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觀點 | 基于CIM技術的老舊小區改造系統研究與設計

發表時間:2022-03-28 18:20:40

來源丨 電子技術與軟件工程雜志 2021年12月下

作者丨 許浩 謝勝波 李惠 蔡明豪 張明婕

為了解決老舊小區改造中的“粗顆粒度”決策、成本估算效率低、評價指標停留在紙面等問題,實現老舊小區改造項目全過程管理、改造方案的比選優化以及小區的科學治理,筆者以老舊小區改造現狀中遇到的問題為切入口,提出基于 CIM 技術的老舊小區改造系統設計思路以及應用成效和未來展望。

我國老舊小區改造現狀及CIM技術應用

01、我國老舊小區改造現狀 

隨著我國社會經濟的持續發展和物質生活水平的顯著提高,人民對美好生活的需求不斷提高,20 世紀八九十年代建成的老舊小區在滿足居民的基本生活需求方面面臨著越來越多的挑戰。據統計,我國有老舊小區約17 萬個,建筑面積約40 億平方米,涉及約4200 萬戶居民,約占全國存量住宅的12%。為提升老舊小區質量,改善居民居住條件,2015 年 12 月,在中央城市工作會議中提出要加快老舊小區改造,標志著我國老舊小區改造工作正式拉開序幕。2020 年全國新開工改造城鎮老舊小區共40279 個,惠及居民約735.73 萬戶。老舊小區改造是一項系統工程,涉及方方面面,在實際操作中面臨現狀不清、定量分析評估不準、改造方案決策及預期成效不明等難題,導致老舊小區改造工作尤其是隱蔽工程改造面臨諸多挑戰。

02、CIM在老舊小區改造中的應用

城市信息模型(CIM)是物理城市在三維數字空間實時全映射的呈現載體和窗口,是基于數字孿生的城市信息有機綜合體。CIM技術在老舊小區改造中的應用是基于 CIM 平臺底圖,將改造工作中需要的改造范圍、地形、土地、道路與基礎設施、建筑、相關規劃和設計方案等進行三維數字化處理和表達,同時結合小區經濟情況、人口資料、土地房屋權屬、設施運行狀況等數據,實現老舊小區改造項目的全過程管理。

基于CIM的老舊小區改造系統設計

01、系統總體架構 

基于CIM的老舊小區改造系統,是一個依托 CIM 平臺提供基礎功能及服務,聚焦于城市老舊小區“微改造”業務需求研發的三維數字化管理系統。

開發框架

老舊小區改造后臺系統所應用的技術是基于 Java 的 , 前端則使用 vue 實現。采用 B/S 架構使系統能集中部署分布使用,有利于系統升級維護;采用 MVC 的開發模式并參考 SOA 體系架構進行功能設計,根據實際業務量進行功能擴容,系統功能隔離運行,保障系統整體運行的穩定性。

功能模塊架構

根據 CIM 在老舊小區改造中的應用場景,結合老舊小區改造項目的管理需求,將老舊小區改造系統劃分為指標管理、項目管理、改造管理、數據管理和圖層管理 5 個模塊,如圖 1 所示。

圖 1:老舊小區改造系統功能架構

02、系統模塊介紹 

指標管理模塊

老舊小區改造評價指標體系具有多維度、多層級的特點,指標管理采用多級緩存和數據清洗技術,支持多維度的數據收集 / 處理以及多層級的指標數據展示,可根據實際情況和區域特性自定義指標庫和評價指標模板。其中指標庫展示了指標體系中的各級指標及說明;評價指標模板支持根據不同的情況配置和管理自定義的指標模板,選擇指定的指標項并靈活地配置指標權重值。如圖 2 所示。

圖 2:指標模板管理

項目管理模塊

老舊小區改造系統接入“規、設、建、管”CIM 應用的項目數據,整合展示不同階段中的項目信息資料,支持項目實際成本進度反饋,支持項目監管過程中相關影像、文件資料的補充。如圖3所示。

圖 3:項目改造信息展示

改造管理模塊

根據小區調查、入戶調查等功能收集有關小區的土地、基礎建筑情況、設施運行情況、居民意愿等多方面數據,根據配置好的指標評價模板,對小區進行改造優先級的篩選。可以上傳小區的設計方案文件、設計方案 BIM 模型,橫向對比不同設計方案的模型設計、成本投入和時間開銷的優劣。支持改造前中后的點云、傾斜攝影、BIM、地形、影像等二三維數據的分屏對比分析和改造構件的變更對比分析。如圖 4 所示。

圖 4:方案評比

數據管理模塊

支持對三維點云、傾斜數據、BIM 模型、白膜等三維數據的上傳下載、檢索。運用 BIM 模型輕量化功能支撐提供 BIM 模型處理、數據導出等操作功能,可以實現對老舊小區改造的全過程三維數據管理,包括設計方案、施工過程、竣工驗收等全過程的 BIM 模型的導入、導出、查看管理以及精細化數據展示。利用多層級輕量化渲染技術實現不同層次細節處理,支持精細到構件的屬性查詢和構件查詢,支持不同階段的模型對比查看以及構件級別的屬性變更對比和定位。如圖 5 所示。

圖 5:模型數據管理

圖層管理模塊

依托 CIM 引擎,圖層管理模塊主要實現地形數據、影像數據、三維模型數據、BIM 模型數據、矢量數據及物聯網數據等多源異構數據加載,實現人眼視角漫游動態加載數據、圖層按需組織可見、透明度控制等功能,并支持用專題的方式靈活控制圖層。同時,頁面提供圖層工具箱,支持用戶對圖層進行測量、搜索、全屏、截圖、初始化等操作。如圖 6 所示。

圖 6:圖層測量工具

03、智能應用場景 

自動推演改造最優化布局

老舊小區改造系統依托 CIM 平臺綜合考慮城市社會、經濟、文化和環境等因素,探尋城市發展規律,自動推演老舊小區改造最優化時序及最合理布局,實現改造資金的最大化利用。

不確定性模型下的多源資料舉證

老舊小區改造系統使用 CIM 平臺的高效引擎和逼真的可視化渲染技術,通過改造前、中、后期的模型數據上傳管理,并且在系統與物聯網、智能感知等融合技術的運用下支持對項目實現實景化的全生命周期監控。同時,通過對多類型改造方案文件上傳預覽的支持,以及實時填報項目信息等多源數據,對執行過程中的成本進度等信息整合,提供視頻、圖片等多源的監管資料舉證,實時監控確保改造過程的規范性。

拆遷補償精細化測算

基于 CIM 平臺接入一標三實數據,對擬拆遷地區的人口信息、每戶的建筑面積和改造支持意愿、總體改造范圍和改造面積進行精確的把控和統計展示。利用 CIM 平臺全要素數字化表達、可視化呈現、數據融合供給、空間分析計算、模擬仿真推演、虛實融合互動、物聯感知操控等能力,對擬拆遷區域自動進行成本核算、復建量測算、建筑總量測算及用地布局方案實景化設計,破解項目逐個評、改造各自為戰的問題。

多維度智能分析

老舊小區改造評價的體系是經過多維度的整合,使用評價體系進行智能分析,結合老舊小區現狀模型、標準作業圖、標準地址庫、標準建筑物編碼、標準基礎網絡,實有人口、實有房屋、實有單位、實有設施、小區經濟情況、小區建筑及設備情況等,同時收集居民對小區改造的態度與建議等信息,自動化輔助篩選改造優先級較高的小區目錄。

智慧社區應用

老舊小區改造系統將打通城市管理平臺、社區公共服務平臺和物業服務平臺,實現基于 CIM 的智慧社區應用,實現房屋信息整合、物聯傳感設備數據接入,提供智能監控、設備監測預警以及社區服務管理等功能,提升改造后的社區治理能力和綜合服務能力。

應用成效

以本系統在廣州市增城區荔城街某小區改造應用為例,總結出以下五點應用成效:

01、以人為本理念深入貫徹

居民改造意愿強烈。工作人員通過老舊小區改造系統能直觀查看居民對改造的意見與建議,對改造有疑問的居民可以基于系統進行進一步的答疑與說明,極大提高居民的參與意愿,系統應用結果顯示,居民改造意愿達 50% 以上,居民對改造活動的支持度達到了 86.67%。

02、綜合評價小區改造指標

合理判定改造潛力。系統根據本項目的數學模型,對小區的改造指標進行了評價分析和在線驗算,總體得分高達到 73.7744,改造潛力較大,應列為優先改造小區。

03、接入多方規范數據及文檔

管理效率顯著提高。系統具備規范管理改造文檔資料功能,便于實現工作協同和項目文檔的統一整理;系統通過接入項目報建、審評等各部門數據,將老舊小區改造項目各個部門的許可信息統一到項目管理模塊中,便于查看項目推進情況,提高項目跨部門管理效率。

04、模型自動比對

提高決策的科學性。系統支持查看改造模型構件屬性、是否改造以及改造前后的變更可視化,同時支持對比不同的改造方案,為確定改造方案提供科學合理的選擇建議。

05、更新進度實時展示

合理控制項目周期。系統支持上傳項目實施過程中的施工圖及階段性項目進度情況信息填報,把控小區改造項目的實際成本/計劃成本、實際進度/目標進度情況的對比,及時發現并解決改造工作中出現的問題,確保了項目的順利實施。

總結與展望

在老舊小區改造項目中,利用 CIM 平臺支撐對老舊小區的數據采集、翻模和現狀模型管理,通過老舊小區改造系統進行改造變更對比分析,完成老舊小區改造方案比選,支撐老舊小區項目設計、施工、竣工 BIM 模型入庫及改造前后對比,實現了老舊小區改造項目立項、報建、建設的全過程管理和資料檔案管理。

老舊小區改造系統依托于 CIM 技術,擁有承載 PB 級數據容量的模型數據存儲、索引、計算能力,同時,運用模型輕量化技術,支持城市老舊小區改造大場景下的計算分析和匯聚服務,未來可推廣應用于城市級多小區改造項目管控,實現基于 CIM 技術的智慧社區應用管理。

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