基于CIM平臺的智能建造數字仿真綜合管理系統

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，其次介紹了CIM 在智能建造方面的應用，接著針對基于CIM 平臺的智能建造數字仿真綜合管理系統的場景定義、應用系統、應用流程三個方面闡明了應用內容，最后總結其應用價值，分析應用案例以此研究CIM+智能建造的更多可能性，為建筑業效能化、規范化轉型提供框架和拓展空間。

1 概述

根據2021年6月住房和城鄉建設部發布的《城市信息模型（CIM）基礎平臺技術導則》（修訂版）定義：CIM 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空間數據和物聯感知數據，構建起三維數字空間的城市信息有機綜合體。CIM 平臺是管理和表達城市立體空間、建筑物和基礎設施等三維數字模型，支撐城市規劃、建設、管理、運行工作的基礎性操作平臺，是智慧城市的基礎性和關鍵性信息基礎設施。當前CIM 平臺建設主要分兩部分，一個是CIM基礎平臺，另一個是基于平臺之上的“CIM+應用”系統，如圖1所示。

圖1 CIM 基礎平臺架構

CIM 是城市的數字孿生體，映射城市的物理世界，可以表征實體城市的存在、演化和發展。因此，CIM 平臺可以基于歷史數據，通過深度學習等算法，推演城市未來發展態勢并可視化呈現。基于CIM平臺可以實現現實城市的數字試錯，提升未來預知能力，提高城市決策與應對能力，增強對未來發展的判斷力。

以城市信息模型（CIM）平臺為手段化解新型城鎮化建設過程中遇到的“城市病”已成共識。我國城市信息模型（CIM）平臺建設尚處于起步階段，各級政府、學術界、企事業單位等正積極探索試點經驗、標準建設、技術儲備、數據體系、平臺建設、平臺應用等工作。

CIM 平臺是城市建設管理全流程智慧應用的支撐性平臺，涵蓋“規建管”全過程，有效地避免了城市發展過程中的重復建設、數據孤島、缺乏頂層規劃等一系列問題。目前我國CIM平臺建設尚處于起步階段，各級政府、科研學術界、企事業單位等正積極探索新試點、新經驗、新技術、新模式，標準建設、平臺搭建、平臺應用等工作也正在全面展開。我國在推進CIM技術研發方面具有一定的優勢，一方面是體制優勢，當下我們處于大城建、大發展的階段，在政策方面積極推進城市級的應用前所未見；另一方面體現在數據的匯聚共享，各級政府部門越來越愿意共享數據，在數據開放方面也做了諸多工作。

2 CIM 在智能建造的應用

CIM 平臺不僅可以支撐城市建設、城市管理、城市運行、公共服務、城市體檢、城市安全、智慧工地、社區管理、醫療衛生與應急指揮等領域的應用，還可以支撐數字建造、智慧建造、綠色建造、數字化交付與BIM 審查的應用場景，提升工程建設全流程信息化、數字化、智能化水平，為新型城市基礎設施建設賦能，推動智能建造與建筑工業化協同發展。

CIM 平臺中的智能建造模塊，一方面從監督管理層面，能夠以CIM 基礎平臺作為智能建造的數字底座，歸集住房和城鄉建設領域企業、項目、人員、業績和信用等多元綜合信息，實現互聯互通，搭建建筑產業互聯網平臺，通過質量監管和追溯平臺，推動建筑市場從粗放型監管向效能監管、規范監管和聯動監管轉變；另一方面從工程建設層面，能對重點工程項目全生命周期實施全過程管控，包括決策立項階段的投資決策、規劃設計、招投標、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、工程修復與拆除等，從而不斷推動城市發展和城市更新。

在數字化轉型的驅動下，建筑行業將逐步從以圖紙為媒介的信息交流傳遞，升級為依托信息模型和信息應用技術平臺進行信息傳遞。在此背景下，CIM 基礎平臺中經融合的多源數據，為重點工程項目，特別是針對裝配式項目的智能建造提供了堅實的數據和平臺基礎。通過建立統一標準、統一平臺和統一管理，依托BIM 技術和信息技術，可以打通項目設計、生產、運輸、施工、運維、監管的全過程，實現產業“標準化、產業化、集成化、智能化”目標。CIM 基礎平臺建設過程中設立統一的應用規范和標準，為全產業鏈智能建造中共享其信息鋪平道路。

3 場景定義

智能建造數字仿真綜合管理系統是基于CIM 平臺，建設有關建筑的虛擬城市模型，研發節能、環保、循環、低碳等建筑新工藝、新技術、新材料和新產品，建立建筑智慧運營管理系統，從而實現人與自然和諧共生。系統主要包括：

3.1 搭建建筑產業互聯網平臺

以促進建筑業轉型升級為指引，打造涵蓋建筑業全過程、全要素、全參與方的建筑產業互聯網；以CIM 平臺為新技術底座，從原料的產生、加工到房屋的竣工、使用，形成全產業鏈融合一體的智能建造產業體系，推動智能建造與建筑工業化協同創新發展。

3.2 推動智能建造應用

推動BIM 技術應用，提升建筑設計、施工、運營維護協同水平。通過構建建筑業全生命周期業務監管系統，打通設計、施工、運維之間的壁壘。加強行業監管，實現信息共享和協同工作。推行一體化集成設計，加快構建數字設計基礎平臺和集成系統，匯聚各專業設計成果，提供跨企業、地域的協同應用。借助構件編碼體系和通用部品部件庫云系統，推動部品部件生產智能化升級改造與建設，實現少人或無人的智慧工廠。推動自動化施工機械、建筑機器人、3D 打印等智能裝備的創新應用，提升施工質量和效率，降低安全風險。

3.3 運維綜合管理平臺

針對已竣工并投入使用的建筑進行樓宇運維管理，通過與物聯網平臺對接，獲取建筑的運行情況，包括智能照明系統、電力監控系統、太陽能熱水系統、光伏發電系統等，并對數據進行采集、調度、分析、統計等處理。

4 應用系統

以3DGIS（三維地理信息系統）和BIM 技術為基礎，集成并利用互聯網、物聯網、云計算、大數據、虛擬現實、增強現實、人工智能等先進技術進行數據采集、分析、整合、挖掘、信息展示等，以反映城市規劃建設、發展和運行的情況，助力城市規劃、城市建設和城市管理等。如圖2所示。

圖2 基于CIM 平臺的智能建造數字仿真綜合管理系統

5 應用流程

以CIM 基礎平臺作為智能建造的數字底座，通過健康、低能耗、裝配式、BIM、能效提升等相關技術的集成應用，深入推進智慧、高效、創新的工程項目建設落地。

5.1 構建CIM 智能建造數據資源中心

構建可以融合海量多源異構數據的CIM 智能建造數據資源中心，對完整的項目管理數據、BIM 數據等動態數據進行全生命周期管理，消除建設工程項目的信息數據孤島，統一數據標準，加快數據變現，實現數字化轉型。主要建設內容包括企業信息庫、人員信息庫、項目信息庫和工程資源庫等。

5.2 推進建設工程項目管理

（1）建設工程項目信息管理

對項目的基本信息（項目信息、GIS 位置）進行設定和動態維護，并根據招標結果創建各類參建單位的企業信息和負責人賬號，再由各參建單位負責人根據內部人事安排，添加參與本期項目建設的項目組成員賬號。項目組成員可使用賬號和密碼登錄系統，根據權限享用系統提供的各類應用服務。

（2）工程建設項目BIM 管理

在工程建設項目審批中深化BIM 技術應用，促進BIM 全過程使用，基于CIM 實現工程建設項目動態展現，升級工程建設項目各階段管理及應用能力，滿足行業當前及未來對于智能建造的應用需求。

（3）施工現場監管

通過集成智能硬件設備，采集工地各關鍵要素數據，集成到平臺，為項目管理者提供數字化、可視化的施工過程信息，主要包括從業人員實名制、質量管理、安全管理、環境管理、視頻監控等應用，為企業提高效率、有效預防風險提供信息化手段。

（4）工程項目智能決策分析

平臺數據中心通過項目管理協同平臺獲取項目層的投資、進度、物資、質量安全等管理數據。企業層通過數據中心獲取各項目管理協同平臺的各類數據，幫助企業進行經營管理。數據中心對企業層、項目層的數據挖掘積累，采用大數據統計分析技術，實現企業各類數據的多維度分類分析。

（5）工程建設項目建設成效多維展示

將工程建設項目建設成效，結合 CIM 平臺進行集成與展示，形成工程建設項目動態地圖，實現創建成效的三維可視化、集成化、動態化展示。

6 應用價值

建立完善的智能建造數字仿真綜合管理系統，歸集住房和城鄉建設領域從業企業、個人、項目、業績和信用信息，可實現相關信息的動態更新、整合發布與關聯共享，實現綜合信息共享、業務協同和溯源監管全程信息化。基于CIM 基礎平臺，結合BIM 等新型技術輔助建設，主管部門可實現對建設工程項目從立項規劃用地許可、工程規劃、設計審查、招投標、施工準備、現場監督、竣工驗收信息等建設全生命周期的高效監管，推動建筑市場管理從粗放型監管向效能監管、規范監管和聯動監管轉變。

7 應用案例——重慶智慧東站一體化管理平臺

7.1 工程概況

重慶市智慧樞紐站一體化管理平臺是基于CIM 智能建造平臺打造的應用平臺，平臺根據樞紐站及周邊特點，以CIM 平臺為核心，結合云計算、物聯網、人工智能等技術，打造的面向工程全生命周期的協同管理平臺。平臺基于統一的可視化數字底板，融合了工程項目范圍內及周邊的傾斜攝影數據和車站主體、建筑、道路、綠化等全專業BIM 模型。利用高逼真三維圖形引擎，1 ∶1 還原場景環境，建立智能化的人機自然交互功能，為客戶實現數據業務化、決策智能化。

7.2 應用系統

（1）規劃設計一張圖

規劃設計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據與樞紐站的規劃類數據、全專業的BIM 數據統一集成在一張圖上，并以圖層列表的形式統一展示組織，接入的二三維空間數據分為配套市政基礎設施、站場站房、綜合交通樞紐、TOD 開發、其他土地開發、基礎圖層以及現狀規劃數據。用戶可自由選擇顯示和隱藏的數據，直觀、清晰的查看想要觀看的場景，方便用戶從整體上把控樞紐站的總體規劃，如圖3所示。

圖3 規劃設計一張圖

（2）工程信息一張圖

CIM 智能建造平臺中的工程信息一張圖管理展示了工程項目的實施機構、開工時間、預計竣工時間以及詳細工程概況。

招標情況將招標項目分為設計招標、施工招標和監理招標，并分別展示了已完成和進行中的招標項目的數量。

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

工程項目的人員信息和工程合同、施工許可等不同階段施工信息，顛覆傳統的現場信息傳達模式，提升項目精益建造管理水平。

7.3 應用內容

（1）規劃方案比選

規劃方案的比選功能，提供多屏對比，用戶可同時瀏覽對比不同的規劃設計方案，對專業設計人員來講可以讓設計更加簡單明了，對非設計專業人員來講也能看懂規劃設計方案，讓不同的角色都可以參與到設計中，輔助規劃決策，提高規劃設計方案的實用性，如圖4所示。

圖4 規劃方案對比

（2）智慧工地

智慧工地在三維場景中實時模擬施工現場的建造情況，集成項目總體概況、項目所屬領域、環境監測數據、人員統計信息、設備安全狀態、質量安全狀態、進度管理、參建單位概況以及項目施工監控。

人員統計信息可通過人員定位技術、人臉識別技術等實時監測施工現場的人員信息，并統計不同人員信息的數量，實現對施工現場人員的實時監管。

設備安全狀態可通過接入塔吊、升降機、模架的各類物聯網數據，通過設計閾值自動分析不同設備的安全狀態，并對超過閾值或低于閾值的情況進行風險報警。同時展示報警詳情，用戶可定位至報警位置，查看報警情況。

進度管理以倒計時的方式展示了距離項目的竣工時間，同時將如期完成、預警、滯后和超前完成項目展示在平臺中，方便用戶一覽施工進度，從而對進度進行整體管理。

施工項目監控接入施工現場的視頻圖像，方便用戶查看施工現場情況，如圖5所示。

圖5 智慧工地系統

（3）工程進度質量管理

通過CIM 平臺可將工程進度數據、工程質量數據與BIM模型進行關聯，提高工程進度透明化管理，有效推動工程實體質量，實現工程質量快速整改糾偏，如圖6所示。

圖6 工程進度質量管理

7.4 應用效益

打破信息孤島，優化工程管理方式。建筑工程項目參與方眾多，相互之間欠缺整合和協作。通過CIM 智能建造平臺，各組織之間可以提前溝通，保證建設過程的協調性。通過相關技術感測、分析、整合工程管理運行時各項關鍵信息，實現工程項目可視化、動態化、智慧化管理。

提高自動感知、快速反應能力。CIM 能夠透徹感知各空間物理實體的運行狀況及生產生活活動。通過CIM 智能建造對相關數據資源的整合、分析及對信息集中管理和合理利用，實現建筑各空間業務的聯動，提高安防、設施管理等功能，實現運行狀態的及時感知，風險及問題的早期預測預警和高效處置應對。