CIM技術(shù)在工程項(xiàng)目施工全過(guò)程中的應(yīng)用

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(xiàng)目施工全過(guò)程應(yīng)用管理是當(dāng)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(dāng)下相關(guān)學(xué)者和各大行業(yè)從業(yè)人員研究的熱點(diǎn)。目前，國(guó)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(chǎng)景等幾個(gè)方面對(duì)CIM進(jìn)行具體研究，但這些研究文獻(xiàn)大多側(cè)重于對(duì)CIM元素構(gòu)成和數(shù)據(jù)融合技術(shù)的分析，對(duì)CIM的應(yīng)用場(chǎng)景方面研究較少，尚未對(duì)CIM技術(shù)應(yīng)用在建筑施工全過(guò)程(施工前期的時(shí)空規(guī)劃、施工過(guò)程的可視化監(jiān)控、能耗評(píng)估、材料的供應(yīng)管理和施工后期驗(yàn)收與成效分析)等進(jìn)行全面探索和深入分析。鑒于此，本文主要通過(guò)理論結(jié)合實(shí)踐的研究方法，在對(duì)CIM概念和應(yīng)用現(xiàn)狀梳理基礎(chǔ)上，對(duì)CIM在項(xiàng)目施工全過(guò)程的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，最后提出具體項(xiàng)目的CIM應(yīng)用內(nèi)容，強(qiáng)化科技“賦能”工程項(xiàng)目施工策略，從而推動(dòng)項(xiàng)目施工過(guò)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(jiǎn)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(yǔ)，但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)城市信息模型研究還處于起步階段，對(duì)CIM定義還在不斷探索完善中，還沒(méi)有一個(gè)明確的概念。目前行業(yè)從技術(shù)的定義認(rèn)為CIM是以小場(chǎng)景的建筑信息模型BIM+大場(chǎng)景地理信息系統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)+物聯(lián)網(wǎng)IOT的有機(jī)結(jié)合。2015年，同濟(jì)大學(xué)吳志強(qiáng)院士提出城市智慧模型(CityInformationModeling)，是一種融合了城市各類時(shí)空信息的三維有機(jī)模型，支持三維城市空間模型和城市信息的有機(jī)綜合，保障城市基礎(chǔ)設(shè)施或建筑施工全過(guò)程的安全、高效、智能、綠色，進(jìn)一步拔高對(duì)CIM的定義。

為進(jìn)一步明確CIM的內(nèi)涵和外延，筆者在對(duì)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(jìn)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(duì)建模能力要求一般為城市級(jí)別，且要求模型細(xì)度能精細(xì)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(xiàng)目各個(gè)階段、不同參與方的相關(guān)信息(物理、幾何和語(yǔ)義)等；(3)“Model/Modeling”指的是CIM信息的創(chuàng)建和存儲(chǔ)方式，同時(shí)也指為具體項(xiàng)目全過(guò)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(wèn)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(xiàng)目三維電子報(bào)建為切入點(diǎn)，積極推進(jìn)CIM平臺(tái)信息模型建設(shè)，構(gòu)建“1(CIM基礎(chǔ)平臺(tái))+N(工程項(xiàng)目審批制度改革2.0應(yīng)用、城市精細(xì)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(tái)體系。廣州市在城市精細(xì)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(gè)方面上。以CIM基礎(chǔ)平臺(tái)的智慧工地系統(tǒng)為例，通過(guò)建立施工圖三維模型、施工過(guò)程的三維模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的施工過(guò)程的可視化，不僅能遠(yuǎn)程監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)塔吊、深基坑等一些危險(xiǎn)源，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工場(chǎng)地的揚(yáng)塵、噪音等環(huán)境指標(biāo)。另外，系統(tǒng)集成了工程、人員、材料等各類工程信息，為即時(shí)、高效的智慧監(jiān)管提供信息支持。下面將重點(diǎn)闡述和分析CIM在工程施工過(guò)程(施工場(chǎng)地規(guī)劃、建筑材料供應(yīng)鏈管理、安全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控)3個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

CIM技術(shù)支持下的施工場(chǎng)地規(guī)劃在提高工程環(huán)境安全性和工作效率同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)施工成本的節(jié)約。這主要是通過(guò)利用BIM模型、無(wú)人機(jī)、移動(dòng)設(shè)備、3D地圖、數(shù)字相機(jī)構(gòu)建施工區(qū)域的“數(shù)字孿生”系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)有助于項(xiàng)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(shí)時(shí)跟蹤反饋建筑材料位置和及時(shí)優(yōu)化物料流向路徑。如對(duì)供貨商比選過(guò)程中，可借助模型中每種材料的信息，從采購(gòu)成本角度對(duì)潛在的供貨商進(jìn)行對(duì)比分析，優(yōu)選質(zhì)量高的供應(yīng)商。在采購(gòu)物料過(guò)程中，借助CIM的可視化功能不斷對(duì)物流周轉(zhuǎn)次數(shù)優(yōu)化及集散中心的分布位置進(jìn)行優(yōu)化。

CIM系統(tǒng)安全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)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(chǎng)的傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)在灰色Verhuls優(yōu)化算法下，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目施工過(guò)程的多方位、多尺度、多時(shí)態(tài)的信息數(shù)據(jù)分析。如對(duì)深基坑開(kāi)挖過(guò)程中的位移風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確模擬和預(yù)測(cè)，解決深基坑開(kāi)挖過(guò)程中安全性和穩(wěn)定性的問(wèn)題。

2.2 CIM技術(shù)應(yīng)用存在的問(wèn)題

目前，在建筑工程項(xiàng)目主要存在信息化水平不高、信息孤島信息突出等問(wèn)題，同時(shí)，一些CIM試點(diǎn)項(xiàng)目在應(yīng)用過(guò)程中也存在CIM模型文件大小、信息數(shù)據(jù)安全、CIM平臺(tái)系統(tǒng)的開(kāi)放程度和數(shù)據(jù)體量大等問(wèn)題。 另外，基于CIM的智慧工地建設(shè)，缺少對(duì)自身項(xiàng)目的實(shí)際分析，缺乏個(gè)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(duì)于CIM技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題的解決，需要充分運(yùn)用BIM和物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)信息技術(shù)，有效地進(jìn)行建筑BIM模搭建、GIS技術(shù)的連接及定位、IoT動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的連接，同時(shí)結(jié)合具體項(xiàng)目實(shí)況，為項(xiàng)目的不同參與方提供個(gè)性化需求的智慧性響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全過(guò)程有效的施工控制、 預(yù)警、統(tǒng)計(jì)、運(yùn)維管理等。

3 CIM在項(xiàng)目施工全過(guò)程的應(yīng)用分析

基于CIM基礎(chǔ)平臺(tái)的項(xiàng)目施工全過(guò)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(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目全過(guò)程監(jiān)管，主要包括CIM技術(shù)在建項(xiàng)目施工前期規(guī)劃、施工場(chǎng)地規(guī)劃、施工三維BIM模型數(shù)字化審查、施工過(guò)程質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、竣工BIM模型驗(yàn)收備案與成效分析等。它的廣泛應(yīng)用能夠推動(dòng)建筑智能建造健康發(fā)展，有效促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)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(xiàng)目概況

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

3.2 CIM在項(xiàng)目施工前期的應(yīng)用分析

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

本項(xiàng)目的施工重難點(diǎn)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(jìn)度，項(xiàng)目施工總承包單位采用CIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)各方數(shù)據(jù)共享和協(xié)調(diào)。如通過(guò)借助CIM技術(shù)對(duì)逆作法施工工藝流程進(jìn)行全過(guò)程模擬，對(duì)一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)大樣實(shí)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(xì)度，為后續(xù)逆作法的正式施工奠定良好的基礎(chǔ)。對(duì)于項(xiàng)目另外一個(gè)鋼斜柱吊裝施工難點(diǎn)，由于本超高層建筑項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)。結(jié)合這一難點(diǎn)，項(xiàng)目采用CIM技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程進(jìn)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(duì)其施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，最終確保吊裝作業(yè)高質(zhì)高效實(shí)施。

在本項(xiàng)目，由施工總承包單位負(fù)責(zé)，結(jié)合項(xiàng)目的施工重難點(diǎn)進(jìn)行施工模擬，不僅確保項(xiàng)目質(zhì)量和安全，同時(shí)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(shí)現(xiàn)高效組織協(xié)調(diào)和控制。

3.3 CIM在項(xiàng)目施工過(guò)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(duì)項(xiàng)目施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)精細(xì)化控制。本項(xiàng)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(guò)借助攝像頭、傳感器、傾斜攝影成像等實(shí)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(xiàng)目的質(zhì)量、進(jìn)度和安全控制提供精細(xì)化指導(dǎo)。

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

(2)項(xiàng)目質(zhì)量控制 項(xiàng)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(shí)體抽查三方面上。本項(xiàng)目通過(guò)借助CIM平臺(tái)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地獲取工程項(xiàng)目最精確、最新數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享。通過(guò)對(duì)主結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維掃描，進(jìn)行碰撞比對(duì)，調(diào)整模型。利用CIM技術(shù)制定合理的施工順序，同時(shí)結(jié)合施工方案進(jìn)行施工的局部安裝模擬和整體分段模擬,可以實(shí)時(shí)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(huì)議化。

(3)安全控制 在安全方面，本項(xiàng)目借助CIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)勞務(wù)人員信息可視化監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)工地安全帽佩戴、高空作業(yè)安全帶配置、深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)管和預(yù)警提醒，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)對(duì)揚(yáng)塵和噪聲監(jiān)控。另外結(jié)合VR和AR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的線上安全教育和培訓(xùn)。

3.4 CIM在項(xiàng)目施工后期的應(yīng)用分析

在項(xiàng)目的竣工驗(yàn)收階段，可借助竣工模型，自動(dòng)與相關(guān)管控條件、項(xiàng)目實(shí)體情況進(jìn)行對(duì)比分析，高效完成項(xiàng)目的驗(yàn)收工作。為了確保項(xiàng)目竣工質(zhì)量評(píng)定的準(zhǔn)確性和后期運(yùn)維需求的方便性，本項(xiàng)目對(duì)竣工模型有著非常嚴(yán)格和明確的要求。主要以設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，確保竣工模型制作過(guò)程中的信息完善完整度和準(zhǔn)確度。另外為了方便模型運(yùn)維平臺(tái)云端的部署與運(yùn)行，本項(xiàng)目借助CIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)竣工模型的輕量化處理，通過(guò)對(duì)一些與運(yùn)維無(wú)關(guān)的信息進(jìn)行去除處理，最終形成最清晰高效的運(yùn)維模型。完成運(yùn)維模型的輕量化處理后，并及時(shí)與運(yùn)維管理系統(tǒng)對(duì)接，最后形成適合本項(xiàng)目的智能化、可視化綜合運(yùn)維管理平臺(tái)。

CIM在項(xiàng)目施工后期的應(yīng)用還體現(xiàn)在監(jiān)督評(píng)估上，具體體現(xiàn)在數(shù)據(jù)更新監(jiān)督、工作監(jiān)督、評(píng)估考核三大方面上。本項(xiàng)目在數(shù)據(jù)監(jiān)督控制上，結(jié)合數(shù)據(jù)更新時(shí)效安排要求，監(jiān)督不同責(zé)任主體進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，確保數(shù)據(jù)完成性和及時(shí)性，一旦出現(xiàn)更新異常情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟預(yù)警模型，并生成預(yù)警服務(wù)報(bào)告，確保數(shù)據(jù)更新的有效性。在工作監(jiān)督和評(píng)估考核控制上，借助CIM的工作監(jiān)督功能，對(duì)日常工作流程合規(guī)性進(jìn)行監(jiān)督，同時(shí)提供預(yù)警報(bào)告和生成監(jiān)督文件報(bào)告，便于對(duì)工程過(guò)程的實(shí)現(xiàn)監(jiān)督和考核。

4 結(jié) 語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，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(lái)越大的作用。尤其是伴隨著國(guó)家“新基建”戰(zhàn)略逐漸衍生起來(lái)的5G、IoT等相關(guān)先進(jìn)支撐技術(shù)的普及，CIM在具體的建筑工程施工應(yīng)用場(chǎng)景的發(fā)展前景越來(lái)越廣闊，能為項(xiàng)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(xiàng)目實(shí)踐，本文淺述了CIM技術(shù)在工程項(xiàng)目施工全過(guò)程中的應(yīng)用，為我國(guó)建筑工程施工提供深度信息化的新支點(diǎn)和新引擎。