CIM數字孿生技術賦能區域投資開發建設

文｜濟南城市投資集團 武偉 孫明達；智耘（山東）城市運營科技有限公司 鐘宸

一、行業背景

據統計，2019年我國常駐人口城鎮化率為60.6%，新型城鎮化建設提出的戰略目標將在2035年達到70%，未來建設市場規模巨大；同時，城鎮化率達到60%也意味著我國已經步入城鎮化較快發展的中后期，人口膨脹、資源緊缺、環境污染嚴重、交通擁堵等城市問題日益凸顯，城市發展進入城市更新的重要時期，現有建設存量提質改造和增量建設需要同步進行，任務艱巨。

近些年來，在互聯網、物聯網、云計算等新一代信息技術出現，并且在各行各業迅速發展，相較而言，我國建筑信息化占總產值的比例僅為0.1%，遠低于美國等發達國家1%的水平。基于我國建筑業現有的龐大體量測算，信息化率的提升將帶來巨大的增量市場，未來提升空間巨大，能夠為建設行業的生產方式、減少浪費、注重質量，促進城市可持續發展。國家近些年來也明確提出相關政策推動新一代信息技術在住建領域的應用，特別是在“十四五”規劃和2035 遠景目標綱要中提出，“供給側改革”、“以數字化主推城鄉發展和治理模式創新，全面提高運行效率和宜居”、“完善城市信息模型平臺和運行管理服務平臺，構建城市數據資源體系，推進城市數據大腦建設。探索建設數字孿生城市。”等。因此，積極探索信息化、數字化、智能化的新一代信息技術應用是推動城市高品質發展、引領城市轉型升級的必經之路。

隨著BIM 技術在單體建筑上的應用逐漸成熟，其在城市開發建設中的應用衍生出了城市信息模型（CIM）的技術概念，并開展了一系列應用，例如廣州市規劃和自然資源局開展CIM 平臺建設，用于規劃、建設項目報批報建審查；中新天津生態城建立智慧城市CIM 平臺致力于現城市數據跨部門、跨專業的智慧應用；青島西海岸新區泊里鎮打造CIM 基礎信息平臺和數據中臺，作為智慧城市建設的新型城市基礎設施基底等。基于CIM 的技術概念可實現的應用較為廣泛，但尚未有明確的研究以及應用提出CIM 在城市片區投資開發階段的應用，特別是以城市投資建設方視角出發進行研究。

二、痛點與難點

本文通過專家訪談、問卷調查、實地勘探等研究方法，將基于該方向提出片區開發中三方面傳統工作方式中遇到的問題，以及提出基于CIM 技術的數字孿生解決方案。

（一）調研階段

區域開發所處位置往往較為偏遠、地形地貌多樣，且往往項目覆蓋范圍廣闊、交通不便，會為項目調研帶來極大困難，影響效率和進度。大量的項目照片、資料難以高效保存、流轉，不能形成對項目現狀的整體把控和了解。另外，前期涉及的規劃信息和設計信息復雜多樣，例如城市規劃、道路規劃、生態規劃、交通規劃、市政規劃等十幾項規劃設計工作的統籌管理，人口、房屋、人文等個專業數據文檔等。各類信息專業性高，數量巨大，然而傳統的文件管理方式只能是數量性的堆砌，而不能形成支撐決策客觀數據。

（二）項目投資平衡

投資平衡是所有土地開發項目關鍵的任務之一，項目的整體收益與發展依托于投資平衡分析，在此過程中主要難點有四方面。第一，多數項目不僅地理形態復雜，土地資源情況更加復雜，快速、準確的分析模擬直接可收儲土地，需要增減掛鉤、占補平衡土地情況是此類開發建設項目的一大難點。第二，對于地塊的一級開發成本測算（包括拆遷安置成本、市政基礎設施建設等成本）和土地出讓收益估算（包括周邊地價，升值潛力預期等），不僅數據難以獲取，并且業務邏輯復雜難懂，難以掌控，在實際過程中往往大量依靠從業人員的經驗進行決策，無法形成客觀經驗數據進行沉淀。第三，隨著土地升值的情況，重點項目的建設時序將會影響土地投資分析的最終結果，時序調整為開發建設難點。第四，整個項目全過程的債務情況、資金情況、貸款利息等財務情況的有效分析評估，更是業主單位面臨的巨大挑戰。

（三）拆遷管控

拆遷工作往往是區域開發項目中的最大難點，拆遷工作的關鍵問題存在于三個方面。第一，拆遷量難以做到最準確的估算，并且往往拆遷安置的任務量大、工期緊張；第二，拆遷過程中違章建筑難以管控，防止加蓋加建，是避免增加不必要的成本的重要任務；第三，在拆遷過程中，有大量的人員和數據統計管理工具，如何有效掌握第一手數據和項目進度成為一大痛點。

包括以上三部分關鍵問題在內，在區域開發前期還往往出現任務重、業務人員人手不足的情況，因此對數字化解決方案需求緊迫。

三、解決方案

CIM 基礎信息平臺是以城市三維數據庫、GIS 信息庫、BIM 模型庫、城市規劃、城市建設、城市其它主題數據為基礎，構建涵蓋地上地下、室內室外的全要素城市信基礎信息庫。基于上述區域開發過程中的實際問題，本文提出了基于CIM 基礎信息平臺的三大模塊應用來解決以上實際問題。

（一）現狀調研輔助模塊

該模塊設計主要結合利用實景數字模型技術，運用無人機點云掃描搭建項目現狀模型，可生成厘米級的高精度三維實景矢量模型，將點云數據掛接GPS 和高程坐標信息，通過精準測量任意兩點的直線距離、任意平面的面積和任意范圍的體積，為區位資源調查提供直觀、真實且準確的數據；通過三維實景矢量模型，決策者可以從全局視角看項目整體現狀和局部細節。同時，模型掛接項目周邊數據信息，將各類調研分析報告，全部集成在直觀、真實的三維矢量模型上。結合CIM 基礎信息平臺多終端操作，在平板電腦、手機和電腦上即時瀏覽、分享項目信息至相關決策者。

（二）土地投資分析模塊

土地投資分析模塊設計包含兩部分，第一部分是靜態投資分析。首先，在土地資源分析模塊，通過集成城市規劃數據、土地利用規劃數據、土地利用現狀數據，分析項目區域的土地情況，模擬評估可直接收儲土地。對于需要調整規劃的土地，通過結合當地國土和規劃部門政策文件及要求，給出相關指導意見，例如占補平衡、增減掛鉤等指標購買。其次，在項目成本分析模塊，通過前期現狀數據對待拆遷房屋面積的評估，錄入相應地塊基礎設施建設的成本，快速模擬評估項目和地塊的投入成本測算。最后，在項目收入分析模塊通過分析周邊地價數據，地塊升值潛力評估數據，計算項目地塊出讓預期收益，并用于項目投資平衡分析，給出建議土地出讓價格。

第二部分為動態投資分析。對大到項目，小到地塊的開發時序進行動態模擬，結合土地價格變化，計算不同開發時序和開發方案對應的收益情況、債務峰值情況、資金回轉情況等，為決策者提供動態的數據化的參考依據。

（三）拆遷管理模塊

通過無人機點云掃描技術，在拆遷凍結令下發后，立刻對待拆遷區域房屋進行掃描和數據采集，即能幫助調查待拆遷房屋情況，通過前后兩次掃描對比，作為事實依據，有效防止違章加蓋加建。同時，為現場工作人員配備移動端設備，工作人員的每一次數據錄入、數據更改全部記錄在后臺數據庫，實現拆遷安置全過程信息化，在提高工作效率的同時，也保障了數據的安全性和可靠性。

四、實際案例

濟南國際醫學科學中心是山東省政府主導、濟南市政府具體實施的重大健康產業項目。項目占地面積45平方公里，容納24 萬人，總投資1200 億。濟南國際醫學科學中心將打造國際智慧醫學城、綠色健康示范區。旨在建立集醫療、教學、科研和預防保健、健康旅游、康復醫養為一體的國際化綜合醫療健康產業，建設為全國醫學領域首屈一指的產學研高地。項目希望借助科技手段，解決實際項目工作中的痛點和難點，降本增效，提高建設水平；打好南國際醫學科學中心的數據基礎和底層，為未來建設智慧小城市的戰略規劃提供技術和數據支撐。

濟南國際醫學科學中心在區域開發前期遇到的主要問題是項目體量大、情況復雜，以往每次考察行程交通成本巨大，加之工期緊張，前期調研的效率與準確性受阻；同時，醫學中心平臺開發單位成立之初人員緊張，團隊需要負責全部投資分析、測算、時序控制、債務資金情況分析等工作，時間任務緊、決策壓力大；并且，醫學中心涉及36個村莊的拆遷征收工作，管理難度巨大，特別是違建加蓋問題嚴重。基于以上問題，醫學中心開發單位濟南城投集團于2019年即開始率先應用CIM 技術，對全域開發進行整體性把控，主要實現成果包括：

在幾天內快速采集完成醫學中心43 平方公里全部地形、房屋、植被三維信息，涵蓋36 個村莊，近萬棟房屋的厘米級精度矢量三維點云模型；通過集成和算法爬取交通、區位、周邊地價等超過1500 條關鍵決策參考數據，并通過圖形輕量化實現數據、報告等成果掛接至三維模型，可通過鏈接隨時分享至相關決策人員；

通過對CIM 土地投資分析模塊的應用，集成了多項規劃數據，實現鎮域級“多規合一”，決策者可快速獲取增減掛鉤、占補平衡等土地指標。同時，應用CIM技術對重點項目地塊進行投入產出數據分析，針對建設時序和財務情況進行模擬分析，對投資方案進行優化和測算，模擬分析30 余次，涉及投資金額調整超過數十億元；

在拆遷管理方面，將待拆遷房屋數據在CIM 平臺中標示出來，將不同的拆遷狀態通過不同的顏色表示，同時進行統計分析，實現拆遷工作的全過程數字化工作、精細化管控。通過CIM 平臺的建筑單體化技術，為醫學中心待安置村民搭建云端數據檔案，詳細登記每戶的戶籍信息、家庭成員、現狀房屋信息、拆遷狀態，未拆遷原因信息等，為后續的區域規劃和建設工作提供決策依據，輔助政府管理工作。

城市區域開發建設前期所涉及的工作是新城發展的基底，不僅涉及資金巨大，還涉及未來民生發展、城市治理等方方面面，以信息化、數字化、智能化的方式賦能于該領域的發展將是必經之路。CIM 技術在“新城建”領域的價值現已得到廣泛認可，但在區域開發前期的應用仍處在探索階段，本文通過研究與實踐結合的方式充分證明了CIM 技術應用的可靠性與實際意義，也為城市投資建設方發展轉型提供了方向與思路，相信CIM技術發展將帶來不可估量的價值。

圖1 濟南國際醫學科學中心

圖2 醫學中心實現鎮域級“多規合一”

圖3 CIM 投資分析模塊

圖4 CIM 移動端現場數據采集