基于CIM 的老旧小区改造多专业协同设计方法

陈义勇 尹妍 马牧野 郑子辰

(1.深圳大学建筑与城市规划学院；2.住房和城乡建设部信息中心)

2015 年，习近平总书记在中央城市工作会议上提出“有序推进老旧住宅小区综合整治”。推进城镇老旧小区改造得到社会各界的广泛关注，成为我国各地城市建设的重要任务。

老旧小区改造是一项系统且复杂的工程，涉及规划、建筑、景观、市政、交通等多个专业领域的知识和技术，是多专业团队之间协同合作的结果。但传统的设计方式往往是线性、链条式、接力式的，各专业之间相互独立、沟通交流不足、缺乏协同设计的平台，导致了设计成果冲突、方案反复调整、信息交流不畅、施工落地困难等一系列问题，从而制约了老旧小区改造设计的高效开展。

图1 2019-2023 年全国城镇老旧小区改造情况

随着“新基建”战略的实施，作为智慧城市以及数字孪生城市的重要模型基础，城市信息模型（CIM）的重要性日益突出[1-3]。CIM 在城市全生命周期的规划、设计、建设、管理方面具有巨大的潜力，为老旧小区改造的数字化发展提供了有力的技术支撑[4-6]。但目前CIM 的相关应用研究主要侧重于城市的管理与运维，在支撑设计方面潜力亟需探索。

本文以老旧小区改造多专业协同设计为例，剖析老旧小区改造协同设计的现状问题及协同设计需求，并提出基于CIM 的老旧小区改造多专业协同设计方法，以期为老旧小区改造的设计协同问题提供解决思路，并为基于CIM 的城市全生命周期实践应用提供参考。

图2 老旧小区改造相关政策梳理

图3 CIM 基础平台总体架构

1.访谈对象与方法

1.1 访谈对象

为了解当前城市老旧小区改造多专业协同设计的现状及存在的问题，本研究采用半结构化访谈法，访谈了具有相关工作经验的项目负责人、设计师和主管部门负责人。涵盖的专业类型包括建筑设计、城市规划、城市设计、结构工程、景观设计、市政工程等8 个类别20 位专家，专家从事老旧小区改造设计的年限均超3 年，平均为6 年。

表1 访谈对象基本信息

1.2 访谈方法

采取半结构化访谈法，于2023 年7 月至9 月按照访谈提纲开展。访谈提纲主要涵盖以下内容：当前城市老旧小区改造设计工作需要协同的专业类型、不同专业的设计阶段和流程、多专业协同设计中存在的问题和需求，以及对基于CIM 进行城市老旧小区改造多专业协同设计的看法和建议。每次访谈时长为1 至2 小时不等。

2.老旧小区改造多专业协同设计问题

2.1 基础资料缺失与不准确

图4 受访专家从事老旧小区改造工作年限

90%的受访专家表示基础资料的缺失和误差是城市老旧小区协同设计的巨大障碍。大部分老旧小区建成已久，经过多年的变迁、管理单位的变动、临时维修改动未留下记录等情况，导致原有建筑和室外地下管线等资料缺失或与实际情况不符。此外，测绘和踏勘的精确度不够，常常存在错误和遗漏。根据专家的描述，“由于现状建筑基础资料的缺失，相关数据只能通过人工测量获得，而测量过程中常出现偏差和信息丢失等问题。在方案设计、施工图设计和实际施工过程中，这些偏差和信息丢失会被放大，难以协调，只能不断进行变更和修改。”基础资料的缺失和不准确导致了方案实施的困难，设计方案反复修改，大大增加了设计师的工作量。一位项目负责人表示：“设计方案在实施过程中遭遇场地与现状不符的问题是导致不得不修改设计方案的主要原因。”

2.2 多专业协同设计平台缺乏

老旧小区改造涉及规划、建筑、景观、市政等多个专业领域，需要多专业之间有效的沟通和协作，实现信息的共享与互通。有55%的专家认为老旧小区改造缺乏多专业协同设计的平台。在传统的设计模式中，各专业相互独立地进行设计，完成一个专业的设计后再开始下一个专业的设计，各专业以及各设计阶段之间的协同主要靠定期提资实现。由于缺乏多专业协同设计和交流的平台，无法实现多个设计师同时在同一项目上进行实时编辑和交流，而定期提资的信息交流方式往往存在较大延迟性，这让团队成员无法即时获取其他成员的设计进展和反馈意见，多专业信息交流不畅，影响了设计效率和质量，延误项目进展。当实施过程中出现涉及不同专业领域的问题时，设计师们往往疲于奔走告知各个专业，这不仅效率低下，而且容易导致信息的误解和丢失。

2.3 多专业成果三维可视化不足

大部分专家认为老旧小区改造设计中多专业成果三维可视化不足。这是因为在以CAD 为主的传统设计模式中，大部分设计成果为二维图纸，缺乏直观的三维可视化表达，这种协同方式不能直观感知三维空间的全貌，在老旧小区改造的空间协同和施工中都存在较大局限。再者，传统二维协同方式基于CAD 文件进行，依靠人工进行多专业成果的检查，无法有效检测出各个专业图纸之间存在的冲突。这种情况下，图纸中的“错漏碰缺”现象在实施阶段会被无限放大，即使是一个小的碰撞也可能造成方案反复调整的情况。一位专家指出：“每个专业各自出各自的图，局部的地方可能存在冲突，但通过CAD 的平立剖面图是很难发现问题的。只有通过BIM 将模型建立起来，才能在三维层面上发现各专业成果之间的冲突。”

另一方面，在政府部门审查项目时，由于二维文本和图纸的表达效果有限，无法直观展示设计方案的立体效果和各专业之间的关联，效率低下。一位老旧小区改造主管部门的负责人表示：“现场情况无法在文本上完整、立体地体现出来，问题往往也只能通过文字描述或者二维图纸来解释，可视化不足限制了对于设计方案的全面理解和评估。”

2.4 智能化水平不足

图5 访谈专家观点统计图

有20%的专家表示老旧小区改造多专业协同设计的智能化水平不足，主要体现在几个方面：一是设计过程缺乏智能化。在传统的设计模式中，设计师无法快速生成和优化设计方案，需要进行大量的手工操作和重复性工作，导致设计过程效率低下且容易出现错误。有专家表示：“由于缺乏有效的数据获取和处理工具，使得设计师花费大量时间和精力在数据处理上，而不是专注于创造性的设计工作。”二是缺乏智能辅助决策支持。传统设计模式缺乏基于数据和算法的智能化决策支持，设计决策往往依赖于设计师的经验和直觉，难以准确评估和比较不同设计方案的优劣和可行性，从而影响设计质量和效率。

3.基于CIM 的老旧小区改造多专业协同设计方法

3.1 基于CIM 构建全要素高精度基础数据平台

图6 基于CIM 的老旧小区改造多专业协同设计方法

基于CIM 构建老旧小区地上地下全覆盖、高精度、多维度的基础数据平台，在项目启动之初就为设计师提供准确且全面的基础资料，可以解决因基础数据缺失或不准确反复修改方案的问题，极大减少设计与实际工程之间信息不匹配的情况，有效提高设计效率和质量。而关于现状三维数据的获取，有专家提出：“可以利用BIM+倾斜摄影技术建立老旧小区的高精度现状三维模型，并生成矢量文件上传CIM 平台，供设计师们下载使用，可以有效辅助设计工作。”倾斜摄影技术作为一种高效且精准的测绘手段，弥补了传统测绘的不足，具有成本低、效率高等优点，还能提供准确、精细的数据，生成多种格式的成果文件，可以有效解决现状基础数据与实际不符的问题，实现设计成果和现状情况高度贴合。

3.2 基于CIM 搭建多专业协同设计平台

基于CIM 搭建多专业在线协同设计平台支持多人在线协同编辑，多专业设计师共享设计方案，方案一处修改其他相关成果联动修改，实现高效的团队协同合作。平台还支持多专业多格式设计成果的导入导出、典型场景的参数化设计，设计成果也可以与CAD、SU 等主流设计软件无缝对接，实现深度集成和实时联动，使设计师能够快速调用日常使用的设计组件快速完成方案的设计和参数化建模。CIM 协同平台不仅实现了各类设计工具的统一，还打破了时空限制和信息壁垒，让各领域专业设计师可以跨区域、跨时空及时沟通交流，促进了资源共享和协同设计，极大地提升团队的协作效率。

3.3 基于CIM 的多专业成果三维可视化

CIM 通过将多专业的设计成果整合到统一的三维模型中，实现多专业成果的三维可视化。这种三维可视化的方式能够帮助设计团队更好地协同工作，实现设计过程可视化而不仅是设计结果可视化，提高设计效率和质量。其次，基于CIM 还可以进行设计方案的比选，帮助设计团队在不同设计方案之间进行比较和评估。另外，CIM 还可以生成高度逼真的渲染图像和动画，辅助设计师更好地展示和传达设计意图，还能够帮助客户和利益相关者更好地理解和评估设计方案。

3.4 基于CIM 的智能化辅助设计

基于CIM 为多专业协同设计提供多种智能化模块，辅助设计团队及时发现和解决多专业协同中的问题，减少错误和重复工作，提高设计的质量和效率。基于CIM 的数字模型能够自动进行冲突检测，通过分析不同专业之间的设计成果，识别潜在的冲突点，并结合专业知识和规范要求，提供相应的问题诊断和解决方案，帮助提高设计的准确性和可靠性。有专家表示：“在设计阶段进行冲突检测，可以避免在建筑施工过程中因为碰撞问题而导致的额外成本和时间延误。及时发现和解决碰撞问题，可以有效减少重复施工和修改的需求，提高设计的落地性。”

4.结语

本研究通过深度访谈，对老旧小区改造协同设计中存在的问题进行了深入的分析和研究，并在访谈的基础上总结出了基于CIM 的多专业协同设计方法，为解决老旧小区改造多专业协同设计问题提供了一种全新的思路和途径。通过全要素高精度CIM 基础数据平台、多专业协同设计平台、多专业成果三维可视化和智能化辅助设计，可以有效解决老旧小区改造中基础资料缺失与不准确的问题，为设计师们提供准确的数据支持，辅助设计师高效传达设计理念和意图，更好地实现各专业设计师的协同工作和信息共享，提高设计效率和质量。

然而，尽管CIM 在国际上得到了广泛应用和发展，但在我国的发展仍处于初级阶段，基于CIM 的多专业协同设计的推广和应用仍面临着一些挑战和困难。例如，技术标准和规范的制定、设计人员的培训和素质提升、CIM 平台的建设和完善等方面都需要进一步努力和探索。本文旨在尝试提出基于CIM 的多专业协同设计方法，希望能够增加更多从事规划、建筑、景观等专业的设计人员对基于CIM 的多专业协同设计的了解，并为多专业协同设计人员提供有益的参考和帮助，推动老旧小区改造的多专业协同设计工作模式的发展和创新，为我国老旧小区改造工作贡献力量。