CIM+AI視域下城鎮老舊小區改造全生命周期綜合集成研究

方舒虹， 王艷偉， 許湘云， 張旻煦， 韓利紅

（云南農業大學建筑工程學院）

1 城鎮老舊小區改造存在的問題

1.1 地理位置特殊，規劃方案難確定

城鎮老舊小區多位于城市核心區或區域較為繁華的地帶，其周圍交通線路繁雜、人員較密集、車輛較多、公共空地較狹小，導致規劃難度增加。城鎮老舊小區情況復雜，在對小區進行規劃時會存在居民不配合、規劃方案沒特點、部分改造范圍不屬于小區管轄地域等問題，導致老舊小區改造工作難以協調。

1.2 業主需求不一，設計方案重復改

城鎮老舊小區改造和其他新建項目不同，區別在于住戶以中老年人為主，且城鎮老舊小區改造存在主體較多、需求不一致等問題。同時，由于城鎮老舊小區改造對住戶日常生活和權益會產生較大的影響，改造方案難以達成共識，增加了組織協調的難度，設計方案難以敲定。部分城鎮老舊小區改造前的準備工作不充分，導致頻繁調整設計方案。

1.3 小區現場復雜，施工作業受限制

需要改造的城鎮老舊小區建設年代較為久遠，現場環境極其復雜，施工器械及人員難以進場，導致工期延誤。施工方在改造時經常會遇到：①施工改造會影響住戶正常生活，從而出現住戶投訴施工單位的情況；②施工改造過程常多發預料外的情況，如受氣候因素的影響；③項目管理人員與住戶協調困難，部分住戶不愿配合改造，一旦與住戶溝通不當就會出現住戶阻礙施工的情況，從而影響工期進度。

1.4 重基礎建設改造，輕運營維護管理

在城鎮老舊小區改造前期政府資金投入力度大，很多城鎮老舊小區的設施設備都煥然一新。改造后的小區后期運維管理是企業和居民共同出資管理，存在部分居民不愿出資的情況，導致小區運維管理資金嚴重不足。改造后，雖然小區在物業管理方面有了較大改善，但在實際中仍然存在資金短缺的問題。目前大部分城鎮老舊小區的改造僅重視“硬件”建設，忽略改善人居環境和功能品質的“軟件”設施建設，如：城鎮老舊小區綠地面積較少、歷史文化與其相脫節、缺乏鄰里交流空間設計等[1]。

2 CIM+AI視域下城鎮老舊小區改造全生命周期綜合集成分析

2.1 CIM+AI技術

城市信息模型（CIM）起源于建筑信息模型（BIM），BIM是以建筑工程項目各項相關信息作為模型的基礎并建立建筑模型，通過數字信息模擬建筑物的真實情況。BIM技術精準有效的將建筑信息從規劃、設計、施工、運維等整合在一起，實現建設工程項目的信息共享、效率提升和成本節約。CIM技術將作用對象范圍進行擴展，其從單個建筑物或項目群信息擴大到整個城市信息，并將城市的各種要素及其時空信息數字化地表現出來[2]。城市信息模型將建筑信息模型、地理信息系統（GIS）、物聯網（IoT）三者有機融合，以滿足城市發展需求的集成性管理系統。城市信息模型的優點：①存儲海量數據；②便于調整各階段方案；③有利于模型可視化分析。

人工智能（AI）最早是在1956年DARTMOUTH人工智能研討會上提出的，人工智能屬于計算機科學的一個分支，是跨世紀的前沿技術，是研究計算機如何模擬人類思維過程和智能行為的一門學問[3]。人工智能應用在城鎮老舊小區的指紋識別、人臉識別、智能控制等方面，其優點是：①提高城鎮老舊小區安全性；②實時監測城鎮老舊小區內情況；③減少城鎮小區管理的人力成本。本文結合城市信息模型和人工智能兩者的優勢，為相關管理人員和技術人員提供幫助，從而制定出適宜各地區城鎮老舊小區改造的規劃、建設和管理方案，保障城鎮老舊小區改造的順利實施。

2.2 城鎮老舊小區改造全生命周期的階段分析

2.2.1 規劃階段

規劃階段的主要工作是根據當地城市規劃區內可利用的土地資源進行合理空間配置，將城鎮老舊小區的地理信息以三維可視化的方式呈現。本文運用GIS對各城鎮老舊小區進行精準定位，協助管理人員完成規劃階段的任務。GIS具有海量數據的儲存、管理功能，同時可對城鎮老舊小區進行三維可視化操作，便于相關設計人員和管理人員實時觀察不同方案在城鎮老舊小區改造中的效果，從中挑選出合適的方案。在規劃階段使用ArcGIS獲取城鎮老舊小區地理空間數據，結合空間模型分析法對空間數據進行采集、輸入、存儲等工作，得出城鎮老舊小區的空間動態信息。本階段通過GIS和CIM結合將城鎮老舊小區周圍的道路交通、市政公用設施、生活服務設施、地下管線等進行詳細劃分，最后再結合小區實際需求和城鎮老舊小區改造的目標進行調整。

2.2.2 設計階段

本文采用BIM+GIS輔助工程設計師完成對城鎮老舊小區改造的優化設計工作，其中BIM為城鎮老舊小區提供單棟建筑的精確信息模型，GIS為城鎮老舊小區的建設和管理提供了基礎框架。建筑設計師、土木工程師、結構工程師、機電工程師分別在BIM平臺上對城鎮老舊小區進行協同作業。工程設計師運用BIM+GIS的強大功能對城鎮老舊小區的概念、方案、施工圖設計進行優化，得到的可視化模型可供業主選擇。同時設計的多種方案可解決城鎮老舊小區改造存在的主體較多、需求不一致等問題。

2.2.3 智慧施工階段

CIM技術在城鎮老舊小區改造的施工階段具有不可或缺的作用：①按照智慧城市建設需求，利用GIS地理信息管理的優勢對城鎮老舊小區三維場地模擬布置、施工所需材料及設備進場路線布置、實現更加精細化的場地信息管理；②使用BIM技術對建筑物內外的臨時設施進行布置，使城鎮老舊小區整體設施布置更加規范化、合理化；③以智慧施工為目標利用BIM技術對城鎮老舊小區改造建設施工階段進行進度計劃安排，使城鎮老舊小區施工周期更加合理，施工過程更加安全；④利用BIM算量軟件對城鎮老舊小區建筑物結構構件賦值，控制建筑成本及保障建筑物質量；⑤以智慧管理為目標，將AI技術用于施工現場人員安全帽佩戴檢測、威脅區域徘徊檢測、煙霧檢測等方面。AI技術可以實現施工現場的智慧化動態管理和安全監督，提升信息化水平。

2.2.4 智慧運維階段

運維階段以智慧管理為目標，通過IoT和AI平臺將硬件設備監測到的信息數據與平臺模型中對應的硬件相關聯，以獲得IoT+AI平臺上的設備狀態數據的實時顯示。IoT+AI平臺將實時監測小區內部，且監控視頻分區能夠直觀展示小區運行和管理的狀態，一旦出現問題，平臺會采取應急措施。在運維階段，消防管理、設施設備管理、物業管理是非常重要的，其中最重要的是物業管理。物業管理的工作主要涵蓋房屋建筑主體的管理、房屋設施設備的管理、綠化的管理、車輛秩序的管理、安防管理和居民的服務等。本文運用IOT+AI技術相結合對城鎮老舊小區進行全方位的智慧監測管理。

2.3 工程建設項目的全生命周期

工程項目建設的全生命周期涵蓋投資決策階段、工程項目設計階段、施工安裝和竣工驗收交付使用階段，每個階段都含項目各參與方的全部信息。

項目的投資決策階段包括：①編制項目建議書；②編制項目的可行性研究報告；③對項目進行全方位評估；④對通過評估的項目進行實施前準備。

工程項目設計階段主要包括項目方案設計、初步設計及審批、施工圖設計及審批三個流程。

項目施工安裝階段包括施工前準備、辦理施工許可證、施工與設備安裝和項目試運行四個流程。

交付使用階段包括項目竣工驗收、竣工結算與決算、工程項目備案與移交三個流程。

2.4 城鎮老舊小區改造全生命周期綜合集成框架

本文將工程項目建設全生命周期與城鎮老舊小區改造工作流程兩個系統中各階段內容進行融合，實現兩個系統中各階段資源的有機集成，構建城鎮老舊小區改造全生命周期綜合集成體系示意圖如圖1所示。通過對城鎮老舊小區改造資源的有機集成，使城鎮老舊小區改造工程能按時保量的完工。

圖1 城鎮老舊小區改造全生命周期綜合集成體系示意圖

在城鎮老舊小區改造的全生命周期階段建立CIM數據平臺信息庫，對信息進行分類儲存及管理，并設置管理人員的瀏覽權限，不同階段的參與方在CIM平臺提取相應的BIM信息，實現信息間的共享。項目建設是一個動態的過程，每個階段的需求和側重點不同，前期BIM模型數據往往不能滿足后期的信息要求，因而需要利用物聯網、人工智能、大數據等參與，實時更新及錄入城鎮老舊小區工程改造的信息，實現城鎮老舊小區改造全生命周期綜合集成管理。將BIM、GIS、IOT、AI的有機集合應用至城鎮老舊小區改造的各階段，CIM平臺將各階段數據的統一配置建立一個三維可視化模型。

3 結語

本文梳理了城鎮老舊小區改造的難題，并基于此，提出將BIM、GIS、IOT、AI技術貫穿城鎮老舊小區規劃、設計、施工、運維四個階段，實現城鎮老舊小區全生命周期改造智慧化。除此之外，本文以項目全生命周期與城鎮老舊小區改造流程為兩個系統，將兩個系統進行有機集成，為城鎮老舊小區全生命周期改造提供了新視角。