基于CIM的市政基础设施管理平台设计

文｜厦门市市政建设开发有限公司 林亚杰

一、引言

城市市政基础设施是城市重要的基础设施和城市赖以生存和发展的物质基础，也是保障城市正常、高效运转及城市经济社会健康可持续发展的重要条件。近年来，城市道路塌陷事故多发频发，暴露出城市地下基础设施规划建设管理方面存在不足，特别是在安全管理上短板突出，主要表现在设施底数不清、统筹协调不够、运行管理不到位等问题，需要全面加强对城市地下空间利用与市政基础设施建设管理的指导与监督。

2020年12月30日，住房和城乡建设部《关于加强城市地下市政基础设施建设的指导意见》（建城〔2020〕111 号）要求，加强城市地下市政基础设施体系化建设，加快完善管理制度规范，补齐规划建设和安全管理短板，同时要求推动数字化智能化建设，运用新一代信息技术，提升城市地下市政基础设施数字化、智能化水平。

城市信息模型（City Information Modeling，简称CIM），普遍认为是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网（IoT）等技术为基础，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维多尺度信息模型数据和城市感知数据，构建起三维数字空间的城市信息有机综合体，是实现数字孪生城市的基础，为城市从规划设计、建设管理到运营服务的全过程智慧赋能，将CIM 强大统筹能力，引入到地下市政基础设施管理中，为解决规划建设管理“碎片化”问题提供新的思路。

二、平台设计思路

本文围绕城市地下空间利用和市政基础设施建设与统筹管理需求，以CIM 技术为核心，以数字孪生为载体，基于城市地下市政基础设施大小空间、二三维、静态动态一体化的全要素综合数据底图，并融合城市地下管线、地下通道、地下公共停车场、人防等市政基础设施的多源专题数据及动态监测信息，构建统一地下市政基础设施管理平台，实现“一张图”综合展示及管理，有效解决“现状不明，家底不清”等问题。同时统筹考虑地下市政设施的全生命期管理，实现地下设施与地面设施协同规划、建设、管理和养护一体化应用，全面提升城市基础设施精细化管理水平，提高城市安全韧性。

1.打造城市数字空间底座，为智慧市政管理提供基础保障

融合建筑设施BIM 小空间与城市GIS大空间，集成物联传感信息，打造城市数字空间底座，并建设面向地下市政基础设施领域的专业模型，保障管理对象的时间完整性、数据完整性、过程完整性，打造统一的地下市政设施管理平台，形成规建管一体化业务数据融通，实现全生命期统筹管理。

2.多方面及多角度评估分析，实现智能规划决策及设计优化

将市政基础设施规划及周边环境信息进行数字化呈现，基于多种算法对于信息进行分析处理，辅助规划决策生成，并基于BIM 实现协同设计；同时通过将设计方案进行数字化呈现，打破传统二维限制，实现设计方案多角度的预演及模拟分析，助力设计方案的优化。

3.集成多维度实时动态监测信息，实现施工过程模拟及监管

基于CIM 平台对施工环境实现全方位、可视化、多层次的综合展示，提供对施工碰撞、现场场布、进度及施工过程的模拟分析，同时将施工现场人、机、料、法、环等各关键要素的全面感知和实时互联，对进度、成本、质量、安全、环保等关键要素综合性管控，实现施工过程的精细化管理。

4.积累全过程信息资产，实现精细化的运维管理和服务

基于全过程信息资产的累积，为智慧化运营服务提供信息支撑；并结合地下市政基础设施运行动态监测信息，及早发现老化、安全隐患等异常情况，并基于态势监测、事件预警及应急指挥，全面掌控突发事件，将市政基础设施管理精细到“细胞级”水平，实现事前预控，协同联动处置，让安全防范于未然。

三、平台架构设计

本平台在CIM 提供数字底座基础上，以多主体协同为核心，采用全方面与全流程相结合理念。通过统一的标准与规范，打通各方责任主体在规划设计、工程施工、竣工验收等各环节协作与协同管理，积累全过程信息资产，并向智慧运维服务阶段延伸，形成规管服一体化应用模式，实现闭环管理；同时对地下市政基础设施和要素的大数据智能化分析，其平台架构如图1所示。

图1 平台架构设计

CIM 基础平台层：建设CIM 平台基础平台体系，基于物联网传感器、城市基础设施的物联网网络等，实现对空间与非空间、结构与非机构、静态与实时的海量多源异构的信息采集融合，并提供基于BIM、GIS 及协同服务及应用。

数据引擎层：以城市地下市政基础设施的工程项目、人员、企业、专题业务等数据，基于规建管一体化引擎，形成多维度的数据管理系统（包括数据汇集、数据处理、数据存储、数据管理、数据治理和数据开发）。

应用层：平台提供包括地下市政基础设施的规划设计、建设施工、运营管理等一体化应用体系，支撑规划决策、设计优化、施工模拟、施工监管、一张图展示、智能预警、应急指挥及大数据挖掘分析等应用。

用户层：平台通过PC 端、大屏端、移动端，为用户层提供信息化应用服务；其用户包括主管部门、建设单位、勘查设计单位、施工单位、监理单位、检测单位、运营公司等。

四、平台功能设计

本平台以CIM 技术为核心，集成物联网、云计算、大数据、人工智能等技术手段，突破传统业务条线垂直运作、单部门内循环模式，对规划、建设、管理各阶段数据集成共享，归集处理，构建可感知、实时动态、虚实交互的城市地下市政基础设施数字孪生融合应用，面向规划设计、建设施工、运营管理等全过程提供服务，提升市政基础设施管理精细化、智能化、科学化水平。

1.在规划设计阶段应用

基于CIM 提供3DGIS+BIM 应用支持能力，面向地下市政基础设工程规划设计提供可视化方案比选分析、协同设计、审查优化等，满足工程宏观管理与精细化管理相辅相成的应用需求。

①规划设计数据管理

基于CIM 平台提供3DGIS 引擎及BIM引擎，将地下市政基础设施工程项目的规划、设计相关的BIM 模型、GIS 信息、设计参数、结构属性、对象属性、文档、变更等新进行有效的收集、存储、处理、更新、扩充，在平台中以“数据资源库”形式立体展现，并支持对资源浏览、视图导航，查询查看等。

②规划决策辅助分析

平台支持BIM 和宏观三维模型的融合应用，通过集成BIM 模型、地表设施、地下管网以及规划管控数据等空间多维要素，实现规划方案与各类要素的交互对比分析，包括环境模拟分析、规划方案模拟分析以及规划方案比选分析等，为智慧决策提供科学数据和分析支撑。

③工程项目协同设计

以全过程在线，多主体协同为核心，为多方责任主体搭建跨部门的云协同设计体系，并多源的GIS 空间信息结合，实现宏观地场景中进行设计，以及支持BIM 模型共享及设计协作，支持利用BIM 模型进行设计成果校验、审核、专业协调，提高设计质量各专业碰撞分析，解决各专业空间冲突，预留洞问题。

2.在建设施工阶段应用

将CIM 与BIM 技术与工程现场监控有机结合，以施工工地为抓手，围绕市政工程施工现场“人、机、料、法、环”五大因素，从项目进度、质量、安全、人员等管理流程和需求出发，开展基于CIM的市政工程项目建造的可视化管控，实现对市政工程施工全要素的信息化管理，进一步提升工程建设管理水平。

①工程进度管控

通过统一界面集成BIM 模型、现场视频监控、进度计划、现场照片及进度周报等信息，支持基于BIM 的施工模拟，以及进度计划在线查看，同时可计划实际对比分析，并通过多视口以三维动态的方式呈现出来，使管理者一目了然。

②项目质量管理

以检验批三检制为核心，通过发起初检—初检测量—提交复检—复检测量—提交终检等流程规范，内置质量检查验收标准规范，并与BIM 模型关联，方便现场质检人员直观、便捷地应用检查验收标准；对重点部位预设强制检查点，自动提醒检查各方现场检查验收。同时通过平台跟踪、汇总相关质量检查情况，提供整改率、质量问题预警等分析，实现对事前重大质量问题可预防，事后从源头到结果可追溯。

③项目安全管理

按照施工安全管理相关规定及要求，提供对项目安全检查、安全隐患整改、安全隐患整改复查进行全过程记录管理，并通过物联网技术，对工地作业现场设备运行监测及安全管控，同时基于大数据对安全检查进行多维度分析，包括按责任人、分包单位、问题类型分析，按问题是否消项、问题发生时间等进行分析及预警。

④人员实名制管理

应用物联网技术，及时、准确掌握项目劳务人员的登记在册数量、进出场时间、数量等，对项目登记在册劳务人员的考勤进行实时显示与历史分析，支持按人员工种、年龄分布、所属劳务队伍进行分析，全面掌控劳务人员信息；并与劳动力需求计划做分析，分析对进度的影响程度。

⑤设施信息资产管理

以工程项目为核心，以建设工程资料电子化为纽带，通过地下市政基础设施工程全生命期的电子文件制作、流转、签章、保存、管理、归档以及分析应用，并集成以BIM 为载体的项目数据库，累积形成全过程信息资产，为后期的智慧运维及运营服务提供信息支撑。

3.在运营管理阶段应用

基于CIM 城市信息平台的数字底座，并利用物联网及新型传感器等技术，实时、自动采集地下市政基础设施的实时监测数据，实现一张图综合展示、智能化预警、事故模拟分析及应急联动，形成可感知、实时动态、虚实交互的城市地下市政基础设施数字孪生融合应用。

①“一张图”展示

将地下市政基础设施二维、三维及专题数据集成形成数字底板，基于一张图进行展示，包括设施一张图、设施隐患一张图、设施监测一张图等，并提供对设施位置、内部结构、附属设施等对象的浏览、查询、统计、漫游，以及包括距离量算、面积量算、挖方分析、通视分析及水淹分析等。

②智能化预警分析

基于物联传感监测设备，实现对地下市政基础设施重点隐患部位实时监测预警，并提供地下市政基础设施安全风险防控等模型，基于风险隐患数据、实时动态数据及预警数据等对事故进行模拟分析。

③应急联动管理

基于CIM 与视频监控系统的集成与联动，实现安全事故、应急预案、资源调度为一体的可视化应急管理，通过事件跟踪、视频监控、移动应用等多种方式，实现安全应急事件的动态感知、智能分析与辅助决策，提高应急调度管理能力。

④大数据挖掘分析

基于“智慧市政基础设施”大数据进行深度挖掘与统计分析，构建水、电、气、热等各大基础设施的动态模型，为合理调配城市资源、准确预测资源使用情况、及时预警异常情况等提供数据支撑，实现智能化、科学化决策。

五、结语

本文通过将CIM 为核心新一代信息技术，引入城市地下市政基础设施规划建设及安全管理中，通过建设城市地下基础设施统一管理平台及数字孪生应用，实现地下市政基础设施规划、建设、管理等全生命期统筹管理，有利于扭转“重地上轻地下”、“重建设轻管理”观念，提升城市地下市政基础设施数字化、智能化水平和运行效率，推动城市治理体系和治理能力现代化，提高城市安全水平和综合承载能力。