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，其次介绍了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。当前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+应用”系统，如图1所示。

图1 CIM 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

以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 智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。