CIM论文| 基于CIM平台的智能建造数字仿真综合管理系统

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来源丨 中国建设信息化 2022-2月下

作者丨 韩青 樊焜 宋少贤 孙宝娣 石新羽 周茜 宋彬

发布丨 CIM小编


 

目前,我国建筑建造方面信息数字化程度有所提高,但依旧存在管理方式粗放、建设效率低下等问题,因此急需运用现代化新技术方法,包括以城市信息模型(CityInformationModeling,简称CIM)平台作为智能建造的底座,推动智能建造发展,为“新城建”赋能。

 

 

基于CIM平台的智能建造数字仿真综合管理系统

 

文|韩青 樊焜 宋少贤 孙宝娣 石新羽 周茜 宋彬

 

本文首先概述了CIM及其平台,其次介绍CIM在智能建造方面的应用,接着针对基于CIM平台的智能建造数字仿真综合管理系统的场景定义、应用系统、应用流程三个方面阐明了应用内容,最后总结其应用价值,分析应用案例以此研究CIM+智能建造的更多可能性,为建筑业效能化、规范化转型提供框架和拓展空间。

 

1 概述

 

根据2021年6月住房和城乡建设部发布的《城市信息模型(CIM)基础平台技术导则》(修订版)定义:CIM是以建筑信息模型(BIM)、地理信息系统(GIS)、物联网(IoT)等技术为基础,整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维多尺度空间数据和物联感知数据,构建起三维数字空间的城市信息有机综合体。CIM平台是管理和表达城市立体空间、建筑物和基础设施等三维数字模型,支撑城市规划、建设、管理、运行工作的基础性操作平台,是智慧城市的基础性和关键性信息基础设施。当CIM平台建设主要分两部分,一个是CIM基础平台,另一个是基于平台之上的CIM+应”系统,如图1所示。

 

图1CIM基础平台架构

 

CIM是城市的数字孪生体,映射城市的物理世界,可以表征实体城市的存在、演化和发展。因此,CIM平台可以基于历史数据,通过深度学习等算法,推演城市未来发展态势并可视化呈现。基于CIM平台可以实现现实城市的数字试错,提升未来预知能力,提高城市决策与应对能力,增强对未来发展的判断力。

以城市信息模型(CIM)平台为手段化解新型城镇化建设过程中遇到的“城市病”已成共识。我国城市信息模型(CIM)平台建设尚处于起步阶段,各级政府、学术界、企事业单位等正积极探索试点经验、标准建设、技术储备、数据体系、平台建设、平台应用等工作。

CIM平台是城市建设管理全流程智慧应用的支撑性平台,涵盖“规建管”全过程,有效地避免了城市发展过程中的重复建设、数据孤岛、缺乏顶层规划等一系列问题。目前我国CIM平台建设尚处于起步阶段,各级政府、科研学术界、企事业单位等正积极探索新试点、新经验、新技术、新模式,标准建设、平台搭建、平台应用等工作也正在全面展开。我国在推进CIM技术研发方面具有一定的优势,一方面是体制优势,当下我们处于大城建、大发展的阶段,在政策方面积极推进城市级的应用前所未见;另一方面体现在数据的汇聚共享,各级政府部门越来越愿意共享数据,在数据开放方面也做了诸多工作。

 

2 CIM在智能建造的应用

 

CIM平台不仅可以支撑城市建设、城市管理、城市运行、公共服务、城市体检、城市安全、智慧工地、社区管理、医疗卫生与应急指挥等领域的应用,还可以支撑数字建造、智慧建造、绿色建造、数字化交付与BIM审查的应用场景,提升工程建设全流程信息化、数字化、智能化水平,为新型城市基础设施建设赋能,推动智能建造与建筑工业化协同发展。

CIM平台中的智能建造模块,一方面从监督管理层面,能够以CIM基础平台作为智能建造的数字底座,归集住房和城乡建设领域企业、项目、人员、业绩和信用等多元综合信息,实现互联互通,搭建建筑产业互联网平台,通过质量监管和追溯平台,推动建筑市场从粗放型监管向效能监管、规范监管和联动监管转变;另一方面从工程建设层面,能对重点工程项目全生命周期实施全过程管控,包括决策立项阶段的投资决策、规划设计、招投标、工程施工、绿色减碳建造、全过程的工程咨询管理和投资管控、工程修复与拆除等,从而不断推动城市发展和城市更新。

在数字化转型的驱动下,建筑行业将逐步从以图纸为媒介的信息交流传递,升级为依托信息模型和信息应用技术平台进行信息传递。在此背景下,CIM基础平台中经融合的多源数据,为重点工程项目,特别是针对装配式项目的智能建造提供了坚实的数据和平台基础。通过建立统一标准、统一平台和统一管理,依托BIM技术和信息技术,可以打通项目设计、生产、运输、施工、运维、监管的全过程,实现产业“标准化、产业化、集成化、智能化”目标。CIM基础平台建设过程中设立统一的应用规范和标准,为全产业链智能建造中共享其信息铺平道路。

 

3 场景定义

 

智能建造数字仿真综合管理系统是基于CIM平台,建设有关建筑的虚拟城市模型,研发节能、环保、循环、低碳等建筑新工艺、新技术、新材料和新产品,建立建筑智慧运营管理系统,从而实现人与自然和谐共生。系统主要包括:

3.1搭建建筑产业互联网平台

以促进建筑业转型升级为指引,打造涵盖建筑业全过程、全要素、全参与方的建筑产业互联网;以CIM平台为新技术底座,从原料的产生、加工到房屋的竣工、使用,形成全产业链融合一体的智能建造产业体系,推动智能建造与建筑工业化协同创新发展。

 3.2推动智能建造应用

推动BIM技术应用,提升建筑设计、施工、运营维护协同水平。通过构建建筑业全生命周期业务监管系统,打通设计、施工、运维之间的壁垒。加强行业监管,实现信息共享和协同工作。推行一体化集成设计,加快构建数字设计基础平台和集成系统,汇聚各专业设计成果,提供跨企业、地域的协同应用。借助构件编码体系和通用部品部件库云系统,推动部品部件生产智能化升级改造与建设,实现少人或无人的智慧工厂。推动自动化施工机械、建筑机器人、3D打印等智能装备的创新应用,提升施工质量和效率,降低安全风险。

3.3运维综合管理平台

针对已竣工并投入使用的建筑进行楼宇运维管理,通过与物联网平台对接,获取建筑的运行情况,包括智能照明系统、电力监控系统、太阳能热水系统、光伏发电系统等,并对数据进行采集、调度、分析、统计等处理。

 

4 应用系统

 

以3DGIS(三维地理信息系统)和BIM技术为基础,集成并利用互联网、物联网、云计算、大数据、虚拟现实、增强现实、人工智能等先进技术进行数据采集、分析、整合、挖掘、信息展示等,以反映城市规划建设、发展和运行的情况,助力城市规划、城市建设和城市管理等。如图2所示。

 

图2基于CIM平台的智能建造数字仿真综合管理系统

 

5 应用流程

 

CIM基础平台作为智能建造的数字底座,通过健康、低能耗、装配式、BIM、能效提升等相关技术的集成应用,深入推进智慧、高效、创新的工程项目建设落地。

5.1构建CIM智能建造数据资源中心

构建可以融合海量多源异构数据的CIM能建造数据资源中心,对完整的项目管理数据、BIM数据等动态数据进行全生命周期管理,消除建设工程项目的信息数据孤岛,统一数据标准,加快数据变现,实现数字化转型。主要建设内容包括企业信息库、人员信息库、项目信息库和工程资源库等

5.2推进建设工程项目管理

(1)建设工程项目信息管理对项目的基本信息(项目信息、GIS位置)进行设定和动态维护,并根据招标结果创建各类参建单位的企业信息和负责人账号,再由各参建单位负责人根据内部人事安排,添加参与本期项目建设的项目组成员账号。项目组成员可使用账号和密码登录系统,根据权限享用系统提供的各类应用服务。

(2)工程建设项目BIM管理

在工程建设项目审批中深化BIM技术应用,促进BIM全过程使用,基于CIM实现工程建设项目动态展现,升级工程建设项目各阶段管理及应用能力,满足行业当前及未来对于智能建造的应用需求。

(3)施工现场监管

通过集成智能硬件设备,采集工地各关键要素数据,集成到平台,为项目管理者提供数字化、可视化的施工过程信息,主要包括从业人员实名制、质量管理、安全管理、环境管理、视频监控等应用,为企业提高效率、有效预防风险提供信息化手段。

(4)工程项目智能决策分析

平台数据中心通过项目管理协同平台获取项目层的投资、进度、物资、质量安全等管理数据。企业层通过数据中心获取各项目管理协同平台的各类数据,帮助企业进行经营管理。数据中心对企业层、项目层的数据挖掘积累采用大数据统计分析技术,实现企业各类数据的多维度分类分析。

(5)工程建设项目建设成效多维展示

将工程建设项目建设成效,结合CIM平台进行集成与展示,形成工程建设项目动态地图,实现创建成效的三维可视化、集成化、动态化展示。

 

6 应用价值

 

建立完善的智能建造数字仿真综合管理系统,归集住房和城乡建设领域从业企业、个人、项目、业绩和信用信息,可实现相关信息的动态更新、整合发布与关联共享,实现综合信息共享、业务协同和溯源监管全程信息化。基于CIM基础平台,结合BIM等新型技术辅助建设,主管部门可实现对建设工程项目从立项规划用地许可、工程规划、设计审查、招投标、施工准备、现场监督、竣工验收信息等建设全生命周期的高效监管,推动建筑市场管理从粗放型监管向效能监管、规范监管和联动监管转变。

 

7 应用案例—重庆智慧东站一体化管理平台

 

7.1工程概况

重庆市智慧枢纽站一体化管理平台是基于CIM智能建造平台打造的应用平台,平台根据枢纽站及周边特点,以CIM平台为核心,结合云计算、物联网、人工智能等技术,打造的面向工程全生命周期的协同管理平台。平台基于统一的可视化数字底板,融合了工程项目范围内及周边的倾斜摄影数据和车站主体、建筑、道路、绿化等全专业BIM模型。利用高逼真三维图形引擎,1∶1还原场景环境,建立智能化的人机自然交互功能,为客户实现数据业务化、决策智能化。

7.2应用系统

(1)规划设计一张图

规划设计一张图汇聚东站周围的地形、影像、倾斜摄影等各类地理信息数据与枢纽站的规划类数据、全专业的BIM数据统一集成在一张图上,并以图层列表的形式统一展示组织,接入的二三维空间数据分为配套市政基础设施、站场站房、综合交通枢纽、TOD开发、其他土地开发、基础图层以及现状规划数据。用户可自由选择显示和隐藏的数据,直观、清晰的查看想要观看的场景,方便用户从整体上把控枢纽站的总体规划,如图3所示。

 

图3规划设计一张图

 

(2)工程信息一张图

CIM智能建造平台中的工程信息一张图管理展示了工程项目的实施机构、开工时间、预计竣工时间以及详细工程概况。招标情况将招标项目分为设计招标、施工招标和监理招标,并分别展示了已完成和进行中的招标项目的数量。投融资情况展示了工程建设的总体投资情况、占比情况,并展示了不同年度的投资进展。工程项目的人员信息和工程合同、施工许可等不同阶段施工信息,颠覆传统的现场信息传达模式,提升项目精益建造管理水平。 

7.3应用内容

(1)规划方案比选

规划方案的比选功能,提供多屏对比,用户可同时浏览对比不同的规划设计方案,对专业设计人员来讲可以让设计更加简单明了,对非设计专业人员来讲也能看懂规划设计方案,让不同的角色都可以参与到设计中,辅助规划决策,提高规划设计方案的实用性,如图4所示。

 

图4规划方案对比

 

(2)智慧工地

智慧工地在三维场景中实时模拟施工现场的建造情况,集成项目总体概况、项目所属领域、环境监测数据、人员统计信息、设备安全状态、质量安全状态、进度管理、参建单位概况以及项目施工监控。人员统计信息可通过人员定位技术、人脸识别技术等实时监测施工现场的人员信息,并统计不同人员信息的数量,实现对施工现场人员的实时监管。设备安全状态可通过接入塔吊、升降机、模架的各类物联网数据,通过设计阈值自动分析不同设备的安全状态,并对超过阈值或低于阈值的情况进行风险报警。同时展示报警详情,用户可定位至报警位置,查看报警情况。进度管理以倒计时的方式展示了距离项目的竣工时间,同时将如期完成、预警、滞后和超前完成项目展示在平台中,方便用户一览施工进度,从而对进度进行整体管理。施工项目监控接入施工现场的视频图像,方便用户查看施工现场情况,如图5所示。

 

图 5 智慧工地系统

 

(3)工程进度质量管理

通过CIM平台可将工程进度数据、工程质量数据与BIM模型进行关联,提高工程进度透明化管理,有效推动工程实体质量,实现工程质量快速整改纠偏,如图6所示。

 

图6工程进度质量管理

 

7.4应用效益

打破信息孤岛,优化工程管理方式。建筑工程项目参与方众多,相互之间欠缺整合和协作。通过CIM智能建造平台,各组织之间可以提前沟通,保证建设过程的协调性。通过相关技术感测、分析、整合工程管理运行时各项关键信息,实现工程项目可视化、动态化、智慧化管理。提高自动感知、快速反应能力。CIM能够透彻感知各空间物理实体的运行状况及生产生活活动。通过CIM智能建造对相关数据资源的整合、分析及对信息集中管理和合理利用,实现建筑各空间业务的联动,提高安防、设施管理等功能,实现运行状态的及时感知,风险及问题的早期预测预警和高效处置应对。

(作者,韩青、孙宝娣、石新羽单位:青岛理工大学建筑与城乡规划学院、青岛市CIM+城市更新技术创新中心;樊焜、宋少贤单位:重庆市市政设计研究院有限公司;周茜单位:青岛理工大学建筑与城乡规划学院;宋彬单位:北京飞渡科技有限公司)

2022年3月17日 18:31
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