CIM – Mô hình thông tin đô thị và các ứng dụng cho quy hoạch và quản lý thành phố

City Information Modelling (CIM) -  Mô hình thông tin đô thị

City Information Modelling (tên viết tắt: CIM) là mô hình thông tin thành phố được xem xét theo nhiều khía cạnh khác nhau nhưng vẫn tập trung vào cùng một mục tiêu, đó là làm cho quy hoạch và quản lý thành phố tốt hơn.

Từ những năm 2000, khung lý thuyết cho CIM đã được đưa ra. Theo đó, một mô hình hệ sinh thái đô thị sẽ có thể mô phỏng các vấn đề về môi trường do con người gây ra trong các kịch bản điều kiện khác nhau về kinh tế, môi trường, nhân khẩu học và chính sách, từ đó đưa ra dự đoán những thay đổi của hệ sinh thái đô thị khi có sự thay đổi của các thông số trên.

Trọng tâm chính của khung lý thuyết cho CIM là sự chuyển hóa đô thị theo thời gian và tác động của nó đối với môi trường. Dần dần, các nhà nghiên cứu bắt đầu xem CIM như một công cụ tích hợp để hỗ trợ ra quyết định nhằm giải quyết các vấn đề đô thị khác bên cạnh các vấn đề môi trường, đặc biệt liên quan đến quy hoạch, thiết kế và tác động của các dự án xây dựng đối với khu vực chịu tác động và đồng thời các nhà nghiên cứu cũng truyền đạt vấn đề này tới các bên liên quan.

Thuật ngữ “City Information modelling- CIM”, Mô hình thông tin đô thị hay còn được gọi là Mô hình thông tin thành phố đã được sử dụng thay thế lẫn nhau cho các mô hình thành phố 3D và các công cụ trực quan hóa thành phố. Một số nhà nghiên cứu xác nhận rằng các công cụ trực quan này hỗ trợ các giai đoạn khác nhau của quá trình lập quy hoạch (bao gồm khả năng lưu trữ và liên kết dữ liệu nhanh chóng và đầy đủ), hỗ trợ quá trình thiết kế và cung cấp nền tảng giao tiếp trực quan để phổ biến quy hoạch và thông tin về các dự án xây dựng cho các bên liên quan.

Mô hình thành phố 3D của một góc thành phố New York

Một số nhà nghiên cứu suy luận rằng CIM thực sự là việc triển khai mô hình thông tin xây dựng (BIM – Buidling Information Modelling) ở cấp thành phố và mô hình thành phố 3D (3D City Model) là một dạng tích hợp để hiện thực hóa CIM. Mô hình thành phố 3D được cho là lý tưởng để tích hợp tất cả dữ liệu và thông tin đa dạng cần thiết nhằm mục đích thể hiện dạng kỹ thuật số của đô thị.

CIM đang thu hút sự chú ý nhờ cách tiếp cận toàn diện đối với các quy trình thiết kế đô thị , từ đó giải quyết các thách thức đặt ra về tính bền vững của các đô thị. CIM có thể được coi là một nền tảng kỹ thuật số nơi các nhà thiết kế thành phố có thể điều chỉnh các tính năng, yếu tố và đặc điểm của thiết kế, phân tích các kịch bản và chạy mô phỏng để tìm ra giải pháp thiết kế tối ưu. 

Công nghệ GIS được sử dụng rộng rãi để lập mô hình thành phố 3D và có nhiều phương pháp để thu thập thông tin GIS như bản đồ địa hình 2 và 2.5D, quét laser (laser scan) và chụp ảnh quang trắc (photogrammetry).

Có 4 mục liên quan đến việc tạo mô hình thông tin thành phố 3D (3D City Model): (1) Nguồn dữ liệu, (2) Phần mềm công cụ hoặc nền tảng phần mềm, (3) Phương pháp mô hình hóa (4) Công cụ trực quan hóa

BIM (Building Information Modelling) và CIM (City Information Modelling)

Sự ra đời của Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD - Computer-Aided Design) vào những năm 1970 đã thay đổi quá trình tạo lập bản vẽ và với sự xuất hiện của BIM (Building Information Modeling - Mô hình thông tin công trình) vào những năm 90, toàn bộ quá trình thiết kế sử dụng CAD đã được số hóa và định hình lại. BIM bắt đầu tạo ra các thành phần bản vẽ truyền thống như sơ đồ mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt ở chế độ xem 2D và chế độ hình chiếu trục đo cũng như phối cảnh trong 3D. Đến nay, BIM đã trở nên tiên tiến hơn và BIM có thể thực hiện vô số nhiệm vụ từ thiết kế đến phối hợp nhóm, từ lập ngân sách đến lập kế hoạch, từ theo dõi tiến độ đến vận hành, bảo trì đến tối ưu hóa, v.v…

BIM có thể được định nghĩa là một quá trình liên quan đến việc tạo lập và quản lý các thể hiện ảo (virtual presentation) về các thành phần vật lý và chức năng của một công trình. BIM chủ yếu được sử dụng ở quy mô nhỏ hơn so với CIM. Các mô hình thành phố 3D được làm giàu với các dữ liệu thuộc tính kèm theo là động lực giúp đưa ra quyết định hiệu quả. Tuy nhiên, hiện tại chưa có nhiều phương pháp làm phong phú thêm các mô hình thành phố bằng dữ liệu thuộc tính kèm theo thông qua BIM để gắn những thông tin này vào các thành phần xây dựng và các đối tượng cơ sở hạ tầng khác trong mô hình thành phố 3D.

Các dự án BIM riêng lẻ trong một thành phố có thể được thống nhất trong một nền tảng để cung cấp mô hình thành phố 3D giàu thông tin, có khả năng tích hợp tất cả thông tin thu được từ BIM ở quy mô lớn hơn để đưa ra quyết định dựa trên bằng chứng cụ thể. Kết nối giữa BIM và CIM có thể cho phép theo dõi thời gian thực mọi thay đổi, bổ sung, sửa đổi trong tòa nhà từ cấp độ tòa nhà riêng lẻ đến cấp độ đô thị.

Có 5 Cấp độ chi tiết (LoD – Level of Detail) khác nhau trong mô hình thành phố 3D: LoD 0 thể hiện địa hình hoặc diện tích, LoD 1 tương ứng với các mô hình khối không có cấu trúc mái, LoD 2 chứa các cấu trúc mái, LoD 3 cấu thành các thành phần kiến ​​trúc chi tiết và LoD 4 thể hiện nội thất có thể nhìn thấy khi đi bộ giả lập (virtual walking) bên trong mô hình.

Thông tin không gian ngoài trời có thể được thu thập thông qua quét laser và chụp ảnh quang trắc (photogrammetry) đến mức độ chi tiết mong muốn. Tuy nhiên, không thể đạt được LoD 4 nếu không có BIM. Do đó, việc tích hợp BIM với CIM là rất quan trọng để có mô hình thành phố 3D hiệu quả. Vấn đề tích hợp BIM vào CIM không đơn giản do khả năng tương tác, tiêu chuẩn, quy định, số lượng dữ liệu và thông tin cụ thể cũng như sự không tương thích trong trao đổi dữ liệu. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng khả năng tương thích của phần mềm là một trong những vấn đề chính trong tích hợp BIM với CIM. Các năm gần đây đã cho thấy sự phát triển vượt bậc của công nghệ phần mềm, và đã xuất hiện nhiều công cụ có thể kết hợp với nhau trong vấn đề tích hợp này.

Chuẩn dữ liệu IFC cho BIM và CityGML cho CIM

Chuẩn dữ liệu IFC là một chuẩn openBIM quốc tế để trao đổi dữ liệu về BIM, được phát triển bởi BuildingSMART, đại diện cho dữ liệu BIM được trao đổi và chia sẻ giữa những người dùng khác nhau trong các dự án quản lý thiết bị hoặc xây dựng công trình.

Trong khi đó, chuẩn CityGML là một mô hình tiêu chuẩn mở và định dạng trao đổi để lưu trữ và trao đổi các mô hình 3D ảo về thành phố (đô thị) và cảnh quan được phát triển bởi Open Geospatial Consortium (OGC) và ISO TC211 . Nói một cách đơn giản, IFC được sử dụng để chia sẻ dữ liệu BIM, trong khi CityGML dành cho dữ liệu CIM.

Định dạng trao đổi dữ liệu giữa BIM và CIM

IFC được sử dụng cho nhiều mục đích như trao đổi thông tin, tự động hóa các quy trình, tối ưu hóa, chạy mô phỏng. Mô hình cơ sở hạ tầng 3D truyền thống bao gồm thể hiện ảo 3D được đơn giản hóa và nó không kết hợp đủ thông tin và siêu dữ liệu tương ứng với các phần tử được mô hình hóa. Cơ sở hạ tầng liên tục thay đổi trong suốt vòng đời của chúng, đặc biệt là giai đoạn thiết kế và với các thành phố nói chung, một điều bắt buộc là không thể bỏ qua luồng thông tin đi kèm với nó. Hơn nữa, việc thực hiện các phân tích khác nhau đòi hỏi phải trao đổi các mô hình (thông tin) giữa các phần mềm và công cụ khác nhau và nó gây ra tổn thất về dữ liệu và tính năng. Vì vậy, các tiêu chuẩn mở được phát triển với các định dạng trao đổi nhằm tạo ra khả năng tương tác giữa các công cụ khác nhau.

CityGML chứa ít chi tiết hơn so với IFC nhưng nó thường xem xét các vùng không gian rộng lớn. CityGML chứa các thành phần của mô hình thành phố 3D, và được tạo thành từ các bề mặt; trong khi IFC thể hiện một mô hình rất chi tiết chứa các phần tử hình học như dầm, cột, tường, cửa, v.v., cũng như các khía cạnh phi hình học như không gian, hoạt động, quy trình, quản lý, v.v... Việc tích hợp CityGML và IFC là rất cần thiết vì nó có thể mang lại một loạt lợi ích ở giai đoạn quy hoạch và vận hành của các khu vực đô thị.

Tính tương tác giữa IFC và CityGML

Các ứng dụng cụ thể của CIM

Nhiều tài liệu nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra các trường hợp áp dụng khá phổ biến của mô hình thành phố 3D, dưới đây sẽ thống kê một số trường hợp thường thấy.

Bảng 1 – Các ứng dụng phổ biến nhất của mô hình thành phố 3D hay CIM.

Một số ví dụ cụ thể về ứng dụng của mô hình thành phố 3D hay CIM sẽ được chi tiết hóa trong các trường hợp các thành phố cụ thể như Zurich, Berlin, New York, Singapore… phía sau.

Mô hình thành phố 3D tĩnh và động

Trong Bảng 1- Các ứng dụng phổ biến nhất của mô hình thành phố 3D hay CIM (ở trên), các ứng dụng của mô hình thành phố 3D chủ yếu dựa trên mô hình 3D tĩnh. Hiện tại, các mô hình thông tin của Thành phố thể hiện tĩnh các đặc tính vật lý và hình học hiện có của các tòa nhà và hạ tầng kỹ thuật. Điều đó có nghĩa là khi mô hình thành phố 3D được tạo ra và đưa vào sử dụng để thực hiện các đánh giá khác nhau liên quan đến phân tích trực quan và chạy mô phỏng dựa trên dữ liệu hiện có, mô hình đó không thể dễ dàng thích ứng với các kịch bản của tương lai.

Mô hình 3D tĩnh thể hiện kết quả đầu ra tĩnh tại một khoảng thời gian nhất định và không tự thay đổi theo thời gian. Trong khi đó, các thành phố là sự tích hợp phức tạp của các quá trình thay đổi về kinh tế xã hội, hoạt động của con người, kết cấu đô thị, môi trường, cơ sở hạ tầng, hệ thống, tài nguyên và nó luôn thay đổi với tốc độ chậm hoặc nhanh. Để đáp ứng bất kỳ thay đổi thực tế nào về đặc điểm của thành phố, mô hình thành phố 3D tĩnh phải được cập nhật thông tin mới. Quá trình này là thủ công và không phù hợp lắm với tinh thần của “Thành phố thông minh”. Thành phố thông minh tìm cách tạo ra sự cộng sinh giữa tất cả các yếu tố của thành phố bao gồm con người, cấu trúc vật chất, hệ thống kỹ thuật số, tài sản, tài nguyên dịch vụ, v.v. với sự tích hợp của Công nghệ Thông tin và Truyền thông (ICT) và Internet vạn vật (IoT). Một số  thành phố thông minh đang phát triển nền tảng chia sẻ dữ liệu để tích hợp cơ sở hạ tầng vật lý với cơ sở hạ tầng kỹ thuật số thông qua cảm biến, đồng hồ đo, v.v. để cập nhật được dữ liệu theo thời gian thực  (realtime). Luồng dữ liệu cập nhật này cho phép chính quyền thành phố xem xét các quyết định tự động hoặc bán tự động mà không có sự can thiệp của con người.

Để bắt kịp sự phát triển của các thành phố thông minh, các mô hình thành phố 3D tĩnh phải cập nhật được luồng dữ liệu thực tế, điều này là không thể nếu không mở rộng kết nối mô hình với thế giới thực, bằng cách cho phép tích hợp các cảm biến với mô hình thành phố 3D để trao đổi dữ liệu động. Mô hình 3D động thể hiện các thuộc tính thay đổi theo thời gian. Ví dụ, mức tiêu thụ năng lượng, phát thải CO2, tỷ trọng tập trung người tại các khu vực, v.v. và các mô hình động có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển đô thị bền vững do khả năng đáp ứng của chúng.

Do CIM biểu thị dữ liệu tĩnh, chủ yếu bao gồm các đặc tính vật lý như kích thước, phương hướng, địa lý và hình học, nên rất khó để thiết lập mối quan hệ đầy đủ giữa trạng thái tĩnh và kịch bản phụ thuộc vào thời gian có thể đáp ứng các mục tiêu phát triển bền vững (SDG) của Liên hợp quốc (UN). Tuy nhiên, CIM có thể thực hiện nhiều phân tích khác nhau trên các mô hình tĩnh như đảo nhiệt đô thị, luân chuyển gió, dự di chuyển của các phương tiện giao thông, năng lượng, tiềm năng năng lượng mặt trời, bóng đổ đô thị, v.v., có thể giúp đánh giá các mục tiêu bền vững nhưng ở một mức độ hạn chế và các mô hình động có thể thực hiện các nghiên cứu về tính bền vững ở cấp độ mở rộng. Do đó, các mô hình động được nhấn mạnh để tạo ra hình ảnh phản chiếu kỹ thuật số của các đối tượng vật lý, tức là các bản sao kỹ thuật số - Digital twin của đô thị/ thành phố.

Bản sao kỹ thuật số  - Digital Twin (DT)

Digital Twin là một thuật ngữ công nghệ mới nổi gần đây. Việc sử dụng từ "công nghệ" ở đây là có chủ đích vì DT (Digital twin) được coi là một công nghệ bằng cách so sánh nó với các công nghệ khác. Bản sao kỹ thuật số  Digital Twin là phiên bản copy dạng kỹ thuật số của một hoặc các vật thể vật lý và trong bối cảnh đô thị, nó là hình ảnh phản chiếu kỹ thuật số của một thành phố hoặc một khu vực đô thị. Bản sao kỹ thuật số DT (Digital twin) đóng vai trò là cầu nối giữa các mô hình ảo và các vật thể trong đời thực để giải quyết những thách thức mà xã hội loài người đang gặp khó khăn. Khả năng của bản sao kỹ thuật số DT (Digital twin) không chỉ đơn thuần là mô tả trực quan, bao gồm các công cụ và cơ sở hạ tầng mô hình hóa kỹ thuật số. Bản sao kỹ thuật số DT (Digital twin) cho phép dữ liệu theo thời gian thực lưu chuyển giữa môi trường ảo và môi trường xây dựng, cho phép giám sát, điều khiển, kiểm tra từ xa và đưa ra quyết định tự động hoặc bán tự động. Tầm quan trọng của bản sao kỹ thuật số DT (Digital twin) được thể hiện rõ qua nhu cầu ngày càng tăng của nó, theo một số ước tính dự kiến ​​sẽ đạt 106,26 tỷ USD vào năm 2028 từ mức 3,19 tỷ USD vào năm 2020.

Nhiều chính quyền thành phố đang sa lầy trước những thách thức mới đặt ra trong việc quy hoạch và quản lý thành phố. Cắt giảm lượng khí thải carbon là một trong những nhiệm vụ chính mà các thành phố cần thực hiện trong nỗ lực chống lại sự nóng lên toàn cầu và quản lý quá trình trao đổi chất đô thị một cách hiệu quả để phát triển đô thị bền vững. Bản sao kỹ thuật số DT (Digital twin) và cùng với mô hình thành phố thông minh mang lại một số khả năng giúp việc đưa ra các quyết định hiệu quả hơn, là yếu tố quan trọng cho sự phát triển đô thị bền vững.

Mô hình Digital Twin đối với đô thị / thành phố và mình họa vận hành

Hình trên minh họa công nghệ đóng vai trò then chốt cho bản sao kỹ thuật số (Digital twin) của một thành phố hay đô thị và kết quả mang lại của nó về mặt vận hành.

Các thành phố dẫn đầu bằng việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến, đã và đang triển khai bản sao kỹ thuật số DT (Digital twin) của họ và đang chia sẻ kết quả và dữ liệu của họ thông qua các nền tảng dữ liệu mở như thành phố Zurich hay  Singapore, từ đó cho phép chính quyền thành phố khác cùng nỗ lực tập thể hướng tới một tương lai bền vững và kiên cường dưới tác động nhiều yếu tố.

Bản sao kỹ thuật số của Singapore được gọi là Virtual Singapore, đang tạo tiền lệ cho các thành phố khác. Mô hình thành phố 3D động và cổng dữ liệu mở tương tác dựa trên web chứa các đặc điểm không gian như tòa nhà, khu vực mặt nước và cơ sở hạ tầng giao thông, cảnh quan và nội thất thành phố, v.v. Mô hình này được làm giàu bằng dữ liệu động trong thời gian thực bao gồm khí hậu, tính di động của người và phương tiện, v.v. và dữ liệu này được sử dụng theo nhiều cách khác nhau như chạy mô phỏng tình trạng khẩn cấp, đánh giá biến đổi khí hậu, phân tích khả năng di chuyển để lập kế hoạch phát triển cơ sở hạ tầng.

Tương tự, Thành phố Zurich đã và đang phát triển bản sao kỹ thuật số DT (Digital twin) với mục đích cuối cùng là mô phỏng các kịch bản tạm thời như quy hoạch đô thị gắn liền với biến đổi khí hậu. Bản sao kỹ thuật số của Thành phố Zurich tập trung vào việc bổ sung liên tục thông tin vào kho lưu trữ dữ liệu không gian 3D và quản lý vòng đời của các thành phần một cách riêng lẻ cũng như dưới dạng tập hợp nhiều thành phần.

Hiện tại, bản sao kỹ thuật số có thể được áp dụng cho phép liên kết không gian với các đối tượng tham gia trong và ngoài, ví dụ các dự án phát triển đô thị hoặc kịch bản phát triển đô thị theo quy hoạch có thể được tích hợp. Nó cũng thiết lập cơ sở lý luận cho các đánh giá và tính toán khác nhau như tầm nhìn thông suốt hay hạn chế, sự lan truyền tiếng ồn và đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời, ước tính bóng đổ, mô phỏng lũ lụt, v.v. Các ứng dụng khác đang được phát triển như mạng lưới tiện ích đô thị 3D, cải tiến tích hợp BIM và GIS, quản lý vòng đời nhiều dự án, v.v...

Khung khuôn khổ của Azure để tích hợp các đối tượng vật thể vật lý vào bảo sao kỹ thuật số Digital Twin

Các ví dụ ứng dụng tại nhiều đô thị trên thế giới

Nhiều chính quyền thành phố đã nhận ra tầm quan trọng của mô hình thành phố 3D trong việc thúc đẩy các dịch vụ công cộng và cải thiện chất lượng cuộc sống nói chung ở thành phố. Các mô hình thành phố 3D đã được tạo ra và hầu hết được chia sẻ trên các cổng web mở để các thành phố khác có thể học hỏi kinh nghiệm của họ. Nhiều nền tảng khác nhau đã được sử dụng để phát triển mô hình 3D với Mức độ chi tiết (LoD) khác nhau. Mỗi thành phố đã xác định một số ứng dụng cho mô hình thành phố 3D của mình và một số ứng dụng đã thực hiện các bước nâng cao để chuyển đổi mô hình thành phố 3D thành bản sao kỹ thuật số (DT – Digital twin) như đã thảo luận trong phần trước. Trong phần này, 5 thành phố (New York, Singapore, Berlin, London và Helsinki) được thảo luận đã triển khai CIM trong quy hoạch và quản lý thành phố của họ như thế nào.

Thành phố New York

Một mô hình thành phố 3D đã được tạo cho Thành phố New York dựa trên cuộc khảo sát ảnh trên không từ năm 2014 và mô hình này đã bao gồm tất cả các tòa nhà có trong cuộc khảo sát đó. Tiêu chuẩn CityGML của Open Geospatial Consortium (OGC) đã được áp dụng làm cơ sở để phát triển các mô hình xây dựng lớn từ Cấp độ chi tiết (LoD) 1 và 2. Mô hình này bao gồm các mái nhà, mặt tiền và mặt bằng nền bao gồm tất cả các mái nhà chính khi xem xét mô hình hóa. Mô hình này tích hợp được các mái dạng vòm và mái hình cầu. Bất kỳ phụ kiện gắn trên mái nhà nào như ống khói, ăng-ten, tấm pin mặt trời, lan can, v.v., đều không được lập mô hình. Các cấu trúc cố định nhỏ hơn 10 feet (3 mét) đóng vai trò phụ như tháp nhỏ, trục thang máy, cầu thang, v.v., bị loại khỏi mô hình. Phần lớn mô hình được áp dụng cấp LoD 1, tuy nhiên, gần 100 tòa nhà mang tính biểu tượng được mô hình hóa ở cấp LoD 2. Mô hình này được tạo ra một lần và các bản cập nhật hoặc tiện ích mở rộng chưa được xem xét nhưng có thể được xem xét trong tương lai. Mô hình và siêu dữ liệu thích hợp của nó được cung cấp công khai. Mô hình này có sẵn cho công chúng tiếp cận tại cổng Cơ sở dữ liệu Thành phố 3D (3Dcitydb) trong đó  triển khai chuẩn dữ liệu CityGML.

Hình ảnh mô hình CIM 3D NYC (NewYork city) trong cổng thông tin 3Dcitydb với dữ liệu chi tiết của tòa nhà được chọn

Chính quyền thành phố New York đang áp dụng mô hình 3D CIM có tên NYC (NewYork city) vào nhiều ứng dụng như mô phỏng chuyển động gió hoặc bóng đổ, thiết kế đô thị, tính toán khối lượng xây dựng, đánh giá bức xạ mặt trời, phân tích giao thông, xác định chi phí sửa chữa tiềm ẩn của các tuyến đường phố cũng như quy hoạch và quản lý sử dụng đất.

Ước tính bức xạ mặt trời cho các tòa nhà ở Trung tâm Manhattan tính bằng kWh/năm, từ màu xanh lá cây (giá trị bức xạ thấp) chuyển sang màu vàng đến màu đỏ (giá trị bức xạ cao)

Thành phố Singapore

Cơ quan Quản lý Đất đai Singapore (SLA - Singapore Land Authority) đã triển khai một dự án mang tên Bản đồ Quốc gia 3D (3D map of Singapore) để phát triển và duy trì bản đồ 3D của Singapore. Dữ liệu cho bản đồ 3D được thu thập theo hai bước; bước 1: sử dụng chức năng quét và chụp ảnh lidar trên không và bước 2: quét và chụp ảnh lidar di động trên đường phố để thu thập dữ liệu. Tiêu chuẩn CityGML của OGC cũng đã được sử dụng ở đây để phát triển mô hình thành phố 3D (hay mô hình CIM) của Singapore và mô hình 3D này được gọi là Virtual Singapore. Mức độ chi tiết (LoD) được sử dụng để lập mô hình Virtual Singapore là từ 0 đến 2 tùy thuộc vào các công trình được mô hình hóa.

Mô hình thành phố 3D của Singapore bao gồm địa hình bên ngoài, các tòa nhà, giao thông đô thị, nội thất thành phố, cầu, đường hầm, phần mặt nước và thảm thực vật. Việc lập mô hình đường hầm 3D được thực hiện bằng cách điều khiển phương tiện thu thập dữ liệu di động qua đường hầm để phát triển mô hình 3D của đường hầm. Các phần mặt nước đã được mô hình hóa bằng cách cố định độ sâu không đổi 5 mét trên tất cả các diện tích mặt nước trong mô hình.

Ngoài ra, lớp phủ thực vật đã được xem xét mà không phân biệt giữa loại thực vật, chiều cao, v.v. và chiều cao chung từ 15 đến 20 mét đã được xem xét áp dụng cho thảm thực vật trong suốt mô hình CIM. Để lưu trữ và duy trì mô hình thành phố 3D, cơ sở dữ liệu 3Dcitydb đã được sử dụng (tương tự như trong mô hình thành phố NewYork NYC). Đối với việc cập nhật mô hình với các đối tượng mới, có thể đánh giá các lựa chọn như quét laser trên mặt đất, hình ảnh vệ tinh và Mô hình thông tin công trình (BIM) và kỹ thuật tối ưu nhất sẽ được lựa chọn để cập nhật mô hình trong tương lai.

Mô hình thành phố 3D (mô hình CIM) của Singapore

Chính phủ Singapore cân nhắc cho phép sử dụng mô hình Virtual Singapore nhằm một số mục đích thử nghiệm ảo như mô phỏng trực quan phạm vi phủ sóng của mạng 3G/4G trong một khu vực, mô phỏng nhằm đánh giá các tuyến sơ tán trong trường hợp khẩn cấp xung quanh một trung tâm thể thao dự kiến xây mới với đầy đủ thuộc tính kèm theo đặt trong mô hình CIM – thành phố 3D Virtual Singapore. Hoặc Virtual Singapore có thể được áp dụng hỗ trợ việc phát triển các App di động về phân tích ứng xử của luồng phương tiện giao thông di chuyển hoặc ứng xử của luồng di chuyển người đi bộ trong một khu vực đô thị. Hơn nữa, nó còn có các ứng dụng bổ sung như xác định tiềm năng năng lượng mặt trời, các chuyến tham quan du lịch ảo đến Singapore, tính toán diện tích đỗ xe, v.v.

Xác định số chỗ đậu xe hiện có và số lượng cây xanh trong khu vực trên mô hình CIM – thành phố 3D Virtual Singapore

Thành phố Berlin – Liên bang Đức

Dự án phát triển mô hình thành phố 3D cho Berlin được phát triển lần đầu vào năm 2007-2009 dưới dạng đơn giản và chứa các thông tin thuộc tính đi kèm các công trình , sau đó được nâng cấp dựa trên phương pháp chụp ảnh quan trắc trên không vào tháng 8 năm 2018. Mô hình này đã được tạo ra theo tiêu chuẩn CityGML của OGC. Mô hình này chứa dữ liệu hình ảnh hơn 560.000 công trình có chi tiết mái ở mức độ chi tiết (LoD) 2. Tuy nhiên, mô hình này không chứa siêu dữ liệu thuộc tính cho tất cả các tòa nhà. Chính quyền thành phố Berlin đã cung cấp mô hình thành phố 3D của Berlin cho công chúng và người dùng có thể được phép tải xuống để sử dụng ở 8 định dạng khác nhau dưới sự bảo trợ của Sáng kiến ​​Dữ liệu Mở của bang Berlin (Open Data Initiative of the state of Berlin).

Mô hình thành phố 3D của Berlin và danh sách các định dạng có sẵn

Bang Berlin đã chỉ định áp dụng mô hình thành phố 3D này cho các hoạt động khác nhau thuộc mảng quản lý và quy hoạch đô thị dựa trên trực quan hóa dữ liệu và các chuyến tham quan dữ liệu ảo (Berlin Economic Atlas - Berlin in the third dimension).

Thành phố London – Vương quốc Anh

Mô hình thành phố 3D của khu vực Trung tâm Luân Đôn đã được phát triển bằng phương pháp chụp ảnh lập thể (stereophotogrammetry) từ các hình ảnh độ phân giải cao thực hiện vào năm 2016. Các tòa nhà bình thường được mô hình hóa với Cấp độ chi tiết (LoD) 2 và một số tòa nhà mang tính biểu tượng cũng có trong LoD 3. Mô hình thành phố 3D của Luân Đôn được phát triển cho mục đích thương mại và hãng AccuCities tham gia vào quá trình phát triển và cập nhật mô hình này. Giải pháp và dịch vụ của AccuCities có khả năng đưa các tòa nhà tương lai vào mô hình thành phố 3D bằng cách thu thập thông tin từ các cổng quy hoạch đô thị và chuyển các bản vẽ được đề xuất quy hoạch thành mô hình khối 3D nhằm thể hiện sự phát triển theo quy hoạch một cách tốt nhất. Địa hình cho mô hình thành phố 3D này không phải nền phẳng mà được mô hình hóa với sự trợ giúp của phương pháp chụp ảnh quang trắc (photogrammetry) thủ công và có độ chính xác lên tới 20 cm ở tất cả các trục không gian. Mô hình bao gồm đường, các bề mặt xây dựng, thảm thực vật, khu vực chứa nước, cầu, tường kè chắn đất và các con sông.

A view of the London 3D city model (sử dụng công nghệ AccuCities)

Mô hình thành phố 3D của Luân Đôn được phát triển sử dụng giải pháp phần mềm Unreal Engine 4. Do mục đích thương mại, mô hình 3D không được cung cấp rộng rãi cho công chúng nhưng có thể mua từ hãng AccuCities. Mô hình này có sẵn ở nhiều định dạng khác nhau như AutoCAD Solid DWG, SketchUp SKP và Filmbox FBX. Mô hình 3D có thể được sử dụng để đánh giá các đồ án quy hoạch đô thị khác nhau, dùng trong mô phỏng, phân tích, đánh giá địa điểm phát triển các dự án bất động sản, trực quan hóa và phân tích các đề xuất thiết kế v.v., bởi các nhà quy hoạch, nhà phát triển bất động sản, kiến ​​trúc sư và cơ quan quản lý thành phố / đô thị, v.v.

Thành phố Helsinki – Phần Lan

Mô hình thành phố 3D của Helsinki được phát triển bằng cách sử dụng lidar trên không quét dữ liệu để tạo ra mạng lưới vị trí các tòa nhà thực tế. Mô hình thành phố 3D của Helsinki có sẵn ở hai dạng: mô hình thông tin thành phố CIM với các dữ liệu nội dung và mô hình thực tế chất lượng cao về lưới bề mặt trực quan. Các tòa nhà được mô hình hóa với hai Cấp độ chi tiết (LoD) 1 và 2. Các tòa nhà có LoD 2 cũng chứa hình ảnh vật liệu mặt ngoài các công trình kiến ​​trúc.

Tiêu chuẩn CityGML của OGC đã được sử dụng cho mô hình. Mô hình các tòa nhà cũng gắn liền với một số thông tin chung liên quan đến các tòa nhà. Mô hình này cũng có sẵn ở nhiều định dạng khác nhau để có khả năng tương tác tốt hơn với nhiều nền tảng công nghệ khác nhau. Helsinki đang sử dụng cơ sở dữ liệu riêng của mình để lưu trữ và quản lý mô hình thành phố 3D.

Mô hình thành phố Helsinki 3D (LoD2) với các bề mặt vật liệu các tòa nhà

Công chúng có thể truy cập công khai dữ liệu liên quan của mô hình thành phố Helsinki 3D. Mô hình này có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như phân tích mức tiêu thụ năng lượng, tiềm năng năng lượng mặt trời, phát thải khí nhà kính hoặc tác động môi trường của giao thông, v.v. Nó cũng nhằm mục đích phát triển một nền tảng tương tác công dân, cho phép người dân có thể đưa ra phản hồi, bình luận để tham gia vào hoạt động của thành phố trong lĩnh vực các dịch vụ công cộng, ví dụ như ghi lại các yêu cầu về thêm công viên, chỗ đỗ xe, v.v... Chính quyền thành phố Helsinki đã kết hợp dữ liệu liên quan đến năng lượng vào mô hình và được minh họa trong hình sau:

Dữ liệu năng lượng tiêu thụ tương ứng cho từng tòa nhà trong mô hình thành phố Helsinki 3D