基于CIM+的装配式建筑产业链运行管理平台设计

杨增科，樊瑞果，石世英，黄 炜

（1.河南理工大学土木工程学院，河南焦作 454000；2.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安 710000）

装配式建筑作为建筑产业转型升级的重要组成部分，引领建筑业的变革和产业现代化发展［1］。近年来，在政府政策的驱动和市场引领下，装配式建筑呈现良好发展态势，产业链内的设计、生产、施工、装修等相关产业能力快速提升［2］。然而，现阶段我国装配式建筑未形成专业化分工体系，产业链仍存在设计、生产、施工等环节主体间信息交互和协作程度低的问题，从而导致产业链生产绩效达成率不高，装配式建筑产业链各主体间的协作水平亟待提升。信息化驱动下的装配式建筑能够推动建筑业的工业化和数字化转型［3］，帮助产业链主体进行协同发展。2020 年，国务院、住建部发布的《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》和《加快新型建筑工业化发展的意见》强调“工业化、信息化、平台化、智能化”，要求大力发展装配式建筑，加快推进“新基建”和城市信息模型CIM 平台建设，通过新一代信息技术驱动打造建筑产业互联网平台，整合建筑全产业链，实现工程建设高效益、高质量、低消耗、低排放的建筑工业化，推动智能建造与建筑工业化的协同发展，装配式建筑和全产业链信息管理已成为建筑业发展的主要趋势。此外，通过前期对装配式建筑产业链核心企业协作行为的博弈分析，认为搭建信息化服务平台是实现政府与装配式建筑产业链核心企业主体间的实时信息共享和沟通的有利手段。因此，在“新基建”背景下，研究适用性的装配式建筑产业链智慧管理平台，对于提高产业链整体性、促进产业链主体协同发展具有重要意义。

现有关于装配式建筑智慧管理平台的研究多采用BIM 技术手段，认为基于BIM 的装配式建筑管理能有效提高其生产效率［4］。陈敬武等［5］以及李芊等［6］基于精益管理思想以BIM、物联网、云计算等信息化技术手段构建了BIM 信息化协同平台，保证了各阶段的信息共享和业务协同工作，实现了装配式建筑设计、生产与运输、施工和运维等阶段的信息化管理。赵瑞阳等［7］介绍了国内某个依托BIM 技术的装配式建筑全产业链智能建造平台，通过建立统一标准、平台等实现项目设计、生产、运输、施工、运维和监管等全过程信息管理，由此可见，BIM 技术能有效帮助实现装配式建筑各阶段信息化管理和协同发展；CIM（City Information Modeling，城市信息模型）是BIM 在城市范围内的拓展，学者们普遍认为CIM 是BIM、GIS 与物联网技术的融合［8-9］，既能储存城市规模的海量时间、空间信息，又可作为云平台为城市各行业的智慧管理提供协同工作与数据调阅功能［10］，帮助实现城市的精细化管理，CIM 是智慧城市建设领域的大势所趋，近年来因其协同性强、模拟程度更为广泛、层级较高的特点在工程领域也脱颖而出［11］，政府颁布的《关于全面开展工程建设项目审批制度改革的实施意见》提议在工程项目审批活动中，全面推行建筑信息模型（BIM）、城市信息模型（CIM）技术，根据片区规划指标和城市风貌要求等进行项目审批，从项目伊始将建筑工程项目规划、投资、建设和运营的全过程信息纳入城市信息系统，实现工程建设项目全生命周期优化管理，提高建筑行业的审批效率和全产业链资源配置效率，因此，装配式建筑全产业链管理平台与CIM 的融合应用将是必然的发展趋势。

综上，目前学者对于基于BIM 的装配式建筑管理研究已取得一定成果，但多针对设计、生产、运输、施工和运维等阶段，涉及规划、招投标阶段的产业链研究匮乏，CIM 平台强调全周期集成管理，推进城市规划、建设、运行、管理的业务协同［12］，在智慧园区、智慧交通、环境管理与房屋安全管理等领域的应用已有一定的研究［13-17］，可有效装配式建筑提升产业链的整体性与集成性［18］。因此，本文将CIM 与区块链、VR 等信息技术手段应用于装配式建筑产业链管理平台，构建基于CIM+的装配式建筑产业链运行管理平台，帮助实现装配式建筑采购、施工、运营维护以及管理等阶段全要素的安全互联互通和智慧感知，为装配式建筑产业链协作水平和产业核心竞争力的提升提供保障，也可为工业化智能建筑融合城市区块大数据管理提供前期研究铺垫。

1 基于CIM+的装配式建筑产业链运行管理平台需求分析

装配式建筑产业链主要涉及规划、招投标、设计、构件生产、运输及安装、销售、运营维护以及拆除和资源化等多个环节，各环节关联度高，对主体协同化、集成化作业要求更高［19］，由此将平台的使用者划分为政府部门、开发商或建设单位、设计单位、材料供应商、构件生产商、物流企业、施工企业、运营商或物业管理企业、消费者、建筑拆除与分拣企业和建筑垃圾资源化企业等用户，基于平台统筹协调各方需求，分析各方需求如表1 所示。

表1 用户需求分析

表1（续）

基于上述需求分析，本文将考虑平台的安全性、实用性、高效性和易操作性等原则，以CIM、区块链、VR 等信息技术为支撑，构建基于CIM+的装配式建筑产业链运行管理平台，力求整合装配式建筑全产业链，打造虚拟产业链集群，为用户提供实时的数据服务和安全的交易服务，保证信息的有效性，增加产业链主体间的信任程度，帮助各主体进行信息共享和科学决策，更好地改进规划审批、招投标、建造运维、营销推广等环节，提升产业链运行效率，让产业链各主体均能享受到有效合作带来的提质增效的红利，促进装配式建筑协作水平的提高和产业的高质量发展。

2 基于CIM+的装配式建筑产业链运行管理平台构建

装配式建筑的核心是集成，其中信息化平台是集成的主体。本文构建的基于CIM+的装配式建筑产业链运行管理平台将按照装配式建筑产业链各项信息的采集、传输、整合应用和决策五个环节进行展开，以标准规范与运行管理、信息安全为保障，分为感知层、传输层、数据层、应用层和交互层等五个层面，确保产业链各主体相关数据互联互通和资源共享，整体架构如图1 所示。

图1 平台架构

2.1 感知层

感知层是整个平台的基础，帮助用户收集所需的各项数据信息。平台通过RFID、传感器、摄像头、GPS 等技术手段采集城市基础设施数据、地理数据、项目各阶段的建设数据（包括BIM模型及设计、生产、施工、运维信息等）等多项实时信息，并对接政府部门系统或网站收集政府政策数据，同时用户也需上传自身部门或企业信息数据。

2.2 传输层和数据层

传输层、数据层通过有线或无线网络等多种通信网络将感知层收集到的数据进行传输、整合和处理，为平台应用层提供丰富的数据基础。平台将各项数据进行标准整合和筛选整理，并基于区块链技术进行加密备份，实现“一个入口、多个出口”的平台大数据功能，方便用户查看和高效管理以及未来对项目的质量追溯。

2.3 应用层

应用层是整个平台的核心，根据平台用户的需求配套设置多个功能模块，主要包括用户认证、规划审批、招投标服务、协同建造、监管、销售服务、安全运维以及资源化处理等模块，共同服务于政府、装配式建筑企业及消费者，功能模块设计具体如图2 所示。图中实箭线表示项目实施时平台功能模块的使用顺序，虚线代表产业链用户与功能模块之间的双向信息交互关系。

图2 平台功能模块设计

（1）用户认证模块。用户认证模块和数据管理模块都是用户在使用时必不可少的功能。政府方、装配式建筑企业方和社会公众都需首先在平台中注册信息，提出各自的认证申请，经审核通过后分配平台账户和密码，随后完善用户自身的各项信息，为之后通过平台实施产业链各环节提供基础。

（2）规划审批模块。规划审批模块主要针对开发商和政府部门，智能辅助决策和提升项目审批效率。项目发起人（开发商或建设单位）首先初步设计装配式建筑项目方案，将项目基本信息（包含建设概况、投资、进度信息等）和BIM 模型数据提交平台进行项目申请，交由给政府部门审批。政府部门基于政策要求、城市CIM 空间数据等协同审批项目，对建设项目的空间选址和项目落地建设的相关事项和可行性进行可视化分析，有效提高项目的审批效率。审批完成后将项目审批数据，包括行政管理数据和审定的BIM 数据等经由平台发送给项目发起人。

（3）招投标服务模块。招投标服务模块是择优选择装配式建筑设计、生产和施工方的模块，主要针对招标方（开发商或代理机构）以及设计单位、材料供应商、构件生产商、施工企业等项目相关主体，实行电子化招标。招标人（建设单位或代理机构）在平台发布招标文件（应明确BIM、CIM 等技术的应用要求）后，投标人递交投标文件，通过资格预审、开标、评标、中标等环节，考虑项目特点和企业综合实力择优确定设计单位、材料供应商、构件生产商、施工企业等项目相关主体，并基于区块链技术签订装配式建筑产业链智能合约，明确各环节合约双方的利益分配与风险共担，双方通过智能合约自动进行交易，有效提高工作效率。

（4）协同建造模块。协同建造模块重点对装配式建筑产业链中的设计、生产、运输、施工等环节进行协同管理，主要包括协同设计、供应、生产、运输和施工等五个模块。设计单位与开发商、构件生产商、施工企业可通过协同设计模块，考虑材料、技术、经济等因素设计出绿色环保的装配式建筑BIM 模型，并通过仿真模拟在设计和建造过程不断优化方案，依据设计方案导出建筑材料和预制构件的各项信息。平台基于大数据、人工智能算法、GIS等技术为其他产业链主体设计出合理的构件材料供应、生产、运输和施工组织计划。材料供应商、构件生产商、物流企业和施工企业基于协同供应、生产、运输和施工模块，按照计划进行材料的供应以及构件的生产、运输，施工人员基于VR 技术在设计人员的指导帮助下充分了解协同设计的BIM 模型，进行构件的安装，同时实时监控施工现场的安全情况，及时向平台管理人员发送安全预警，在遇到危险时基于城市空间信息数据向附近的应急部门求助。各主体要及时上传各阶段的实时进度信息至平台数据库，既方便进行信息共享和协同管理，在计划与进度出现偏差时，及时调整构件的生产、运输和安装计划，帮助减少返工、待工、待料情况的发生，提高构件的生产、运输和安装效率，又有助于未来的全过程信息回溯，改善装配式建筑项目的进度、成本和质量管理，提高装配式建筑产业链的生产绩效。

（5）监管模块。主要对装配式建筑项目招投标环节、建设环节和运营阶段的履行情况进行监管，并设置以大数据和区块链技术为基础的企业和个人信用评价体系。政府和开发商加强对招标投标大数据智能分析，对招标人或代理机构、投标人、评标专家等主体和人员进行全方位数据采集和研判分析进行信用评价，同时应用BIM、CIM 技术等，加强合同的履约管理，重点监控项目经理和生产施工人员的履约情况，是否存在转包和违法分包、设计变更，项目生产、施工、质量是否符合安全生产要求，据此对各中标主体进行信用评价，并将信用评价指数纳入平台的信用评价体系。各主体的信用评价指数将实时公布，对其下次投标产生一定的影响，多次违反规定的单位或人员将失去参与工程项目建设的资格，以此来降低项目招投标和建设过程中的决策风险和廉政风险。此外，在项目运营阶段的销售、维护和拆除环节，政府和开发商也可实时查看项目的运营情况，对其交易、质量及资源利用程度进行有效监管。

（6）销售服务模块。主要用以帮助运营商与消费者进行销售环节的各项流程。在装配式建筑产品的销售阶段，运营商在平台的建筑信息模型上标注建筑内部各元素的属性和价格，为消费者提供建筑的体验式购买服务，提供其关于视觉等感官的模拟，让消费者有身临其境的感觉。有意愿购买的消费者可通过VR 设备远程感受装配式建筑住宅内部以及周边环境等，在确定购买意愿后，基于平台与运营商签订购房合同，合同基于区块链技术上传至数据库得到保护，不得篡改以维护合同双方的权益。

（7）安全运维模块。主要用于装配式建筑项目后期的运维阶段。物业管理部门基于RFID、传感器等多种平台技术手段及时采集构件各项性能信息（包含构件节点、隐蔽工程等信息等）以及建筑物附近的城市基础设施数据信息等，以此对建筑实行安防、能源、车辆的可视化管理，打造数字化装配式建筑设施，通过智能设备为住户提供安全服务，及时规避安全风险或进行安全预警，并做出应急方案，实现运维信息追溯。

（8）资源化处理模块。主要用于装配式建筑的拆除和资源化处理阶段，建筑拆除企业在拆除建筑后，可以通过查看监测到的构件信息，将质量良好的构件运输至构件生产企业进行二次回收利用，将其他建筑垃圾转移到建筑垃圾资源化企业进行处理，减少建筑垃圾的胡乱堆放，避免“垃圾围城”现象的发生。

以上各功能模块分别对应着装配式建筑产业链的各环节，彼此相互关联，为各环节主体提供了政策、技术、信息、资金和环境等要素的支持，实现从装配式建筑规划、招投标、设计、构件生产、构件运输、构件安装、销售、运营维护以及拆除和资源化等多个环节的协同工作，为实现装配式建筑产业链各主体有效合作和智慧化管理提供支撑，保证了产业链各环节的顺利进行，帮助实现装配式建筑产业链的价值增值。

2.4 交互层

交互层是平台用户进行信息交互和决策的层面，为用户提供直观、便捷的操作界面。装配式建筑产业链各主体可基于此层面对装配式建筑产业链各环节实行数字化监控，实时查看装配式建筑的各项政策和建设信息，对数据进行分析和修改，方便各主体进行决策和协同管理。

3 平台建设及运行建议

平台用户的参与积极性是保证平台良性构建和稳定运行的基础，为提高用户的参与积极性，使平台在装配式建筑产业链中发挥有效协同作用，对政府及产业链核心主体提出以下建议：

（1）完善装配式建筑信息建设相关政策和标准，为平台建设和运行提供指导

政府有关部门在提供各项城市规划和装配式建筑政策数据的同时，应不断完善平台的基础网络设施及相应配套体系，制定装配式建筑信息网络安全相关的政策和标准，以保证平台的安全运行；其次，政府应鼓励科研机构、高校或企业进行工业化、信息化建设等关键技术的研发和创新工作，对有杰出贡献的机构、企业或个人给予政策补贴或减免税收等支持，营造装配式建筑智慧建造产业生态圈，吸引相关企业进入产业链并参与建设平台，提高装配式建筑企业的参与积极性；另外，政府应建立专业的信息化咨询服务机构，为装配式建筑产业链运行管理平台的构建和运行提供咨询服务；最后，政府应通过建立相关的信息化示范工程，向装配式建筑相关企业或机构进行宣讲智慧城市其他行业或项目智慧管理平台的实践和成功经验，为企业参与基于CIM+的装配式建筑产业链运行管理平台的建设和运行提供良好的指导。

（2）组建专业服务机构并壮大信息化人才队伍，为平台建设和运行提供基础

装配式建筑产业链链条较长，涉及开发商、设计单位、材料供应商、构件生产商、施工企业等多个主体，结构相对复杂。基于CIM+的装配式建筑产业链运行管理平台的构建是一个持续改进的过程［20］，产业链各主体必须清楚地认识到信息化技术和装配式建筑融合是建筑业未来发展的主要趋势，要打破传统建造模式下企业间的隔阂，组建一个服务于平台建设和运营的专业组织机构，基于平台与装配式建筑项目其他主体进行有效合作，对项目进行全过程管理；其次，装配式建筑产业链各主体，如设计单位、构件生产商、施工企业等需要立足自身技术提高技术成熟度和创新能力，将自身技术与CIM、BIM 等信息化技术相融合，提升企业自身的市场竞争力，争做装配式建筑的行业先锋；最后，装配式建筑产业链各主体在参与构建平台的网络设施、软件和硬件的同时，必须进行信息化人才的培训或引进工作，壮大各主体的信息化人才队伍，保证政府、企业和施工人员均具备扎实的业务能力以及对平台系统的操作和维护能力，解决平台运行过程中的各类问题，为平台的稳定建设和运行提供基础。

4 结语

本文基于CIM+的装配式建筑产业链运行管理平台不仅能实现装配式建筑的智慧建设与运维，增强其管理的时效性与信息共享性，促进产业链主体的协同发展，同时为智慧城市的CIM 平台提供更多的数据支撑和技术支持，提高城市建筑的智慧管理效率。上述研究帮助提升装配式建筑行业的信息化水平，为提高其核心竞争力和产业链资源配置效率提供了新思路，具有一定的理论价值。此外，笔者在实操层面基于鲁班Motor 二次开发软件建设相关平台，但仍处于初级阶段，有待进一步的完善。