基于CIM技術(shù)的老舊小區(qū)改造系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

許浩 謝勝波 李惠 蔡明豪 張明婕

（奧格科技股份有限公司 廣東省廣州市 510000）

1 我國(guó)老舊小區(qū)改造現(xiàn)狀及CIM技術(shù)應(yīng)用

1.1 我國(guó)老舊小區(qū)改造現(xiàn)狀

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和物質(zhì)生活水平的顯著提高，人民對(duì)美好生活的需求不斷提高，20世紀(jì)八九十年代建成的老舊小區(qū)在滿(mǎn)足居民的基本生活需求方面面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有老舊小區(qū)約17 萬(wàn)個(gè)，建筑面積約40 億平方米，涉及約4200 萬(wàn)戶(hù)居民，約占全國(guó)存量住宅的12%[1]。為提升老舊小區(qū)質(zhì)量，改善居民居住條件，2015年12月，在中央城市工作會(huì)議中提出要加快老舊小區(qū)改造，標(biāo)志著我國(guó)老舊小區(qū)改造工作正式拉開(kāi)序幕[2]。2020年全國(guó)新開(kāi)工改造城鎮(zhèn)老舊小區(qū)共40279 個(gè)，惠及居民約735.73 萬(wàn)戶(hù)[3]。老舊小區(qū)改造是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及方方面面，在實(shí)際操作中面臨現(xiàn)狀不清、定量分析評(píng)估不準(zhǔn)、改造方案決策及預(yù)期成效不明等難題，導(dǎo)致老舊小區(qū)改造工作尤其是隱蔽工程改造面臨諸多挑戰(zhàn)。

1.2 CIM在老舊小區(qū)改造中的應(yīng)用

城市信息模型（CIM）是物理城市在三維數(shù)字空間實(shí)時(shí)全映射的呈現(xiàn)載體和窗口，是基于數(shù)字孿生的城市信息有機(jī)綜合體。CIM技術(shù)在老舊小區(qū)改造中的應(yīng)用是基于CIM 平臺(tái)底圖，將改造工作中需要的改造范圍、地形、土地、道路與基礎(chǔ)設(shè)施、建筑、相關(guān)規(guī)劃和設(shè)計(jì)方案等進(jìn)行三維數(shù)字化處理和表達(dá)，同時(shí)結(jié)合小區(qū)經(jīng)濟(jì)情況、人口資料、土地房屋權(quán)屬、設(shè)施運(yùn)行狀況等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)老舊小區(qū)改造項(xiàng)目的全過(guò)程管理。

2 基于CIM的老舊小區(qū)改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于CIM 的老舊小區(qū)改造系統(tǒng)，是一個(gè)依托CIM 平臺(tái)提供基礎(chǔ)功能及服務(wù)，聚焦于城市老舊小區(qū)“微改造”業(yè)務(wù)需求研發(fā)的三維數(shù)字化管理系統(tǒng)。

2.1.1 開(kāi)發(fā)框架

老舊小區(qū)改造后臺(tái)系統(tǒng)所應(yīng)用的技術(shù)是基于Java 的,前端則使用vue 實(shí)現(xiàn)。采用B/S 架構(gòu)使系統(tǒng)能集中部署分布使用，有利于系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)；采用MVC 的開(kāi)發(fā)模式并參考SOA 體系架構(gòu)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)量進(jìn)行功能擴(kuò)容，系統(tǒng)功能隔離運(yùn)行，保障系統(tǒng)整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.1.2 功能模塊架構(gòu)

根據(jù)CIM 在老舊小區(qū)改造中的應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合老舊小區(qū)改造項(xiàng)目的管理需求，將老舊小區(qū)改造系統(tǒng)劃分為指標(biāo)管理、項(xiàng)目管理、改造管理、數(shù)據(jù)管理和圖層管理5 個(gè)模塊，如圖1所示。

圖1：老舊小區(qū)改造系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)模塊介紹

2.2.1 指標(biāo)管理模塊

老舊小區(qū)改造評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有多維度、多層級(jí)的特點(diǎn)，指標(biāo)管理采用多級(jí)緩存和數(shù)據(jù)清洗技術(shù)，支持多維度的數(shù)據(jù)收集/處理以及多層級(jí)的指標(biāo)數(shù)據(jù)展示，可根據(jù)實(shí)際情況和區(qū)域特性自定義指標(biāo)庫(kù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)模板。其中指標(biāo)庫(kù)展示了指標(biāo)體系中的各級(jí)指標(biāo)及說(shuō)明；評(píng)價(jià)指標(biāo)模板支持根據(jù)不同的情況配置和管理自定義的指標(biāo)模板，選擇指定的指標(biāo)項(xiàng)并靈活地配置指標(biāo)權(quán)重值。如圖2所示。

圖2：指標(biāo)模板管理

2.2.2 項(xiàng)目管理模塊

老舊小區(qū)改造系統(tǒng)接入“規(guī)、設(shè)、建、管”CIM 應(yīng)用的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，整合展示不同階段中的項(xiàng)目信息資料，支持項(xiàng)目實(shí)際成本進(jìn)度反饋，支持項(xiàng)目監(jiān)管過(guò)程中相關(guān)影像、文件資料的補(bǔ)充。如圖3所示。

圖3：項(xiàng)目改造信息展示

2.2.3 改造管理模塊

根據(jù)小區(qū)調(diào)查、入戶(hù)調(diào)查等功能收集有關(guān)小區(qū)的土地、基礎(chǔ)建筑情況、設(shè)施運(yùn)行情況、居民意愿等多方面數(shù)據(jù)，根據(jù)配置好的指標(biāo)評(píng)價(jià)模板，對(duì)小區(qū)進(jìn)行改造優(yōu)先級(jí)的篩選。

可以上傳小區(qū)的設(shè)計(jì)方案文件、設(shè)計(jì)方案BIM 模型，橫向?qū)Ρ炔煌O(shè)計(jì)方案的模型設(shè)計(jì)、成本投入和時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)的優(yōu)劣。

支持改造前中后的點(diǎn)云、傾斜攝影、BIM、地形、影像等二三維數(shù)據(jù)的分屏對(duì)比分析和改造構(gòu)件的變更對(duì)比分析。如圖4所示。

圖4：方案評(píng)比

2.2.4 數(shù)據(jù)管理模塊

支持對(duì)三維點(diǎn)云、傾斜數(shù)據(jù)、BIM 模型、白膜等三維數(shù)據(jù)的上傳下載、檢索。運(yùn)用BIM 模型輕量化功能支撐提供BIM 模型處理、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等操作功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)老舊小區(qū)改造的全過(guò)程三維數(shù)據(jù)管理，包括設(shè)計(jì)方案、施工過(guò)程、竣工驗(yàn)收等全過(guò)程的BIM 模型的導(dǎo)入、導(dǎo)出、查看管理以及精細(xì)化數(shù)據(jù)展示。利用多層級(jí)輕量化渲染技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同層次細(xì)節(jié)處理，支持精細(xì)到構(gòu)件的屬性查詢(xún)和構(gòu)件查詢(xún)，支持不同階段的模型對(duì)比查看以及構(gòu)件級(jí)別的屬性變更對(duì)比和定位。如圖5所示。

圖5：模型數(shù)據(jù)管理

2.2.5 圖層管理模塊

依托CIM 引擎，圖層管理模塊主要實(shí)現(xiàn)地形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、BIM 模型數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)加載，實(shí)現(xiàn)人眼視角漫游動(dòng)態(tài)加載數(shù)據(jù)、圖層按需組織可見(jiàn)、透明度控制等功能，并支持用專(zhuān)題的方式靈活控制圖層。同時(shí)，頁(yè)面提供圖層工具箱，支持用戶(hù)對(duì)圖層進(jìn)行測(cè)量、搜索、全屏、截圖、初始化等操作。如圖6所示。

圖6：圖層測(cè)量工具

2.3 智能應(yīng)用場(chǎng)景

2.3.1 自動(dòng)推演改造最優(yōu)化布局

老舊小區(qū)改造系統(tǒng)依托CIM 平臺(tái)綜合考慮城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化和環(huán)境等因素，探尋城市發(fā)展規(guī)律，自動(dòng)推演老舊小區(qū)改造最優(yōu)化時(shí)序及最合理布局，實(shí)現(xiàn)改造資金的最大化利用。

2.3.2 不確定性模型下的多源資料舉證

老舊小區(qū)改造系統(tǒng)使用CIM 平臺(tái)的高效引擎和逼真的可視化渲染技術(shù)，通過(guò)改造前、中、后期的模型數(shù)據(jù)上傳管理，并且在系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)、智能感知等融合技術(shù)的運(yùn)用下支持對(duì)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)實(shí)景化的全生命周期監(jiān)控。

同時(shí)，通過(guò)對(duì)多類(lèi)型改造方案文件上傳預(yù)覽的支持，以及實(shí)時(shí)填報(bào)項(xiàng)目信息等多源數(shù)據(jù)，對(duì)執(zhí)行過(guò)程中的成本進(jìn)度等信息整合，提供視頻、圖片等多源的監(jiān)管資料舉證，實(shí)時(shí)監(jiān)控確保改造過(guò)程的規(guī)范性。

2.3.3 拆遷補(bǔ)償精細(xì)化測(cè)算

基于CIM 平臺(tái)接入一標(biāo)三實(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)擬拆遷地區(qū)的人口信息、每戶(hù)的建筑面積和改造支持意愿、總體改造范圍和改造面積進(jìn)行精確的把控和統(tǒng)計(jì)展示。利用CIM 平臺(tái)全要素?cái)?shù)字化表達(dá)、可視化呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)融合供給、空間分析計(jì)算、模擬仿真推演、虛實(shí)融合互動(dòng)、物聯(lián)感知操控等能力，對(duì)擬拆遷區(qū)域自動(dòng)進(jìn)行成本核算、復(fù)建量測(cè)算、建筑總量測(cè)算及用地布局方案實(shí)景化設(shè)計(jì)，破解項(xiàng)目逐個(gè)評(píng)、改造各自為戰(zhàn)的問(wèn)題。

2.3.4 多維度智能分析

老舊小區(qū)改造評(píng)價(jià)的體系是經(jīng)過(guò)多維度的整合，使用評(píng)價(jià)體系進(jìn)行智能分析，結(jié)合老舊小區(qū)現(xiàn)狀模型、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)圖、標(biāo)準(zhǔn)地址庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)建筑物編碼、標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)有人口、實(shí)有房屋、實(shí)有單位、實(shí)有設(shè)施、小區(qū)經(jīng)濟(jì)情況、小區(qū)建筑及設(shè)備情況等，同時(shí)收集居民對(duì)小區(qū)改造的態(tài)度與建議等信息，自動(dòng)化輔助篩選改造優(yōu)先級(jí)較高的小區(qū)目錄。

2.3.5 智慧社區(qū)應(yīng)用

老舊小區(qū)改造系統(tǒng)將打通城市管理平臺(tái)、社區(qū)公共服務(wù)平臺(tái)和物業(yè)服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于CIM 的智慧社區(qū)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)房屋信息整合、物聯(lián)傳感設(shè)備數(shù)據(jù)接入，提供智能監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)測(cè)預(yù)警以及社區(qū)服務(wù)管理等功能，提升改造后的社區(qū)治理能力和綜合服務(wù)能力。

3 應(yīng)用成效

以本系統(tǒng)在廣州市增城區(qū)荔城街某小區(qū)改造應(yīng)用為例，總結(jié)出以下五點(diǎn)應(yīng)用成效：

（1）以人為本理念深入貫徹，居民改造意愿強(qiáng)烈。工作人員通過(guò)老舊小區(qū)改造系統(tǒng)能直觀查看居民對(duì)改造的意見(jiàn)與建議，對(duì)改造有疑問(wèn)的居民可以基于系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的答疑與說(shuō)明，極大提高居民的參與意愿，系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果顯示，居民改造意愿達(dá)50%以上，居民對(duì)改造活動(dòng)的支持度達(dá)到了86.67%。

（2）綜合評(píng)價(jià)小區(qū)改造指標(biāo)，合理判定改造潛力。系統(tǒng)根據(jù)本項(xiàng)目的數(shù)學(xué)模型，對(duì)小區(qū)的改造指標(biāo)進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析和在線(xiàn)驗(yàn)算，總體得分高達(dá)到73.7744，改造潛力較大，應(yīng)列為優(yōu)先改造小區(qū)。

（3）接入多方規(guī)范數(shù)據(jù)及文檔，管理效率顯著提高。系統(tǒng)具備規(guī)范管理改造文檔資料功能，便于實(shí)現(xiàn)工作協(xié)同和項(xiàng)目文檔的統(tǒng)一整理；系統(tǒng)通過(guò)接入項(xiàng)目報(bào)建、審評(píng)等各部門(mén)數(shù)據(jù)，將老舊小區(qū)改造項(xiàng)目各個(gè)部門(mén)的許可信息統(tǒng)一到項(xiàng)目管理模塊中，便于查看項(xiàng)目推進(jìn)情況，提高項(xiàng)目跨部門(mén)管理效率。

（4）模型自動(dòng)比對(duì)，提高決策的科學(xué)性。系統(tǒng)支持查看改造模型構(gòu)件屬性、是否改造以及改造前后的變更可視化，同時(shí)支持對(duì)比不同的改造方案，為確定改造方案提供科學(xué)合理的選擇建議。

（5）更新進(jìn)度實(shí)時(shí)展示，合理控制項(xiàng)目周期。系統(tǒng)支持上傳項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的施工圖及階段性項(xiàng)目進(jìn)度情況信息填報(bào)，把控小區(qū)改造項(xiàng)目的實(shí)際成本/計(jì)劃成本、實(shí)際進(jìn)度/目標(biāo)進(jìn)度情況的對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決改造工作中出現(xiàn)的問(wèn)題，確保了項(xiàng)目的順利實(shí)施。

4 總結(jié)與展望

在老舊小區(qū)改造項(xiàng)目中，利用CIM 平臺(tái)支撐對(duì)老舊小區(qū)的數(shù)據(jù)采集、翻模和現(xiàn)狀模型管理，通過(guò)老舊小區(qū)改造系統(tǒng)進(jìn)行改造變更對(duì)比分析，完成老舊小區(qū)改造方案比選，支撐老舊小區(qū)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、竣工BIM 模型入庫(kù)及改造前后對(duì)比，實(shí)現(xiàn)了老舊小區(qū)改造項(xiàng)目立項(xiàng)、報(bào)建、建設(shè)的全過(guò)程管理和資料檔案管理。

老舊小區(qū)改造系統(tǒng)依托于CIM技術(shù)，擁有承載PB 級(jí)數(shù)據(jù)容量的模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、索引、計(jì)算能力，同時(shí)，運(yùn)用模型輕量化技術(shù)，支持城市老舊小區(qū)改造大場(chǎng)景下的計(jì)算分析和匯聚服務(wù)，未來(lái)可推廣應(yīng)用于城市級(jí)多小區(qū)改造項(xiàng)目管控，實(shí)現(xiàn)基于CIM技術(shù)的智慧社區(qū)應(yīng)用管理。