李東鋒

(廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510000)

如何從信息化、數(shù)字化角度提高建筑工程項目施工全過程應(yīng)用管理是當下的建筑業(yè)發(fā)展的迫切需求。城市信息模型(CIM)作為城市的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，已為建筑智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)調(diào)發(fā)展提供了新方法、新途徑、新工具，并逐漸成為當下相關(guān)學(xué)者和各大行業(yè)從業(yè)人員研究的熱點。目前，國內(nèi)外學(xué)者主要從概念梳理、元素構(gòu)成、數(shù)據(jù)融合、應(yīng)用場景等幾個方面對CIM進行具體研究，但這些研究文獻大多側(cè)重于對CIM元素構(gòu)成和數(shù)據(jù)融合技術(shù)的分析，對CIM的應(yīng)用場景方面研究較少，尚未對CIM技術(shù)應(yīng)用在建筑施工全過程(施工前期的時空規(guī)劃、施工過程的可視化監(jiān)控、能耗評估、材料的供應(yīng)管理和施工后期驗收與成效分析)等進行全面探索和深入分析。鑒于此，本文主要通過理論結(jié)合實踐的研究方法，在對CIM概念和應(yīng)用現(xiàn)狀梳理基礎(chǔ)上，對CIM在項目施工全過程的應(yīng)用問題進行總結(jié)，最后提出具體項目的CIM應(yīng)用內(nèi)容，強化科技“賦能”工程項目施工策略，從而推動項目施工過程的高質(zhì)量發(fā)展，為今后CIM的發(fā)展和應(yīng)用提供參考。

1 CIM的概念

城市信息模型(CityInformationModeling)，簡稱CIM，是隨著BIM的發(fā)展而于在2007年重新回到視野，是近幾年比較熱門詞語，但目前國內(nèi)外對城市信息模型研究還處于起步階段，對CIM定義還在不斷探索完善中，還沒有一個明確的概念。目前行業(yè)從技術(shù)的定義認為CIM是以小場景的建筑信息模型BIM+大場景地理信息系統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)+物聯(lián)網(wǎng)IOT的有機結(jié)合。2015年，同濟大學(xué)吳志強院士提出城市智慧模型(CityInformationModeling)，是一種融合了城市各類時空信息的三維有機模型，支持三維城市空間模型和城市信息的有機綜合，保障城市基礎(chǔ)設(shè)施或建筑施工全過程的安全、高效、智能、綠色，進一步拔高對CIM的定義。

為進一步明確CIM的內(nèi)涵和外延，筆者在對以上CIM概念分析基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)學(xué)者的研究成果，嘗試從“City”、“Information”、“Model/Modeling”三方面進行CIM概念的具體解讀。(1)“City”主要闡釋CIM所能覆蓋的范圍?！癈ity”可以具體表現(xiàn)為某一城市、某一社區(qū)、某一園區(qū)或者某一街道等，但CIM對建模能力要求一般為城市級別，且要求模型細度能精細到建筑內(nèi)部的具體部件；(2)“Information”是CIM的核心內(nèi)容，包括了具體項目各個階段、不同參與方的相關(guān)信息(物理、幾何和語義)等；(3)“Model/Modeling”指的是CIM信息的創(chuàng)建和存儲方式，同時也指為具體項目全過程施工或者全壽命周期管理提供的各種智能數(shù)據(jù)分析。

2 CIM的應(yīng)用現(xiàn)狀與現(xiàn)存問題

2.1 CIM的應(yīng)用現(xiàn)狀

以廣州市為例，廣州市以工程建設(shè)項目三維電子報建為切入點，積極推進CIM平臺信息模型建設(shè)，構(gòu)建“1(CIM基礎(chǔ)平臺)+N(工程項目審批制度改革2.0應(yīng)用、城市精細化管理應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用)”的廣州城市信息模型(CIM)平臺體系。廣州市在城市精細化管理應(yīng)用中，主要表現(xiàn)在CIM+城市更新、CIM+智慧工地、CIM+智慧房屋安全管理等幾個方面上。以CIM基礎(chǔ)平臺的智慧工地系統(tǒng)為例，通過建立施工圖三維模型、施工過程的三維模型，實現(xiàn)對項目的施工過程的可視化，不僅能遠程監(jiān)控施工現(xiàn)場塔吊、深基坑等一些危險源，還能實時監(jiān)測施工場地的揚塵、噪音等環(huán)境指標。另外，系統(tǒng)集成了工程、人員、材料等各類工程信息，為即時、高效的智慧監(jiān)管提供信息支持。下面將重點闡述和分析CIM在工程施工過程(施工場地規(guī)劃、建筑材料供應(yīng)鏈管理、安全過程風(fēng)險監(jiān)控)3個應(yīng)用場景的現(xiàn)狀進行分析。

CIM技術(shù)支持下的施工場地規(guī)劃在提高工程環(huán)境安全性和工作效率同時還能實現(xiàn)施工成本的節(jié)約。這主要是通過利用BIM模型、無人機、移動設(shè)備、3D地圖、數(shù)字相機構(gòu)建施工區(qū)域的“數(shù)字孿生”系統(tǒng)，這個系統(tǒng)有助于項目施工前期的可行性分析。

CIM技術(shù)支持下的建筑供應(yīng)鏈管理分析功能全面，能實時跟蹤反饋建筑材料位置和及時優(yōu)化物料流向路徑。如對供貨商比選過程中，可借助模型中每種材料的信息，從采購成本角度對潛在的供貨商進行對比分析，優(yōu)選質(zhì)量高的供應(yīng)商。在采購物料過程中，借助CIM的可視化功能不斷對物流周轉(zhuǎn)次數(shù)優(yōu)化及集散中心的分布位置進行優(yōu)化。

CIM系統(tǒng)安全過程風(fēng)險監(jiān)控應(yīng)用主要融合BIM數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)和施工現(xiàn)場的傳感器數(shù)據(jù)，同時在灰色Verhuls優(yōu)化算法下，實現(xiàn)對復(fù)雜項目施工過程的多方位、多尺度、多時態(tài)的信息數(shù)據(jù)分析。如對深基坑開挖過程中的位移風(fēng)險進行準確模擬和預(yù)測，解決深基坑開挖過程中安全性和穩(wěn)定性的問題。

2.2 CIM技術(shù)應(yīng)用存在的問題

目前，在建筑工程項目主要存在信息化水平不高、信息孤島信息突出等問題，同時，一些CIM試點項目在應(yīng)用過程中也存在CIM模型文件大小、信息數(shù)據(jù)安全、CIM平臺系統(tǒng)的開放程度和數(shù)據(jù)體量大等問題。 另外，基于CIM的智慧工地建設(shè)，缺少對自身項目的實際分析，缺乏個性化系統(tǒng)的定制研究，大多偏向勞務(wù)管理系統(tǒng)、塔吊管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)。 基于此，對于CIM技術(shù)應(yīng)用問題的解決，需要充分運用BIM和物聯(lián)網(wǎng)等先進信息技術(shù)，有效地進行建筑BIM模搭建、GIS技術(shù)的連接及定位、IoT動態(tài)數(shù)據(jù)的連接，同時結(jié)合具體項目實況，為項目的不同參與方提供個性化需求的智慧性響應(yīng)，實現(xiàn)項目全過程有效的施工控制、 預(yù)警、統(tǒng)計、運維管理等。

3 CIM在項目施工全過程的應(yīng)用分析

基于CIM基礎(chǔ)平臺的項目施工全過程應(yīng)用內(nèi)容廣泛，主要依托物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)檢測，實現(xiàn)對建設(shè)工程項目全過程監(jiān)管，主要包括CIM技術(shù)在建項目施工前期規(guī)劃、施工場地規(guī)劃、施工三維BIM模型數(shù)字化審查、施工過程質(zhì)量安全風(fēng)險監(jiān)控、竣工BIM模型驗收備案與成效分析等。它的廣泛應(yīng)用能夠推動建筑智能建造健康發(fā)展，有效促進建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展，還能大幅減少資源損耗和降低碳排放。

3.1 項目概況

文章研究的項目為某大型商業(yè)綜合體，主要分析CIM技術(shù)在工程項目施工的中全過程應(yīng)用。該商業(yè)綜合體為超高層建筑，總建筑面積約12萬m2，為框架—核心筒和勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。項目包括地下3層，采用逆作法進行地下室的工程施工，同時主體結(jié)構(gòu)內(nèi)含大型鋼斜柱與墻內(nèi)鋼斜撐，項目施工技術(shù)要求高。為了高質(zhì)高量完成項目施工，本項目施工中引入 CIM技術(shù)，為項目成為創(chuàng)新管理示范性項目助力。

3.2 CIM在項目施工前期的應(yīng)用分析

CIM在項目施工前期的應(yīng)用在體現(xiàn)在施工過程模擬和重點難點的施工模擬兩方面上。CIM基于BIM與GIS技術(shù)，可以實現(xiàn)對項目施工信息的可視化，在本項目施工前期，各參與方借助CIM系統(tǒng)能快速實現(xiàn)對工程建筑工程相關(guān)信息的查看。另外，為了更好指導(dǎo)項目的精細化施工，方便各參與方在施工前期的準備階段就能了解項目建設(shè)的全過程、更直觀把握項目建設(shè)的關(guān)鍵時間節(jié)點和有效規(guī)避施工過程中存在的各類問題，施工總承包方組織通過借助CIM進行施工方案的模擬預(yù)演，主要對施工場地布置、施工流程、材料供應(yīng)、施工進度計劃合理性進行模擬檢查，使各個生產(chǎn)要素的管理更加精細化和具體化，起到提升項目施工效率和確保施工場地安全的目的。

本項目的施工重難點為地下室逆作法施工和鋼斜柱吊裝。為了有效控制好施工質(zhì)量和把控好施工進度，項目施工總承包單位采用CIM技術(shù)對項目施工進行模擬，實現(xiàn)各方數(shù)據(jù)共享和協(xié)調(diào)。如通過借助CIM技術(shù)對逆作法施工工藝流程進行全過程模擬，對一些關(guān)鍵節(jié)點大樣實現(xiàn)三維可視化交底，提高施工工藝關(guān)鍵工序的模擬精細度，為后續(xù)逆作法的正式施工奠定良好的基礎(chǔ)。對于項目另外一個鋼斜柱吊裝施工難點，由于本超高層建筑項目現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境的限制，如何在偏心受力和復(fù)雜環(huán)境雙重不利施工條件下保證鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度是需要亟待解決的難點。結(jié)合這一難點，項目采用CIM技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)安裝過程進行施工模擬，在模擬中不斷提煉不利工況，給出具體的解決策略，并不斷對其施工組織設(shè)計進行優(yōu)化，最終確保吊裝作業(yè)高質(zhì)高效實施。

在本項目，由施工總承包單位負責(zé)，結(jié)合項目的施工重難點進行施工模擬，不僅確保項目質(zhì)量和安全，同時為各參與方傳遞有效信息，在施工管理上形成協(xié)助合力，實現(xiàn)高效組織協(xié)調(diào)和控制。

3.3 CIM在項目施工過程中的應(yīng)用分析

CIM依托物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對項目施工過程進行實時精細化控制。本項目基于CIM的智慧化控制的關(guān)鍵基礎(chǔ)在于信息的智能獲取，通過借助攝像頭、傳感器、傾斜攝影成像等實現(xiàn)信息的關(guān)聯(lián)導(dǎo)入、匯總與集成，并與三維可視化的呈現(xiàn)方式展現(xiàn)，為項目的質(zhì)量、進度和安全控制提供精細化指導(dǎo)。

(1)項目進度控制 基于CIM平臺，本項目的施工過程已被納入當?shù)爻鞘薪ㄔO(shè)實時管控中，方便進行項目全局和局部發(fā)整體協(xié)調(diào)。本項目通過使用無人機進行全景攝像和全過程實時監(jiān)控，并及時將攝像和監(jiān)控到的數(shù)據(jù)上傳至CIM平臺。政府職能部門、項目投資者和項目各參與方通過平臺能隨時了解項目的進度，尤其與BIM4D施工模擬的數(shù)據(jù)進行直觀對比分析時，項目的總體控制進度就更加直觀展示出來。另外，施工總承包可借助平臺，及時了解和掌握項目所處的動態(tài)環(huán)境和面貌，有助于科學(xué)調(diào)整項目實施策略，提高項目施工效率。

(2)項目質(zhì)量控制 項目施工質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在事前監(jiān)督程序到位、事中監(jiān)理和事后實體抽查三方面上。本項目通過借助CIM平臺的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)隨時隨地獲取工程項目最精確、最新數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)各專業(yè)之間的實時數(shù)據(jù)共享。通過對主結(jié)構(gòu)進行三維掃描，進行碰撞比對，調(diào)整模型。利用CIM技術(shù)制定合理的施工順序，同時結(jié)合施工方案進行施工的局部安裝模擬和整體分段模擬,可以實時可視化、立體化質(zhì)量控制，使得質(zhì)量控制與監(jiān)督不再停留于紙面化和會議化。

(3)安全控制 在安全方面，本項目借助CIM技術(shù)實現(xiàn)對勞務(wù)人員信息可視化監(jiān)控，實現(xiàn)對工地安全帽佩戴、高空作業(yè)安全帶配置、深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動監(jiān)管和預(yù)警提醒，同時還實現(xiàn)對揚塵和噪聲監(jiān)控。另外結(jié)合VR和AR技術(shù)，實現(xiàn)對人員的線上安全教育和培訓(xùn)。

3.4 CIM在項目施工后期的應(yīng)用分析

在項目的竣工驗收階段，可借助竣工模型，自動與相關(guān)管控條件、項目實體情況進行對比分析，高效完成項目的驗收工作。為了確保項目竣工質(zhì)量評定的準確性和后期運維需求的方便性，本項目對竣工模型有著非常嚴格和明確的要求。主要以設(shè)計模型為基礎(chǔ)，確?？⒐つＰ椭谱鬟^程中的信息完善完整度和準確度。另外為了方便模型運維平臺云端的部署與運行，本項目借助CIM技術(shù)實現(xiàn)對竣工模型的輕量化處理，通過對一些與運維無關(guān)的信息進行去除處理，最終形成最清晰高效的運維模型。完成運維模型的輕量化處理后，并及時與運維管理系統(tǒng)對接，最后形成適合本項目的智能化、可視化綜合運維管理平臺。

CIM在項目施工后期的應(yīng)用還體現(xiàn)在監(jiān)督評估上，具體體現(xiàn)在數(shù)據(jù)更新監(jiān)督、工作監(jiān)督、評估考核三大方面上。本項目在數(shù)據(jù)監(jiān)督控制上，結(jié)合數(shù)據(jù)更新時效安排要求，監(jiān)督不同責(zé)任主體進行數(shù)據(jù)更新，確保數(shù)據(jù)完成性和及時性，一旦出現(xiàn)更新異常情況，系統(tǒng)會自動開啟預(yù)警模型，并生成預(yù)警服務(wù)報告，確保數(shù)據(jù)更新的有效性。在工作監(jiān)督和評估考核控制上，借助CIM的工作監(jiān)督功能，對日常工作流程合規(guī)性進行監(jiān)督，同時提供預(yù)警報告和生成監(jiān)督文件報告，便于對工程過程的實現(xiàn)監(jiān)督和考核。

4 結(jié) 語

總的來說，CIM作為智慧城市和數(shù)字孿生城市的模型基礎(chǔ)，在相關(guān)行業(yè)中發(fā)揮越來越大的作用。尤其是伴隨著國家“新基建”戰(zhàn)略逐漸衍生起來的5G、IoT等相關(guān)先進支撐技術(shù)的普及，CIM在具體的建筑工程施工應(yīng)用場景的發(fā)展前景越來越廣闊，能為項目的多方位控制和智能化應(yīng)用提供技術(shù)支撐。本文結(jié)合具體項目實踐，本文淺述了CIM技術(shù)在工程項目施工全過程中的應(yīng)用，為我國建筑工程施工提供深度信息化的新支點和新引擎。