CIM集成技术在工程项目建设中的应用探析

第1章绪论近年来，"智能城市"这一概念逐渐被公众所熟知。随着对它的理解越来越深，我们开始从二元视角转向多元化视角，并由单一实体扩展至多个实体。如今，我们的探究已不再局限于现实世界，而是在虚拟环境中展开了新的篇章。因此，虚拟世界的进步成为目前学者们的关注焦点。自二十一世纪以来，国外的智能化城市建设已有初步成果，然而在国内，此项工作仍处于特定的范例应用层次，相关法律法规及技术尚未完全成熟。现在，构建智能城市需在各个方向上齐头并进。一方面，除建筑外，还要拓展至地形、文化等其他领域;另一方面，如何收集大量数据并建立有效的管理体系也是决策者首要思考的问题。此外，技术革新仍然是科研工作者在打造智能城市过程中的关键任务。步入大数据时代后，智能城市建设不能仅满足于提供单纯的信息服务或具体的应用，更应主动运用大数据、物联网技术整合各类信息服务和实际应用，实现不同领域的资讯互通，提升智能城市建设的效能与效果。CIM作为一种与环保相符的绿色的概念，融合了3DGIS技术、BIM建模及VR虚拟科技，构建出城市的精确位置信息，并在此基础上深化扩展，打造出了更为详尽且智慧化的数据模型。其运用能显著降低城市资源的消耗，同时为市民带来更高水平的安全生活环境。CIM技术的实施推动着社会的向大数化方向迈进，加速城市的大数据时代的来临。对CIM集成技术在工程建设项目中的应用状况进行深入探讨，能够充分展示出其在此领域的优势。同时，推广CIM技术在工程建设项目中的运用也将有助于城市未来的规划和发展。第2章CIM体系及国内外现状2.1CIM的概念CIM，即城市信息建模，是一个从BIM扩展而来的理念[16]。它可以被看作是从单个建筑物向多个建筑物构成的城市整体生命体发展的产物。最初，BIM主要关注的是特定的建筑物信息以实现其完整生命周期的管理和描述。然而现在，CIM已经扩大到了涵盖整座城市的所有建筑群及其相关动态信息的范围。总的来说，CIM是一个基于BIM并融合了GIS、IOT和云智能计算、虚拟现实等多种技术的综合体，它涵盖了一切城市的数据信息。具体而言，CIM是由建筑群特性和地理信息通过物联网(IOT)来呈现的一种城市信息管理体系，能够实现信息的采集、处理、储存、解析和计划。2.2CIM的结构CIM的构造可以根据其广泛和局限性来划分为系统构造和平台构造。在构建系统的过程中，CIM主要依赖于物联网作为连接工具，把BIM数据和CIM数据相互关联起来。人工或由传感设备收集到的建筑物特性会被导入至软件内，然后对这些信息进行整理并形成一个个区域的信息模型。由于单个建筑体的特性的储存方式较为独立，因此其发展方向必然会朝向将其独特地理位置信息纳入其中。BIM和GIS两者之间不能缺少任何一方。没有BIM信息则相当于产品尚未编号，仅能存放于库房而非上市销售;反之亦然，如果只有GIS信息但缺乏对应的BIM信息，那就如同拥有了编码却不清楚产品的具体情况一样。所以，为了达到最佳的效果，BIM和CIM需要紧密配合。当这两个信息系统需合并时，我们需要借助IOT技术，通过电脑这一中介来完成建筑信息的自动输入及输出。CIM的系统架构可参考图2.1。图2.1CIM系统平台在这个框架中，对于用户而言，可以划分为住户、公司与政府三类;而就系统自身来看，则可细分为五个层面：感知、传递、数据分析、决定及运用。其中，感知部分利用了诸如传感器、红外光束检测、激光读取等方式获取物品的数据并储存之;接着是信息的传递阶段，也就是把收集到的数据经过编码后发送至中央数据处理中心;然后就是数据处理环节，包括数据整理、归类处理后再度加密送达决策部;最后则是根据这些信息作出相应的决议并在不同应用领域发布结果;至于应用方面，公众可通过线上或手机客户端访问他们需要了解的信息。CIM架构模型如图2.2所示。图2.2CIM的结构平台2.3CIM的关系网尽管城市的全部数据都囊括于CIM(CityInformationModel)这一概念中，然而由于该理念在国内外的研究仍处于初级状态且当前BIM的发展尚未完善，因此关于如何有效地集成这些复杂的关系网络的研究仍然有限。目前已经开始实现的是从建设领域到地图与生态领域的跨界合作，但在涉及诸如交通运输、经济发展及火灾预防等方面的专业协作方面还有待进一步探索并明确其路径。本篇文献针对各行业间的差异进行了分类解析以阐述CIM关系的层次划分及其特性。一级：建筑、交通、环境、人文、消防二级：建筑（市政、道路、住宅、其他设施）交通（水运、航空、客运）环境因素（如光照能耗、污水处理、植被管理、空气质量分析和天气预警）管理旅游景区、娱乐设施和古迹的人文方面消防（包括街区、建筑、山区以及设施）三级：市政（桥梁管理、其他项目）道路（路线设计、路线检修） 住宅（检修信息、物业管理）水运（海港管理、航线管理）航空（包括机场安全防护、航班管理以及停泊地的运营）管理客运系统（包括公交车、高速公路、高铁以及公共停车场）消防设施管理（包括逃生通道和喷淋系统）接下来，以交通为核心展开CIM系统等级的示例，具体表达可参见表2.1CIM关系网-交通。表2.1CIM关系网-交通一级交通二级水运道路航空三级公交车系统管理公共停车场系统交通基础设施系统四级公交车公司信息发车信息实时信息站点信息路线规划信息停车场信息停车场位置开关状态车位信息交通界限交通岗位检查站第3章CIM技术应用实践及案例探析3.1沙洲湖国际教育中心项目简介坐落在苏州市区的张家港酒店是名为"张地2015-A11"的商办用地项目的名称，其具体位置则是在该城市的北部生态环境科技区中的一块土地上，这片地区以一条主要道路——一干河大道作为东部边界线;西部则是著名的旅游景点：沙洲湖风景区;南部紧挨着的是连接市区的主要公路之一——长兴路;而北方就是一家叫做“鹿鸣庄”的高级宾馆所在地了。这个地方被誉为靠近整个苏州最美丽的风景点之首:“沙洲湖的核心部分”,这个地区的自然资源极其丰富且独特美丽。位于沙洲湖地区的国际教育中心占地大约7078平方米，其性质是商用土地，主要用途包括建造酒店及办公室设施。根据规定，它的容积率应保持在2.83，允许建设的总建筑面积达到20033.56平方米，而实际完成后的总体规模则达到了24124.56平方米。此外，此地的建筑密度设定为24.91%，绿化覆盖率则是19.05%，预设的高度限制为51.30米，同时消防规定的最高限度也同样设置在此范围之内，即50.00米。具体的项目布局情况可以参考图3.1，至于视觉效果方面，可参见图3.2。图3.1沙洲湖国际教育中心项目总平面图图3.2沙洲湖国际教育中心项目效果图3.2CIM集成技术在项目中的应用3.2.1决策阶段优秀的决策是确保建筑全生命周期稳定性的重要因素，只有当建筑决策准确且富有创新性时，才能在控制建筑后期成本和节约资源方面发挥积极作用，从而获得更高的建设效益。在决策过程中，CIM技术的应用能够实现高度准确的成本预测与整体计划等任务，相较于传统的二维模式，其三维建模更加深入挖掘了建筑设计的潜在问题，从而使得决策人员能在后续的设计及建设环节有更为全面的考量。此外，借助模型所包含的数据元素，管理层可进一步研究周围的环境状况并对其基础设施做出评估，这有助于为决策提供支持。如图3.3展示的项目周边环境分析结果。图3.3沙洲湖国际教育中心周边环境分析3.2.2设计阶段在规划过程中，我们能够把传统的手绘蓝图转化为数据驱动的动画和立体图像，以更直接的方式呈现建筑物完成后的外观。各领域的专业人员及组织可以在计划期间通过信息模型来有效沟通并交换意见，从而提前发现可能出现的建设错误，提升设计的速度，降低无谓的工程费用支出。例如，从图3.4可以看到，机械电气系统与结构系统的冲突能在三维视图上清晰可见。图3.4专业协同碰撞检查1.优化设计流程，提前创建数据源集尽管构建CIM模型并不困难，但处理大量复杂数据的储存与传递却是一个挑战。因此，为确保未来更多数据能有效地归类管理，第一步是建立数据源。在BUILDER界面的右下角【资源目录】选项卡里点击【创建数据集】按钮，然后选择相应的创建模式及存放位置等等。这一步骤的具体操作流程参见图3.5。图3.5创建数据源一旦构建了数据源和数据集后，为使模型内的各图层有别于彼此，我们将进一步建立数据元素类的划分，根据各类别的特征对模型内各个部分进行分类处理，例如在一个地区里可能存在包括建筑物、道路、绿地、河流等多种形态，我们可以为此设定相应的要素类来描述这些内容。具体操作过程可参考图3.6。图3.6创建要素类一旦完成项目的元素类别构建后，设计的预备任务也就画上了句号。而第一步且至关重要的环节就是建立数据来源集合。此过程和当前BIM模式下的数据样例相似，但在CIM平台中，其对于数据格式容纳的能力更为强大，并改进了原始模型开始时的设计流程。2.实现在设计阶段项目中所有参与方的合作任务。现有的建设项目规划阶段存在着各领域间的沟通不足及双方(甲方与乙方)之间的协调问题，同时还伴随着各部门角色定位的不一致性和信息传输延迟等因素导致的信息闭合和信息隔离现象。在CIM平台上，建筑师能对数据库进行操作，方便地输入和输出数据集以满足同一领域的或是跨专业的其它设计需求，例如图3.7所示;而信息管理员则能够及时更新建筑师的数据库并且提供数据服务，比如图3.8展示的情况;如果甲方或者第三方的有此需求，他们可以通过线上获取由管理员发布的实时的网络建设工程，并在线查看项目的数据模型，这正如图3.9所述。近年来，我国积极推动"多规合一"战略实施，借助CIM平台实现各领域模型信息的统一存储与管理，有助于推进这一目标的实践。由于CIM具有高度的协同能力，它能有效地促使各个领域的合作者及多个利益相关方的互动沟通，并允许项目中的所有参与者同步操作，例如在建设过程中，业主、承包商和监管机构都能通过CIM平台实时监控工程进度。图3.7数据管理图3.8发布数据服务图3.9在线查看数据模型3.设计阶段同时分析多种功能在设计过程中，最关键的是预先对项目的各个建筑功能进行分析，CIM集成技术使得分析功能更具有动态性和直观性。项目的交通分析平台的分析结果显示，车辆、人群、后勤以及商务活动最适合的出入口，具体的交通分析情况请参考图3.10。图3.10交通分析项目的入库停车流线平台分析得车辆入库的最佳流线，入库停车流线分析如图3.11。图3.11入库停车流线分析项目的消防分析图3.11展示了平台对车辆入库流程的最优分析。图3.12消防分析项目的绿地分析图3.12展示了平台对市政消防、基地消防和消防登高场地进行的优化分析。图3.13绿地分析项目的尺寸分析该项目的尺寸分析如图3.14。图3.14尺寸分析项目的高程分析平台分析得该项目的点位高程如图3.15。图3.15高程分析项目的日照分析平台分析得该项目的日照分析如图3.16。图3.16日照分析4.结合GIS模型正向设计实现由BIM的三维建模替代传统的二维绘图，是我们朝着BIM正向设计的目标前进的终点。然而，尽管我们在BIM模型构建过程中主要关注的是针对单一建筑物的高质量模型设计，但是任何建筑单元都无法摆脱其周围宏观地形所产生的效应。因此，GIS的主要任务就是执行各类空间相关操作与分析，所以它在整个BIM的使用寿命内发挥了巨大的作用：不仅可以在项目的初期用于BIM模型的空间解析，而且也能在后期提供BIM模型的空间查找服务。现阶段我们市场上经常采用一些相对于简单的软件进行地形设计，对比GIS地形建模，前者的精度和准度都相对较低。所以结合GIS地形模型进行BIM正向设计可以得到地形和建筑两者的高精度模型。3.2.3施工阶段在建设过程中，CIM集成技术提高了建设和监控的效率。1.利用可视化模型，能够降低设计和施工的转接时间。利用CIM系统，我们可以从设计的初始阶段提取出已经优化过的建筑物和地形模型，并能够自由设定视角、运动元素及路径，以强调或全面理解项目的大局。这种可视化的模式有效降低了设计期到建设期的协作沟通的时间消耗。而在CitymakerConnect里，我们使用动态对象模拟命令来实现对三维模型的三维视觉效果展示，例如图3.17所示。图3.17动态对象模拟2.IOT技术促进智慧工地发展IOT技术使建筑工地减少了人力成本，传感器与无人机操控等信息传输工具有利于项目管理人员对现场实际情况的把控，再加上系统和传感器的工具可以进行24小时现场监测，促进项目在施工阶段的远程化管理。3.2.4竣工验收阶段借助CIM模型，工程验收人员可以获取施工期间所有的批准数据，并依据模型和相关节点数据，直观地了解工程情况。这种方式不仅有助于全面掌握工程的安全性，还能对部分进行精细的验收。施工验收人员能够借助CIM软件的绘图功能，将CIM模型中的图纸和报告进行绘制并存档。点击绘图指令后，选择储存位置，就可以调整图像的尺寸，如图3.18所示。图3.18出图功能3.2.5运维环节CIM平台不只包含建筑设备的数据，也能接收人文信息。因此，我们可以利用这个平台来监控设施的运行状况，并且可以借助CIM技术对安全防护、居民生活和风景园林等领域进行管理。在CIM平台上，物业与建设单位能够随时在线选择打开网络工程，并输入CEP网络路径以启动具有权限的CIM模型，从而获取所需数据。图3.19展示了网络工程的加载操作。图3.19网络工程加载第4章CIM集成技术的拓展分析4.1CIM的应用优势4.1.1无缝整合多个信息端,优化项目管理流程在一个建筑项目中，有许多信息的接收者，这些接收者在协同工作时需要进行一定的沟通和交流。借助CIM平台，业主、承包商和监督者能够线上实时交流，这不仅提升了交际效能并降低了因交流而产生的花费。利用单一平台的多入口，我们可以避免传统的现场会议等管理流程，同时也能运用物联网络科技及云计算科技来追踪项目管理的各个关键数据，从而达到项目的智能化与实时的管理控制。4.1.2物联网技术提高了项目的感知水平利用物联网技术的集成应用于CIM平台，可实时监控建筑工程中的机械运作与日常生息活动，并能透过数据解析及汇总整理来达成空间互动的效果。此种空间互动不仅有助于提前识别出建设过程中可能出现的问题，还能及时发出警报以防止潜在危险的发生。此外，在运营维护期间，物联网技术也能有效地追踪设备的状态，从而实施远端设施的管理操作。4.1.3降低数据管理成本相较于原始的子技术中的专门化管理的资料库，CIM平台整合了各种不同的格式数据到同一资料库里，从而节约了对各类数据的管理费用。在这个CIM平台上，除了能处理建筑信息的存储外，还能管理地理特性数据、人类行为数据等一些变动性的数据，并通过使用云计算来做空间研究，这有助于减缓团队合作所耗费的时间和降低因数据管理而产生的相关费用。4.1.4城市可视化CIM整合技术能够将地质数据、建筑数据以及基础设施模型等融为一体，借助云端的多功能特性，不仅可以在空间层面上实现所有物体的三维化，还能支持区域服务信息的可视化。4.1.5提高城市规划水平当CIM整合了诸如人文、经济、自然、建设和安全等多种领域的知识时，城市规划机构可以获得在CIM平台上的权力来执行特定时段的城镇规划仿真。然而，传统的城镇规划过程通常依赖于人工采集大量的数据并在反复调研的基础上做出决定。而在CIM平台内，已集成各类跨学科的信息，例如经济和社会环境因素。通过把BIM和GIS技术应用于CIM系统，城市规划者能在平台的三维模式下调整建筑位置以观察其对整体城市布局的影响，从而评估这个计划是否符合城市的规划要求。4.2CIM集成技术目前的不足当前，CIM集成技术在实际应用过程中暴露出了一系列问题，这些问题限制了其在智慧城市建设中的广泛应用。从数据存储的角度来看，CIM技术作为城市级别的信息集成平台，其数据存储需求是极其庞大的。然而，目前国内的CIM技术尚无法有效支撑一个城市的全面数据集成和存储，这导致了数据碎片化和信息孤岛现象的出现。同时，随着城市建设的不断推进，数据量的快速增长也给CIM技术的存储能力提出了更高的要求。CIM集成技术在兼容性方面还有待加强。市场上的模型软件种类繁多，各自产出的数据格式各不相同，这给CIM平台的开发带来了极大的挑战。如何将这些不同格式的数据进行有效的整合和融合，使其能够在同一个平台上实现无缝对接和协同工作，是CIM集成技术需要解决的重要问题。此外，不同软件之间的数据转换和格式转换也可能导致数据丢失或变形，进一步影响了CIM技术的准确性和可靠性。CIM集成技术的标准化和规范化程度还有待提高。目前，我国尚未建立起完善的CIM相关标准和指导制度，这导致了各地在CIM技术应用过程中存在较大的差异性和不确定性。缺乏统一的标准和规范不仅增加了技术应用的难度和成本，也限制了CIM技术在智慧城市建设中的普及和推广。因此，政府机构和行业组织需要加强对CIM技术的研究和探讨，制定出符合我国国情和发展需求的CIM相关标准和规范，为CIM技术的健康发展提供有力保障。综上所述，CIM集成技术在数据存储、兼容性和标准化等方面都存在不足，这些不足限制了其在智慧城市建设中的应用和发展。为了充分发挥CIM技术的潜力，我们需要加强对这些问题的研究和解决，推动CIM技术的不断完善和进步。4.3CIM集成技术未来发展分析CIM集成技术作为智慧城市建设的核心组成部分，其未来发展前景广阔且充满挑战。为了实现CIM集成技术的进一步提升，我们需要在多个方面进行深入研究和探索。推动BIM、GIS与IoT等单一领域的技术深度革新。这些技术是CIM集成技术的基础和支撑，只有不断推动其技术创新和发展，才能为CIM集成技术提供更加强大的动力和支持。通过引入更先进的数据采集、处理和分析技术，我们可以提高CIM技术的准确性和可靠性，为智慧城市的建设提供更加精准的数据支持。加强不同领域技术的整合和协同工作。CIM集成技术涉及多个领域和多个技术，如何实现这些技术的有机融合和协同工作是一个重要的问题。我们需要建立起一套完整的技术整合机制，通过制定统一的标准和规范，实现不同技术之间的无缝对接和高效协同。同时，我们还需要加强技术人员之间的沟通和合作，共同推动CIM集成技术的创新和发展。随着大数据、云计算等技术的不断发展，可以将这些先进技术引入到CIM集成技术中，提高数据处理和分析的能力。通过构建更加智能化的数据处理模型，我们可以实现对城市运行状态的实时监测和预测，为政府决策提供更加科学的依据和支持。加强对CIM技术的宣传和推广。目前，公众对CIM技术的了解还相对较少，这限制了其在智慧城市建设中的广泛应用。因此，我们需要通过各种渠道和方式，加强对CIM技术的宣传和推广，提高公众对其的认知度和接受度。同时，我们还需要加强与政府、企业等各方的合作，共同推动CIM技术在智慧城市建设中的广泛应用和发展。第5章结论以沙洲湖国际教育中心项目为实例，我们将数据导入citymaker系列软件后得出以下结论。首先，在决策过程中，采用CIM集成技术可以全面考虑地形和地势与房屋承重的相互关系，从而更有效地节省资源开销。其次，在设计过程中，我们采用了CIM技术，将二维空间扩展到三维空间。这种模型的使用有助于提升各专业和甲乙双方之间的协同工作效率。此外，gis技术也被应用来进行空间分析。其次，在建设过程中，我们可以借助传感器、无人机和rfid等先进技术来监控工作的进展，尽快实现无人化和智能化的工地。第四点是在竣工验收阶段，通过使用CIM集成模型，能够快速计算和展示出所有必要数据，以提高竣工验收速度和效率。在运营维护阶段，CIM模型为物业管理、设备操作、安全防护以及风景园林等领域提供了技术支持和保障。该模型能够实现动态的数据输入与输出，并且可以实时整合各个专业领域的信息。参考文献JavadnejadF,SimpsonCH,GillinsDT,etal．Anassessmentofuas-basedphotogrammetryforcivilintegratedmanagement(CIM)modelingofpipes[C].Pipelines,2017,112-123.YamamuraS,FanL,SuzukiY.AssessmentofurbanenergyperformancethroughintegrationofBIMandGISforsmartcityplanning[J].ProcediaEngineering,2017,180，1462-1472.郑云.BIM+GIS技术在建筑供应链可视化中的应用研究[J].施工技术,2015,44(6):59416.蒋东兴,付小龙,袁芳,蒋磊宏.高校智慧校园技术参考模型设计[J].中国电化教育,2016(09):108--114.熊桂开,朱丽丽,薛梅.GIS-BIM技术在山地城市路网优化设计中的应用[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2017,36(04):91-96.徐卫星,周悦.BIM+GIS技术在高校校园地下管网信息管理中的应用研究[J].施工技术,2017,46(06):53-55.李艳军,李爱国.地理信息系统在智能城市中的应用研究[J].智能建筑与智能城市,2018(7):98-99.党安荣，张丹明，李娟，许剑.基于时空大数据的城乡景观规划设计研究综述[J],中国园林,2018.第3