等不同类型项目的覆盖类型，基于六个BIM阶段的管控指标，分阶段进行制定，采取体系化的标准编制和推进落地，以有效支持设计项目的入库和审批工作。
5规则体系构建思路
5.1 全周期，围绕城市的全生命周期做记录评估
围绕现状、规划、建设、竣工、运维等城市全生命周期的主要阶段，对各类现状、规划成果、业务模型数据等，基于统一的数据交付标准要求，统一入库要求，做好入库质检，实现规范化数据管理及应对能力。主要用于对城市全生命周期的生长记录，基于统一基础做发展评估，输出发展评估和城市体检报告等。从规划编制层面到工程实施，以GIS地图及BIM模型为载体，结合业务审批管理层面，做从国土空间规划-控制性详细规划-工程设计-施工图-竣工验收阶段的自动化审查。自动出具规划条件，下发要素底板，通过平台，建立规划条件、方案审查中涉及的市政、环保、交通、人防、消防等多个部门的管理内容和职责，将平台作为部门间的联动协调平台，建立相应的机制。
5.2 全时空，围绕城市的全要素做数据融合
基于统一空间编码，对全工程领域，如建筑、市政、园林、水利等行业，包括测绘地理信息、岩土地质信息等业务管理应用系统，做多元异构数据融合、共享及流转，做数据融合。统一要求，规定成果文件内容格式。数据交付标准明确电子成果入库文件的成果内容、成果文件要求和数据质量要求等内容，为实现成果数据统一管理奠定基础。数据标准制定的原则是保证专业数据内容应与交付标准对接，以满足业务需求，保障数据的准确性，保证交付的信息模型、电子文档和图纸的一致性。转译规则，变管控规则为精细的、无损的管理语言和计算机语言。对各要素做转译，为数字化管控做好基础。打通GIS+BIM，做好不同专业数据的融合，做数据交换标准。平台需要提供统一的数据交换标准，配套数据转换工具，可支持主流规划设计编制软件和BIM设计软件模型转换至统一交换数据格式，支持数据转换过程中的数据完整性检查，可提示异常设计信息，确保多专业指标数据的交换流转、不同建设阶段的数据应用与采集，对接专业数据内容与交付标准，以满足不同场景的业务需求，保障数据的准确性，保证交付的信息模型、电子文档、图纸的一致性。
5.3 全要素，围绕规建管业务做规则贯通
以统一空间单元为基础，以三维技术为支撑，对数据和图形进行系统性可视化整合，将真实三维场景作为成果交互展示、分析的平台，通过提供不同的场景浏览模式及模型数值交互相结合的全面比较观察，为规建管工作人员提供相互关联、直观可视的管理信息，辅助技术审查人员开展规划技术审查、辅助决策，提供解决空间复杂问题的系统方案，提高城市精细化管理程度。在规划建设总量校核等方面，具备快速计算的优势，便于执行单元、街区尺度内的平衡。
图2各级管控要素传导的示意图
5.4 全过程，围绕治理开放做众规众创
以开展广泛的公众参与为目标，面向公众开放部分功能，如通过游戏的形式，围绕城市公共建设，用数字化互动式讲好城市故事，提升社会影响力，集中民众智慧，提升民众获得感和归属感，做属于人民的城市。
另一方面是面向设计院、事务所和科研机构等与城市规划、建设管理等专业相关组织的“城市数字要素中心”。通过打造城市的标准数字底板，在各阶段提供规划、设计和研究等所需的数据要素，并定期组织方案竞赛、城市模型竞赛等活动，赋能大众、群策群力、汇聚智慧。6 规则体系构建主要途径
6.1 统一标准
统一的标准是前提，是做好高质量一张底图的基础，而数据标准统一，需要数据格式的统一；重点需要在控规编制规范统一，统一数据交付标准将城市空间管控体系，如控制性详细规划图纸、图则等按照统一标准入库。提供基于组团、街区、地块等不同层次，例如建筑高度、建筑退界线等的三维管控信息便捷查询、比对及校核功能。
6.2 专业体系
聚焦建设热点，解决亟需解决的建设问题。指标体系涵盖了规划、建筑、交通、轨道交通、给排水、燃气、热力、电力、环卫、综合管廊、通信、园林、湿地、林地、水利十五个细分行业，基本实现了新区空间要素的全覆盖。各专业基于专业业务范畴做纵深向思考，体现专业指标的深度；注重各专业之间的关联性，体现城市规划、建设、运维各环节的反馈和周期性迭代。
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
结合当前全能型政府向有限型政府、管制型政府向服务型政府的转变，政府的职责将进一步退出技术性审查，确保公共资源的公平分配和长效管控。因此，将指标审核方式按照自动审核、自动备案、人工审核进行分类，在指标来源上分为规范文件、创新型指标、行政审批及许可、专项审查及验收、专家建议、运维管理需求等六种指标来源，以理清各项指标背后的职责，形成跨行业融合、全流程贯通的“电子导则”，使指标真正可以用于新区的管理。
制定审查指标的内容，确定管控方式按照以下三种方式进行：
(1) 备案管控对象基本信息：涉及基本信息、设计属性等；
(2) 审查管控对象对城市公共实体空间的影响：涉及生态环境、开发容量、公共资源、公共安全、空间布局、形象风貌等；
(3) 监测城市运维活数据：涉及城市总量承载、运行效率、资源集约、环境质量等。在应用上对应规建管各个领域范围以项目类型和指标体系中的审查对象类别为纽带，匹配工程建设项目和审查指标。主要分为8个专业，29类审查对象，具体详见图3。
图3管控指标专业类别与审查对象
7 结语
雄安新区规划建设管理BIM平台初步实现对城市全生命周期的全程化、精细化管控，基于平台可以自动出具规划条件，自动审查建设方案，改变以往在规划条件下发、土地出让和项目审批中需要查阅数十个规划文本、标准规范管理规定等来提炼规划要点、审核各项指标的局面，缩短了工作时间，也使得规划和工程项目审批过程变得更加客观和公平。未来结合新兴技术，应聚焦与探索如何实现城市空间更加形象化的展示，创新城市管理技术方法，提升城市治理水平，运用数字孪生技术解决城市问题。
参考文献：
[1] 杨滔，杨保军，鲍巧玲，张晔珵，罗维桢．数字孪生城市与城市信息模型（CIM）思辨——以雄安新区规划建设BIM管理平台项目为例[J]．城乡建设，2021，4(02):34-37.
[2] 徐辉．基于 “数字孪生”的智慧城市发展建设思路[J]．人民论坛·学术前沿，2020，4(08):94-99.
[3] 扈万泰，王剑锋，易德琴．提高城市用地规划条件管控科学性探索[J]．城市规划，2014，38(04):40-45.
[4] 韩高峰，王涛，谭纵波．新时期控制性详细规划动态评估与维护策略[J]．规划师，2013，29(10):73-78.
[5] 杨俊宴．城市大数据在规划设计中的应用范式：从数据分维到CIM平台[J]．北京规划建设，2017，4(06):15-20.
[6] 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[Z].2020.
注释：(1) BIM全称为Building Information Modeling，即建筑信息模型。(2) CIM全称为City Information Modeling，即城市信息模型，以建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网（IoT）等技术为基础，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维多尺度信息模型数据和城市感知数据，构建起三维数字空间的城市信息有机综合体。