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構建智慧城市:BIM,CIM與數字孿生的關聯與意義

 豆豆samuel 2022-09-08 發布于湖北

在數字化轉型的大潮中,一種認知是,數字化社會發展的軌跡是從數字孿生,到數字原生,再到數實相生(虛實相生)。而另一種相關的智慧城市理論,則認定城市的數智化經歷從數字城市,到智慧城市,到新型智慧城市,再到數字孿生城市。數字孿生的理想與概念到底是起點還是終點?大家認識有很大不同。

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實際上,在數字化DICT(或者CIDT,按照我們的習慣定義--CT通信技術,IT信息技術,DT數字技術)與垂直領域OT(運營技術)/DT(領域技術)交會融合中,一個原本屬于OT/DT領域的概念與技術,BIM,正和數字技術在最前沿以前所未有的速度碰撞,交織,融合,呈現出日益具有普遍性的意義與光芒。

BIM(建筑模型信息系統,Building Information Modeling)是利用信息技術將工程/設施通過數字化處理后,將各類信息以 3D 的形式, 用于協助或解決工程不同生命周期階段各種工作的一種先進技術。BIM 是在一個計算機虛擬空間中,仿真真實工程行為,以協助營建生命周期的規劃、設計、施工營運及維護工作等各項管理與工程作業的新技術、新方法與新概念。

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BIM是傳統建筑工程領域的數字化升級技術,通過與5G、AI等新技術的融合,可以實現工程項目的實時、可視、智慧管理,并帶來全新的應用場景。在5G支持下,通過VR方式逼真地向業主呈現、便捷地指導施工人員,顯著降低施工成本,提高建設效率。同時,基于5G實時采集分析工程項目的數據,與BIM模型對接形成真實場景的數字孿生體,實現對工程項目的數字化管理。AI算法與BIM融合可以解決海量數據的分析、處理和挖掘工作,提高工程項目在設計、施工、運維階段的智慧化水平。將BIM形成的海量可信的數據源,通過大數據分析的方法,重新開發、提取和分析,可以產生更多新的有價值的衍生數據,實現多樣化的應用場景。

BIM 智慧設計規劃

利用BIM技術和5G ABCT等信息通信技術,對建筑工程的規劃設計階段的各個環節進行智慧化賦能,及時、動態地掌握信息數據并進行分析處理,提高設計規劃的準確性和前瞻性,提升工作效率。

  • 現地建模:對現地條件仿真建模,包括基地現況、現有設施等,為規劃作業提供數字化的現狀信息;

  • 基地分析:利用GIS BIM技術評估工程區域的空間性質和環境概況,用來確定工程項目的最佳基地位置;

  • 設計表達:利用3D建置概念設計各方案的量體模型,以供業主利用3D模型進行方案的比較和必選;

  • 成本估算:利用BIM模型輸出工程項目的經費概算,以利于提供成本信息給業主做決策及經費預算;

  • 設計審核:利用3D模型向利益相關方展示符合原規劃要件的評估成果,包括建筑、結構、機電設計等;

  • 歷程規劃:利用4D模型可視化仿真,規劃施工順序和空間要求的階段性變化,以利于發現問題并提前解決。

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BIM 智慧施工建設

利用BIM技術和5G ABCT等信息通信技術,圍繞人、機、料、法、環等關鍵生產要素進行工程施工現場管理的一體化智慧管理模式。

  • 人員管理:將智能安全帽與人員信息綁定,自動發送實時定位,結合BIM模型,實時查看施工人員在工地的位置,進行人員定位管理和工時統計;

  • 進度管理:采用3D可視化方式,將現場施工進度信息與BIM模型、GIS數據結合,直觀表達施工進展情況,做到計劃進度與實際進度的比較分析;

  • 車輛管理:車輛監控模塊對車輛進行定位、追蹤、軌跡查看、監聽、監視等,將數據實時上傳到基于BIM的智慧工地管理系統,幫助車輛管理人員掌控車輛的在途信息,提升車輛管理效率。

  • 設備進出管理:將設備進出實況與BIM模型綁定,統計分析在場設備數據,包括設備的維保記錄和提醒,實現設備的智慧化、可視化運營;

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  • 卸料平臺監測:通過傳感技術監測卸料平臺的物料是否超重,通過與BIM模型關聯,進行實時在線監測和統計分析,預防材料周轉的事故隱患;

  • 高支模監測:在高支模架體上布設監控裝置,實時采集并上傳各項參數,基于BIM模型,及時對安全問題進行預警,防止事故的發生;

  • 混凝土監測:檢測混凝土澆筑后的內外溫差記錄并實時上傳,后臺基于BIM技術進行自動分析,管理者據此調整保溫或散熱措施,避免混凝土產生裂縫;

  • 腳手架監測:利用傳感器收集并上傳腳手架的參數,通過對桿件傾角的監測,并與BIM模型進行關聯,系統自動進行報警,保證結構和人員的安全;

  • 塔吊安全輔助:基于BIM、物聯網、大數據、云計算等技術,遠程監控塔吊設備運行情況,對塔機使用過程和行為有效監管、切實預警,防范和減少塔機安全事故的發生;

  • 火災預防:對煙感、溫控、紅外感應等進行實時監測,將監測數據實時上傳并進行分析,發現問題及時報警、自動通知、自動定位;

  • 視頻監控:將視頻掛接到BIM模型上,直觀查看場地布置,對施工操作工作面上的各安全要素進行有效監控,加強施工現場的安全防護管理和治安管理。

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BIM 智慧運營維護

BIM技術與GIS、RFID、CE引擎、云計算、物聯網、人工智能等技術的融合,對建筑進行可視化、智能化的運營和維護。提升數據管理水平。

  • 降低運維成本:充分利用竣工后的BIM數據庫,結合空間管理、資產管理、維護管理、公共安全管理、能源管理等運維管理需求,可以大幅提升運維效率,降低運維成本;

  • 提升智慧運營的能力和水平:基于BIM技術的物聯網應用,不但能實現三維可視化的信息模型管理,而且為建筑物和基礎設施的所有組件、設施和設備賦予了智慧的感知能力和“生命力”;

  • 為項目決策提供高價值數據支撐:基于BIM的數據,可以積累起項目級、企業級、行業級、城市級、區域級的管理數據庫,為后續的開發和建設提供大量高價值數據,大大提高項目決策的效率。

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BIM是計算機技術、信息傳輸技術、圖形展示技術與傳統建筑工程相結合的新興技術,未來除了在建筑行業自身的數字化轉型中發揮重要作用,同時也將為智慧城市的建設和運營提供新的可能。

近年來,在城市的建設和運營領域,CIM的概念開始出現。所謂CIM(城市信息模型,City Information Modeling),是以建筑信息模型(BIM)、地理信息系統(GIS)、物聯網(IoT)等技術為基礎,整合城市地上地下、室內室外、歷史現狀未來的城市時空數據,構建起多維數字空間的城市信息有機綜合體。住房和城鄉建設部于2020年9月下發了《城市信息模型(CIM)基礎平臺技術導則》,導則總結了廣州、南京等城市試點經驗,提出 CIM基礎平臺建設在平臺構成、功能、數據、運維等方面的技術要求。其中定義CIM基礎平臺是在城市基礎地理信息的基礎上,建立建筑物、基礎設施等三維數字模型,表達和管理城市三維空間的基礎平臺,是城市規劃、建設、管理、運行工作的基礎性操作平臺,是智慧城市的基礎性、關鍵性和實體性信息基礎設施。

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從上圖中可以看出,未來CIM基礎平臺將成為智慧城市的規劃、建設、運營的基礎數據底座,也是實現數字孿生城市的重要載體。

國內部分發達地區的政府部門更是積極推進基于CIM的數字孿生城市建設。

在2021年1月公布的《深圳市人民政府關于加快智慧城市和數字政府建設的若干意見》中就明確提出了“探索“數字孿生城市”。依托地理信息系統(GIS)、建筑信息模型(BIM)、城市信息模型(CIM)等數字化手段,開展全域高精度三維城市建模,加強國土空間等數據治理,構建可視化城市空間數字平臺,鏈接智慧泛在的城市神經網絡,提升城市可感知、可判斷、快速反應的能力。

重慶市在《關于統籌推進城市基礎設施物聯網建設的指導意見》中提出,“加快建立重慶市城市信息模型管理平臺(City Information Modeling,CIM平臺),整合各專業城市基礎設施物聯網數據,并提供共享服務,為城市建設管理決策提供支撐?!边@其中廣州市已率先于2021年7月發布了全國首個城市信息模型(CIM)基礎平臺——廣州CIM平臺。該平臺將落地6大類應用,包括CIM 工改、CIM 智慧工地、CIM 城市更新、CIM 智慧園區、CIM 智慧社區、“穗智管”城市運行管理中樞,從數字孿生城市的角度實現智慧城市的新跨越。

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在可以預見的未來,我們有理由相信,越來越多的智慧城市將從原來的點、線、面的發展逐步跨越到3維、4維的立體化、全景式、跨時空的數字孿生城市,而脫胎于傳統建筑領域的CIM技術將發揮重要的作用。

作者 陳偉系亞信咨詢上海辦公室 合伙人 

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