基于CIM平臺的多項(xiàng)目智慧園區(qū)應(yīng)用模式分析

郭巍　吳開達(dá)　呂令聰　史益軍

【摘要】? ? 隨著智慧城市/園區(qū)概念不斷興起，關(guān)于其如何建設(shè)已成為研究熱點(diǎn)。本文通過對城市建筑信息模型CIM平臺構(gòu)建進(jìn)行簡要的概述，同時(shí)對CIM平臺在智慧園區(qū)多場景應(yīng)用進(jìn)行簡要分析，并闡述了發(fā)展與建議。

【關(guān)鍵詞】? ? CIM? ? 智慧園區(qū)? ? 多場景應(yīng)用

引言：

近年來，隨著我國城市化不斷發(fā)展，城市數(shù)量和居民數(shù)量激增。城市管理水平卻沒有與時(shí)俱進(jìn)，城市交通擁堵、地下管線老舊、環(huán)境污染等問題嚴(yán)重影響居民生活質(zhì)量。各國為解決城市發(fā)展遇到的問題，提出了智慧城市概念，即在城市級尺度上（或產(chǎn)業(yè)園區(qū)），利用新一代信息技術(shù)，通過數(shù)字化集成手段，提升城市智能化管理水平。

城市信息模型作為城市級尺度的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為城市綜合治理和新型智慧城市建設(shè)，提供了新方法、新途徑、新工具，并成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。住建部2020年把“加快構(gòu)建部、省、市三級CIM平臺建設(shè)框架體系”作為九大重點(diǎn)任務(wù)之一，從解決“城市病”突出問題入手，統(tǒng)籌城市規(guī)劃建設(shè)管理，推動(dòng)城市高質(zhì)量發(fā)展，加快建設(shè)城市綜合管理服務(wù)平臺，著力解決城市多源信息實(shí)時(shí)融合問題，推動(dòng)CIM在新型智慧城市中的落地。

一、CIM平臺概述

1.1 CIM概述

由于國內(nèi)外對城市信息模型研究處于起步階段，還沒有十分明確的定義。目前行業(yè)普遍認(rèn)為CIM是以建筑信息模型BIM、地理信息系統(tǒng)GIS、物聯(lián)網(wǎng)IOT等技術(shù)為基礎(chǔ)，利用與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，整合城市級區(qū)域內(nèi)（或某園區(qū)）數(shù)據(jù)資源，從宏觀微觀，室內(nèi)室外，地上地下，靜態(tài)動(dòng)態(tài)，構(gòu)建一個(gè)多維度、尺度的信息模型和城市感知數(shù)據(jù)的數(shù)字表達(dá)的有機(jī)體，實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)及管理、服務(wù)的智慧化，保障城市基礎(chǔ)設(shè)施或建筑全生命期的安全、高效、智能、綠色，從而提升城市基礎(chǔ)設(shè)施功能和城市運(yùn)行能力。

1.2 CIM平臺構(gòu)建

1.2.1建設(shè)內(nèi)容

通過物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化、BIM+GIS可視化等技術(shù)，構(gòu)建“一中心”、“一平臺”，“N集成”（即“1+1+N”）的智慧運(yùn)維系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、支持環(huán)境、業(yè)務(wù)功能和對外服務(wù)四個(gè)統(tǒng)一的體系。

一個(gè)中心為指揮調(diào)度中心。通過在指揮中心搭建大數(shù)據(jù)分析和展示，依托底層計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)城市運(yùn)維中大數(shù)據(jù)快速檢索、各類數(shù)據(jù)模型的分析處理，并能提供標(biāo)準(zhǔn)接口服務(wù)，為相關(guān)部門業(yè)務(wù)應(yīng)用和應(yīng)急指揮應(yīng)用提供支撐。

一個(gè)平臺為統(tǒng)一管控平臺，包含綜合管控、運(yùn)維管理、運(yùn)營服務(wù)、能耗管理、應(yīng)急指揮、大數(shù)據(jù)分析與展示、應(yīng)用維護(hù)系統(tǒng)、后臺支撐服務(wù)等。將城市關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備運(yùn)行、環(huán)境、安全防范、結(jié)構(gòu)健康、視頻圖像、預(yù)警報(bào)警、巡檢等信息內(nèi)容進(jìn)行融合，統(tǒng)一在空間可視化平臺進(jìn)行集中展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)城市一體化的立體監(jiān)控、運(yùn)維管理、應(yīng)急指揮、智慧運(yùn)營、大數(shù)據(jù)分析等。

N個(gè)集成包括各種環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備監(jiān)測、公共安全、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、人員、視頻、消防、入侵、門禁、照明、能源、智慧巡檢等，并能夠進(jìn)行系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制。

四個(gè)統(tǒng)一體系：一是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系（數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等）;二是統(tǒng)一支撐環(huán)境體系（數(shù)據(jù)服務(wù)總線、數(shù)據(jù)交換接口、工作流、用戶權(quán)限管理、BIM系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、配套硬件支撐等）;三是統(tǒng)一業(yè)務(wù)功能體系（監(jiān)管業(yè)務(wù)、運(yùn)維業(yè)務(wù)、應(yīng)急指揮、運(yùn)營服務(wù)、大數(shù)據(jù)分析及可視化等）;四是統(tǒng)一對外服務(wù)體系（數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)等）。

1.2.2發(fā)展方向

CIM平臺實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用，在實(shí)操層面往往會面對三個(gè)問題。第一個(gè)問題，三維信息模型文件過大，一個(gè)城市級尺度CIM模型往往達(dá)到幾個(gè)T，大量的數(shù)據(jù)需要存儲、處理。第二個(gè)問題，大量的數(shù)據(jù)包含不同類型，有歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)等，以上數(shù)據(jù)的質(zhì)量、數(shù)據(jù)篩選，致平臺數(shù)據(jù)采集頻次（合理數(shù)據(jù)量、平臺壓力等因素）難以解決。第三個(gè)問題，各系統(tǒng)的開放程度，接入哪些系統(tǒng)、接入平臺的價(jià)值，還有信息數(shù)據(jù)安全、政府的保密要求等。

針對以上問題，CIM目前有兩個(gè)發(fā)展方向：

一是單個(gè)地域CIM應(yīng)用，優(yōu)勢是各個(gè)運(yùn)維應(yīng)用模塊、應(yīng)用場景都能比較充分的展示、連接。以智慧社區(qū)為例，通過建立社區(qū)數(shù)字模型，可以為社區(qū)提供直觀的三維展示。結(jié)合社區(qū)管理業(yè)務(wù)，形成可視化管理，將各職能部門分散業(yè)務(wù)整合打通，分層管理，科學(xué)調(diào)度，使數(shù)據(jù)共享，精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化社會治理聯(lián)動(dòng)。

二是專項(xiàng)場景CIM應(yīng)用，優(yōu)點(diǎn)在于CIM的幾個(gè)核心技術(shù)BIM、GIS、IOT等都可以充分體現(xiàn)和驗(yàn)證，能達(dá)到CIM集成的初衷。以城市級基于CIM的智慧燈桿管理為例，數(shù)據(jù)量足夠大，通過有效的進(jìn)行燈桿BIM搭建、GIS技術(shù)的連接及定位、IOT動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的連接，能把智慧燈桿全部有效的管理，包括預(yù)警、統(tǒng)計(jì)、維修等。

二、基于CIM的智慧園區(qū)多項(xiàng)目應(yīng)用

2.1智慧園區(qū)的設(shè)計(jì)

智慧園區(qū)構(gòu)建主要分為基礎(chǔ)層、整合層、應(yīng)用層。基礎(chǔ)層即通過CIM數(shù)據(jù)平臺和BIM+GIS+IOT技術(shù)獲取園區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

整合層即將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層提供的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的處理，通過具體指標(biāo)及可視化手段對數(shù)據(jù)進(jìn)行量化和直觀顯現(xiàn)，從而更加方便快捷對接不同領(lǐng)域（園區(qū)類安防、交通、政務(wù)等）的數(shù)據(jù)，形成一個(gè)系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)庫，最后通過多項(xiàng)目的場景化應(yīng)用將這些數(shù)據(jù)應(yīng)用到不同的場景中。

2.2多項(xiàng)目應(yīng)用

利用信息化技術(shù)手段，通過CIM平臺集成匯總各類數(shù)據(jù)并做相應(yīng)處理，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目應(yīng)用，從而達(dá)到高效精準(zhǔn)管理的目的。

2.2.1三維展示

平臺通過構(gòu)建的虛擬仿真三維模型，可以實(shí)現(xiàn)展館、建筑、樓層、房間、設(shè)備的逐級三維可視，為參觀人員了解國際項(xiàng)目中心的宏觀情況建立直觀視圖，幫助各類參展人員迅速熟悉項(xiàng)目中心的環(huán)境，改善信息交互效率。

2.2.2運(yùn)維管理

在傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)管理中，設(shè)計(jì)施工階段所使用的管路圖紙，在運(yùn)營階段日常檢修時(shí)，理解門檻較高，不利于工作效率的保障。通過CIM平臺，利用其三維可視化運(yùn)維系統(tǒng)，能夠?qū)a(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)各種狀況直觀呈現(xiàn)在三維模型中，幫助管理和維修人員更加高效、安全的工作，從而實(shí)現(xiàn)園區(qū)“智能化”運(yùn)維。

2.2.3設(shè)備管理

利用CIM平臺對園區(qū)內(nèi)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，通過CIM平臺內(nèi)嵌系統(tǒng)采集分析的障點(diǎn)位，同時(shí)清晰呈現(xiàn)在三維BIM場景中，從而管理人員能夠迅速判斷故障影響范圍，定位故障根源，為運(yùn)維人員的思考判斷，提供直觀的分析判斷，提升運(yùn)維效率。

2.3.4安全監(jiān)控管理

通過視頻監(jiān)控功能，多形式自由組合重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，輔助工程師便捷的查看現(xiàn)場視頻，在提高工作效率的同時(shí)，最大程度降低現(xiàn)場的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，視頻監(jiān)控功能基于BIM模型和攝像頭點(diǎn)位呈現(xiàn)，有利于持續(xù)優(yōu)化視頻監(jiān)控的建設(shè)分布，改善視頻監(jiān)控的管理水平。例如在發(fā)生消防報(bào)警的時(shí)候，系統(tǒng)能夠調(diào)出關(guān)聯(lián)的監(jiān)控視頻，便于管理者準(zhǔn)確了解現(xiàn)場情況。

2.2.5能耗管理

通過IBMS數(shù)據(jù)進(jìn)行能耗管理與分析，能耗主要從耗電，耗水這幾個(gè)指標(biāo)，利用邏輯回歸，構(gòu)建能耗模型，能耗模型程度分為：節(jié)能，耗能，浪費(fèi)三個(gè)指標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)精確化能耗管理。

2.2.6地下管網(wǎng)管理

通過綜合管廊對園區(qū)類地下管網(wǎng)進(jìn)行集中管理，能夠?qū)⒐苈分庇^呈現(xiàn)在三維模型中，幫助管路檢修工作更加高效、安全的進(jìn)行。

2.2.7移動(dòng)應(yīng)用

移動(dòng)運(yùn)維APP的使用者為項(xiàng)目中心內(nèi)部用戶（運(yùn)維人員、運(yùn)維管理人員、物業(yè)安保保潔等），移動(dòng)運(yùn)維APP能夠跨越空間限制，幫助內(nèi)部用戶在信息實(shí)時(shí)性、有效性、一致性的基礎(chǔ)上，保證運(yùn)維信息的共享;更為便捷、快速地完成日常運(yùn)維、保障工作。

三、發(fā)展建議

3.1推動(dòng)BIM數(shù)據(jù)輕量化、標(biāo)準(zhǔn)化

由于BIM著重關(guān)注于建筑單體以及建筑單體細(xì)節(jié)信息（如建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)電管線、建筑裝飾等），一旦研究對象區(qū)域尺度過大，場景范圍過大，建筑數(shù)量增多，將會導(dǎo)致模型體量大，數(shù)據(jù)多，整個(gè)CIM平臺將面臨巨大的數(shù)據(jù)量挑戰(zhàn)。因此，有必要對BIM模型進(jìn)行輕量化處理，大幅降低數(shù)據(jù)體量。

當(dāng)前國內(nèi)BIM建模軟件數(shù)量眾多，質(zhì)量參差不齊，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。BIM模型往往格式不一，導(dǎo)致難以采用一種技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)模型信息共享，數(shù)據(jù)容易損壞、丟失，阻礙了BIM與GIS的對接。因此，有必要制定統(tǒng)一BIM模型標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，對BIM數(shù)據(jù)的格式與開放性提出規(guī)范性要求。

3.2增強(qiáng)CIM平臺萬物互聯(lián)

雖然CIM在行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為是BIM+GIS+IOT的有機(jī)結(jié)合，但由于BIM+GIS融合包含了大量的數(shù)據(jù)，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)CIM要求一直存在技術(shù)上的困難，因此CIM平臺的IOT往往被弱化，仍停留在圖表分析，報(bào)表統(tǒng)計(jì)等方面。隨著國內(nèi)5G技術(shù)的迅猛發(fā)展，利用5G的超寬帶、超低延遲和超大連接為加深CIM平臺萬物互聯(lián)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

3.3探索新的應(yīng)用場景

隨著社會技術(shù)的不斷發(fā)展，CIM平臺可以利用新技術(shù)探索新的應(yīng)用場景。例如利用無人機(jī)遙感技術(shù)提取地形數(shù)據(jù)、建筑數(shù)據(jù)和道路數(shù)據(jù)等，提升CIM建模效率。此外，CIM平臺還可以與AI、大數(shù)據(jù)結(jié)合，通過CIM平臺為AI算法提供信息支撐，而通過AI算法的自主學(xué)習(xí)、自我進(jìn)化后反作用于CIM平臺，提升園區(qū)仿真推演和智能決策的能力。

四、結(jié)束語

CIM是智慧城市/園區(qū)的三維數(shù)字底板，是數(shù)字孿生城市的物理鏡像。CIM平臺，憑借其在技術(shù)層面上集成AI、BIM、GIS、IoT、5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)的新一代信息技術(shù)，將城市和重要建筑設(shè)施設(shè)備及運(yùn)營等數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，將智慧城市的應(yīng)用場景植入CIM平臺進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)城市管理一張藍(lán)圖管到底，提高城市綜合治理和精細(xì)化管理水平。

隨著CIM技術(shù)的不斷發(fā)展、突破，將推動(dòng)智慧園區(qū)的轉(zhuǎn)型和升級，助力智慧園區(qū)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、決策智能等;同時(shí)催生更多的業(yè)務(wù)場景和創(chuàng)新應(yīng)用，CIM技術(shù)將為智慧園區(qū)和智慧城市的建設(shè)提供更多支撐。

科研課題：

山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技示范項(xiàng)目“山東第一醫(yī)科大學(xué)CIM智慧運(yùn)維平臺”（2020-S6-2）;

中建八局科技研發(fā)項(xiàng)目“基于CIM的數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)研究與應(yīng)用”（2021-3-08）