从BIM到CIM和数字孪生
2021-07-10 22:30
来源:城市信息模型CIM
目前的智慧城市,很多工程项目还没有BIM模型数据纳入进去。现在的智慧城市重点主要包括4G网络、探头、AI等技术。建筑作为智慧城市中一个很重要的版块,它的一些信息,比如是什么建筑,这个建筑是谁建的,这个建筑当中谁在用,目前的智慧城市系统当中没有。我们把有关建筑的基础工作做好了,智慧城市会更丰富。国家在更高层面开始研究BIM技术。
我梳理了一下国家科技部在建设领域立项、研究的情况,是先研究再试点,再应用与推广。大概经历了三个阶段,最早的是CIM实现实现了水图版,然后开始计算机辅助管理,把信息技术应用到管理当中,接着就是现在开始研究应以BIM为基础的新一代信息技术,在工程建设当中包括管理当中的应用。
住建部也非常重视这项工作,每隔五年推出一项指导意见,这些指导意见对技术的落地起到了很好的促进作用。从住建部的指导意见中可以看到信息技术应用的不同阶段,第一阶段是BIM开始试点应用,第二阶段是如何把BIM应用用好,第三阶段是如何把BIM和物联网、云计算、大数据等技术集成应用好。我们也比较了中国、美国、英国在BIM方面的研究和应用情况。在政府层面上,中国和英国步调基本一致。中国的第一个政府层面推进,BIM应用指导意见是2011年提出的,英国也是2011年;2016年中国和英国也都发布了BIM指导文件,提出的要求和进程大概都是相当的。在这里说一下我们为什么研究这三个国家,因为美国、英国、中国BIM技术也好,应用也好,都是非常活跃的,如果这三个国家的事情搞清楚了,全球也就搞清楚了。
在标准方面,我国有六本标准在编制,目前已经发布了五本,还有一本正在审批,这些标准对推进BIM的应用也起到了很好的支持作用。我们也比较了中国、英国和美国在BIM标准。美国理论性研究很强,因为BIM起源于美国,有很多软件也起源于美国,所以美国在理论支撑落地的软件工具方面都比较领先;英国非常严谨,他们的标准体系非常好;我国有非常庞大的建筑市场,实践机会很多,所以我们的标准从应用中总结出来;经过十几年的应用,大概可以用三句话来总结BIM在中国的应用情况,第一句话是BIM的作用已经深入人心,第二句话是普及BIM应用的条件已经成熟,第三句话是我国各地经济发展、技术水平不均衡,BIM应用因此不平衡。
在BIM应用水平上,中国水平可以说跟国际上保持同步,尤其是施工领域处于国际领先地位。正是因为技术的应用,导致行业产生非常大的变化,比如过去CAD的普及,提高了设计效率,又降低了设计的工作强度。随着BIM和物联网等技术的应用,工作方式正在发生变化,云网边端的工作方式正在形成。目前工地现场已经很少看到拿着蓝图工作,智慧工地正在生长,从传统工地到文明工地,从绿色工地再到数字工地,正在向智慧工地转型,这是BIM的应用情况。
CIM工作从普及BIM开始
智慧城市工作委员会组织的《CIM应用与发展》报告,提到CIM扩大了BIM的应用场景,不是指从工程项目开始,但对于城市的数字化管理或对于促进智慧城市的发展,BIM有着非常基础性的作用。
我们说的智慧城市或数字城市,特别是住建部正在重视的CIM基于BIM应用。可以看到,2014年开始策划,2018年开始实施,然后逐步提升到CIM1.0、CIM2.0、CIM3.0。CIM起步是从审批审查报建开始,一方面促进CIM融合城市数字化、智慧化管理;另一方面反过来促进BIM应用。目前很多地区为了推进CIM研究与应用,开展试点城市,比如雄安新区。住建部和工信部联合,去年发布了《城市信息模型(CIM)基础平台技术导则》,今年又发布了修订版。
技术的发展需要政策的扶持和指导,但是目前存在一些问题,尤其是目前CIM还处在发展初期,有些问题还需要深入研究。有两个问题我有一点个人看法向两位院士和各位专家做一个汇报。第一,什么是CIM,目前CIM定义比较多比较混乱。指导意见中给出了一个定义,我对这个定义有不同的看法,不同看法是我们认为CIM就是城市信息模型,文件的表达上非常清晰,就是物理城市的人、事、物及其相关关系的数字化表达,而这种数字化的表达不应该和技术直接相关,技术应该是支撑模型的形成、模型的应用。我们可以借鉴一下BIM的定义。
BIM定义最早是美国提出来的,他们说BIM是工程项目数字化表达,而城市信息模型应该是城市的数字化表达。城市是人、事、物及其相互关系,而技术是支持设备和应用的,涵盖数据采集、数据管理和数据应用。后来有了进一步解释,包括模型、模型的应用及模型管理。这是美国标准第三版中的介绍。
我国把以上三方面归纳在一起,最新修订版中表示,“CIM基础平台应支撑城市建设、城市管理、城市运行、公共服务、城市体检、城市安全、住房、管线、交通、水务、规划、自然资源、工地管理、绿色建筑、社区管理、医疗卫生、应急指挥等领域的应用,应对接工程建设项目审批管理系统、一体化在线政务服务平台等系统,并支撑智慧城市其它应用的建设与运行。”在这里,几位院士及各学校教授在场,我非常建议能够把城市信息模型定义再深入研究一下,做出更加严谨、科学的定义,就是不要城市信息模型、城市信息模型平台、应用软件混在一起。第二个,在城市信息模型的指导导则中也提出来一个关键的问题,就是地理信息系统和BIM的融合问题,这是城市信息模型当中非常关键的一个问题。因为它本身既有难度,也是很难实现的一件事情。一方面地理信息系统是描述宏观的,而建筑信息模型是描述宏观和微观的融合。另外,城市信息模型是海量数据,建筑信息模型数据量也极大,两个海量数据的融合。我们前面介绍的现在发布的五本BIM国标中,没有谈到运维模型,这需要下一步深入研究。
雄安数字孪生探索实践
雄安数字孪生探索实践,雄安关注度很高,目前雄安做了两件事情,一件事情呢雄安第一标,市民中心是中建设计施工,包括运维,既设计又施工,还包括现在的运维。另一件事情是雄安书记交给中建总裁6个课题,研究雄安智慧城市大数据。正好这两件事我都是参与者,我结合这件事情做点汇报。雄安市民中心大概接近10万平米的建筑,用了110-112天。
它的建设过程首先从市民中心到迎东安置区。现在正在建迎东安置区。通过雄安新区推广建设。陈刚书记要求组织大数据架构,所以我们按照这种思路给雄安的大数据做了一个分类。
城市信息分两类,一类是基础数据,一类是应用数据。基础数据包括自然地理空间信息,就是城市的地形、地貌、地质水平。第二类是城市建设信息,道路桥梁、管网、房屋等市政基础设施。第三类是城市人文信息。各种信息结合,相互关系描述清楚后,支撑城市政务、民生、经济等活动。
当时我们把雄安建设过程中的所有信息都作为循环大数据基本组成,从规划到房建市政感知再到交通等,以建设促进管理服务。市民中心从设计开始建立模型,再到施工过程的数据都采纳进来,然后建立质量追溯系统,通过运维实现智慧城市,当初的设想就是这样。它是一个简单的场景,比如说我要去雄安,安装了雄安的APP,要去找谁,什么单位的,使用什么交通工具,那么只要一到雄安,下了高速它就自动引导你,应该到这个地方停车,车位给你留好了,然后再指导你到哪个楼底层、哪个办公室,都自动引导。
为了实现这些,雄安在不到10万平米的建筑中埋设了2万多个数据采集端。现在有4套系统已经在运行当中。另外关于数字孪生,从工程角度上讲它有两层含义,一层是同生同长,一同变老。雄安市民中心就是这样,从建设到发展,一步一步的所有信息都已经做了积累,然后运行所有信息;另外它们之间的相互关系、相互映射,这就是孪生和镜像差异。
随着BIM技术的应用,对城市的管理,特别是智慧城市的管理,增添了最基本要素信息,这样可以实现设计完后形成数字虚体,然后施工完后形成了数字孪生体。有了数字孪生体,运维管理就基于数字孪生体运维,通过信息技术的应用,有效支撑管理的提升。
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