文｜韓青 樊焜 宋少賢 孫寶娣 石新羽 周茜 宋彬

本文首先概述了CIM 及其平臺(tái)，其次介紹了CIM 在智能建造方面的應(yīng)用，接著針對(duì)基于CIM 平臺(tái)的智能建造數(shù)字仿真綜合管理系統(tǒng)的場(chǎng)景定義、應(yīng)用系統(tǒng)、應(yīng)用流程三個(gè)方面闡明了應(yīng)用內(nèi)容，最后總結(jié)其應(yīng)用價(jià)值，分析應(yīng)用案例以此研究CIM+智能建造的更多可能性，為建筑業(yè)效能化、規(guī)范化轉(zhuǎn)型提供框架和拓展空間。

1 概述

根據(jù)2021年6月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)技術(shù)導(dǎo)則》（修訂版）定義：CIM 是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等技術(shù)為基礎(chǔ)，整合城市地上地下、室內(nèi)室外、歷史現(xiàn)狀未來多維多尺度空間數(shù)據(jù)和物聯(lián)感知數(shù)據(jù)，構(gòu)建起三維數(shù)字空間的城市信息有機(jī)綜合體。CIM 平臺(tái)是管理和表達(dá)城市立體空間、建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施等三維數(shù)字模型，支撐城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、運(yùn)行工作的基礎(chǔ)性操作平臺(tái)，是智慧城市的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性信息基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)前CIM 平臺(tái)建設(shè)主要分兩部分，一個(gè)是CIM基礎(chǔ)平臺(tái)，另一個(gè)是基于平臺(tái)之上的“CIM+應(yīng)用”系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)架構(gòu)

CIM 是城市的數(shù)字孿生體，映射城市的物理世界，可以表征實(shí)體城市的存在、演化和發(fā)展。因此，CIM 平臺(tái)可以基于歷史數(shù)據(jù)，通過深度學(xué)習(xí)等算法，推演城市未來發(fā)展態(tài)勢(shì)并可視化呈現(xiàn)?；贑IM平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)城市的數(shù)字試錯(cuò)，提升未來預(yù)知能力，提高城市決策與應(yīng)對(duì)能力，增強(qiáng)對(duì)未來發(fā)展的判斷力。

以城市信息模型（CIM）平臺(tái)為手段化解新型城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中遇到的“城市病”已成共識(shí)。我國城市信息模型（CIM）平臺(tái)建設(shè)尚處于起步階段，各級(jí)政府、學(xué)術(shù)界、企事業(yè)單位等正積極探索試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、技術(shù)儲(chǔ)備、數(shù)據(jù)體系、平臺(tái)建設(shè)、平臺(tái)應(yīng)用等工作。

CIM 平臺(tái)是城市建設(shè)管理全流程智慧應(yīng)用的支撐性平臺(tái)，涵蓋“規(guī)建管”全過程，有效地避免了城市發(fā)展過程中的重復(fù)建設(shè)、數(shù)據(jù)孤島、缺乏頂層規(guī)劃等一系列問題。目前我國CIM平臺(tái)建設(shè)尚處于起步階段，各級(jí)政府、科研學(xué)術(shù)界、企事業(yè)單位等正積極探索新試點(diǎn)、新經(jīng)驗(yàn)、新技術(shù)、新模式，標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、平臺(tái)搭建、平臺(tái)應(yīng)用等工作也正在全面展開。我國在推進(jìn)CIM技術(shù)研發(fā)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，一方面是體制優(yōu)勢(shì)，當(dāng)下我們處于大城建、大發(fā)展的階段，在政策方面積極推進(jìn)城市級(jí)的應(yīng)用前所未見；另一方面體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的匯聚共享，各級(jí)政府部門越來越愿意共享數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)開放方面也做了諸多工作。

2 CIM 在智能建造的應(yīng)用

CIM 平臺(tái)不僅可以支撐城市建設(shè)、城市管理、城市運(yùn)行、公共服務(wù)、城市體檢、城市安全、智慧工地、社區(qū)管理、醫(yī)療衛(wèi)生與應(yīng)急指揮等領(lǐng)域的應(yīng)用，還可以支撐數(shù)字建造、智慧建造、綠色建造、數(shù)字化交付與BIM 審查的應(yīng)用場(chǎng)景，提升工程建設(shè)全流程信息化、數(shù)字化、智能化水平，為新型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)賦能，推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展。

CIM 平臺(tái)中的智能建造模塊，一方面從監(jiān)督管理層面，能夠以CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)作為智能建造的數(shù)字底座，歸集住房和城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域企業(yè)、項(xiàng)目、人員、業(yè)績(jī)和信用等多元綜合信息，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，搭建建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過質(zhì)量監(jiān)管和追溯平臺(tái)，推動(dòng)建筑市場(chǎng)從粗放型監(jiān)管向效能監(jiān)管、規(guī)范監(jiān)管和聯(lián)動(dòng)監(jiān)管轉(zhuǎn)變；另一方面從工程建設(shè)層面，能對(duì)重點(diǎn)工程項(xiàng)目全生命周期實(shí)施全過程管控，包括決策立項(xiàng)階段的投資決策、規(guī)劃設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、工程施工、綠色減碳建造、全過程的工程咨詢管理和投資管控、工程修復(fù)與拆除等，從而不斷推動(dòng)城市發(fā)展和城市更新。

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的驅(qū)動(dòng)下，建筑行業(yè)將逐步從以圖紙為媒介的信息交流傳遞，升級(jí)為依托信息模型和信息應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行信息傳遞。在此背景下，CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)中經(jīng)融合的多源數(shù)據(jù)，為重點(diǎn)工程項(xiàng)目，特別是針對(duì)裝配式項(xiàng)目的智能建造提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)和平臺(tái)基礎(chǔ)。通過建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一平臺(tái)和統(tǒng)一管理，依托BIM 技術(shù)和信息技術(shù)，可以打通項(xiàng)目設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工、運(yùn)維、監(jiān)管的全過程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)“標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化、集成化、智能化”目標(biāo)。CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)過程中設(shè)立統(tǒng)一的應(yīng)用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，為全產(chǎn)業(yè)鏈智能建造中共享其信息鋪平道路。

3 場(chǎng)景定義

智能建造數(shù)字仿真綜合管理系統(tǒng)是基于CIM 平臺(tái)，建設(shè)有關(guān)建筑的虛擬城市模型，研發(fā)節(jié)能、環(huán)保、循環(huán)、低碳等建筑新工藝、新技術(shù)、新材料和新產(chǎn)品，建立建筑智慧運(yùn)營管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生。系統(tǒng)主要包括：

3.1 搭建建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

以促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)為指引，打造涵蓋建筑業(yè)全過程、全要素、全參與方的建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；以CIM 平臺(tái)為新技術(shù)底座，從原料的產(chǎn)生、加工到房屋的竣工、使用，形成全產(chǎn)業(yè)鏈融合一體的智能建造產(chǎn)業(yè)體系，推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展。

3.2 推動(dòng)智能建造應(yīng)用

推動(dòng)BIM 技術(shù)應(yīng)用，提升建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)協(xié)同水平。通過構(gòu)建建筑業(yè)全生命周期業(yè)務(wù)監(jiān)管系統(tǒng)，打通設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維之間的壁壘。加強(qiáng)行業(yè)監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)信息共享和協(xié)同工作。推行一體化集成設(shè)計(jì)，加快構(gòu)建數(shù)字設(shè)計(jì)基礎(chǔ)平臺(tái)和集成系統(tǒng)，匯聚各專業(yè)設(shè)計(jì)成果，提供跨企業(yè)、地域的協(xié)同應(yīng)用。借助構(gòu)件編碼體系和通用部品部件庫云系統(tǒng)，推動(dòng)部品部件生產(chǎn)智能化升級(jí)改造與建設(shè)，實(shí)現(xiàn)少人或無人的智慧工廠。推動(dòng)自動(dòng)化施工機(jī)械、建筑機(jī)器人、3D 打印等智能裝備的創(chuàng)新應(yīng)用，提升施工質(zhì)量和效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 運(yùn)維綜合管理平臺(tái)

針對(duì)已竣工并投入使用的建筑進(jìn)行樓宇運(yùn)維管理，通過與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)接，獲取建筑的運(yùn)行情況，包括智能照明系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)等，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、調(diào)度、分析、統(tǒng)計(jì)等處理。

4 應(yīng)用系統(tǒng)

以3DGIS（三維地理信息系統(tǒng)）和BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，集成并利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、整合、挖掘、信息展示等，以反映城市規(guī)劃建設(shè)、發(fā)展和運(yùn)行的情況，助力城市規(guī)劃、城市建設(shè)和城市管理等。如圖2所示。

圖2 基于CIM 平臺(tái)的智能建造數(shù)字仿真綜合管理系統(tǒng)

5 應(yīng)用流程

以CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)作為智能建造的數(shù)字底座，通過健康、低能耗、裝配式、BIM、能效提升等相關(guān)技術(shù)的集成應(yīng)用，深入推進(jìn)智慧、高效、創(chuàng)新的工程項(xiàng)目建設(shè)落地。

5.1 構(gòu)建CIM 智能建造數(shù)據(jù)資源中心

構(gòu)建可以融合海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的CIM 智能建造數(shù)據(jù)資源中心，對(duì)完整的項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)、BIM 數(shù)據(jù)等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行全生命周期管理，消除建設(shè)工程項(xiàng)目的信息數(shù)據(jù)孤島，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，加快數(shù)據(jù)變現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。主要建設(shè)內(nèi)容包括企業(yè)信息庫、人員信息庫、項(xiàng)目信息庫和工程資源庫等。

5.2 推進(jìn)建設(shè)工程項(xiàng)目管理

（1）建設(shè)工程項(xiàng)目信息管理

對(duì)項(xiàng)目的基本信息（項(xiàng)目信息、GIS 位置）進(jìn)行設(shè)定和動(dòng)態(tài)維護(hù)，并根據(jù)招標(biāo)結(jié)果創(chuàng)建各類參建單位的企業(yè)信息和負(fù)責(zé)人賬號(hào)，再由各參建單位負(fù)責(zé)人根據(jù)內(nèi)部人事安排，添加參與本期項(xiàng)目建設(shè)的項(xiàng)目組成員賬號(hào)。項(xiàng)目組成員可使用賬號(hào)和密碼登錄系統(tǒng)，根據(jù)權(quán)限享用系統(tǒng)提供的各類應(yīng)用服務(wù)。

（2）工程建設(shè)項(xiàng)目BIM 管理

在工程建設(shè)項(xiàng)目審批中深化BIM 技術(shù)應(yīng)用，促進(jìn)BIM 全過程使用，基于CIM 實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)展現(xiàn)，升級(jí)工程建設(shè)項(xiàng)目各階段管理及應(yīng)用能力，滿足行業(yè)當(dāng)前及未來對(duì)于智能建造的應(yīng)用需求。

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管

通過集成智能硬件設(shè)備，采集工地各關(guān)鍵要素?cái)?shù)據(jù)，集成到平臺(tái)，為項(xiàng)目管理者提供數(shù)字化、可視化的施工過程信息，主要包括從業(yè)人員實(shí)名制、質(zhì)量管理、安全管理、環(huán)境管理、視頻監(jiān)控等應(yīng)用，為企業(yè)提高效率、有效預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)提供信息化手段。

（4）工程項(xiàng)目智能決策分析

平臺(tái)數(shù)據(jù)中心通過項(xiàng)目管理協(xié)同平臺(tái)獲取項(xiàng)目層的投資、進(jìn)度、物資、質(zhì)量安全等管理數(shù)據(jù)。企業(yè)層通過數(shù)據(jù)中心獲取各項(xiàng)目管理協(xié)同平臺(tái)的各類數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)進(jìn)行經(jīng)營管理。數(shù)據(jù)中心對(duì)企業(yè)層、項(xiàng)目層的數(shù)據(jù)挖掘積累，采用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)各類數(shù)據(jù)的多維度分類分析。

（5）工程建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)成效多維展示

將工程建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)成效，結(jié)合 CIM 平臺(tái)進(jìn)行集成與展示，形成工程建設(shè)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)地圖，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建成效的三維可視化、集成化、動(dòng)態(tài)化展示。

6 應(yīng)用價(jià)值

建立完善的智能建造數(shù)字仿真綜合管理系統(tǒng)，歸集住房和城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域從業(yè)企業(yè)、個(gè)人、項(xiàng)目、業(yè)績(jī)和信用信息，可實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的動(dòng)態(tài)更新、整合發(fā)布與關(guān)聯(lián)共享，實(shí)現(xiàn)綜合信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同和溯源監(jiān)管全程信息化?；贑IM 基礎(chǔ)平臺(tái)，結(jié)合BIM 等新型技術(shù)輔助建設(shè)，主管部門可實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目從立項(xiàng)規(guī)劃用地許可、工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)審查、招投標(biāo)、施工準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督、竣工驗(yàn)收信息等建設(shè)全生命周期的高效監(jiān)管，推動(dòng)建筑市場(chǎng)管理從粗放型監(jiān)管向效能監(jiān)管、規(guī)范監(jiān)管和聯(lián)動(dòng)監(jiān)管轉(zhuǎn)變。

7 應(yīng)用案例——重慶智慧東站一體化管理平臺(tái)

7.1 工程概況

重慶市智慧樞紐站一體化管理平臺(tái)是基于CIM 智能建造平臺(tái)打造的應(yīng)用平臺(tái)，平臺(tái)根據(jù)樞紐站及周邊特點(diǎn)，以CIM 平臺(tái)為核心，結(jié)合云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，打造的面向工程全生命周期的協(xié)同管理平臺(tái)。平臺(tái)基于統(tǒng)一的可視化數(shù)字底板，融合了工程項(xiàng)目范圍內(nèi)及周邊的傾斜攝影數(shù)據(jù)和車站主體、建筑、道路、綠化等全專業(yè)BIM 模型。利用高逼真三維圖形引擎，1 ∶1 還原場(chǎng)景環(huán)境，建立智能化的人機(jī)自然交互功能，為客戶實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化、決策智能化。

7.2 應(yīng)用系統(tǒng)

（1）規(guī)劃設(shè)計(jì)一張圖

規(guī)劃設(shè)計(jì)一張圖匯聚東站周圍的地形、影像、傾斜攝影等各類地理信息數(shù)據(jù)與樞紐站的規(guī)劃類數(shù)據(jù)、全專業(yè)的BIM 數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成在一張圖上，并以圖層列表的形式統(tǒng)一展示組織，接入的二三維空間數(shù)據(jù)分為配套市政基礎(chǔ)設(shè)施、站場(chǎng)站房、綜合交通樞紐、TOD 開發(fā)、其他土地開發(fā)、基礎(chǔ)圖層以及現(xiàn)狀規(guī)劃數(shù)據(jù)。用戶可自由選擇顯示和隱藏的數(shù)據(jù)，直觀、清晰的查看想要觀看的場(chǎng)景，方便用戶從整體上把控樞紐站的總體規(guī)劃，如圖3所示。

圖3 規(guī)劃設(shè)計(jì)一張圖

（2）工程信息一張圖

CIM 智能建造平臺(tái)中的工程信息一張圖管理展示了工程項(xiàng)目的實(shí)施機(jī)構(gòu)、開工時(shí)間、預(yù)計(jì)竣工時(shí)間以及詳細(xì)工程概況。

招標(biāo)情況將招標(biāo)項(xiàng)目分為設(shè)計(jì)招標(biāo)、施工招標(biāo)和監(jiān)理招標(biāo)，并分別展示了已完成和進(jìn)行中的招標(biāo)項(xiàng)目的數(shù)量。

投融資情況展示了工程建設(shè)的總體投資情況、占比情況，并展示了不同年度的投資進(jìn)展。

工程項(xiàng)目的人員信息和工程合同、施工許可等不同階段施工信息，顛覆傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)信息傳達(dá)模式，提升項(xiàng)目精益建造管理水平。

7.3 應(yīng)用內(nèi)容

（1）規(guī)劃方案比選

規(guī)劃方案的比選功能，提供多屏對(duì)比，用戶可同時(shí)瀏覽對(duì)比不同的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，對(duì)專業(yè)設(shè)計(jì)人員來講可以讓設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單明了，對(duì)非設(shè)計(jì)專業(yè)人員來講也能看懂規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，讓不同的角色都可以參與到設(shè)計(jì)中，輔助規(guī)劃決策，提高規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性，如圖4所示。

圖4 規(guī)劃方案對(duì)比

（2）智慧工地

智慧工地在三維場(chǎng)景中實(shí)時(shí)模擬施工現(xiàn)場(chǎng)的建造情況，集成項(xiàng)目總體概況、項(xiàng)目所屬領(lǐng)域、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、人員統(tǒng)計(jì)信息、設(shè)備安全狀態(tài)、質(zhì)量安全狀態(tài)、進(jìn)度管理、參建單位概況以及項(xiàng)目施工監(jiān)控。

人員統(tǒng)計(jì)信息可通過人員定位技術(shù)、人臉識(shí)別技術(shù)等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的人員信息，并統(tǒng)計(jì)不同人員信息的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)人員的實(shí)時(shí)監(jiān)管。

設(shè)備安全狀態(tài)可通過接入塔吊、升降機(jī)、模架的各類物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過設(shè)計(jì)閾值自動(dòng)分析不同設(shè)備的安全狀態(tài)，并對(duì)超過閾值或低于閾值的情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警。同時(shí)展示報(bào)警詳情，用戶可定位至報(bào)警位置，查看報(bào)警情況。

進(jìn)度管理以倒計(jì)時(shí)的方式展示了距離項(xiàng)目的竣工時(shí)間，同時(shí)將如期完成、預(yù)警、滯后和超前完成項(xiàng)目展示在平臺(tái)中，方便用戶一覽施工進(jìn)度，從而對(duì)進(jìn)度進(jìn)行整體管理。

施工項(xiàng)目監(jiān)控接入施工現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像，方便用戶查看施工現(xiàn)場(chǎng)情況，如圖5所示。

圖5 智慧工地系統(tǒng)

（3）工程進(jìn)度質(zhì)量管理

通過CIM 平臺(tái)可將工程進(jìn)度數(shù)據(jù)、工程質(zhì)量數(shù)據(jù)與BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，提高工程進(jìn)度透明化管理，有效推動(dòng)工程實(shí)體質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量快速整改糾偏，如圖6所示。

圖6 工程進(jìn)度質(zhì)量管理

7.4 應(yīng)用效益

打破信息孤島，優(yōu)化工程管理方式。建筑工程項(xiàng)目參與方眾多，相互之間欠缺整合和協(xié)作。通過CIM 智能建造平臺(tái)，各組織之間可以提前溝通，保證建設(shè)過程的協(xié)調(diào)性。通過相關(guān)技術(shù)感測(cè)、分析、整合工程管理運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)關(guān)鍵信息，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目可視化、動(dòng)態(tài)化、智慧化管理。

提高自動(dòng)感知、快速反應(yīng)能力。CIM 能夠透徹感知各空間物理實(shí)體的運(yùn)行狀況及生產(chǎn)生活活動(dòng)。通過CIM 智能建造對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)資源的整合、分析及對(duì)信息集中管理和合理利用，實(shí)現(xiàn)建筑各空間業(yè)務(wù)的聯(lián)動(dòng)，提高安防、設(shè)施管理等功能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的及時(shí)感知，風(fēng)險(xiǎn)及問題的早期預(yù)測(cè)預(yù)警和高效處置應(yīng)對(duì)。