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吴志强院士:CIM与城市未来

时间:2022-08-16 来源:未知 点击:

吴志强院士的履历与很多我国重大城市规划工程紧紧联系在一起:上海浦东联洋总规划师,2010年上海世博会总规划师、汶川地震后成都灾区重建总体规划师、北京城市副中心总体城市设计工作综合方案总规划师……他完成的规划项目可以说是中国城市规划信息化发展史上的里程碑。

 

CIM技术已经成为城市规划领域不可或缺的技术之一。我国各城市已经普遍认识到CIM对于智慧城市建设和城市精细化治理的突出作用。带着一些问题,我走进了吴志强院士的办公室。

 

CIM

 

CIM概念的提出缘起于上海世博会。针对上海世博园区256个场馆,不同国家的设计方案及其采用的不同软件使数据无法合一的问题,吴志强作为上海世博园区的总规划师,2005年在总规划师办层面提出要求:所有提交的规划设计方案必须采用统一 BIM(Building Information Modeling)标准。同时,由总规划师牵头,总师办研发可以承载单体建筑设计的CIM平台。当时的“C”,指的还不是City,而是Campus。
 
世博会结束后的2011年,CIM中的“C”的含义已经扩展到了“City”——城市的范围。在2015年上海数慧于南京承办的第九届规划信息化实务论坛上,吴志强对CIM做了详细诠释。2016年,吴志强又在北京城市副中心的规划设计中进行了深度开发实践,将建筑指标、人口指标、学校、医院、能耗、就业等通过CIM平台进行精准分析,为未来的城市精细管理提供智能平台,这也是CIM技术在大规模城市规划设计实践中的率先尝试和成功落地的应用。2017年起,城市规划行业经历了从BIM走向CIM,走向城市规划、建造、运营、管理全生命周期的智能化过程。目前,吴志强团队又开始将AI技术导入到CIM中,将CIM提升到了“CIMAI”的新高度。
 
 
 
 

“城市”的边界怎么确定?自然管城市还是城市管自然?孤立地考虑城市或者自然都是片面的。

 

CIM的“C”指“城市”,这里“城市”的边界怎么来确定?城市是否属于自然资源的管理范畴呢?我讨教了吴院士。
 
吴院士从国家空间管理的本质讲起,“国家空间管理,实际上是国家的生态、生产和生活空间及其装备的管理总和。如都江堰,就是祖先两千年前就为我们的生态、生产和生活空间准备好的工程装备,使人民在此空间中受益了两千多年。又有些没有装备好的空间,如黄河,就在历史上经常改道造成灾害空间。数千年来,人们不断地逐步装备好城市,使其成为人类集聚财富和智慧的生态、生产和生活的地方。
 
“生态、生活与生产空间及其装备的管理,是各个文明发展永恒的课题。在我国的封建社会时期,讲的是‘普天之下,莫非王土’,直到现代思想导入后有了改变。最早设想规划国土空间总布局的当推孙中山先生,《建国大纲》设想在什么地方建东方大港、什么地方应该建铁路、什么地方应该建大都会,筹划的是整个国家空间的总布局,也体现了家国情怀的总体理性思考。
 
“一个国家是社会、经济、人口、历史、文明和生态在一个特定空间里的整体。它是一个底盘,孤立地考虑城市或者自然都是片面的。做国家空间治理,不必纠结于城市还是自然。很多国家部委的设立也是与时俱进的,如法国最早设立城市发展与空间装备部,后来不断改名,发展成为了空间规划、交通、自然资源等相关领域的主管部门,又改为‘可持续发展部’。我国以后的空间治理也是遵循‘可持续发展’的规律,开拓生态文明的历史需求,应把所有的空间要素都考虑进去。”
 

CIM总体上是应当容纳流结构的,以流定形,形流相成,这是未来CIM发展的重点方向。

吴院士介绍,CIM的目标要最终把中国城市地上、地下的数据精化、细化、立体化,目前的追求是动态化,对各行业数据进行动态管理。
 
CIM可以在更多领域发挥作用。比如交通和电力,这些行业固有的数据结构是“流结构”,交通关注的是在路上跑的“交通流”,电力关注的是在电线里面跑的“电流”。关注“流结构”,就是要探索规划布局、道路走向、建筑形态因素。与此同时,城市的生态也有大量的“流”与城市的可持续发展密切相关,例如“风流”、“水流”这两大自然流动要素是城市形态密切相关的,据此可以提出对不同山水条件下的规划方案的相应契合度的评估方法。
 
“流”就是关注过程,其必然跨越空间和时间维度。了解“流”的变化规律,做空间的形态规划时方可掌握城市生命本质。CIM总体上是应当容纳流结构的,以流定形,形流相成,这是未来CIM发展的重点方向。
 
吴院士认为,未来应该在CIM的基础上提出一个更高层面的概念:SIM(Space Intelligent Modeling),这里面的“S”指的是国家不同的空间,不论城市、乡村、森林、海洋和农地,本质上都是一种空间。有了空间作为载体,才能承载一个国家的生态、社会、经济、历史和文明,因此软件开发者和使用者应当在充分理解“空间”内涵的基础上架构软件系统。
 
我国的城镇化转型正从“速度”城镇化走向“深度”城镇化,从“体力”导向走向“智力”导向,劳动生产率也会随之大幅提升。吴院士团队的研究根植于对城乡发展规律的认知,通过传统数据和大数据的采集与分析,揭示存在于各类城乡发展形态下的经济、社会、生态等要素的流动,用以诊断规划问题,从而制定和总结出城市发展模型和方法。“流”意味着城市发展中的力量,其累加或结合产生了势能,构成了空间交互模型的基础。
 
 
 

CIM相对于“数字孪生”,有更深的内涵

 
在吴志强的观点中,CIM中的“I”一直指是“Intelligent”,而不仅仅是“Information”。
 
“因为很清楚,CIM必须要有一个学习的过程,否则就只是数字和信息的堆砌。”由此,吴院士谈到CIM与“孪生”的区别,“不能只做城市的‘镜像’,还要知道城市的过去、未来,借助CIM要能够看到城市的前世今生,更看透超越几代的过去和未来。不仅仅是双胞胎,更要通过数据看到今天城市的祖辈和明天的孙辈。工业和工厂可以提数字孪生,而城市提孪生是远远不够的。只关注与现实一模一样的‘镜像’,数字技术就失去了更高价值。这就是我一直提倡CIMAI的重要性和人工智能深度学习的必要性。”
 
在吴院士的理解里,CIM相对于“数字孪生”,有更深的内涵。主要体现在:
 

1、CIM要以预见未来为目标。CIM不是仅是为还原真实城市而研制的数字系统。“镜像”今天的城市,不足以发挥信息化、智能化对城市发展的强大赋能。通过应用智能模型前瞻性地创造出未来场景,以帮助使用者看到明天的城市问题并据此引导今天的发展路径。


2、CIM要以智能模型来辅助决策。CIM不是简单的信息管理平台,而是从对城市数据的积累、处理提升为对复杂信息的智能响应,以适应现代城市综合治理的需要。通过对水文地理、气候环境、建设项目、市政工程等城市数据的集成计算,实现针对城市发展、市政、交通、公共服务等关键决策领域资源的智能动态配置,以优化城市设计的效果,辅助城市规划、建设、管理的科学决策。


3、CIM更突出人与城市信息的互动。CIM不仅是针对城市数据的技术平台,还应是能以更智慧的方式将城市信息有效传达给用户的互动系统。借助CIM可以使城市规划、建设、管理的过程更轻松、人性化,而在用户的干预和反馈过程中,CIM系统也得以持续迭代增强,体现出人的主观意志和城市智能生命的互动协调。以对城市大数据的智能分析、模拟、推演为基础,人机协同决策,制定更优的解决方案,维护城市全生命周期的健康发展。

CIM不仅仅等于“BIM+GIS+IoT”。

 
随着建筑行业信息化逐步成熟,BIM( 建筑信息模型 )、GIS( 地理信息系统 )与IoT( 物联网 )技术得到广泛应用,与之相关联的CIM成为社会各界多个领域的技术共识。CIM与上述三类技术是怎样一个关系?
 
问:外界认为CIM=BIM+GIS+IoT,我看到一篇您的文章,您认为不是简单相加,这中间怎么解读?如果不是简单相加还要再加什么?
 
吴院士:BIM像城市的细胞;GIS是提供数据基础的平台;IoT是指城市中所有物质的数字化。CIM在细胞、平台和城市物质数字化的融合后,更重要的是另外三个更有价值的内容——流动、生命规律和动力辨识——而这是超出前面三项要素的。那就是:1)空间加上时间以后产生的城市自然和人工要素的流动;2)城市流动和空间形态之间的互动规律;3)理解城市生命发展的动力所在。而前述三项技术简单叠加是无法做到这些内容的。
 
需要让CIM面向更广泛的用户群体,让远程访问CIM变为可能,也要提升CIM应用的便捷性。CIM应当能够感知城市中人的活动规律、需求,进而通过大数据的智能模拟、迭代,优化城市规划设计方案,要有精准服务用户需求的应用端,满足不同主体在城市规划、建设和管理中的实际需要。就像超图公司的所有产品,其实都是要为人服务的,为人创造更美好的生活,是一切技术工具研制的目的。
 
 
 
看城市

任何城市都是文明形成的,把自然要素对接到文明之中,融合得越好这个文明就越高级。CIM从业者要去做文明和自然的数字链接。

吴院士是一个对城市有情怀的人。2010年上海世博会,他提出了“城市,让生活更美好”的主题,并在园区规划中处处体现。
 
“任何城市都是文明形成的。没有城市就没有文明,没有文明也就没有城市,两者无法分开。”吴院士认为,好的城市一定有自然要素,有山、有水,而好的文明一定能把自然要素接合进城市来。如果自然要素无法接合进来,文明就得不到发展,接得好就会形成好的文明,融合得越好这个文明就越高级。

 

“我们评价一个城市的好,不正是因为它的自然要素和文明要素接合得好吗?没有自然要素的文明一定会衰亡。文明和自然的粘接处,就是CIM从业者要去努力的方向,就是要去做文明和自然的数字链接。这就是我们说的物质空间、社会空间和数字空间的连接。”
 
研究一座城市、一个文明的发展,CIM是极其重要的底板,没有这个底板相应工作就没法展开。今年6月,吴院士宣布启动的“CiMA(人类数字城市图谱)全球科学家计划”中,就是用各类数据来“解析”全球的13861座城市,从而分析出城市、城市群的发展动态,及其发展的长板与短板。GIS技术将在其中发挥重要作用。
 

社会学让城市规划具备了人性的温度,城市规划不是造物,而是呵护。

 
吴院士告诉我们,“今天中国城市规划的水平和二十年前完全不一样了,进入数字化时代后,我国的城市规划数字化水平已经处于世界一流!”
 
吴院士介绍,城市规划是一门非常年轻的学科,又是一门发展非常迅速的学科。在QS排行榜上,城市规划是中国在世界上排在A+的三个学科之一,这说明了我们的城市规划学科在世界上的地位,尤其是在数字化、智能化的研发方向上的引领地位。
 
吴院士常说的一句话是“城市规划千万不要鸟瞰,要‘人看’,要以人的视角出发,多设计一些人性化的空间。”
 
在吴院士眼里,城市规划不是规划师作出一幅供旁人欣赏的作品,而是要设计出让百姓每天用到的,让住在其中的人感到满意、感到幸福的场景。城市规划不是造物,而是呵护。所以城市规划师不仅仅要学习给水、排水、电力、交通、绿化、建筑这些知识,还要学习大量的社会学知识,这是让城市规划具备人性温度的基础。城市规划归根到底就是设计出可用最少的资源让百姓与自然和谐共处的空间。尽管城市规划的定义在不断演变,但不变的是人的需求,是人对城市的美好梦想。人类最初怀揣梦想来到城市,而智慧城市,就是把天时、地利、人和通过数据串联起来,最终形成三者合一的效果。这样,城市设计和规划才能变得更加智慧。
 
 

 

城市是人类建造的最大的智能生命体,抓住“智”、“绿”、“人”这三个关键字,提升城市的控熵能力。

问:未来城市和现在有什么不一样呢?未来城市有什么样的图景?
 
吴院士:未来的城市,最看重“智”、“绿”、“人”这三个关键字,这三个方向决定了城市未来的发展。要实现“城市,让生活更美好”,需要更多的智慧、更多的绿色、更多的人和自然的互动与和谐融合。而在这个融合的过程中,在我们当今时代,最重要的就是“大、智、移、云、链”这几项过去没有的手段。这些技术手段会把城市打造成一个高级的智能生命体,城市是人类在地球上创造的最复杂系统,过去只能凭感觉和经验管理,今天有了大规模数字化的手段,未来的城市治理就可以更理性。
 
吴院士提出,城市是人类建造的最大的智能生命体,人类要热爱城市,要尊重城市本身的生长规律。是生命总会产生熵,提升城市的控熵能力,可以延长快乐、愉悦,带来美好的生活。
 
“我们国家城市的控熵能力是非常强大的。在其他国家1000万人以上的特大城市中,人们晚上在城市里走一走都会感到害怕。但这在中国是难以想象的,中国的特大城市给市民提供了超过世界其他地区的安全感。新冠疫情就是因为在中国有这种管理体制才得到有效控制。也有人说,中国的城市‘千城一面’,其实在今天,从城市的发展来看,理性之后开始趋同,趋同以后还会再往上发展,各个城市发展路线随后又会开始分化。这是一个分久必合、合久必分的过程。”
 
吴院士认为,中国城镇化发展已经到了一个转型的必然阶段,即从过去的靠体力的空间转移的城镇化阶段,进入了一个靠智力创新的发展阶段。在这个追求美好生活的过程中,城市的现代治理水平也随着城市规模的扩大得到了提升。没有数字化的治理都不能称为现代理性治理。现在党中央提出的现代治理能力和现代治理体系的系统架构,是数字化和智能化非常好的政策支撑背景,应该抓紧这样的发展机遇。
 
CIM引领,科技加持,未来的城市一定更美好。

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