基于CIM的市政基礎設施管理平臺設計

文｜廈門市市政建設開發有限公司 林亞杰

一、引言

城市市政基礎設施是城市重要的基礎設施和城市賴以生存和發展的物質基礎，也是保障城市正常、高效運轉及城市經濟社會健康可持續發展的重要條件。近年來，城市道路塌陷事故多發頻發，暴露出城市地下基礎設施規劃建設管理方面存在不足，特別是在安全管理上短板突出，主要表現在設施底數不清、統籌協調不夠、運行管理不到位等問題，需要全面加強對城市地下空間利用與市政基礎設施建設管理的指導與監督。

2020年12月30日，住房和城鄉建設部《關于加強城市地下市政基礎設施建設的指導意見》（建城〔2020〕111 號）要求，加強城市地下市政基礎設施體系化建設，加快完善管理制度規范，補齊規劃建設和安全管理短板，同時要求推動數字化智能化建設，運用新一代信息技術，提升城市地下市政基礎設施數字化、智能化水平。

城市信息模型（City Information Modeling，簡稱CIM），普遍認為是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系統（GIS）、物聯網（IoT）等技術為基礎，整合城市地上地下、室內室外、歷史現狀未來多維多尺度信息模型數據和城市感知數據，構建起三維數字空間的城市信息有機綜合體，是實現數字孿生城市的基礎，為城市從規劃設計、建設管理到運營服務的全過程智慧賦能，將CIM 強大統籌能力，引入到地下市政基礎設施管理中，為解決規劃建設管理“碎片化”問題提供新的思路。

二、平臺設計思路

本文圍繞城市地下空間利用和市政基礎設施建設與統籌管理需求，以CIM 技術為核心，以數字孿生為載體，基于城市地下市政基礎設施大小空間、二三維、靜態動態一體化的全要素綜合數據底圖，并融合城市地下管線、地下通道、地下公共停車場、人防等市政基礎設施的多源專題數據及動態監測信息，構建統一地下市政基礎設施管理平臺，實現“一張圖”綜合展示及管理，有效解決“現狀不明，家底不清”等問題。同時統籌考慮地下市政設施的全生命期管理，實現地下設施與地面設施協同規劃、建設、管理和養護一體化應用，全面提升城市基礎設施精細化管理水平，提高城市安全韌性。

1.打造城市數字空間底座，為智慧市政管理提供基礎保障

融合建筑設施BIM 小空間與城市GIS大空間，集成物聯傳感信息，打造城市數字空間底座，并建設面向地下市政基礎設施領域的專業模型，保障管理對象的時間完整性、數據完整性、過程完整性，打造統一的地下市政設施管理平臺，形成規建管一體化業務數據融通，實現全生命期統籌管理。

2.多方面及多角度評估分析，實現智能規劃決策及設計優化

將市政基礎設施規劃及周邊環境信息進行數字化呈現，基于多種算法對于信息進行分析處理，輔助規劃決策生成，并基于BIM 實現協同設計；同時通過將設計方案進行數字化呈現，打破傳統二維限制，實現設計方案多角度的預演及模擬分析，助力設計方案的優化。

3.集成多維度實時動態監測信息，實現施工過程模擬及監管

基于CIM 平臺對施工環境實現全方位、可視化、多層次的綜合展示，提供對施工碰撞、現場場布、進度及施工過程的模擬分析，同時將施工現場人、機、料、法、環等各關鍵要素的全面感知和實時互聯，對進度、成本、質量、安全、環保等關鍵要素綜合性管控，實現施工過程的精細化管理。

4.積累全過程信息資產，實現精細化的運維管理和服務

基于全過程信息資產的累積，為智慧化運營服務提供信息支撐；并結合地下市政基礎設施運行動態監測信息，及早發現老化、安全隱患等異常情況，并基于態勢監測、事件預警及應急指揮，全面掌控突發事件，將市政基礎設施管理精細到“細胞級”水平，實現事前預控，協同聯動處置，讓安全防范于未然。

三、平臺架構設計

本平臺在CIM 提供數字底座基礎上，以多主體協同為核心，采用全方面與全流程相結合理念。通過統一的標準與規范，打通各方責任主體在規劃設計、工程施工、竣工驗收等各環節協作與協同管理，積累全過程信息資產，并向智慧運維服務階段延伸，形成規管服一體化應用模式，實現閉環管理；同時對地下市政基礎設施和要素的大數據智能化分析，其平臺架構如圖1所示。

圖1 平臺架構設計

CIM 基礎平臺層：建設CIM 平臺基礎平臺體系，基于物聯網傳感器、城市基礎設施的物聯網網絡等，實現對空間與非空間、結構與非機構、靜態與實時的海量多源異構的信息采集融合，并提供基于BIM、GIS 及協同服務及應用。

數據引擎層：以城市地下市政基礎設施的工程項目、人員、企業、專題業務等數據，基于規建管一體化引擎，形成多維度的數據管理系統（包括數據匯集、數據處理、數據存儲、數據管理、數據治理和數據開發）。

應用層：平臺提供包括地下市政基礎設施的規劃設計、建設施工、運營管理等一體化應用體系，支撐規劃決策、設計優化、施工模擬、施工監管、一張圖展示、智能預警、應急指揮及大數據挖掘分析等應用。

用戶層：平臺通過PC 端、大屏端、移動端，為用戶層提供信息化應用服務；其用戶包括主管部門、建設單位、勘查設計單位、施工單位、監理單位、檢測單位、運營公司等。

四、平臺功能設計

本平臺以CIM 技術為核心，集成物聯網、云計算、大數據、人工智能等技術手段，突破傳統業務條線垂直運作、單部門內循環模式，對規劃、建設、管理各階段數據集成共享，歸集處理，構建可感知、實時動態、虛實交互的城市地下市政基礎設施數字孿生融合應用，面向規劃設計、建設施工、運營管理等全過程提供服務，提升市政基礎設施管理精細化、智能化、科學化水平。

1.在規劃設計階段應用

基于CIM 提供3DGIS+BIM 應用支持能力，面向地下市政基礎設工程規劃設計提供可視化方案比選分析、協同設計、審查優化等，滿足工程宏觀管理與精細化管理相輔相成的應用需求。

①規劃設計數據管理

基于CIM 平臺提供3DGIS 引擎及BIM引擎，將地下市政基礎設施工程項目的規劃、設計相關的BIM 模型、GIS 信息、設計參數、結構屬性、對象屬性、文檔、變更等新進行有效的收集、存儲、處理、更新、擴充，在平臺中以“數據資源庫”形式立體展現，并支持對資源瀏覽、視圖導航，查詢查看等。

②規劃決策輔助分析

平臺支持BIM 和宏觀三維模型的融合應用，通過集成BIM 模型、地表設施、地下管網以及規劃管控數據等空間多維要素，實現規劃方案與各類要素的交互對比分析，包括環境模擬分析、規劃方案模擬分析以及規劃方案比選分析等，為智慧決策提供科學數據和分析支撐。

③工程項目協同設計

以全過程在線，多主體協同為核心，為多方責任主體搭建跨部門的云協同設計體系，并多源的GIS 空間信息結合，實現宏觀地場景中進行設計，以及支持BIM 模型共享及設計協作，支持利用BIM 模型進行設計成果校驗、審核、專業協調，提高設計質量各專業碰撞分析，解決各專業空間沖突，預留洞問題。

2.在建設施工階段應用

將CIM 與BIM 技術與工程現場監控有機結合，以施工工地為抓手，圍繞市政工程施工現場“人、機、料、法、環”五大因素，從項目進度、質量、安全、人員等管理流程和需求出發，開展基于CIM的市政工程項目建造的可視化管控，實現對市政工程施工全要素的信息化管理，進一步提升工程建設管理水平。

①工程進度管控

通過統一界面集成BIM 模型、現場視頻監控、進度計劃、現場照片及進度周報等信息，支持基于BIM 的施工模擬，以及進度計劃在線查看，同時可計劃實際對比分析，并通過多視口以三維動態的方式呈現出來，使管理者一目了然。

②項目質量管理

以檢驗批三檢制為核心，通過發起初檢—初檢測量—提交復檢—復檢測量—提交終檢等流程規范，內置質量檢查驗收標準規范，并與BIM 模型關聯，方便現場質檢人員直觀、便捷地應用檢查驗收標準；對重點部位預設強制檢查點，自動提醒檢查各方現場檢查驗收。同時通過平臺跟蹤、匯總相關質量檢查情況，提供整改率、質量問題預警等分析，實現對事前重大質量問題可預防，事后從源頭到結果可追溯。

③項目安全管理

按照施工安全管理相關規定及要求，提供對項目安全檢查、安全隱患整改、安全隱患整改復查進行全過程記錄管理，并通過物聯網技術，對工地作業現場設備運行監測及安全管控，同時基于大數據對安全檢查進行多維度分析，包括按責任人、分包單位、問題類型分析，按問題是否消項、問題發生時間等進行分析及預警。

④人員實名制管理

應用物聯網技術，及時、準確掌握項目勞務人員的登記在冊數量、進出場時間、數量等，對項目登記在冊勞務人員的考勤進行實時顯示與歷史分析，支持按人員工種、年齡分布、所屬勞務隊伍進行分析，全面掌控勞務人員信息；并與勞動力需求計劃做分析，分析對進度的影響程度。

⑤設施信息資產管理

以工程項目為核心，以建設工程資料電子化為紐帶，通過地下市政基礎設施工程全生命期的電子文件制作、流轉、簽章、保存、管理、歸檔以及分析應用，并集成以BIM 為載體的項目數據庫，累積形成全過程信息資產，為后期的智慧運維及運營服務提供信息支撐。

3.在運營管理階段應用

基于CIM 城市信息平臺的數字底座，并利用物聯網及新型傳感器等技術，實時、自動采集地下市政基礎設施的實時監測數據，實現一張圖綜合展示、智能化預警、事故模擬分析及應急聯動，形成可感知、實時動態、虛實交互的城市地下市政基礎設施數字孿生融合應用。

①“一張圖”展示

將地下市政基礎設施二維、三維及專題數據集成形成數字底板，基于一張圖進行展示，包括設施一張圖、設施隱患一張圖、設施監測一張圖等，并提供對設施位置、內部結構、附屬設施等對象的瀏覽、查詢、統計、漫游，以及包括距離量算、面積量算、挖方分析、通視分析及水淹分析等。

②智能化預警分析

基于物聯傳感監測設備，實現對地下市政基礎設施重點隱患部位實時監測預警，并提供地下市政基礎設施安全風險防控等模型，基于風險隱患數據、實時動態數據及預警數據等對事故進行模擬分析。

③應急聯動管理

基于CIM 與視頻監控系統的集成與聯動，實現安全事故、應急預案、資源調度為一體的可視化應急管理，通過事件跟蹤、視頻監控、移動應用等多種方式，實現安全應急事件的動態感知、智能分析與輔助決策，提高應急調度管理能力。

④大數據挖掘分析

基于“智慧市政基礎設施”大數據進行深度挖掘與統計分析，構建水、電、氣、熱等各大基礎設施的動態模型，為合理調配城市資源、準確預測資源使用情況、及時預警異常情況等提供數據支撐，實現智能化、科學化決策。

五、結語

本文通過將CIM 為核心新一代信息技術，引入城市地下市政基礎設施規劃建設及安全管理中，通過建設城市地下基礎設施統一管理平臺及數字孿生應用，實現地下市政基礎設施規劃、建設、管理等全生命期統籌管理，有利于扭轉“重地上輕地下”、“重建設輕管理”觀念，提升城市地下市政基礎設施數字化、智能化水平和運行效率，推動城市治理體系和治理能力現代化，提高城市安全水平和綜合承載能力。