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观点 | 基于CIM技术的老旧小区改造系统研究与设计

发表时间:2022-03-28 18:20:40

来源丨 电子技术与软件工程杂志 2021年12月下

作者丨 许浩 谢胜波 李惠 蔡明豪 张明婕

为了解决老旧小区改造中的“粗颗粒度”决策、成本估算效率低、评价指标停留在纸面等问题,实现老旧小区改造项目全过程管理、改造方案的比选优化以及小区的科学治理,笔者以老旧小区改造现状中遇到的问题为切入口,提出基于 CIM 技术的老旧小区改造系统设计思路以及应用成效和未来展望。

我国老旧小区改造现状及CIM技术应用

01、我国老旧小区改造现状 

随着我国社会经济的持续发展和物质生活水平的显著提高,人民对美好生活的需求不断提高,20 世纪八九十年代建成的老旧小区在满足居民的基本生活需求方面面临着越来越多的挑战。据统计,我国有老旧小区约17 万个,建筑面积约40 亿平方米,涉及约4200 万户居民,约占全国存量住宅的12%。为提升老旧小区质量,改善居民居住条件,2015 年 12 月,在中央城市工作会议中提出要加快老旧小区改造,标志着我国老旧小区改造工作正式拉开序幕。2020 年全国新开工改造城镇老旧小区共40279 个,惠及居民约735.73 万户。老旧小区改造是一项系统工程,涉及方方面面,在实际操作中面临现状不清、定量分析评估不准、改造方案决策及预期成效不明等难题,导致老旧小区改造工作尤其是隐蔽工程改造面临诸多挑战。

02、CIM在老旧小区改造中的应用

城市信息模型(CIM)是物理城市在三维数字空间实时全映射的呈现载体和窗口,是基于数字孪生的城市信息有机综合体。CIM技术在老旧小区改造中的应用是基于 CIM 平台底图,将改造工作中需要的改造范围、地形、土地、道路与基础设施、建筑、相关规划和设计方案等进行三维数字化处理和表达,同时结合小区经济情况、人口资料、土地房屋权属、设施运行状况等数据,实现老旧小区改造项目的全过程管理。

基于CIM的老旧小区改造系统设计

01、系统总体架构 

基于CIM的老旧小区改造系统,是一个依托 CIM 平台提供基础功能及服务,聚焦于城市老旧小区“微改造”业务需求研发的三维数字化管理系统。

开发框架

老旧小区改造后台系统所应用的技术是基于 Java 的 , 前端则使用 vue 实现。采用 B/S 架构使系统能集中部署分布使用,有利于系统升级维护;采用 MVC 的开发模式并参考 SOA 体系架构进行功能设计,根据实际业务量进行功能扩容,系统功能隔离运行,保障系统整体运行的稳定性。

功能模块架构

根据 CIM 在老旧小区改造中的应用场景,结合老旧小区改造项目的管理需求,将老旧小区改造系统划分为指标管理、项目管理、改造管理、数据管理和图层管理 5 个模块,如图 1 所示。

图 1:老旧小区改造系统功能架构

02、系统模块介绍 

指标管理模块

老旧小区改造评价指标体系具有多维度、多层级的特点,指标管理采用多级缓存和数据清洗技术,支持多维度的数据收集 / 处理以及多层级的指标数据展示,可根据实际情况和区域特性自定义指标库和评价指标模板。其中指标库展示了指标体系中的各级指标及说明;评价指标模板支持根据不同的情况配置和管理自定义的指标模板,选择指定的指标项并灵活地配置指标权重值。如图 2 所示。

图 2:指标模板管理

项目管理模块

老旧小区改造系统接入“规、设、建、管”CIM 应用的项目数据,整合展示不同阶段中的项目信息资料,支持项目实际成本进度反馈,支持项目监管过程中相关影像、文件资料的补充。如图3所示。

图 3:项目改造信息展示

改造管理模块

根据小区调查、入户调查等功能收集有关小区的土地、基础建筑情况、设施运行情况、居民意愿等多方面数据,根据配置好的指标评价模板,对小区进行改造优先级的筛选。可以上传小区的设计方案文件、设计方案 BIM 模型,横向对比不同设计方案的模型设计、成本投入和时间开销的优劣。支持改造前中后的点云、倾斜摄影、BIM、地形、影像等二三维数据的分屏对比分析和改造构件的变更对比分析。如图 4 所示。

图 4:方案评比

数据管理模块

支持对三维点云、倾斜数据、BIM 模型、白膜等三维数据的上传下载、检索。运用 BIM 模型轻量化功能支撑提供 BIM 模型处理、数据导出等操作功能,可以实现对老旧小区改造的全过程三维数据管理,包括设计方案、施工过程、竣工验收等全过程的 BIM 模型的导入、导出、查看管理以及精细化数据展示。利用多层级轻量化渲染技术实现不同层次细节处理,支持精细到构件的属性查询和构件查询,支持不同阶段的模型对比查看以及构件级别的属性变更对比和定位。如图 5 所示。

图 5:模型数据管理

图层管理模块

依托 CIM 引擎,图层管理模块主要实现地形数据、影像数据、三维模型数据、BIM 模型数据、矢量数据及物联网数据等多源异构数据加载,实现人眼视角漫游动态加载数据、图层按需组织可见、透明度控制等功能,并支持用专题的方式灵活控制图层。同时,页面提供图层工具箱,支持用户对图层进行测量、搜索、全屏、截图、初始化等操作。如图 6 所示。

图 6:图层测量工具

03、智能应用场景 

自动推演改造最优化布局

老旧小区改造系统依托 CIM 平台综合考虑城市社会、经济、文化和环境等因素,探寻城市发展规律,自动推演老旧小区改造最优化时序及最合理布局,实现改造资金的最大化利用。

不确定性模型下的多源资料举证

老旧小区改造系统使用 CIM 平台的高效引擎和逼真的可视化渲染技术,通过改造前、中、后期的模型数据上传管理,并且在系统与物联网、智能感知等融合技术的运用下支持对项目实现实景化的全生命周期监控。同时,通过对多类型改造方案文件上传预览的支持,以及实时填报项目信息等多源数据,对执行过程中的成本进度等信息整合,提供视频、图片等多源的监管资料举证,实时监控确保改造过程的规范性。

拆迁补偿精细化测算

基于 CIM 平台接入一标三实数据,对拟拆迁地区的人口信息、每户的建筑面积和改造支持意愿、总体改造范围和改造面积进行精确的把控和统计展示。利用 CIM 平台全要素数字化表达、可视化呈现、数据融合供给、空间分析计算、模拟仿真推演、虚实融合互动、物联感知操控等能力,对拟拆迁区域自动进行成本核算、复建量测算、建筑总量测算及用地布局方案实景化设计,破解项目逐个评、改造各自为战的问题。

多维度智能分析

老旧小区改造评价的体系是经过多维度的整合,使用评价体系进行智能分析,结合老旧小区现状模型、标准作业图、标准地址库、标准建筑物编码、标准基础网络,实有人口、实有房屋、实有单位、实有设施、小区经济情况、小区建筑及设备情况等,同时收集居民对小区改造的态度与建议等信息,自动化辅助筛选改造优先级较高的小区目录。

智慧社区应用

老旧小区改造系统将打通城市管理平台、社区公共服务平台和物业服务平台,实现基于 CIM 的智慧社区应用,实现房屋信息整合、物联传感设备数据接入,提供智能监控、设备监测预警以及社区服务管理等功能,提升改造后的社区治理能力和综合服务能力。

应用成效

以本系统在广州市增城区荔城街某小区改造应用为例,总结出以下五点应用成效:

01、以人为本理念深入贯彻

居民改造意愿强烈。工作人员通过老旧小区改造系统能直观查看居民对改造的意见与建议,对改造有疑问的居民可以基于系统进行进一步的答疑与说明,极大提高居民的参与意愿,系统应用结果显示,居民改造意愿达 50% 以上,居民对改造活动的支持度达到了 86.67%。

02、综合评价小区改造指标

合理判定改造潜力。系统根据本项目的数学模型,对小区的改造指标进行了评价分析和在线验算,总体得分高达到 73.7744,改造潜力较大,应列为优先改造小区。

03、接入多方规范数据及文档

管理效率显著提高。系统具备规范管理改造文档资料功能,便于实现工作协同和项目文档的统一整理;系统通过接入项目报建、审评等各部门数据,将老旧小区改造项目各个部门的许可信息统一到项目管理模块中,便于查看项目推进情况,提高项目跨部门管理效率。

04、模型自动比对

提高决策的科学性。系统支持查看改造模型构件属性、是否改造以及改造前后的变更可视化,同时支持对比不同的改造方案,为确定改造方案提供科学合理的选择建议。

05、更新进度实时展示

合理控制项目周期。系统支持上传项目实施过程中的施工图及阶段性项目进度情况信息填报,把控小区改造项目的实际成本/计划成本、实际进度/目标进度情况的对比,及时发现并解决改造工作中出现的问题,确保了项目的顺利实施。

总结与展望

在老旧小区改造项目中,利用 CIM 平台支撑对老旧小区的数据采集、翻模和现状模型管理,通过老旧小区改造系统进行改造变更对比分析,完成老旧小区改造方案比选,支撑老旧小区项目设计、施工、竣工 BIM 模型入库及改造前后对比,实现了老旧小区改造项目立项、报建、建设的全过程管理和资料档案管理。

老旧小区改造系统依托于 CIM 技术,拥有承载 PB 级数据容量的模型数据存储、索引、计算能力,同时,运用模型轻量化技术,支持城市老旧小区改造大场景下的计算分析和汇聚服务,未来可推广应用于城市级多小区改造项目管控,实现基于 CIM 技术的智慧社区应用管理。