基于城市信息模型的“数字住建”架构体系研究
2023-10-29黄柯玮吴兵福卢金赟陈武佳叶东伟
黄柯玮 吴兵福 卢金赟 陈武佳 叶东伟
(广州市住房城乡建设行业监测与研究中心)
“数字住建”是国家数字化战略的重要组成部分,目的在于推动新一代信息技术在住房和城乡建设领域的创新应用,加快城市管理、住房管理和工程建造等方面的数字化转型。住房和城乡建设部强调“举全行业之力,推进‘数字住建’”,为“数字住建”的打造奠定基础。当前,随着建筑信息模型(Building Information Modeling,简称“BIM”)、人工智能(artificial intelligence,简称“AI”)等技术的兴起,全国各地都在推进住建信息化建设工作,“数字住建”正迎来重大的发展机遇。但由于“数字住建”建设并未按照统一架构、统一数据、统一技术、统一风格、统一服务的集成一体化思路来推进,存在如下问题阻碍了住建行业的智慧化建设:一是建设协同性不足,住建业务全生命周期没有形成贯通的闭环,业务系统的集成融合不足,存在信息壁垒等现象;二是建设系统性不足,建筑行业内部缺乏跨部门、政企协同的统一数字底座和相应的标准规范来支撑工程项目的智慧化建设管理。
当前,城市信息模型(City Information Modeling,简称“CIM”)已经成为智慧城市建设的基础技术之一,CIM 平台是以建筑信息模型(BIM)、物联网(Internet of Things,简称“IoT”)、地理信息科学(Geographic Information Science,简称“GIS”)等技术为前提,在深度汇聚城市多维多尺度的基本信息数据和物联感知数据的基础上,构建起的城市信息综合展示和分析平台[1],其特色在于:一是强大的数据汇聚能力,通过物联感知设备的接入汇聚多元异构数据,推动空间数据、住建业务数据在项目建设全生命周期和参建各方中的共建共享,着力解决“数字住建”建设协同性不足和“数据孤岛”问题;二是强大的二次开发能力,以汇聚的数据和BIM、云计算、大数据等技术为基础,构建标准化的业务逻辑,同时以二次开发接口输出CIM 平台的通用功能,统筹住建行业各业务系统和应用场景的建设,着力解决“数字住建”建设系统性不足问题。
可见,CIM 平台为“数字住建”的建设提供了统一的数字底座和规范支撑,搭建基于CIM 平台的“数字住建”架构体系,有助于住建行业内的信息融合交互、业务协同和安全可控,提升了决策的科学性和行业管理的效率,研究基于CIM 的“数字住建”架构体系是很有意义的。
1.基于CIM 的数字住建总体架构
参照《城市信息模型(CIM)基础平台技术导则》[1],CIM 平台总体架构包括设施层、数据层、服务层三大层次和标准规范体系、信息安全与运维保障体系两大体系。其中设施层包括数据存储、传输、服务等信息化基础设施,以及传感器等物联感知设备;数据层至少包括时空基础、业务数据等数据资源;服务层是CIM 平台的核心,提供包括数据汇聚与管理、数据查询与可视化、平台分析、平台运行与服务、平台开发接口等服务。标准规范体系旨在指导和统筹CIM 平台的建设、管理和运营等过程;信息安全与运维保障体系旨在保障CIM 平台网络、应用及服务的稳定运行。
因此,为解决“数字住建”建设中存在的问题,基于CIM 基础平台架构,以信息网络基础设施建设、数据的汇聚共享和标准规范体系、信息安全体系、运行管理体系的保障为前提,构建以CIM 平台为基础支撑底座的数字住建架构体系,围绕工程项目管理、建筑业行业管理、住房管理、公共设施管理、乡镇建设管理、城市更新管理、城市体检、政务服务与办公等8 大业务应用、1 大智能决策指挥应用和2个统筹服务门户,支撑住建行业的智慧化升级。如图1所示。
图1 基于CIM 的数字住建架构体系
2.CIM 平台赋能“数字住建”研究
针对“数字住建”建设中协同性和系统性不足的问题,基于CIM 平台的“数字住建”架构体系可以实现以CIM 平台为核心,以行业数据的治理为抓手,深度融合工程项目管理、建筑业行业管理等住建八大业务,推动建筑行业的转型升级和高质量发展。
2.1 CIM 平台赋能工程项目管理
工程项目管理是住建行业的重要基础业务。传统的工程建设项目中,存在参建各方协同性较差、建设过程可追溯性较差、质量安全监管不到位等问题。CIM 平台赋能工程项目管理,打造建设工程融合监管系统,是基于物联传感技术在工程项目现场布设传感器,汇聚多元异构数据至CIM平台,统一数据交互及共享标准,以实现个性化的业务功能,如图2 所示。一是实现工程项目数据的政企互联,提升参建各方协同性。建立监管部门、企业、项目三方数据协同治理模式,通过CIM 平台共享监管端业务资源数据给企业,助力企业及时获得工程质量安全数据,加强工程监管及数据汇总分析,提升工程建设质量及安全系数,实现跨业务、跨部门间的协同共享和上下游业务链条的整体协同。二是实现施工现场质量、安全、文明、进度、消防等方面业务的全面监管。在安全监管方面,整合起重机械、深基坑、高支模等危险性较大工程的实时监测数据,利用无人机、移动端、视频监控AI 等开展工地巡检巡查,做到安全监管要素全覆盖;质量监管方面,在CIM 平台中导入三维工程模型,接入质量监测计划、合格及不合格数据、监测异常数据,实现工程质量的实时监测和反馈;在文明施工监管方面,接入了施工围蔽、扬尘噪音动态指标监测与预警等数据,实现文明施工实时监控;人防消防方面,融合了消防过程“必审必验”项目的相关图纸文书,做到应验尽验。
图2 CIM 平台赋能工程项目管理
2.2 CIM 平台赋能建筑行业信息管理
建筑行业管理方式随着建筑信息化水平的不断提高而发生转变,智能化、集约化管理已成为建筑业信息管理的趋势[2]。但近年来,政企两端只是实现了阶段性的信息管理,并且信息的传输效率和安全性无法得到保证,难以实现工程建设项目可溯源的全过程信息管理[3]。CIM 平台赋能建筑行业精细管理,是基于CIM 平台汇聚建筑产业中政府监管、行业、企业、项目四个维度的数据,结合BIM 和区块链等技术,为建筑业管理信息化、智能化、集约化提供针对性的应用。一是提升住建行业信用管理水平,建立房屋信用监管综合信用评价体系,有效实现稳定房地产市场价格、预防供给不平衡、房源隐瞒、杜绝炒房、一房多卖等非法行为;完善建筑行业管理信用信息系统,将建设单位、重点人员纳入信用记录范围,进一步完善建筑领域信用建设体系。二是提升住建行业应用信息管理水平,建设领域管理应用信息系统,共建共享全市统一实名制工人库,实现建设领域工人统一身份认证,完善工程项目信息、工人和管理人员实名制信息、考勤信息等功能;拓展建设绿色建筑、装配式建筑综合管理信息系统,加强大型公共建筑、政府机关办公楼等建筑的能耗限额、绿色建筑运维管理。三是提升住建供应链信息管理水平。利用CIM 平台强大的二次开发能力,针对建筑原材料采购、生产、运输、养护、检测等各质量控制关键环节的相关信息控制,实现工程质量的闭环控制,提升供应链信息的可追溯性。
2.3 CIM 平台赋能住房管理
在传统的住房管理中,房屋交易、租赁、物业、房屋安全上都存在或多或少的问题。例如在房屋交易中,新建房的开发商无预售许可证销售,二手房房东伪造个人身份证或房屋产权证书[4]。传统住房管理中存在的问题,是源于房屋管理全过程不连贯,各个管理环节协同性较差,未及时响应居民的需求。CIM 平台赋能住房管理,是通过收集已有平台中涉及房产全生命周期的多源异构数据,例如房产测绘、房产交易、房屋档案等数据,并经过数据源分析、加工整理、质量检查、坐标转换等步骤[5],形成房屋信息数据库汇聚到CIM 平台,为政府、企业、居民提供个性化的监管、交易服务。
一是实现房屋全生命周期管理。打造“住房一屏”呈现,要求对房地产交易信息、项目信息、房屋权属信息等信息按照房屋从规划、预售、买卖、灭失的过程进行直观的展示,基于统一的共享楼盘表,全方面展示该过程中的房屋的物理自然状况以及权属状况。在预售阶段,打造商品房预售资金监管系统,有效把控预售资金流向;在买卖阶段,拓展存量房网上交易系统功能,推进存量房网签交易信息共享,实现存量房交易价格分户型分类分区统计等功能服务,为行政决策提供有效支撑;在运营阶段,打造智慧物业管理信息系统,为企业、居民提供线上线下融合的政务服务和公共服务,为居民提供多样化多层次生活服务,推进物业服务线上线下融合发展。
二是实现房屋全过程安全监管。以CIM 平台汇聚房屋安全鉴定报告数据,利用“移动互联网+大数据+人工智能”手段,建立城市房屋健康体检一张图,确保及时发现房屋安全隐患,有效提升了政府对既有房屋安全的监管效率、监管有效覆盖率,提升房屋使用安全责任人、物业管理单位的责任意识、运维效率,形成闭环式监管模式。
2.4 CIM 平台赋能住建公共设施管理
传统的住建领域公共设施建设,存在智能化水平低、建设规范性不足的问题。以地下基础设施的建设为例,传统的地下基础设施防灾减灾多依靠人力和工程经验,尽管新兴信息技术的发展让地下基础设施的智能化成为可能,但地下基础设施种类多导致精细化管理困难、缺少历史数据导致信息化和数字化受到制约等问题[6],让地下基础设施的智能化进展较为缓慢。
CIM 平台赋能住建公共设施管理,旨在充分利用智慧地下基础设施、智慧管廊、智慧灯杆等载体,部署城市数据采集智慧感知节点,采集地下管线等信息,依据信息共享实施方案和脱敏规则,信息脱敏处理后的数据通过政务外网共享,导入CIM 平台,支撑相关应用系统的数据融合,着力解决当前公共设施数据缺失等问题。同时依托CIM 平台,对管廊管线、照明装置等公共设施的运行状态实现统一、实时监管,并对各分控中心的运营状况进行综合评价与考核,提升精细化监控预警能力、应急事件快速联动处置能力,保障城市公共设施安全运行,提升公共设施智慧化水平,实现应急情况下的统一指挥调度和城市公共设施管理工作从人工管理向自动化管理转变、从被动管理向主动服务转变。
2.5 CIM 平台赋能乡镇建设管理
乡村数字化治理是美丽乡村建设、实现乡村治理现代化的重要手段[7],治理过程是海量数据通过算法模型处理后形成科学决策的过程[8]。CIM 平台赋能乡镇建设管理,是以乡村公共基础设施、人才、文化、生态为主线,通过CIM平台汇集全镇人口、公共基础设施、国民经济、资金投入、土地资源、乡村专业人才培育、人文环境、文物普查、农业发展经营、公共文化、精神文明等数据形成基础信息库,支撑乡村建设管理系统的建设。各级主管部门定期填报相关工作进展数据,主管部门实时掌握各地工作进展,发现研究解决存在问题,实现工作呈报、日常管理、建设管理、总结分析、辅助决策的有机整合。
2.6 CIM 平台赋能城市更新管理
城市更新是实现住房和城乡建设事业规模化转型的重要抓手,传统的城市更新过程,以土地要素为核心,存在产业升级转型和经济拉动有限、社区治理和服务水平有待提升等问题[9]。“数字住建”与城市更新有着密切的联系,城市更新是实现“数字住建”的一种有效的方式,可以通过转变更新理念、促进数据要素流通、引入新产业、优化空间布局、改善基础设施等手段,以城市更新推动住建领域的数字化进程。
以CIM 平台赋能智慧城市更新,通过在改造片区布设物联感知设备和其他智慧硬件设备采集数据,整合改造片区的土地、房屋、人口、市政设施、物联感知等数据至片区CIM 平台,支撑社区、园区等片区的智慧化改造进程,为改造片区的居民提供智慧化服务,形成城市更新过程决策的科学化、实施的规范化、监管的精细化,如图3 所示。一是推动业务办理智慧化。基于CIM 平台打造城市更新统一业务办理平台,实现城市更新项目基础数据管理、项目申报、项目审批、项目监管统计、完善历史用地手续等业务管理,为各级用户提供城市更新管理各类信息资源在线编辑、共享查询工具,并对项目审批进行检查、监督、催办。二是推动片区改造智慧化。在片区更新改造过程中,利用CIM 平台强化检索查询功能,按照项目范围、更新要素等多条件进行快速便捷统计、多维度展示,支持多用户实时线上更新查询等,快速获取关于片区更新范围内的土地、房屋、人口、经济、产业、公建配套及市政设施等基础信息和诸如改造体量、改造空间需求、改造成本估算等更新改造基础数据,实现对城市更新项目基本情况的统计筛查。同时,通过面向居民的服务平台,征求居民改造意见,收集合理建议,提高城市更新决策水平,提高市民对片区建设的参与度,以此提升城市更新的效果和人民的满意度。
图3 CIM 平台赋能城市更新管理架构图
2.7 CIM 平台赋能城市体检
“城市体检”是针对城市发展过程中的系列服务和管理问题而进行的现状评价工作,其核心工作是基于三维倾斜摄影、街景扫描、物联感知技术等新一代信息技术的应用,感知并获取城市运行状态数据,并基于大数据、云计算等技术对所获数据进行智能化分析,以缓解“城市病”问题[10],助力“数字住建”高质量发展。当前,城市体检亟需解决的问题是“城市病在哪里,病得有多重”。以CIM 平台赋能城市体检,是以CIM 平台的物联设备接入能力,汇聚城市生态宜居、健康舒适、交通便捷、安全韧性等多方面基础数据,发现城市运行数据异常,从而定位“城市病在哪里”。同时以CIM 平台的可视化分析、模拟仿真能力为抓手,参照城市体检指标体系,建设基于CIM 的城市体检评估分平台,通过数据模拟分析,发现城市“病得有多重”,提高城市治理能力,助推城市新时代城市生态文明建设和高质量发展。
2.8 CIM 平台赋能政务服务
住建领域涉及到的政务服务非常广泛,涵盖工程项目审批管理、联合验收管理、图纸管理等方面。传统的住建政务服务存在一些短板:一是从行政审批角度来看,工程审批涉及到的横向职能部门和纵向办事部门多,导致审批过程相互割裂,存在信息孤岛的现象[11];二是从技术审批角度来看,传统的审批审查模式依赖人工方式,需要行业领域专家依照规范和工程经验进行审批,存在审查效率低、审查尺度不一的问题[12-13]。尽管在近年来,BIM 技术的推广使得BIM三维审查成为可能,但BIM 仅仅是点状应用,分散在规划、勘察、设计、施工等单位,缺乏承载BIM 模型的统一平台来为工程项目全流程提供标准化、规范化的服务[14]。
CIM 平台赋能政务服务,是以CIM 平台作为横向串联住建领域内各单位、纵向贯通工程项目全生命周期的连接点,为政府、企业、公众提供高效、便捷的政务服务。一是实现工程审批智能化。打造基于CIM/BIM 的工程项目审批管理系统,实现多平台的数据共享,通过统一身份认证登录、人工智能语音等方式,优化审批流程,简化流程,采取并联审批,同步审批,缺失材料后补等措施,缩短工程项目审批时限,如图4 所示。二是实现项目联合验收智能化。充分利用城市信息模型(CIM)平台可视化的特征,将部分验收环节关口前移,将现有的事后控制措施项改为事前、事中控制,提高工程项目管控、监督能力。三是实现建设工程一套图纸管理。以CIM 平台应用为导向,打通房建工程电子图纸(包含二维CAD 和三维BIM)全过程流转应用,统一工程建设过程中的片策方案、规划方案、初步设计、施工图、竣工图等图纸成果节点所产生的图纸信息,逐步串联打通人防审查、初步设计评审、装配式预评价、施工图技术审查、消防设计审查、交易监管、地下管线会签、施工许可证、融合监管、地名审批、预售、网签、联合验收、不动产登记、物业等环节数据,形成“一套图纸走到底”的管理模式。
图4 三维BIM 审查
2.9 小结
按照统一架构、统一数据、统一技术、统一风格、统一服务的集成一体化思路,构建了基于城市信息模型包含1个基础支持底座、8 大特色业务应用、1 大智能决策指挥应用、2 套统筹服务门户及3 大运行服务体系的 “18123”“数字住建”信息化框架体系,该体系为住建信息化提供了科学、可持续建设的顶层设计,整体框架清晰、建设任务明确、业务划分合理、特色亮点突出,为“数字住建”信息化建设提供了有力保障。该框架一是能有效解决建筑行业内部缺乏跨部门、政企协同的统一数字底座和相应的标准规范导致建设管理系统性不足的问题,二是能有效解决建设工程项目全生命周期未形成贯通闭环而导致的协同性不足等问题。
3.基于CIM 的数字住建展望
CIM 平台对“数字住建”的发展起到重要的赋能作用,但仍处于探索发展阶段,需要继续不断强化CIM 平台能力建设,完善基于CIM 的基础支撑能力建设和标准体系建设,逐步推动建设形成CIM 中台,为“数字住建”提供统一的、强有力的基础支撑体系。为此,需要从如下三方面加以完善:
(1)完善数字住建基础支撑体系。
需要继续深入发挥和建设CIM 平台基础支撑能力,不断推动CIM 平台深化应用,夯实“数字住建”一个“数字底座”,为住建业务等上层应用提供好基础支撑。
(2)完善数字住建标准规范体系。
需要围绕统一架构、统一数据、统一技术、统一风格的“一张信息化蓝图”,做好“数字住建”标准体系建设,通过标准规范保障“数字住建”信息化可持续、稳步深入推进。
(3)深入挖掘住建领域数据资产价值。
当前,政企数据共享互用机制还不完备,政务数据脱敏和商用机制尚不完善,存在一定的数据壁垒。为此,需对数据资源进行不断的梳理整合和综合分析利用,做好业务系统的集成融合贯通,挖掘业务数据的价值,充分发挥业务系统的效用,为“数字住建”助力赋能。
4.结语
“数字住建”是数字中国战略在住房和城乡建设领域的系统承接,CIM 平台是推进“数字住建”建设管理的关键基础底座,探讨建立基于CIM 的“数字住建”架构体系非常有意义。未来,应以建筑业数据要素的互联互通为抓手,推进CIM 平台能力的深化及应用和产业的深入发展,以“数字住建”推动数字中国高质量发展。