基于城市信息模型的“數字住建”架構體系研究

黃柯瑋 吳兵福 盧金赟 陳武佳 葉東偉

(廣州市住房城鄉建設行業監測與研究中心)

“數字住建”是國家數字化戰略的重要組成部分，目的在于推動新一代信息技術在住房和城鄉建設領域的創新應用，加快城市管理、住房管理和工程建造等方面的數字化轉型。住房和城鄉建設部強調“舉全行業之力，推進‘數字住建’”，為“數字住建”的打造奠定基礎。當前，隨著建筑信息模型(Building Information Modeling，簡稱“BIM”）、人工智能(artificial intelligence，簡稱“AI”)等技術的興起，全國各地都在推進住建信息化建設工作，“數字住建”正迎來重大的發展機遇。但由于“數字住建”建設并未按照統一架構、統一數據、統一技術、統一風格、統一服務的集成一體化思路來推進，存在如下問題阻礙了住建行業的智慧化建設：一是建設協同性不足，住建業務全生命周期沒有形成貫通的閉環，業務系統的集成融合不足，存在信息壁壘等現象；二是建設系統性不足，建筑行業內部缺乏跨部門、政企協同的統一數字底座和相應的標準規范來支撐工程項目的智慧化建設管理。

當前，城市信息模型（City Information Modeling，簡稱“CIM”）已經成為智慧城市建設的基礎技術之一，CIM 平臺是以建筑信息模型（BIM）、物聯網(Internet of Things，簡稱“IoT”）、地理信息科學(Geographic Information Science，簡稱“GIS”）等技術為前提，在深度匯聚城市多維多尺度的基本信息數據和物聯感知數據的基礎上，構建起的城市信息綜合展示和分析平臺[1]，其特色在于：一是強大的數據匯聚能力，通過物聯感知設備的接入匯聚多元異構數據，推動空間數據、住建業務數據在項目建設全生命周期和參建各方中的共建共享，著力解決“數字住建”建設協同性不足和“數據孤島”問題；二是強大的二次開發能力，以匯聚的數據和BIM、云計算、大數據等技術為基礎，構建標準化的業務邏輯，同時以二次開發接口輸出CIM 平臺的通用功能，統籌住建行業各業務系統和應用場景的建設，著力解決“數字住建”建設系統性不足問題。

可見，CIM 平臺為“數字住建”的建設提供了統一的數字底座和規范支撐，搭建基于CIM 平臺的“數字住建”架構體系，有助于住建行業內的信息融合交互、業務協同和安全可控，提升了決策的科學性和行業管理的效率，研究基于CIM 的“數字住建”架構體系是很有意義的。

1.基于CIM 的數字住建總體架構

參照《城市信息模型（CIM）基礎平臺技術導則》[1]，CIM 平臺總體架構包括設施層、數據層、服務層三大層次和標準規范體系、信息安全與運維保障體系兩大體系。其中設施層包括數據存儲、傳輸、服務等信息化基礎設施，以及傳感器等物聯感知設備；數據層至少包括時空基礎、業務數據等數據資源；服務層是CIM 平臺的核心，提供包括數據匯聚與管理、數據查詢與可視化、平臺分析、平臺運行與服務、平臺開發接口等服務。標準規范體系旨在指導和統籌CIM 平臺的建設、管理和運營等過程；信息安全與運維保障體系旨在保障CIM 平臺網絡、應用及服務的穩定運行。

因此，為解決“數字住建”建設中存在的問題，基于CIM 基礎平臺架構，以信息網絡基礎設施建設、數據的匯聚共享和標準規范體系、信息安全體系、運行管理體系的保障為前提，構建以CIM 平臺為基礎支撐底座的數字住建架構體系，圍繞工程項目管理、建筑業行業管理、住房管理、公共設施管理、鄉鎮建設管理、城市更新管理、城市體檢、政務服務與辦公等8 大業務應用、1 大智能決策指揮應用和2個統籌服務門戶，支撐住建行業的智慧化升級。如圖1所示。

圖1 基于CIM 的數字住建架構體系

2.CIM 平臺賦能“數字住建”研究

針對“數字住建”建設中協同性和系統性不足的問題，基于CIM 平臺的“數字住建”架構體系可以實現以CIM 平臺為核心，以行業數據的治理為抓手，深度融合工程項目管理、建筑業行業管理等住建八大業務，推動建筑行業的轉型升級和高質量發展。

2.1 CIM 平臺賦能工程項目管理

工程項目管理是住建行業的重要基礎業務。傳統的工程建設項目中，存在參建各方協同性較差、建設過程可追溯性較差、質量安全監管不到位等問題。CIM 平臺賦能工程項目管理，打造建設工程融合監管系統，是基于物聯傳感技術在工程項目現場布設傳感器，匯聚多元異構數據至CIM平臺，統一數據交互及共享標準，以實現個性化的業務功能，如圖2 所示。一是實現工程項目數據的政企互聯，提升參建各方協同性。建立監管部門、企業、項目三方數據協同治理模式，通過CIM 平臺共享監管端業務資源數據給企業，助力企業及時獲得工程質量安全數據，加強工程監管及數據匯總分析，提升工程建設質量及安全系數，實現跨業務、跨部門間的協同共享和上下游業務鏈條的整體協同。二是實現施工現場質量、安全、文明、進度、消防等方面業務的全面監管。在安全監管方面，整合起重機械、深基坑、高支模等危險性較大工程的實時監測數據，利用無人機、移動端、視頻監控AI 等開展工地巡檢巡查，做到安全監管要素全覆蓋；質量監管方面，在CIM 平臺中導入三維工程模型，接入質量監測計劃、合格及不合格數據、監測異常數據，實現工程質量的實時監測和反饋；在文明施工監管方面，接入了施工圍蔽、揚塵噪音動態指標監測與預警等數據，實現文明施工實時監控；人防消防方面，融合了消防過程“必審必驗”項目的相關圖紙文書，做到應驗盡驗。

圖2 CIM 平臺賦能工程項目管理

2.2 CIM 平臺賦能建筑行業信息管理

建筑行業管理方式隨著建筑信息化水平的不斷提高而發生轉變，智能化、集約化管理已成為建筑業信息管理的趨勢[2]。但近年來，政企兩端只是實現了階段性的信息管理，并且信息的傳輸效率和安全性無法得到保證，難以實現工程建設項目可溯源的全過程信息管理[3]。CIM 平臺賦能建筑行業精細管理，是基于CIM 平臺匯聚建筑產業中政府監管、行業、企業、項目四個維度的數據，結合BIM 和區塊鏈等技術，為建筑業管理信息化、智能化、集約化提供針對性的應用。一是提升住建行業信用管理水平，建立房屋信用監管綜合信用評價體系，有效實現穩定房地產市場價格、預防供給不平衡、房源隱瞞、杜絕炒房、一房多賣等非法行為；完善建筑行業管理信用信息系統，將建設單位、重點人員納入信用記錄范圍，進一步完善建筑領域信用建設體系。二是提升住建行業應用信息管理水平，建設領域管理應用信息系統，共建共享全市統一實名制工人庫，實現建設領域工人統一身份認證，完善工程項目信息、工人和管理人員實名制信息、考勤信息等功能；拓展建設綠色建筑、裝配式建筑綜合管理信息系統，加強大型公共建筑、政府機關辦公樓等建筑的能耗限額、綠色建筑運維管理。三是提升住建供應鏈信息管理水平。利用CIM 平臺強大的二次開發能力，針對建筑原材料采購、生產、運輸、養護、檢測等各質量控制關鍵環節的相關信息控制，實現工程質量的閉環控制，提升供應鏈信息的可追溯性。

2.3 CIM 平臺賦能住房管理

在傳統的住房管理中，房屋交易、租賃、物業、房屋安全上都存在或多或少的問題。例如在房屋交易中，新建房的開發商無預售許可證銷售，二手房房東偽造個人身份證或房屋產權證書[4]。傳統住房管理中存在的問題，是源于房屋管理全過程不連貫，各個管理環節協同性較差，未及時響應居民的需求。CIM 平臺賦能住房管理，是通過收集已有平臺中涉及房產全生命周期的多源異構數據，例如房產測繪、房產交易、房屋檔案等數據，并經過數據源分析、加工整理、質量檢查、坐標轉換等步驟[5]，形成房屋信息數據庫匯聚到CIM 平臺，為政府、企業、居民提供個性化的監管、交易服務。

一是實現房屋全生命周期管理。打造“住房一屏”呈現，要求對房地產交易信息、項目信息、房屋權屬信息等信息按照房屋從規劃、預售、買賣、滅失的過程進行直觀的展示，基于統一的共享樓盤表，全方面展示該過程中的房屋的物理自然狀況以及權屬狀況。在預售階段，打造商品房預售資金監管系統，有效把控預售資金流向；在買賣階段，拓展存量房網上交易系統功能，推進存量房網簽交易信息共享，實現存量房交易價格分戶型分類分區統計等功能服務，為行政決策提供有效支撐；在運營階段，打造智慧物業管理信息系統，為企業、居民提供線上線下融合的政務服務和公共服務，為居民提供多樣化多層次生活服務，推進物業服務線上線下融合發展。

二是實現房屋全過程安全監管。以CIM 平臺匯聚房屋安全鑒定報告數據，利用“移動互聯網+大數據+人工智能”手段，建立城市房屋健康體檢一張圖，確保及時發現房屋安全隱患，有效提升了政府對既有房屋安全的監管效率、監管有效覆蓋率，提升房屋使用安全責任人、物業管理單位的責任意識、運維效率，形成閉環式監管模式。

2.4 CIM 平臺賦能住建公共設施管理

傳統的住建領域公共設施建設，存在智能化水平低、建設規范性不足的問題。以地下基礎設施的建設為例，傳統的地下基礎設施防災減災多依靠人力和工程經驗，盡管新興信息技術的發展讓地下基礎設施的智能化成為可能，但地下基礎設施種類多導致精細化管理困難、缺少歷史數據導致信息化和數字化受到制約等問題[6]，讓地下基礎設施的智能化進展較為緩慢。

CIM 平臺賦能住建公共設施管理，旨在充分利用智慧地下基礎設施、智慧管廊、智慧燈桿等載體，部署城市數據采集智慧感知節點，采集地下管線等信息，依據信息共享實施方案和脫敏規則，信息脫敏處理后的數據通過政務外網共享，導入CIM 平臺，支撐相關應用系統的數據融合，著力解決當前公共設施數據缺失等問題。同時依托CIM 平臺，對管廊管線、照明裝置等公共設施的運行狀態實現統一、實時監管，并對各分控中心的運營狀況進行綜合評價與考核，提升精細化監控預警能力、應急事件快速聯動處置能力，保障城市公共設施安全運行，提升公共設施智慧化水平，實現應急情況下的統一指揮調度和城市公共設施管理工作從人工管理向自動化管理轉變、從被動管理向主動服務轉變。

2.5 CIM 平臺賦能鄉鎮建設管理

鄉村數字化治理是美麗鄉村建設、實現鄉村治理現代化的重要手段[7]，治理過程是海量數據通過算法模型處理后形成科學決策的過程[8]。CIM 平臺賦能鄉鎮建設管理，是以鄉村公共基礎設施、人才、文化、生態為主線，通過CIM平臺匯集全鎮人口、公共基礎設施、國民經濟、資金投入、土地資源、鄉村專業人才培育、人文環境、文物普查、農業發展經營、公共文化、精神文明等數據形成基礎信息庫，支撐鄉村建設管理系統的建設。各級主管部門定期填報相關工作進展數據，主管部門實時掌握各地工作進展，發現研究解決存在問題，實現工作呈報、日常管理、建設管理、總結分析、輔助決策的有機整合。

2.6 CIM 平臺賦能城市更新管理

城市更新是實現住房和城鄉建設事業規模化轉型的重要抓手，傳統的城市更新過程，以土地要素為核心，存在產業升級轉型和經濟拉動有限、社區治理和服務水平有待提升等問題[9]。“數字住建”與城市更新有著密切的聯系，城市更新是實現“數字住建”的一種有效的方式，可以通過轉變更新理念、促進數據要素流通、引入新產業、優化空間布局、改善基礎設施等手段，以城市更新推動住建領域的數字化進程。

以CIM 平臺賦能智慧城市更新，通過在改造片區布設物聯感知設備和其他智慧硬件設備采集數據，整合改造片區的土地、房屋、人口、市政設施、物聯感知等數據至片區CIM 平臺，支撐社區、園區等片區的智慧化改造進程，為改造片區的居民提供智慧化服務，形成城市更新過程決策的科學化、實施的規范化、監管的精細化，如圖3 所示。一是推動業務辦理智慧化。基于CIM 平臺打造城市更新統一業務辦理平臺，實現城市更新項目基礎數據管理、項目申報、項目審批、項目監管統計、完善歷史用地手續等業務管理，為各級用戶提供城市更新管理各類信息資源在線編輯、共享查詢工具，并對項目審批進行檢查、監督、催辦。二是推動片區改造智慧化。在片區更新改造過程中，利用CIM 平臺強化檢索查詢功能，按照項目范圍、更新要素等多條件進行快速便捷統計、多維度展示，支持多用戶實時線上更新查詢等，快速獲取關于片區更新范圍內的土地、房屋、人口、經濟、產業、公建配套及市政設施等基礎信息和諸如改造體量、改造空間需求、改造成本估算等更新改造基礎數據，實現對城市更新項目基本情況的統計篩查。同時，通過面向居民的服務平臺，征求居民改造意見，收集合理建議，提高城市更新決策水平，提高市民對片區建設的參與度，以此提升城市更新的效果和人民的滿意度。

圖3 CIM 平臺賦能城市更新管理架構圖

2.7 CIM 平臺賦能城市體檢

“城市體檢”是針對城市發展過程中的系列服務和管理問題而進行的現狀評價工作，其核心工作是基于三維傾斜攝影、街景掃描、物聯感知技術等新一代信息技術的應用，感知并獲取城市運行狀態數據，并基于大數據、云計算等技術對所獲數據進行智能化分析，以緩解“城市病”問題[10]，助力“數字住建”高質量發展。當前，城市體檢亟需解決的問題是“城市病在哪里，病得有多重”。以CIM 平臺賦能城市體檢，是以CIM 平臺的物聯設備接入能力，匯聚城市生態宜居、健康舒適、交通便捷、安全韌性等多方面基礎數據，發現城市運行數據異常，從而定位“城市病在哪里”。同時以CIM 平臺的可視化分析、模擬仿真能力為抓手，參照城市體檢指標體系，建設基于CIM 的城市體檢評估分平臺，通過數據模擬分析，發現城市“病得有多重”，提高城市治理能力，助推城市新時代城市生態文明建設和高質量發展。

2.8 CIM 平臺賦能政務服務

住建領域涉及到的政務服務非常廣泛，涵蓋工程項目審批管理、聯合驗收管理、圖紙管理等方面。傳統的住建政務服務存在一些短板：一是從行政審批角度來看，工程審批涉及到的橫向職能部門和縱向辦事部門多，導致審批過程相互割裂，存在信息孤島的現象[11]；二是從技術審批角度來看，傳統的審批審查模式依賴人工方式，需要行業領域專家依照規范和工程經驗進行審批，存在審查效率低、審查尺度不一的問題[12-13]。盡管在近年來，BIM 技術的推廣使得BIM三維審查成為可能，但BIM 僅僅是點狀應用，分散在規劃、勘察、設計、施工等單位，缺乏承載BIM 模型的統一平臺來為工程項目全流程提供標準化、規范化的服務[14]。

CIM 平臺賦能政務服務，是以CIM 平臺作為橫向串聯住建領域內各單位、縱向貫通工程項目全生命周期的連接點，為政府、企業、公眾提供高效、便捷的政務服務。一是實現工程審批智能化。打造基于CIM/BIM 的工程項目審批管理系統，實現多平臺的數據共享，通過統一身份認證登錄、人工智能語音等方式，優化審批流程，簡化流程，采取并聯審批，同步審批，缺失材料后補等措施，縮短工程項目審批時限，如圖4 所示。二是實現項目聯合驗收智能化。充分利用城市信息模型（CIM）平臺可視化的特征，將部分驗收環節關口前移，將現有的事后控制措施項改為事前、事中控制，提高工程項目管控、監督能力。三是實現建設工程一套圖紙管理。以CIM 平臺應用為導向，打通房建工程電子圖紙（包含二維CAD 和三維BIM）全過程流轉應用，統一工程建設過程中的片策方案、規劃方案、初步設計、施工圖、竣工圖等圖紙成果節點所產生的圖紙信息，逐步串聯打通人防審查、初步設計評審、裝配式預評價、施工圖技術審查、消防設計審查、交易監管、地下管線會簽、施工許可證、融合監管、地名審批、預售、網簽、聯合驗收、不動產登記、物業等環節數據，形成“一套圖紙走到底”的管理模式。

圖4 三維BIM 審查

2.9 小結

按照統一架構、統一數據、統一技術、統一風格、統一服務的集成一體化思路，構建了基于城市信息模型包含1個基礎支持底座、8 大特色業務應用、1 大智能決策指揮應用、2 套統籌服務門戶及3 大運行服務體系的 “18123”“數字住建”信息化框架體系，該體系為住建信息化提供了科學、可持續建設的頂層設計，整體框架清晰、建設任務明確、業務劃分合理、特色亮點突出，為“數字住建”信息化建設提供了有力保障。該框架一是能有效解決建筑行業內部缺乏跨部門、政企協同的統一數字底座和相應的標準規范導致建設管理系統性不足的問題，二是能有效解決建設工程項目全生命周期未形成貫通閉環而導致的協同性不足等問題。

3.基于CIM 的數字住建展望

CIM 平臺對“數字住建”的發展起到重要的賦能作用，但仍處于探索發展階段，需要繼續不斷強化CIM 平臺能力建設，完善基于CIM 的基礎支撐能力建設和標準體系建設，逐步推動建設形成CIM 中臺，為“數字住建”提供統一的、強有力的基礎支撐體系。為此，需要從如下三方面加以完善：

（1）完善數字住建基礎支撐體系。

需要繼續深入發揮和建設CIM 平臺基礎支撐能力，不斷推動CIM 平臺深化應用，夯實“數字住建”一個“數字底座”，為住建業務等上層應用提供好基礎支撐。

（2）完善數字住建標準規范體系。

需要圍繞統一架構、統一數據、統一技術、統一風格的“一張信息化藍圖”，做好“數字住建”標準體系建設，通過標準規范保障“數字住建”信息化可持續、穩步深入推進。

（3）深入挖掘住建領域數據資產價值。

當前，政企數據共享互用機制還不完備，政務數據脫敏和商用機制尚不完善，存在一定的數據壁壘。為此，需對數據資源進行不斷的梳理整合和綜合分析利用，做好業務系統的集成融合貫通，挖掘業務數據的價值，充分發揮業務系統的效用，為“數字住建”助力賦能。

4.結語

“數字住建”是數字中國戰略在住房和城鄉建設領域的系統承接，CIM 平臺是推進“數字住建”建設管理的關鍵基礎底座，探討建立基于CIM 的“數字住建”架構體系非常有意義。未來，應以建筑業數據要素的互聯互通為抓手，推進CIM 平臺能力的深化及應用和產業的深入發展，以“數字住建”推動數字中國高質量發展。