CIM论文 | 城市信息模型CIM平台在广州城市更新改造中的应用——以金洲、冲尾自然村更新改造为例

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来源丨《城市建筑2020,17(23)

作者 石潇,钟琳,刘娴

发布丨 CIM小编


本文字数:6334

阅读时间:10分钟

 

城市信息模型CIM平台在广州城市更新改造中的应用——以金洲、冲尾自然村更新改造为例

石潇,钟琳,刘娴

(广州市城市更新规划研究院,广东广州510000)

 

摘要:本文基于广州市城市更新工作高效管控、多元协同的目标,通过金洲、冲尾自然村更新改造项目的实践,尝试在城市更新方案的编制与审批过程中深入应用CIM平台,初步搭建了基础数据工作(含获取与分析)、经济平衡测算、规划布局(含用地、建筑方案输出)、方案优选、城市设计、智能报批六大模块,最终实现高效编制、高效审批、多部门协同的更新方案编审。

关键词:CIM平台;城市更新;方案审批

[中图分类号]TP399 [文献标识码]A

 

筚路蓝缕,玉汝于成,广州通过十年的摸索,为全国城市更新积累了宝贵的经验,为新时代城市更新技术的变革提供了丰沛的土壤。2019年,广州市被列为CIM建设试点城市,探索精简和改革建设项目审批程序、减少审批时间、支撑规划审查、建筑审查等功能的智慧城市基础平台(CIM)。借此契机,广州尊重实践、鼓励创造、勇于开拓、聚合各项技术创新协调推进,以金洲、冲尾村做试点,迈出城市更新领域内CIM平台探索的第一步。

 

 
1、通过CIM支持实现更新改造方案编审的“高效管控”及“多元协同”
 

1.1城市更新编审的目标与困境

城市更新作为落实城市战略、改善地区人居环境、完善区域公共服务设施的重要途径,直接牵动地区存量土地的流转与开发。因此,城市更新方案的编制与审查均被要求实现“高效管控”与“多元协同”。

“高效管控”涵盖三方面主要内容:

一是方案编制阶段全过程“精细化”,即减少现状基础数据测量、经济平衡测算、规划布局设计过程中的数据误差,确保编制方案的建设可行性;

二是方案编制成果“规范化”,数据处理、经济测算需严格遵守最新的更新政策,确保方案成果符合相应技术标准与规则;

三是方案信息即时共享,需建立最简洁、最快捷的信息共享平台,支持政府各职能部门及时获取方案并反馈意见,实现联审决策的“高效化”

“多元协同”是城市更新保障公众权益的重要途径,其关键是实现编制单位、政府部门、社会成员三者高效进行共商、共议、共同决策。一般来说,更新方案在编审阶段需综合经济、社会、文化、环境等要素,充分论证方案的经济性、合理性,促使方案落地实施。

传统的更新方案编审工作基本无法满足“高效管控”与“多元协同”的目标:数据经多软件、多平台的人工转换,形成误差叠加,极大降低方案精准度;审查人员专业技术参差不齐,导致方案多轮修整,降低编审效率;各方主体因平台缺失,导致信息交换滞后,无法及时反馈真实、全面的意见情况。

因此,研究建设高效的编审平台是目前CIM在更新领域应用的基本任务。

 

1.2CIM的多重含义对应更新编审工作中的具体内容

CIM(CityInformationModeling,城市信息模型)实际有三重含义。模型含义:CIM是包含城市所有设施物理特性和相关信息的数字模型;平台含义:CIM是一个可以存储、提取、更新和修改所有城市相关信息的数字化平台,相关部门可以在CIM平台上实现数据的共享和信息的传递,CIM应该在城市化的全过程中发挥作用;行为含义:CIM是指将城市各种信息收集、整理、存储并在规划、设计、分析、运维中提供决策支持的过程[1]。

上述各重含义均可狭义对应方案编审各阶段。模型含义—编制单位主导的方案编制阶段:包括基础数据获取与分析、经济平衡测算、建筑总量估算、规划布局;平台含义—政府主导的设计控制阶段:包括基础数据核查、用地方案审查等;行为含义—社会参与的讨论及调试阶段:包括搜集并反馈政府、专家学者、相关权利人、实施主体的建议或意愿。通过简洁的含义梳理即可明晰CIM在更新方案编审中的使用场景与技术重点。

 

 
2、更新方案编审的CIM技术构成
 

2.1基于城市更新方案编审流程的CIM工作模块细分

当前,广州在“多规合一”空间共管业务中,采用构建一个CIM基础数据库、一个CIM基础平台、建设一个智慧城市一体化运营中心、构建两个基于审批制度改革的辅助系统和开发基于CIM的统一业务办理平台五方面来开展试点工作[2]。

本次探索主要针对更新方案编审,因此,需在规划管控系统的前、后端进行测绘,以及在经济平衡测算等方面进行扩展研究,深度上仅作为具体项目的支撑工具。

通过对技术场景与重点分类后,笔者将方案编审归为6个工作模块,即基础数据工作(含获取与分析)、经济平衡测算、规划布局(含用地、建筑方案输出)、方案优选、城市设计、智能报批(见图1)。根据划定模块,准备对应的硬、软件设施。在选择与开发软件时,既要规避“信息孤岛”,确保应用数据可互联互通,又要分模块处理、存储数据,保障信息安全。每个模块针对方案编制与审查,提供可参与数据编辑与审查的端口。

 

图1城市更新方案编审流程的CIM工作模块图(图片来源:作者自绘)

 

2.2构建针对更新方案编审的6个模块技术体系

基础数据模块(见图2)。需要完成基础数据采集、分析、可视化。通过低空多视倾斜摄影与激光扫描技术,获取高精度、高密度的点云现状基础数据,高精度还原、分析数据。建立面向海量异构多源数据的高效管理及调度机制,联合密集匹配点云与倾斜影像等多源数据,实现规范化现状基础数据的自动化生产与协同处理。

 

图2联合多源点云与影像的城市基础数据估算流程(图片来源:作者自绘)

 

经济平衡模块(见图3)。工作包括现状建筑分类与复建融资经济测算。自主开发建筑总量快速计算软件PCArea,按政策要求对现状数据进行高精度分级分类。再开发城市更新经济测算决策支持软件,串联现状数据,自动输出改造成本、复建、融资总量等重要经济平衡数据。

 

图3城市更新经济测算基本逻辑(图片来源:作者自绘)

 

规划布局模块(见图4)。在经济测算基础上,录入地块选择、参数、条件,实现合理的用地布局,同步输出地块容积率、建筑强度等属性表格。校核布局后,补充户型数据,在三维地理空间构建高度理性的建筑模型。建筑布局模型高度理性地满足经济平衡需求,符合退让红线—间距—日照等强制规定,输出层数、密度、栋数可调控的三维可视模型。

 

图4用地布局演算及理性最优模型演算流程(图片来源:作者自绘)

 

方案优化模块。在理性模型的基础上,叠加上位规划等变量,输出多方案以供空间决策,形成编制单位、改造主体、政府部门共同认可的方案基础。

城市设计模块。在共识方案基础上,应用传统规划软件进行方案修正。优化建筑布局、建筑密度,改善风、光环境,配置山水生态资源,协调景观风貌,形成设计蓝图。模块不再单独开发对应的数据处理软件。

智能报批模块。提供完整数据包给职能部门审查或备案,系统基于现有规范完成大部分审查、校核工作。同时,审查贯穿全流程,与方案编制同步,审查部门可即时提出修改意见,各环节设计人员即时完成调整。

 

 
3、基于南沙区金洲、冲尾村更新改造的探索实践
 

3.1“南沙范本”与“南沙速度”下的CIM应用契机

2017年4月,南沙区政府选取位于南沙门户的金洲、冲尾村更新改造作为重点项目,通过打造“南沙范本”造就“南沙速度”。为匹配方案编审效率,在更新方案的编审阶段,同

步开展CIM在更新领域的实践探索。

研究范围18.05   hm2,处于南沙区蕉门河中心区且紧邻南沙区政府,是南沙新区独具风情的“城市客厅”。更新目标围绕“岭南水乡”之城、“生态低碳”之城、“融合集约”之城、“活力时尚”之城,建设具有高品质公共服务设施与特色空间环境的人性化滨水区。

 

3.2应用联合多源点云与城市建筑总量估算技术缩短基础数据处理时间,提高数据精准度

本次构建的基础数据模块包含了针对金洲、冲尾村房屋、地形全数据的采集、分析和可视化内容。

一般来说,更新改造所使用的基础数据必须经过入户调查、采集数据、内业数据整理、政府数据组织审查等多环节。从数据工作启动到成果稳定,需要超过6个月。项目先采用航飞扫描数据进行方案测算,再通过入户调查、核查数据、校核修正的方式,提前开展方案编制工作。为确保数据精确可控,团队先采用M600Pro无人机、激光扫描仪对项目进行数据扫描提取,并在此基础上开展三项工作:一是建立面向机载点云、密集匹配点云、倾斜影像、POS轨迹、DOM等海量异构多源数据的高效管理及调度机制;二是设计联合点云以多视影像的城市场景目标提取及建筑局部结构识别的多层次分类方法,通过有机结合规则集、随机森林、卷积神经网络形成多层次分类网络,在不同层次采用适合的分类方法,同时有效提升了分类和识别的效率及可靠性;三是设计结合三维聚类及二维拓扑结构分析的建筑结构信息快速提取方法,结合点云聚类与特征图像拓扑重构得到建筑单体点云的结构提取结果。进一步结合建筑轮廓规则化和分层轮廓对比的方法识别建筑阳台、飘楼等部分,形成建筑高精度的结构矢量图。

经最终检验,该方法可较好地对地面点进行滤除(地面点个数为6336015,非地面点为3663985)。针对建筑点的提取,项目的方法总共提取1470618点(通过人工识别提取的建筑点为1497735,正确识别的点为1469749)

建筑识别分类制图精度为98  %,表明面向城市更新的建筑物三维精准测算技术具有良好的分析和处理能力,满足城市更新领域与先进测绘科技联合应用需求。

 

3.3开发经济测算决策系统,提升经济测算与用地布局的编审效率

城市更新项目是一项复杂的系统工程,项目的特殊性在于传统的房地产开发企业不涉及多方利益,而改造需要平衡好政府、合作开发企业、村民三方的利益,同时改造项目无论是风险、成本、周期都大于一般的房地产开发项目[3]。金洲、冲尾村改造的成本组成和计算依据主要是在综合考虑我国现行各行业技术标准和规范条文的基础上,结合南沙地方政策要求形成的城市更新改造成本组成与计算方法,最终确定成本包括:前期费、拆迁费、复建费、农转用及不可预见费共五部分。其中前期费、拆运费、复建费均直接关联合作开发企业、村民基本权益,所以,在方案编制过程中保证数据规范,让各利益方可实时了解方案并保障自身权益尤为重要。传统的经济测算与规划布局主要依托MicrosoftOffice与AutoCAD等设计工具,工具之间本身存在数据壁垒,需进行大量手动操作,形成误差积累且无法及时将计算成果向各利益方展示。

为解决上述难题,本次项目在基础数据精准、可视的前提下,同步开发了经济测算决策支持软件系统(见图5)。

 

图5经济测算决策支持软件运行构架(图片来源:作者自绘)

 

经济测算决策软件串联了CIM探索中的基础数据、经济测算与规划布局模块。软件系统经济测算层面录入了南沙区成本核算与复建安置总量计算规则,在用地布局层面主要录入《广州市城乡规划技术规定》的相关建筑规则,通过数据处理,主要确定建设量分配、用地红线退让、建筑退界等内容。基本实现导入基础数据就能演示用地布局的目标。

完成用地布局后,系统将按照建筑强排目标建立模型库对象,在三维地理空间实现建筑模型布局设计。模型布局需根据规划技术人员选择的初步户型方案,结合经济平衡核算的容积率,完成模型布局和建筑层数计算,最后在三维地理空间输出强排效果图。

软件主要解决了数字与图像间的跨平台转换问题,提高方案编制与调整效率,高效输出地块容积率、建筑强度等属性表格、可视化建筑形态等内容,在提升了设计单位进行快速调整、试错的工作效率的同时,更方便政府职能部门、专家、社会成员理解并提供方案意见。但软件在演算及矫正规划布局上,仍需人工判断、输入地块参数、条件并主观调整,以实现合理的用地布局。

 

3.4完善方案优选模块与智能报批模块,保障编审方案合理性

就目前项目团队的软、硬件技术而言,尚无法彻底实现智能系统完全取代规划师的“主观审美”与“价值判断”。

因此,在实践过程中提出了方案优选模块,需将规划布局模块中生成的可视模型导出,导出文件需同时支持CAD、SU等传统设计软件,供规划师进行细节讨论,完成最终改造方案。

智能报批模块是指可将完整数据包提供给职能部门审查、备案,系统即可完成大部分审查、校核工作,减少人力,缩短时间。审查可贯穿全流程,与方案编制同步一致,审查部门可即时提出修改意见,各环节设计人员即时完成调整。

与方案优选类似,智能报批仅根据相关规则在技术上校准了规范的“刚性”需求,但未能因地制宜地处理各类“弹性空间”:一是无法实现“以人为本”地判断环境与空间价值;二是无法直接协调政府、专家、社会成员间的不同意见。管理部门应做的是与各主体反复协商,解释规划规定的目的,探讨如何适应并利用规划条款,及时解决出现的问题,而不仅仅是试图将所有规划都纳入法定体系,然后机械地执行法定条文[4]。

 

 
4、总结与讨论
 

4.1CIM在金洲、冲尾村更新改造方案编审中的成效与不足

基于CIM的高效数据处理、高频率方案反馈,金洲、冲尾村的改造工作从启动到实施方案批复共经16个月;方案批复后的集中动迁仅用时2个月;从动迁工作启动到动迁率达标用时不到3个月。项目速度创下了当时广州旧村改造的3个最快:实施方案批复最快,集中动迁最快,由方案成功造就的签约率达标最快。

其中CIM平台利用信息化、规范化手段为项目提升了编制与反馈效率。智能辅助决策较大程度缩短了工作时间,减少了人为误差,具有推广与复制的意义。但系统在更新改造方案编审环境中独立开发,属于狭义的CIM应用探索,仍需与广州“多规合一”空间共管系统衔接;系统在与规划师的主观能动衔接方面有明显短板,仍需做进一步深化研发。

 

4.2CIM系统在更新改造中的发展展望。

当前CIM技术在宏观发展与管理统筹层面已有较多探索,尤其是关于智慧园区、城市的应用落地在国内已有诸多成功案例,如雄安新区、深圳国际生物谷坝光核心启动区、深圳前海自贸区、福州滨海新城等,都是从规划阶段开始建立园区CIM体系,搭建以CIM为核心的时空大数据平台,打通园区规划、建设、运营各阶段的数据[5,6]。但CIM在中、微观针对实践工作层面的应用探索上仍有不足,尤其是在某单一行业领域上的深度实践极度欠缺,为了在金洲、冲尾村项目上进行CIM实践应用,项目团队投入大量人员进行系统研发,也只组建了更新工作全流程里最前端的6个数据模块。

通过了解既有的CIM技术与更新领域的实际需求,笔者认为基于当前的技术环境,将CIM探索应用在更新工作中的以下几个方面中最具实践与探索意义。

一是在提升项目编审效率的同时规避行政风险。在更新改造趋于白热化的阶段,CIM可在一定程度上完成数据采集、分类、公示工作并形成数据记录,确保基础数据高效、准确、公正,为相关利益方构建透明、坚实的方案协商基础。

二是保障方案编制与方案实施协调、统一。可进一步在编制过程中深化方案分析、论证视角,保障最终方案的经济可行性。除测绘、规划、建筑领域,CIM还可深入经济领域,对原本居民的拆补方案、复建或融资房土地价值、拆补时序与资金运作上均提出建议,将应用视角从方案编审延伸到项目实施。

三是协助更新项目建设监管。在实现数据管理和资金预判的基础上,CIM可进一步协助政府开展基础数据监管、建设数据统计、固定投资监管等工作,通过实时掌握数据变化情况,更有效、更科学地管理更新项目,同时对突发事件提供应对措施。

 

# 参考文献 #
 

[1]包胜,杨淏钦,欧阳笛帆.基于城市信息模型的新型智慧城市管理平台[J].城市发展研究,2018,25(11):50-57,72.

[2]曹荣龙.多规合一空间共管业务共商——CIM技术行业应用综述[J].城乡建设,2020(03):36-39.

[3]郑凯.广州市WYQ“城中村”改造项目开发决策分析[D].华南理工大学,2014.

[4]马鹏,赵万良.对城市规划过度行政的反思[J].规划师,2018,34(08):154-160.

[5]许斌,苏家兴,张建帮,等.CIM管理平台在智慧园区的应用探索[C].中国图学学会建筑信息模型(BIM)专业委员会.第五届全国BIM学术会议论文集.中国图学学会建筑信息模型(BIM)专业委员会:中国建筑工业出版社数字出版中心,2019:273-277.

[6]袁胜强,胡程,欧阳君涛.智慧城市云平台构建研究[J].土木建筑工程信息技术,2018,10(01):22-26.

 

 

 

 

 

2021年9月7日 15:35
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