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從BIM+GIS到CIM再到數字孿生

發布時間:2021-01-05  |  來源: 智匯云 |  作者:Admin

? ? 借助BIM這個高度集成的三維模型,極大地提高了建筑工程的信息化程度,為建筑工程項目涉及的各方人員提供一個工程信息交換和共享的平臺。誕生于工程建筑領域的BIM技術當前已經獲得廣泛的認可和應用,它讓建筑施工變得更高效、更綠色、更安全,整體成本更低。然而,BIM在提供精確的地理位置、建筑物周邊環境整體展示和空間地理信息分析上存在不足,而三維GIS(地理信息模型)正好可以對這些不足進行補充,完成建筑物的地理位置定位及周邊環境空間分析,完善大場景的展示,使得信息更完整及全面。通過和GIS技術進行融合,BIM的應用范圍從單一建筑物拓展到建筑群以及道路、隧道、鐵路、港口、水電等工程領域。

? ? BIM整合的是城市建筑物的整體信息,而GIS則整合及管理建筑物的外部環境信息,它們的融合創建了一個包含城市大量信息的虛擬城市模型。因而,引出了CIM的概念。

? ? CIM是指城市信息模型(CityInformationModeling),是以城市信息數據為基礎,建立起三維城市空間模型和城市信息的有機綜合體。從狹義上的數據類型上講,CIM是由大場景的GIS數據+BIM數據構成的,屬于智慧城市建設的基礎數據?;贐IM和GIS技術的融合,CIM將數據顆粒度精確到城市建筑物內部的單個模塊,將靜態的傳統數字城市增強為可感知的、實時動態的、虛實交互的智慧城市,為城市綜合管理和精細治理提供了重要的數據支撐。

? ? 無論“CIM”中的字母I指信息還是智慧,CIM這個概念的提出,把公眾的視野從單一建筑拔高到建筑群甚至城市一級,給予智慧城市更有力的支撐。

? ? 在CIM的范疇里,GIS可以提供以下四個方面的能力:提供二維和三維一體化的基礎底圖和統一坐標系統的能力;提供各個BIM單體之間相互連接的能力,比如道路、地下管廊與管線等;提供空間分析和管理的能力;提供大規模建筑群BIM數據的管理能力。

? ? 前三個都是GIS傳統擅長的能力,并且已經得到成熟的發展;第四個是GIS在CIM領域面臨的新挑戰。在CIM層面,管理對象是一個區域甚至一個城市的BIM數據。BIM的數據量是十分巨大的,單個建筑物的BIM數據就高達一兩百GB,由幾百萬個三維部件組成。城市級的數據量更加是不可想象。經過這幾年的發展,GIS軟件不僅實現了對接訪問BIM相關軟件的數據格式,而且實現了管理大規模建筑物的BIM數據的能力。

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? ? 從CIM到數字孿生

? ? 數字孿生一詞最早誕生于工業界,但是其在智慧城市方面的應用則來源于2018年通過的《雄安規劃綱要》,綱要提出:“堅持數字城市與現實城市同步規劃、同步建設,適度超前布局智能基礎設施,打造全球領先的數字城市”、“建立健全大數據資產管理體系,打造具有深度學習能力、全球領先的數字城市”等建設內容。中國信息通信研究院院長劉多在接受采訪時說:“雄安新區是數字城市與現實城市同步規劃、同步建設的城市,兩座城市將開展互動,打造數字孿生城市和智能城市?!?/p>

? ? 近年來在城市建設的過程中,CIM通過BIM、三維GIS、大數據、云計算、物聯網(IoT)、智能化等先進數字技術,同步形成與實體城市“孿生”的數字城市,實現城市從規劃、建設到管理的全過程、全要素、全方位的數字化、在線化和智能化,改變城市面貌,重塑城市基礎設施。

? ? CIM是數字孿生城市的基礎核心,同時利用CIM的可擴展性,可以接入人口、房屋、住戶水電燃氣信息、安防警務數據、交通信息、旅游資源信息、公共醫療等諸多城市公共系統的信息資源,實現跨系統應用集成、跨部門信息共享,支撐數字孿生城市的決策分析。

? ? 通過數字孿生城市的技術,在虛擬空間再造城市的一個拷貝,作為現實城市的鏡像、映射、仿真與輔助,為智慧城市規劃、建設、運行管理提供統一基礎支撐。

? ? 1、城市規劃仿真

? ? 基于多源數據和多規合一實現規劃管控一張圖。整合所有基礎空間數據(城市現狀三維實景、地形地貌、地質等)、現狀數據(人口、土地、房屋、交通、產業等)、規劃成果(總規、控規、專項、城市設計、限建要素等)、地下空間數據(地下空間、管廊等)等城市規劃相關信息資源,形成數據完備、結構合理、規范高效的數據統一服務體系,在數字孿生空間實現合并、疊加,解決其中的規劃沖突,統一空間邊界,形成規劃管控的“一張藍圖”,以此為基礎進行規劃評估、多方協同、動態優化與實施監督。在充分保證“一張藍圖”實時性和有效性的前提下,通過對各種規劃方案及結果進行模擬仿真及可視化展示,實現方案的優化和遴選。

? ? 2、城市建設管理

? ? 在城市建設項目的設計階段,利用數字孿生技術,構建還原設計方案周邊環境,一方面可以在可視化的環境中進行交互設計,另一方面可以充分考慮設計方案和已有環境的相互影響和制約,讓原來到施工階段才能暴露出來的缺陷提前暴露在虛擬設計過程中,方便設計人員及時針對這些缺陷進行優化。

? ? 在施工階段,利用數字孿生技術中對象具有的時空特性,將施工方案和計劃進行模擬,分析施工進度和計劃的合理性,對施工過程進行全面管控。

? ? 3、城市運維管理

? ? 在運維管理階段,利用城市實體中各種物聯網傳感器和智能終端實時獲取的數據,基于CIM模型,對城市基礎設施、地下空間、道路交通、生態環境、能源系統等運行狀況進行實時監測和可視化綜合呈現,實現對設備的預測性維護、基于模擬仿真的決策推演以及綜合防災的快速響應和應急處理能力,使城市運行更穩定、安全和高效。

? ? 作為新型智慧城市建設的一種新理念、新模式,以CIM為核心技術的數字孿生城市正帶動著巨大的產業資源和智力資源參與形成城市級的創新平臺。在愈演愈烈的智慧城市建設浪潮中,搶占CIM這塊技術高地,不僅有助于拉動空間信息服務與智慧建造服務的發展,同時也為周邊行業以及一些基礎性和應用型的技術指出了新的發展方向。數字孿生城市的虛實融合、精準映射的特征對技術提出了新的要求,比如縮短地理測繪的周期、提高信息采集更新的頻次、提升數據加載與圖形渲染的速率、規范數據采集和融合的標準、增強實時數據的分析挖掘能力等。增城城鄉院將繼續專注前沿GIS技術,并積極開展CIM及數字孿生城市的探索和學習,推進增城城市建設的智慧化。


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