基于CIM 的老舊小區改造多專業協同設計方法

陳義勇 尹妍 馬牧野 鄭子辰

(1.深圳大學建筑與城市規劃學院；2.住房和城鄉建設部信息中心)

2015 年，習近平總書記在中央城市工作會議上提出“有序推進老舊住宅小區綜合整治”。推進城鎮老舊小區改造得到社會各界的廣泛關注，成為我國各地城市建設的重要任務。

老舊小區改造是一項系統且復雜的工程，涉及規劃、建筑、景觀、市政、交通等多個專業領域的知識和技術，是多專業團隊之間協同合作的結果。但傳統的設計方式往往是線性、鏈條式、接力式的，各專業之間相互獨立、溝通交流不足、缺乏協同設計的平臺，導致了設計成果沖突、方案反復調整、信息交流不暢、施工落地困難等一系列問題，從而制約了老舊小區改造設計的高效開展。

圖1 2019-2023 年全國城鎮老舊小區改造情況

隨著“新基建”戰略的實施，作為智慧城市以及數字孿生城市的重要模型基礎，城市信息模型（CIM）的重要性日益突出[1-3]。CIM 在城市全生命周期的規劃、設計、建設、管理方面具有巨大的潛力，為老舊小區改造的數字化發展提供了有力的技術支撐[4-6]。但目前CIM 的相關應用研究主要側重于城市的管理與運維，在支撐設計方面潛力亟需探索。

本文以老舊小區改造多專業協同設計為例，剖析老舊小區改造協同設計的現狀問題及協同設計需求，并提出基于CIM 的老舊小區改造多專業協同設計方法，以期為老舊小區改造的設計協同問題提供解決思路，并為基于CIM 的城市全生命周期實踐應用提供參考。

圖2 老舊小區改造相關政策梳理

圖3 CIM 基礎平臺總體架構

1.訪談對象與方法

1.1 訪談對象

為了解當前城市老舊小區改造多專業協同設計的現狀及存在的問題，本研究采用半結構化訪談法，訪談了具有相關工作經驗的項目負責人、設計師和主管部門負責人。涵蓋的專業類型包括建筑設計、城市規劃、城市設計、結構工程、景觀設計、市政工程等8 個類別20 位專家，專家從事老舊小區改造設計的年限均超3 年，平均為6 年。

表1 訪談對象基本信息

1.2 訪談方法

采取半結構化訪談法，于2023 年7 月至9 月按照訪談提綱開展。訪談提綱主要涵蓋以下內容：當前城市老舊小區改造設計工作需要協同的專業類型、不同專業的設計階段和流程、多專業協同設計中存在的問題和需求，以及對基于CIM 進行城市老舊小區改造多專業協同設計的看法和建議。每次訪談時長為1 至2 小時不等。

2.老舊小區改造多專業協同設計問題

2.1 基礎資料缺失與不準確

圖4 受訪專家從事老舊小區改造工作年限

90%的受訪專家表示基礎資料的缺失和誤差是城市老舊小區協同設計的巨大障礙。大部分老舊小區建成已久，經過多年的變遷、管理單位的變動、臨時維修改動未留下記錄等情況，導致原有建筑和室外地下管線等資料缺失或與實際情況不符。此外，測繪和踏勘的精確度不夠，常常存在錯誤和遺漏。根據專家的描述，“由于現狀建筑基礎資料的缺失，相關數據只能通過人工測量獲得，而測量過程中常出現偏差和信息丟失等問題。在方案設計、施工圖設計和實際施工過程中，這些偏差和信息丟失會被放大，難以協調，只能不斷進行變更和修改。”基礎資料的缺失和不準確導致了方案實施的困難，設計方案反復修改，大大增加了設計師的工作量。一位項目負責人表示：“設計方案在實施過程中遭遇場地與現狀不符的問題是導致不得不修改設計方案的主要原因。”

2.2 多專業協同設計平臺缺乏

老舊小區改造涉及規劃、建筑、景觀、市政等多個專業領域，需要多專業之間有效的溝通和協作，實現信息的共享與互通。有55%的專家認為老舊小區改造缺乏多專業協同設計的平臺。在傳統的設計模式中，各專業相互獨立地進行設計，完成一個專業的設計后再開始下一個專業的設計，各專業以及各設計階段之間的協同主要靠定期提資實現。由于缺乏多專業協同設計和交流的平臺，無法實現多個設計師同時在同一項目上進行實時編輯和交流，而定期提資的信息交流方式往往存在較大延遲性，這讓團隊成員無法即時獲取其他成員的設計進展和反饋意見，多專業信息交流不暢，影響了設計效率和質量，延誤項目進展。當實施過程中出現涉及不同專業領域的問題時，設計師們往往疲于奔走告知各個專業，這不僅效率低下，而且容易導致信息的誤解和丟失。

2.3 多專業成果三維可視化不足

大部分專家認為老舊小區改造設計中多專業成果三維可視化不足。這是因為在以CAD 為主的傳統設計模式中，大部分設計成果為二維圖紙，缺乏直觀的三維可視化表達，這種協同方式不能直觀感知三維空間的全貌，在老舊小區改造的空間協同和施工中都存在較大局限。再者，傳統二維協同方式基于CAD 文件進行，依靠人工進行多專業成果的檢查，無法有效檢測出各個專業圖紙之間存在的沖突。這種情況下，圖紙中的“錯漏碰缺”現象在實施階段會被無限放大，即使是一個小的碰撞也可能造成方案反復調整的情況。一位專家指出：“每個專業各自出各自的圖，局部的地方可能存在沖突，但通過CAD 的平立剖面圖是很難發現問題的。只有通過BIM 將模型建立起來，才能在三維層面上發現各專業成果之間的沖突。”

另一方面，在政府部門審查項目時，由于二維文本和圖紙的表達效果有限，無法直觀展示設計方案的立體效果和各專業之間的關聯，效率低下。一位老舊小區改造主管部門的負責人表示：“現場情況無法在文本上完整、立體地體現出來，問題往往也只能通過文字描述或者二維圖紙來解釋，可視化不足限制了對于設計方案的全面理解和評估。”

2.4 智能化水平不足

圖5 訪談專家觀點統計圖

有20%的專家表示老舊小區改造多專業協同設計的智能化水平不足，主要體現在幾個方面：一是設計過程缺乏智能化。在傳統的設計模式中，設計師無法快速生成和優化設計方案，需要進行大量的手工操作和重復性工作，導致設計過程效率低下且容易出現錯誤。有專家表示：“由于缺乏有效的數據獲取和處理工具，使得設計師花費大量時間和精力在數據處理上，而不是專注于創造性的設計工作。”二是缺乏智能輔助決策支持。傳統設計模式缺乏基于數據和算法的智能化決策支持，設計決策往往依賴于設計師的經驗和直覺，難以準確評估和比較不同設計方案的優劣和可行性，從而影響設計質量和效率。

3.基于CIM 的老舊小區改造多專業協同設計方法

3.1 基于CIM 構建全要素高精度基礎數據平臺

圖6 基于CIM 的老舊小區改造多專業協同設計方法

基于CIM 構建老舊小區地上地下全覆蓋、高精度、多維度的基礎數據平臺，在項目啟動之初就為設計師提供準確且全面的基礎資料，可以解決因基礎數據缺失或不準確反復修改方案的問題，極大減少設計與實際工程之間信息不匹配的情況，有效提高設計效率和質量。而關于現狀三維數據的獲取，有專家提出：“可以利用BIM+傾斜攝影技術建立老舊小區的高精度現狀三維模型，并生成矢量文件上傳CIM 平臺，供設計師們下載使用，可以有效輔助設計工作。”傾斜攝影技術作為一種高效且精準的測繪手段，彌補了傳統測繪的不足，具有成本低、效率高等優點，還能提供準確、精細的數據，生成多種格式的成果文件，可以有效解決現狀基礎數據與實際不符的問題，實現設計成果和現狀情況高度貼合。

3.2 基于CIM 搭建多專業協同設計平臺

基于CIM 搭建多專業在線協同設計平臺支持多人在線協同編輯，多專業設計師共享設計方案，方案一處修改其他相關成果聯動修改，實現高效的團隊協同合作。平臺還支持多專業多格式設計成果的導入導出、典型場景的參數化設計，設計成果也可以與CAD、SU 等主流設計軟件無縫對接，實現深度集成和實時聯動，使設計師能夠快速調用日常使用的設計組件快速完成方案的設計和參數化建模。CIM 協同平臺不僅實現了各類設計工具的統一，還打破了時空限制和信息壁壘，讓各領域專業設計師可以跨區域、跨時空及時溝通交流，促進了資源共享和協同設計，極大地提升團隊的協作效率。

3.3 基于CIM 的多專業成果三維可視化

CIM 通過將多專業的設計成果整合到統一的三維模型中，實現多專業成果的三維可視化。這種三維可視化的方式能夠幫助設計團隊更好地協同工作，實現設計過程可視化而不僅是設計結果可視化，提高設計效率和質量。其次，基于CIM 還可以進行設計方案的比選，幫助設計團隊在不同設計方案之間進行比較和評估。另外，CIM 還可以生成高度逼真的渲染圖像和動畫，輔助設計師更好地展示和傳達設計意圖，還能夠幫助客戶和利益相關者更好地理解和評估設計方案。

3.4 基于CIM 的智能化輔助設計

基于CIM 為多專業協同設計提供多種智能化模塊，輔助設計團隊及時發現和解決多專業協同中的問題，減少錯誤和重復工作，提高設計的質量和效率。基于CIM 的數字模型能夠自動進行沖突檢測，通過分析不同專業之間的設計成果，識別潛在的沖突點，并結合專業知識和規范要求，提供相應的問題診斷和解決方案，幫助提高設計的準確性和可靠性。有專家表示：“在設計階段進行沖突檢測，可以避免在建筑施工過程中因為碰撞問題而導致的額外成本和時間延誤。及時發現和解決碰撞問題，可以有效減少重復施工和修改的需求，提高設計的落地性。”

4.結語

本研究通過深度訪談，對老舊小區改造協同設計中存在的問題進行了深入的分析和研究，并在訪談的基礎上總結出了基于CIM 的多專業協同設計方法，為解決老舊小區改造多專業協同設計問題提供了一種全新的思路和途徑。通過全要素高精度CIM 基礎數據平臺、多專業協同設計平臺、多專業成果三維可視化和智能化輔助設計，可以有效解決老舊小區改造中基礎資料缺失與不準確的問題，為設計師們提供準確的數據支持，輔助設計師高效傳達設計理念和意圖，更好地實現各專業設計師的協同工作和信息共享，提高設計效率和質量。

然而，盡管CIM 在國際上得到了廣泛應用和發展，但在我國的發展仍處于初級階段，基于CIM 的多專業協同設計的推廣和應用仍面臨著一些挑戰和困難。例如，技術標準和規范的制定、設計人員的培訓和素質提升、CIM 平臺的建設和完善等方面都需要進一步努力和探索。本文旨在嘗試提出基于CIM 的多專業協同設計方法，希望能夠增加更多從事規劃、建筑、景觀等專業的設計人員對基于CIM 的多專業協同設計的了解，并為多專業協同設計人員提供有益的參考和幫助，推動老舊小區改造的多專業協同設計工作模式的發展和創新，為我國老舊小區改造工作貢獻力量。