构建智慧城市：BIM，CIM与数字孪生的关联与意义

豆豆samuel 2022-09-08 发布于湖北

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在数字化转型的大潮中，一种认知是，数字化社会发展的轨迹是从数字孪生，到数字原生，再到数实相生（虚实相生）。而另一种相关的智慧城市理论，则认定城市的数智化经历从数字城市，到智慧城市，到新型智慧城市，再到数字孪生城市。数字孪生的理想与概念到底是起点还是终点？大家认识有很大不同。

实际上，在数字化DICT（或者CIDT，按照我们的习惯定义--CT通信技术，IT信息技术，DT数字技术）与垂直领域OT（运营技术）/DT（领域技术）交会融合中，一个原本属于OT/DT领域的概念与技术，BIM，正和数字技术在最前沿以前所未有的速度碰撞，交织，融合，呈现出日益具有普遍性的意义与光芒。

BIM（建筑模型信息系统，Building Information Modeling）是利用信息技术将工程/设施通过数字化处理后，将各类信息以 3D 的形式，用于协助或解决工程不同生命周期阶段各种工作的一种先进技术。BIM 是在一个计算机虚拟空间中，仿真真实工程行为，以协助营建生命周期的规划、设计、施工营运及维护工作等各项管理与工程作业的新技术、新方法与新概念。

BIM是传统建筑工程领域的数字化升级技术，通过与5G、AI等新技术的融合，可以实现工程项目的实时、可视、智慧管理，并带来全新的应用场景。在5G支持下，通过VR方式逼真地向业主呈现、便捷地指导施工人员，显著降低施工成本，提高建设效率。同时，基于5G实时采集分析工程项目的数据，与BIM模型对接形成真实场景的数字孪生体，实现对工程项目的数字化管理。AI算法与BIM融合可以解决海量数据的分析、处理和挖掘工作，提高工程项目在设计、施工、运维阶段的智慧化水平。将BIM形成的海量可信的数据源，通过大数据分析的方法，重新开发、提取和分析，可以产生更多新的有价值的衍生数据，实现多样化的应用场景。

BIM 智慧设计规划

利用BIM技术和5G ABCT等信息通信技术，对建筑工程的规划设计阶段的各个环节进行智慧化赋能，及时、动态地掌握信息数据并进行分析处理，提高设计规划的准确性和前瞻性，提升工作效率。

现地建模：对现地条件仿真建模，包括基地现况、现有设施等，为规划作业提供数字化的现状信息；
基地分析：利用GIS BIM技术评估工程区域的空间性质和环境概况，用来确定工程项目的最佳基地位置；
设计表达：利用3D建置概念设计各方案的量体模型，以供业主利用3D模型进行方案的比较和必选；
成本估算：利用BIM模型输出工程项目的经费概算，以利于提供成本信息给业主做决策及经费预算；
设计审核：利用3D模型向利益相关方展示符合原规划要件的评估成果，包括建筑、结构、机电设计等；
历程规划：利用4D模型可视化仿真，规划施工顺序和空间要求的阶段性变化，以利于发现问题并提前解决。

BIM 智慧施工建设

利用BIM技术和5G ABCT等信息通信技术，围绕人、机、料、法、环等关键生产要素进行工程施工现场管理的一体化智慧管理模式。

人员管理：将智能安全帽与人员信息绑定，自动发送实时定位，结合BIM模型，实时查看施工人员在工地的位置，进行人员定位管理和工时统计；
进度管理：采用3D可视化方式，将现场施工进度信息与BIM模型、GIS数据结合，直观表达施工进展情况，做到计划进度与实际进度的比较分析；
车辆管理：车辆监控模块对车辆进行定位、追踪、轨迹查看、监听、监视等，将数据实时上传到基于BIM的智慧工地管理系统，帮助车辆管理人员掌控车辆的在途信息，提升车辆管理效率。
设备进出管理：将设备进出实况与BIM模型绑定，统计分析在场设备数据，包括设备的维保记录和提醒，实现设备的智慧化、可视化运营；

卸料平台监测：通过传感技术监测卸料平台的物料是否超重，通过与BIM模型关联，进行实时在线监测和统计分析，预防材料周转的事故隐患；
高支模监测：在高支模架体上布设监控装置，实时采集并上传各项参数，基于BIM模型，及时对安全问题进行预警，防止事故的发生；
混凝土监测：检测混凝土浇筑后的内外温差记录并实时上传，后台基于BIM技术进行自动分析，管理者据此调整保温或散热措施，避免混凝土产生裂缝；
脚手架监测：利用传感器收集并上传脚手架的参数，通过对杆件倾角的监测，并与BIM模型进行关联，系统自动进行报警，保证结构和人员的安全；
塔吊安全辅助：基于BIM、物联网、大数据、云计算等技术，远程监控塔吊设备运行情况，对塔机使用过程和行为有效监管、切实预警，防范和减少塔机安全事故的发生；
火灾预防：对烟感、温控、红外感应等进行实时监测，将监测数据实时上传并进行分析，发现问题及时报警、自动通知、自动定位；
视频监控：将视频挂接到BIM模型上，直观查看场地布置，对施工操作工作面上的各安全要素进行有效监控，加强施工现场的安全防护管理和治安管理。

BIM 智慧运营维护

BIM技术与GIS、RFID、CE引擎、云计算、物联网、人工智能等技术的融合，对建筑进行可视化、智能化的运营和维护。提升数据管理水平。

降低运维成本：充分利用竣工后的BIM数据库，结合空间管理、资产管理、维护管理、公共安全管理、能源管理等运维管理需求，可以大幅提升运维效率，降低运维成本；
提升智慧运营的能力和水平：基于BIM技术的物联网应用，不但能实现三维可视化的信息模型管理，而且为建筑物和基础设施的所有组件、设施和设备赋予了智慧的感知能力和“生命力”；
为项目决策提供高价值数据支撑：基于BIM的数据，可以积累起项目级、企业级、行业级、城市级、区域级的管理数据库，为后续的开发和建设提供大量高价值数据，大大提高项目决策的效率。

BIM是计算机技术、信息传输技术、图形展示技术与传统建筑工程相结合的新兴技术，未来除了在建筑行业自身的数字化转型中发挥重要作用，同时也将为智慧城市的建设和运营提供新的可能。

近年来，在城市的建设和运营领域，CIM的概念开始出现。所谓CIM（城市信息模型，City Information Modeling），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、历史现状未来的城市时空数据，构建起多维数字空间的城市信息有机综合体。住房和城乡建设部于2020年9月下发了《城市信息模型（CIM）基础平台技术导则》，导则总结了广州、南京等城市试点经验，提出 CIM基础平台建设在平台构成、功能、数据、运维等方面的技术要求。其中定义CIM基础平台是在城市基础地理信息的基础上，建立建筑物、基础设施等三维数字模型，表达和管理城市三维空间的基础平台，是城市规划、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、关键性和实体性信息基础设施。

从上图中可以看出，未来CIM基础平台将成为智慧城市的规划、建设、运营的基础数据底座，也是实现数字孪生城市的重要载体。

国内部分发达地区的政府部门更是积极推进基于CIM的数字孪生城市建设。

在2021年1月公布的《深圳市人民政府关于加快智慧城市和数字政府建设的若干意见》中就明确提出了“探索“数字孪生城市”。依托地理信息系统（GIS）、建筑信息模型（BIM）、城市信息模型（CIM）等数字化手段，开展全域高精度三维城市建模，加强国土空间等数据治理，构建可视化城市空间数字平台，链接智慧泛在的城市神经网络，提升城市可感知、可判断、快速反应的能力。

重庆市在《关于统筹推进城市基础设施物联网建设的指导意见》中提出，“加快建立重庆市城市信息模型管理平台（City Information Modeling，CIM平台），整合各专业城市基础设施物联网数据，并提供共享服务，为城市建设管理决策提供支撑。”这其中广州市已率先于2021年7月发布了全国首个城市信息模型（CIM）基础平台——广州CIM平台。该平台将落地6大类应用，包括CIM 工改、CIM 智慧工地、CIM 城市更新、CIM 智慧园区、CIM 智慧社区、“穗智管”城市运行管理中枢，从数字孪生城市的角度实现智慧城市的新跨越。