2024优秀案例丨南京北站枢纽经济区数字孪生平台建设及应用

2018 年，住建部首次提出建设城市信息模型（CIM），南京被列为试点城市。2019 年，南京市人民政府发布《运用建筑信息模型系统进行工程建设项目审批和城市信息模型平台建设试点工作方案》,提出应用 BIM 和 CIM 技术融合为抓手，建立三维可视化 CIM 平台。同年，江北新区在全南京市率先出台《关于江北新区进一步深化工程建设项目审批制度改革目标任务分解的通知》，提出加快 BIM 系统、CIM 平台应用。同期发布《南京江北新区智慧城市 2025 规划》，提出“聚焦智慧新区建设，率先建成全国数字孪生第一城”，将南京北站枢纽经济区纳入了数字孪生应用示范区。2020 年，《南京市数字经济发展三年行动计划（2020—2022 年）》提出以“数字产业化、产业数字化、数字化治理”为主线，加快建设新型基础设施，打造数字孪生城市和数字政府。

南京江北新区枢纽经济发展管理办公室（以下简称“枢纽办”）自 2019 年起，陆续开展了南京北站枢纽经济区智慧城市建设顶层设计及智慧城市蓝图的编制、数字孪生技术在南京北站枢纽经济区的应用规划研究、国内智慧城市建设案例的调研走访，于 2021 年正式启动南京北站枢纽经济区数字孪生平台（一期）项目的建设工作，由枢纽办及南京江北新区铁路建设投资有限责任公司（以下简称“江北铁投”）相关各业务科室进行需求梳理以及平台应用，由中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司负责相关功能的开发部署，平台已于 2023 年 12 月完成一期内容建设，正式投入到北站枢纽经济区片区规划、工程建设等方面的日常应用中。

 南京北站枢纽经济区以“树立国内一流智慧枢纽标杆，打造崭新南京智慧城市新名片”为智慧城市建设愿景，构建围绕枢纽经济区的新型智慧城市片区，助力江北新区自贸区成为自主创新先导区、现代产业示范区和对外开放合作重要平台，推动南京市迈向宜居、可持续以及具备竞争力的智慧新时代。

南京北站枢纽经济区数字孪生平台以实景三维模型、地质三维模型、规划三维模型为基础，以“线下一座城，线上一座城”为目标，根据枢纽经济区开发建设管理的需要，建立数字孪生平台，为片区内及周边自然资源、规划、建设、经济、民生等各类数据的汇聚提供能力，高效展现大场景数字孪生城市模型，复原城市细节。并能够通过数字孪生可视化进行大场景动态实时渲染，在数据可视化和场景可视化基础上，实现枢纽经济区规划、建设的可视化和精细化管理，对城市运行监测、运营管理、应急调度等一体化管理与服务的综合支撑。项目建设遵循“统一规划，逐步深入”的建设思路，本期开展标准规范建设、孪生中枢建设、数字孪生应用系统建设、数字孪生 CIM 数据创建整合等工作。南京北站枢纽经济区智慧城市建设总体架构，如图 1 所示。

1.标准规范建设

南京北站枢纽经济区数字孪生平台建设包含大量的数据采集及模型建设，为确保平台建设工作的开展，考虑规范先行，需打造一套枢纽经济区数字孪生标准规范体系，并覆盖项目规划、建设及运营维护全过程。

南京北站枢纽经济区标准，如图 2 所示。

图 2 南京北站枢纽经济区配套标准规范

2.数字孪生中枢建设

 CIM 数字孪生中枢是南京北站枢纽经济区数字孪生平台的数据和服务基础，提供统一的平台门户、模型浏览、后台管理功能，有效汇聚地图、模型、监测、业务等多源异构数据，开辟各专项应用系统间的数据通道，CIM 数字孪生中枢由基础功能组件、CIM 轻量化引擎、可视化与仿真组件等组成。

 2.1 数字大屏

数据大屏集现状、规划、管理、社会经济等的重要资源数据模型进行集中展示，可实时动态浏览资源情况，辅助领导决策，如图 3 所示。

图 3 南京北站枢纽经济区数字大屏

2.2 门户系统

门户系统将南京北站枢纽经济区数字孪生平台的应用系统、数据资源和互联网信息等集成管理，为用户提供了平台账户登录、工作台、个人中心、新闻资讯以及帮助等功能模块，并可对每个模块进行自定义配置。主要包括首页、专题应用、咨询动态、互动交流、关于等功能，如图 4 所示。

图 4 南京北站枢纽经济区平台门户首页

 2.3 运维管理平台

运维管理平台主要提供平台核心的数据资源管理、系统运维管理、账户管理、权限管理等功能。通过后台管理系统可更便捷地管理服务平台的运行状况，保证系统安全可靠地运行，包括服务管理、图层管理、标绘管理、场景管理、互动交流、门户设置、资讯动态、应用管理等功能，如图 5 所示。

图 5 南京北站枢纽经济区运维管理平台

3.数字孪生应用系统建设

3.1 一张蓝图

一张蓝图功能通过汇聚片区内现状、规划、设计等数据，结合开发的专业工具可以实现片区二三维数据图层叠加、基础量测、剖切、空间分析、快照、标绘、分屏浏览、穿透查询等功能。现阶段数字孪生平台已经收集处理了 3 大类、47 细类的数据，发布数据服务93 个，包含行政区划、倾斜摄影、国土空间规划、专项规划、路网规划、站房设计、市政道路设计等，数据总量共计约 400GB。

 1）二维数据：以空间治理基础图层为基础，实现现状、规划、管理和社会经济等数据资源的汇集浏览、查询统计和对比分析应用，形成国土空间基础地图，发展规划、国土空间规划、区域规划和专项规划各类规划布局图，为各类空间治理决策和管理提供空间底盘，达到数据资源“共建、共享、共用”目标，如图 6 所示。

图 6 南京北站枢纽经济区数字孪生平台二维数据示意图

2）三维数据：综合展示片区各阶段规划信息模型，涵盖总体规划、修建性详细规划和控制性详细规划信息，基础道路、地下管网等各项专项规划信息等。另外，通过航空摄影采集倾斜摄影测量数据，结合实地像控点采集，经过空三解算和三维建模生成带有真实平面、高程坐标的实景三维模型，真实记录城市原始面貌特称，如图 7 所示。

图 7 南京北站枢纽经济区数字孪生平台三维数据示意图

3）分析工具：提供方案设计决策过程中需要的各种辅助决策分析功能，包括三维量算、剖面分析、通视分析、可视域分析、日照分析、天际线分析等，如图 8 所示。

图 8 南京北站枢纽经济区数字孪生平台分析工具示意图

 3.2 辅助决策

辅助决策功能旨在挖掘平台数据成果价值，全方位地辅助片区科学决策。提供了智能选址、方案比选、空间分析等专业分析功能，辅助项目落地决策。建立多因子选址模型，集管控要求、空间区位、规划条件等多种因素于一体，根据待选址项目的基本情况，比如用地面积、容积率、用地性质等要求，筛选出符合条件的地块，解决因选址不合理导致项目无法落地的问题。

1）智能选址：通过输入用地规模、容积率、地块数量等多个用地条件，匹配分析区域产业和项目准入政策等，智能查找适合的项目用地空间，并分析展示各备选空间的具体要素信息，如图 9 所示。

图 9 南京北站枢纽经济区数字孪生平台智能选址工具示意图

2）方案比选：基于 3DGIS+BIM 技术，通过建筑方案三维模型搭建、周边现状模型整合、多方案比选等辅助审批决策，可实现建筑方案审查过程由二维平面评审到三维评审的转变，大大提升项目方案精细化水平以及与周边建筑的协调性，如图 10 所示。

图 10 南京北站枢纽经济区数字孪生平台方案比选工具示意图

3）空间分析：通过空间分析功能，能够为提供方案设计决策过程中需要的各种辅助决策分析功能，包括天际线分析、剖面分析、限高分析、通视分析、可视域分析、日照分析等，如图 11-13 所示。

图 11 南京北站枢纽经济区数字孪生平台天际线分析工具示意图

图 12 南京北站枢纽经济区数字孪生平台剖面分析工具示意图

图 13 南京北站枢纽经济区数字孪生平台限高分析工具示意图

3.3 虚拟仿真

基于片区的规划设计资料以及对未来城市运营的规划，运用 UE 游戏引擎对北站站房进行了 L3 级别建模，实现站房及周边场景的高渲染仿真。在高渲染仿真场景中，可以更好的查看建筑的立面、场景的光影、人流的运动情况，同时可以模拟雨雪天气，根据漫游路径进行 360 度全方位的游览。

1）北站大场景仿真：北站站房仿真模块基于基础建筑静态的场景，提供一个开放互动的环境。设计人员可以在“虚拟场景”中随意行走，甚至飞行。设计人员通过该模块可以把专业人士才能看懂的设计图纸，变成看得见的虚拟物体和环境，使以往只能借助沙盘的设计模式提升到数字化的完美境界，如图 14 所示。

图 14 南京北站枢纽经济区数字孪生平台北站大场景仿真示意图

2）停车场仿真：既可以通过宏观的实时数据面板把控北站内所有停车场整体态势，也可以微观视角来查看各个重点停车场的室内场景，借助车位传感器及监控做到对每一个车位、车辆的细节监管，如图 15 所示。

图 15 南京北站枢纽经济区数字孪生平台停车场仿真示意图

3）无人接驳仿真：针对江北新区的 6 大园区和 7 大街道，以及交通重点部位，挑选部分点位，实现北站与部分点位通过无人公交仿真。在孪生场景里，构建接驳位置的虚拟仿真，基于物理模拟仿真提供各园区与北站接驳无人公交动态展示能力，并可根据起点终点位置，在三维场景中展示通行路径，可视化展示换乘和接驳的动态过程，如图 16 所示。

图 16 南京北站枢纽经济区数字孪生平台无人接驳仿真示意图

4）交通仿真：在北站区域范围内选取朱家山河路与站西路路口，建立以北站为中心的片区中观层面交通仿真模型，细化到路段和节点的具体车道以及信号控制方案。并将道路交通检测的流量数据、交通控制数据作为补充输入，形成片区的路网交通设施模型底板，具备路网拥堵分析和短时预测、交通控制方案比选、出行时间预测、路网车辆运行状态评价等功能，如图 17 所示。

图 17 南京北站枢纽经济区数字孪生平台交通仿真示意图

5）客流仿真：基于建筑 BIM 信息，建立轨道站台站厅的微观疏散仿真模型，具备根据采集的乘客数量和密度数据，生成人流疏散的仿真模型，并可选择不同的应急疏散场景和任务，输入相应的疏散预案，在仿真场景内驱动智能体行动，生成动态人流场景仿真，进行模拟预测推演，分析疏散时间、获取踩踏敏感区域，实现人流的快进快出方案，如图 18 所示。

图 18 南京北站枢纽经济区数字孪生平台客流仿真示意图

4.数字孪生 CIM 数据创建整合

通过 BIM、GIS 等专业技术手段，收集片区地上、地下构建筑物信息，创建片区数字孪生模型底板，并进行融合，轻量化处理后发布至数字孪生平台，基于模型底板开展专项应用，服务于政府精准施策。主要工作有：规划三维模型创建、实景三维模型创建、平台数据应用等。

4.1 规划三维模型

通过 BIM+GIS+数据可视化技术，将传统的二维规划数据表达为更为直观与深入的规划三维模型，在三维场景下实现城市规划的布局、调整、空间管理和综合治理。传统的利用二维数据进行规划信息的处理工作无法实现实体空间的充分梳理，而利用三维规划模型，可以达到多层级、多维度空间信息的整合，并进一步指导城市规划工作顺利开展，如图 19 所示。

图 19 南京北站枢纽经济区数字孪生平台规划三维模型示意图

4.2 实景三维模型

本期外业施测范围根据南京北站枢纽经济区划范围变化而变化，21 年 6 月外业施测范围为 8.6km2，23 年 9 月外业施测范围为 14.4km2。工程建设过程中根据需要定期进行无人机倾斜摄影，及时掌握现场真实施工面貌，建立“动态地理测绘模型” ，如图 20 所示。

图 20 南京北站枢纽经济区数字孪生平台实景三维模型示意图

1.确立标准制度，指导平台建设

学习国内外智慧城市、BIM 相关标准，遵守国内及江苏省、南京市相关行业标准，基于南京北站枢纽经济区开发建设现状，编制数字城市技术标准及模型管理规定，在片区开发起步阶段即介入指导，规范片区建模要求、多源数据接入、智能设备布设，使得数字孪生技术应用贯穿片区整体规划建设，真正实现数字赋能“规划-建设-管理”全周期，形成全生命周期数字资产，对片区数字化建设起到了重要的引领作用。

2.适配鲲鹏架构，突破信创壁垒

本项目于 2021 年开始与华为鲲鹏云对接，成为新区首批完成与华为鲲鹏云适配的项目。从传统的 X86 到 ARM 架构，对开发语言、数据库、基础设施和中间件等一系列技术进行了升级和重构，顺利跨越了 CPU 架构的鸿沟。展现了本项目在国产化软件领域的技术突破，也凸显本项目的影响力与技术实力。当前我国正大力推动关键领域的信息技术应用创新，本项目作为技术优势与领先能力的创新应用，在全国具有一定的示范作用。

3.搭建平台框架，支撑应用场景

建设南京北站枢纽经济区数字孪生平台，统一了基础算力、孪生中枢、平台框架、共享接口、驾驶舱风格等机制，沿用顶层设计“1+6+N”的智慧城市架构，提前谋划片区级的智慧应用框架，超前部署北站建设期相关智慧应用场景模块框架，提供了片区数字化管理的统一入口，支撑后期应用场景的接入，避免系统底层基础能力的重复建设。

4.建设一张蓝图，形成数据底板

随着北站片区的建设不断丰富数据种类，规整已有现状、规划、设计数据，并及时更新倾斜摄影模型、总体规划图纸、站房方案、路网方案等过程数据，保证数字孪生世界与现实世界同生共长，并实现了在同一底图上对各类数据进行可视化查看、叠加、分析等功能，辅助管理人员进行决策。

5.构建共享机制，发挥数字价值

搭建北站数字孪生平台，构建统一的智慧应用集成支撑服务中枢，实现云资源、时空基础大数据的统一管理和发放，为片区管理提供了基础设施服务、支撑软件服务、信息安全服务、运行保障服务、数据汇聚服务、配套制度标准设计服务等多样化的数字化服务能力，为后期接入全片区各类专项应用系统奠定坚实的平台底座基础，实现城市数据资源、数字技术、数字应用的统一标准管理和统筹规范应用，助力北站枢纽经济区内数据价值深度挖掘和数字服务质量高效提升。

本项目的顺利实施拉开了北站片区智慧城市建设的序幕，形成了片区智慧城市建设“1+6”整体框架，奠定了片区数字孪生的时空数据基础，也为接下来北站枢纽经济区从规划期转到建设期，进一步开展 CIM+专项应用创造了良好开端，助力南京北站枢纽经济区打造“数字孪生城市”典型样版。

本项目研发了全国首个全信创的数字孪生平台，是国内首个大型铁路交通枢纽片区数字孪生建设的成功探索，其先底板后场景的数字孪生城市建设模式以及全信创环境下的数字孪生平台搭建技术路径具有良好的复制及推广性。