文｜廈門市市政建設(shè)開發(fā)有限公司 林亞杰

一、引言

城市市政基礎(chǔ)設(shè)施是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施和城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是保障城市正常、高效運(yùn)轉(zhuǎn)及城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康可持續(xù)發(fā)展的重要條件。近年來(lái)，城市道路塌陷事故多發(fā)頻發(fā)，暴露出城市地下基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)管理方面存在不足，特別是在安全管理上短板突出，主要表現(xiàn)在設(shè)施底數(shù)不清、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)不夠、運(yùn)行管理不到位等問(wèn)題，需要全面加強(qiáng)對(duì)城市地下空間利用與市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理的指導(dǎo)與監(jiān)督。

2020年12月30日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于加強(qiáng)城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》（建城〔2020〕111 號(hào)）要求，加強(qiáng)城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施體系化建設(shè)，加快完善管理制度規(guī)范，補(bǔ)齊規(guī)劃建設(shè)和安全管理短板，同時(shí)要求推動(dòng)數(shù)字化智能化建設(shè)，運(yùn)用新一代信息技術(shù)，提升城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、智能化水平。

城市信息模型（City Information Modeling，簡(jiǎn)稱CIM），普遍認(rèn)為是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等技術(shù)為基礎(chǔ)，整合城市地上地下、室內(nèi)室外、歷史現(xiàn)狀未來(lái)多維多尺度信息模型數(shù)據(jù)和城市感知數(shù)據(jù)，構(gòu)建起三維數(shù)字空間的城市信息有機(jī)綜合體，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生城市的基礎(chǔ)，為城市從規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)管理到運(yùn)營(yíng)服務(wù)的全過(guò)程智慧賦能，將CIM 強(qiáng)大統(tǒng)籌能力，引入到地下市政基礎(chǔ)設(shè)施管理中，為解決規(guī)劃建設(shè)管理“碎片化”問(wèn)題提供新的思路。

二、平臺(tái)設(shè)計(jì)思路

本文圍繞城市地下空間利用和市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與統(tǒng)籌管理需求，以CIM 技術(shù)為核心，以數(shù)字孿生為載體，基于城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施大小空間、二三維、靜態(tài)動(dòng)態(tài)一體化的全要素綜合數(shù)據(jù)底圖，并融合城市地下管線、地下通道、地下公共停車場(chǎng)、人防等市政基礎(chǔ)設(shè)施的多源專題數(shù)據(jù)及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息，構(gòu)建統(tǒng)一地下市政基礎(chǔ)設(shè)施管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“一張圖”綜合展示及管理，有效解決“現(xiàn)狀不明，家底不清”等問(wèn)題。同時(shí)統(tǒng)籌考慮地下市政設(shè)施的全生命期管理，實(shí)現(xiàn)地下設(shè)施與地面設(shè)施協(xié)同規(guī)劃、建設(shè)、管理和養(yǎng)護(hù)一體化應(yīng)用，全面提升城市基礎(chǔ)設(shè)施精細(xì)化管理水平，提高城市安全韌性。

1.打造城市數(shù)字空間底座，為智慧市政管理提供基礎(chǔ)保障

融合建筑設(shè)施BIM 小空間與城市GIS大空間，集成物聯(lián)傳感信息，打造城市數(shù)字空間底座，并建設(shè)面向地下市政基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的專業(yè)模型，保障管理對(duì)象的時(shí)間完整性、數(shù)據(jù)完整性、過(guò)程完整性，打造統(tǒng)一的地下市政設(shè)施管理平臺(tái)，形成規(guī)建管一體化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融通，實(shí)現(xiàn)全生命期統(tǒng)籌管理。

2.多方面及多角度評(píng)估分析，實(shí)現(xiàn)智能規(guī)劃決策及設(shè)計(jì)優(yōu)化

將市政基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃及周邊環(huán)境信息進(jìn)行數(shù)字化呈現(xiàn)，基于多種算法對(duì)于信息進(jìn)行分析處理，輔助規(guī)劃決策生成，并基于BIM 實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)；同時(shí)通過(guò)將設(shè)計(jì)方案進(jìn)行數(shù)字化呈現(xiàn)，打破傳統(tǒng)二維限制，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案多角度的預(yù)演及模擬分析，助力設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。

3.集成多維度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程模擬及監(jiān)管

基于CIM 平臺(tái)對(duì)施工環(huán)境實(shí)現(xiàn)全方位、可視化、多層次的綜合展示，提供對(duì)施工碰撞、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)布、進(jìn)度及施工過(guò)程的模擬分析，同時(shí)將施工現(xiàn)場(chǎng)人、機(jī)、料、法、環(huán)等各關(guān)鍵要素的全面感知和實(shí)時(shí)互聯(lián)，對(duì)進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全、環(huán)保等關(guān)鍵要素綜合性管控，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的精細(xì)化管理。

4.積累全過(guò)程信息資產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的運(yùn)維管理和服務(wù)

基于全過(guò)程信息資產(chǎn)的累積，為智慧化運(yùn)營(yíng)服務(wù)提供信息支撐；并結(jié)合地下市政基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息，及早發(fā)現(xiàn)老化、安全隱患等異常情況，并基于態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)、事件預(yù)警及應(yīng)急指揮，全面掌控突發(fā)事件，將市政基礎(chǔ)設(shè)施管理精細(xì)到“細(xì)胞級(jí)”水平，實(shí)現(xiàn)事前預(yù)控，協(xié)同聯(lián)動(dòng)處置，讓安全防范于未然。

三、平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本平臺(tái)在CIM 提供數(shù)字底座基礎(chǔ)上，以多主體協(xié)同為核心，采用全方面與全流程相結(jié)合理念。通過(guò)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，打通各方責(zé)任主體在規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程施工、竣工驗(yàn)收等各環(huán)節(jié)協(xié)作與協(xié)同管理，積累全過(guò)程信息資產(chǎn)，并向智慧運(yùn)維服務(wù)階段延伸，形成規(guī)管服一體化應(yīng)用模式，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理；同時(shí)對(duì)地下市政基礎(chǔ)設(shè)施和要素的大數(shù)據(jù)智能化分析，其平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

CIM 基礎(chǔ)平臺(tái)層：建設(shè)CIM 平臺(tái)基礎(chǔ)平臺(tái)體系，基于物聯(lián)網(wǎng)傳感器、城市基礎(chǔ)設(shè)施的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間與非空間、結(jié)構(gòu)與非機(jī)構(gòu)、靜態(tài)與實(shí)時(shí)的海量多源異構(gòu)的信息采集融合，并提供基于BIM、GIS 及協(xié)同服務(wù)及應(yīng)用。

數(shù)據(jù)引擎層：以城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施的工程項(xiàng)目、人員、企業(yè)、專題業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)，基于規(guī)建管一體化引擎，形成多維度的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（包括數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)開發(fā)）。

應(yīng)用層：平臺(tái)提供包括地下市政基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)管理等一體化應(yīng)用體系，支撐規(guī)劃決策、設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工模擬、施工監(jiān)管、一張圖展示、智能預(yù)警、應(yīng)急指揮及大數(shù)據(jù)挖掘分析等應(yīng)用。

用戶層：平臺(tái)通過(guò)PC 端、大屏端、移動(dòng)端，為用戶層提供信息化應(yīng)用服務(wù)；其用戶包括主管部門、建設(shè)單位、勘查設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位、檢測(cè)單位、運(yùn)營(yíng)公司等。

四、平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

本平臺(tái)以CIM 技術(shù)為核心，集成物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段，突破傳統(tǒng)業(yè)務(wù)條線垂直運(yùn)作、單部門內(nèi)循環(huán)模式，對(duì)規(guī)劃、建設(shè)、管理各階段數(shù)據(jù)集成共享，歸集處理，構(gòu)建可感知、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、虛實(shí)交互的城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字孿生融合應(yīng)用，面向規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)管理等全過(guò)程提供服務(wù)，提升市政基礎(chǔ)設(shè)施管理精細(xì)化、智能化、科學(xué)化水平。

1.在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段應(yīng)用

基于CIM 提供3DGIS+BIM 應(yīng)用支持能力，面向地下市政基礎(chǔ)設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)提供可視化方案比選分析、協(xié)同設(shè)計(jì)、審查優(yōu)化等，滿足工程宏觀管理與精細(xì)化管理相輔相成的應(yīng)用需求。

①規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理

基于CIM 平臺(tái)提供3DGIS 引擎及BIM引擎，將地下市政基礎(chǔ)設(shè)施工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)相關(guān)的BIM 模型、GIS 信息、設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)屬性、對(duì)象屬性、文檔、變更等新進(jìn)行有效的收集、存儲(chǔ)、處理、更新、擴(kuò)充，在平臺(tái)中以“數(shù)據(jù)資源庫(kù)”形式立體展現(xiàn)，并支持對(duì)資源瀏覽、視圖導(dǎo)航，查詢查看等。

②規(guī)劃決策輔助分析

平臺(tái)支持BIM 和宏觀三維模型的融合應(yīng)用，通過(guò)集成BIM 模型、地表設(shè)施、地下管網(wǎng)以及規(guī)劃管控?cái)?shù)據(jù)等空間多維要素，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃方案與各類要素的交互對(duì)比分析，包括環(huán)境模擬分析、規(guī)劃方案模擬分析以及規(guī)劃方案比選分析等，為智慧決策提供科學(xué)數(shù)據(jù)和分析支撐。

③工程項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)

以全過(guò)程在線，多主體協(xié)同為核心，為多方責(zé)任主體搭建跨部門的云協(xié)同設(shè)計(jì)體系，并多源的GIS 空間信息結(jié)合，實(shí)現(xiàn)宏觀地場(chǎng)景中進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及支持BIM 模型共享及設(shè)計(jì)協(xié)作，支持利用BIM 模型進(jìn)行設(shè)計(jì)成果校驗(yàn)、審核、專業(yè)協(xié)調(diào)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量各專業(yè)碰撞分析，解決各專業(yè)空間沖突，預(yù)留洞問(wèn)題。

2.在建設(shè)施工階段應(yīng)用

將CIM 與BIM 技術(shù)與工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控有機(jī)結(jié)合，以施工工地為抓手，圍繞市政工程施工現(xiàn)場(chǎng)“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五大因素，從項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量、安全、人員等管理流程和需求出發(fā)，開展基于CIM的市政工程項(xiàng)目建造的可視化管控，實(shí)現(xiàn)對(duì)市政工程施工全要素的信息化管理，進(jìn)一步提升工程建設(shè)管理水平。

①工程進(jìn)度管控

通過(guò)統(tǒng)一界面集成BIM 模型、現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控、進(jìn)度計(jì)劃、現(xiàn)場(chǎng)照片及進(jìn)度周報(bào)等信息，支持基于BIM 的施工模擬，以及進(jìn)度計(jì)劃在線查看，同時(shí)可計(jì)劃實(shí)際對(duì)比分析，并通過(guò)多視口以三維動(dòng)態(tài)的方式呈現(xiàn)出來(lái)，使管理者一目了然。

②項(xiàng)目質(zhì)量管理

以檢驗(yàn)批三檢制為核心，通過(guò)發(fā)起初檢—初檢測(cè)量—提交復(fù)檢—復(fù)檢測(cè)量—提交終檢等流程規(guī)范，內(nèi)置質(zhì)量檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并與BIM 模型關(guān)聯(lián)，方便現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員直觀、便捷地應(yīng)用檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)重點(diǎn)部位預(yù)設(shè)強(qiáng)制檢查點(diǎn)，自動(dòng)提醒檢查各方現(xiàn)場(chǎng)檢查驗(yàn)收。同時(shí)通過(guò)平臺(tái)跟蹤、匯總相關(guān)質(zhì)量檢查情況，提供整改率、質(zhì)量問(wèn)題預(yù)警等分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)事前重大質(zhì)量問(wèn)題可預(yù)防，事后從源頭到結(jié)果可追溯。

③項(xiàng)目安全管理

按照施工安全管理相關(guān)規(guī)定及要求，提供對(duì)項(xiàng)目安全檢查、安全隱患整改、安全隱患整改復(fù)查進(jìn)行全過(guò)程記錄管理，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)工地作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)及安全管控，同時(shí)基于大數(shù)據(jù)對(duì)安全檢查進(jìn)行多維度分析，包括按責(zé)任人、分包單位、問(wèn)題類型分析，按問(wèn)題是否消項(xiàng)、問(wèn)題發(fā)生時(shí)間等進(jìn)行分析及預(yù)警。

④人員實(shí)名制管理

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，及時(shí)、準(zhǔn)確掌握項(xiàng)目勞務(wù)人員的登記在冊(cè)數(shù)量、進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間、數(shù)量等，對(duì)項(xiàng)目登記在冊(cè)勞務(wù)人員的考勤進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與歷史分析，支持按人員工種、年齡分布、所屬勞務(wù)隊(duì)伍進(jìn)行分析，全面掌控勞務(wù)人員信息；并與勞動(dòng)力需求計(jì)劃做分析，分析對(duì)進(jìn)度的影響程度。

⑤設(shè)施信息資產(chǎn)管理

以工程項(xiàng)目為核心，以建設(shè)工程資料電子化為紐帶，通過(guò)地下市政基礎(chǔ)設(shè)施工程全生命期的電子文件制作、流轉(zhuǎn)、簽章、保存、管理、歸檔以及分析應(yīng)用，并集成以BIM 為載體的項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)，累積形成全過(guò)程信息資產(chǎn)，為后期的智慧運(yùn)維及運(yùn)營(yíng)服務(wù)提供信息支撐。

3.在運(yùn)營(yíng)管理階段應(yīng)用

基于CIM 城市信息平臺(tái)的數(shù)字底座，并利用物聯(lián)網(wǎng)及新型傳感器等技術(shù)，實(shí)時(shí)、自動(dòng)采集地下市政基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一張圖綜合展示、智能化預(yù)警、事故模擬分析及應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，形成可感知、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、虛實(shí)交互的城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字孿生融合應(yīng)用。

①“一張圖”展示

將地下市政基礎(chǔ)設(shè)施二維、三維及專題數(shù)據(jù)集成形成數(shù)字底板，基于一張圖進(jìn)行展示，包括設(shè)施一張圖、設(shè)施隱患一張圖、設(shè)施監(jiān)測(cè)一張圖等，并提供對(duì)設(shè)施位置、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施等對(duì)象的瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、漫游，以及包括距離量算、面積量算、挖方分析、通視分析及水淹分析等。

②智能化預(yù)警分析

基于物聯(lián)傳感監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下市政基礎(chǔ)設(shè)施重點(diǎn)隱患部位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，并提供地下市政基礎(chǔ)設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)防控等模型，基于風(fēng)險(xiǎn)隱患數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及預(yù)警數(shù)據(jù)等對(duì)事故進(jìn)行模擬分析。

③應(yīng)急聯(lián)動(dòng)管理

基于CIM 與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集成與聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安全事故、應(yīng)急預(yù)案、資源調(diào)度為一體的可視化應(yīng)急管理，通過(guò)事件跟蹤、視頻監(jiān)控、移動(dòng)應(yīng)用等多種方式，實(shí)現(xiàn)安全應(yīng)急事件的動(dòng)態(tài)感知、智能分析與輔助決策，提高應(yīng)急調(diào)度管理能力。

④大數(shù)據(jù)挖掘分析

基于“智慧市政基礎(chǔ)設(shè)施”大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘與統(tǒng)計(jì)分析，構(gòu)建水、電、氣、熱等各大基礎(chǔ)設(shè)施的動(dòng)態(tài)模型，為合理調(diào)配城市資源、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)資源使用情況、及時(shí)預(yù)警異常情況等提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)智能化、科學(xué)化決策。

五、結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)將CIM 為核心新一代信息技術(shù)，引入城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)及安全管理中，通過(guò)建設(shè)城市地下基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一管理平臺(tái)及數(shù)字孿生應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)地下市政基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、建設(shè)、管理等全生命期統(tǒng)籌管理，有利于扭轉(zhuǎn)“重地上輕地下”、“重建設(shè)輕管理”觀念，提升城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、智能化水平和運(yùn)行效率，推動(dòng)城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化，提高城市安全水平和綜合承載能力。