奥格城市信息模型的探索-陈顺清

1、奥格城市信息模型 的探索 陈顺清 chensq 数字城市空间技术论坛数字城市空间技术论坛 （10月月16日日14:00-14:30，周三），周三） 北京国际会议中心北京国际会议中心311会议室会议室 奥格城市信息模型的探索 1、CIM的定义与三阶段划分 2、奥格AgCIM的探索 5、孪生城市任重道远 结束语 3、BIM支持的规范合规检查问题 4、BIM+IoT的问题 导言 什么是BIM 建筑信息模型 (BIM) 是一种 基于三维模型的智能流程， 能让建筑、工程和施工专业 人员深入了解项目并使用相 关实用工具，从而更加高效 地规划、设计、构建和 管理建筑及基础设施。 /bim/overview#

2、explore Autodesk GIS Informs BIM. BIM Fuels GIS. 1、CIM的定义与三阶段划分 利用BIM技术管理城市（大场景） 建筑信息模型概念在城市范围内的扩展，以 三维的城市空间地理信息为基础，叠加城市 建筑、地上地下设施的BIM信息以及城市物联 网信息，构建起三维数字空间的城市信息有 机综合体。 工程建设项目业务协同平台技术标准初稿 工程建设项目业务协同平台技术标准CJJ/T 296-2019 以工程建设项目审批制度改革为切入点 小切口 三维图形化、构件对象化、信息参数化 BIM CIM BIM BIM BIM 规 设 建 管 Digital Twin

3、数字孪生 CIM的灵魂是以模型为载体的信息 重点是城市发展参与方的协同合作 1、CIM的定义与三阶段划分数字孪生城市 Digital Twin 数字孪生 数字孪生，顾名思义就是一个在现实中的物 理实体，在虚拟信息空间里还有一个与物理 实体动态一致的数字副本。 数字孪生是一个工业制 造的技术目标，其真正 功能是在物理世界和数 字世界之间建立起全面、 实时、精准的连接。这 个技术可以为工业制造、 未来生活带来无限的可 能，但就目前看来，数 字孪生技术的实现，依 然很遥远。 A dynamic software model that uses sensors and other data to an

4、alyzeits state,respondto changes, andimproveoperations. 数字孪生城市存在四大特征：精准映射、虚实交互、软件 定义、智能干预。 数字孪生因感知控制技术而起，因综合技术集成创新而兴。 阿里云研究中心发布了城市大脑探索“数字孪生城市”白皮书 正态反馈模式：数字世界回到物理世界的一个闭环的反馈模式 借鉴BIM发展的全球趋势 0阶段，计算机辅助设计（CAD），基本的项 目信息资源分散在各种纸质文件中； 1阶段，平面设计和立体设计（2D & 3D）， 大量的项目信息分散在半结构化的电子文档中； 2阶段，建筑信息模型（BIM）技术，整合协 同的文档化电

5、子信息，部分可自动链接；pBIM 以专业为中心的专有模型； 3阶段，iBIM技术，集成的电子化信息，完备 的自动链接和网络储存。 英国政府决定，从2016年起，所有公共投资建 筑项目的信息管理都要使用BIM技术（Level 2） sector-schemes/construction/BIM-Certification-services/ 1、CIM的定义与三阶段划分 促成英国实施BIM 的一个重要因素是 BIM成熟度模型 （ 称 为 Bew-Richards BIM成熟度模型） 以工程建设项目审批制度改革为切入点 广州 南京 规划与设计 CIM报批 CIM 1.0 施工图CIM 审查 CIM

6、 2.0 数字城市操作系统 竣工图CIM 核查 CIM 3.0 12月底 -2021 -2020 狭义/聚焦 1、 CIM的定义与三阶段划分 体现中国的体制优势与实践场所优势 工程建设项目业务协同平台（三维） CIM 1.0 CIM Level 1 3D GIS模型为核心 -2020 工程建设全流程、全覆盖的 CIM应用 CIM 2.0CIM Level 2 BIM为核心 2019- 2022 CIM Level 3 数字城市操作系统 CIM+，全社会的应用 CIM 3.0 2022- 2035 iBIM 全集成三维模型 -2020 2025- 2020- 广义 2、奥格AgCIM的探索 1

7、专业应用起步 2005年，打造广州“数字市政”，初涉三维研 发 2006年，完成国际生物岛规划仿真平台，开展 产品研发 2 公共平台探索 2008年，开始探索地理信息公共平台的研发与 综合应用 2010年，二三维一体的奥格地理信息共享平台 获得多项荣誉 2011年，二三维一体的奥格地理信息共享平台 开始在大项目中得到锤炼 2012年，奥格微图三维软件通过测评并获得优 秀软件称号，行业应用小试牛刀 3 BIM技术引入 2015年，开始探索BIM技术的小场景应用 2016年，研发自主的二三维一体软件 2017年，辅助广州新一版城市总体规划编制 4 BIM技术扩展到城市信息模型（CIM） 2018年

8、，助力广州工程建设项目报建审批 2019年，利用AgCIM支持工程建设审批改革 5 孪生城市正在呈现，奥格CIM只争朝夕 2.1 广州2018年1月开始的BIM报建研发 修详BIM通（设计版 、审核版、审批版）； 设计方案BIM报建 通（设计版、审核版、审 批版）； 规划BIM验收通（设 计版、审核版、审批版）； 市政BIM报建通（设 计版、审核版、审批版）。 技术路线 2、奥格AgCIM的探索 广州市的实践2.2 广州2019年3月开始的CIM 1.0研发 重视升级改造 充分利用广州过去领先的三维模型、 电子报批、多规合一、规划与国土信 息化等成果与优势 重视运行管理 建筑设计与施工的BIM

9、应用交给市场， 抓好广州CIM平台上的BIM报批、 “多规合一”、国土空间规划、工程 建设项目审批运行 重视知识产权 先支持主流平台、再开发自己的平台， 体现广州特色 重视专业合作 国内优秀规划、建筑、计算机、人工 智能等多专业团队，广州本地顶尖团 队的合作 突出CIM平台 四重视一突出2、奥格AgCIM的探索 奥格智能只是参与单位之一 2019年5月起规划和自然资源局重视利用CIM开展审批提速 （1）BIM报建直接在业务审批系统里面，审批人员日常办公用，直接审批。 而不是给技术服务单位用，先核对，给核对结果表到业务审批系统里面。减少了一个环节， 可以省10天左右。 （2）一个入口，通过BIM

10、报批系统（升级版的报建通）进到CIM基础平台， 把社会上BIM报建数据收集起来，按照我们的标准要求进行质检，合格的就马上入CIM库； 一个出口，通过CIM基础平台提供多规合一与城市设计等各种审批管理服务。 （3）简化审批流程，减少行政审批之外的辅线环节。对一般项目，按照BIM报建 标准，BIM报建软件通过的就审批通过。对复杂或特别的项目，才有专家的会审。 服务定制化、系统轻量化、操作便捷化、审批协同化 2.2广州2019年3月 开始的CIM 1.0研发 2、奥格AgCIM的探索 奥格智能只是参与单位之一 到2019年9月，广州规划和自然局已完成CIM V1.0工作要点 一、深化审批制度改革 二

11、、在项目策划阶段实现人审变机审 三、在规划审查阶段实现人审变机审 （1）提供控规编制标准化基础数据底板图清单 （2）实现控规编制、格式审查及成果转化智能化 （3）实现规划设计条件“人审变机审” 四、在建筑设计方案审查阶段实现人审变机审 五、在市政交通业务中实现机审辅助人审 六、探索CIM条件下的城市设计 七、探索CIM条件下的历史文化名城保护 八、初步构建CIM基础数据库和基础平台 2.2 2019年3月开始的CIM 1.02、奥格AgCIM的探索 奥格智能只是参与单位之一 奥格AgCIM之视廊分析 奥格AgCIM之BIM剖切 奥格AgCIM之控高分析 + 控规盒子分析 奥格城市信息模型的探索

12、 1、CIM的定义与三阶段划分 2、奥格AgCIM的探索 5、孪生城市任重道远 结束语 3、BIM支持的规范合规检查问题 4、BIM+IoT的问题 3、BIM支持的规范合规检查问题 BIM具有参数化建模、模拟施工和可视化等优点 Eastman等3将规范检查分为4个步骤： （1）规则翻译(rule interpretation)； （2）模型准备(BIM model preparation)； （3）规则执行 (rule execution)； （4）检查报告(rule check reporting)。 王春宵. BIM环境下支持施工图审查的工程信息交付标准研究D.华中科技大学,2018. 吴

13、松飞,邓逸川,申琪玉,罗德焕. BIM支持的施工安全规范合规检查研究综述J. 图学学报, 2018, 39(06): 1156-1164. 3.1 规范合规检查技术概述 国外有关合规检查（code/rule checking）的研究和应用 非常丰富，但综述类文章较少 4个步骤 规则翻译是指将以人类语言形式 所定义的安全规范、条款、公式、 表格等转换为电脑可以理解或处 理的形式3。作为规则检查中重 要的部分，目前已有大量的研究 关注规则的翻译，大致可以分为4 个方向：基于逻辑的方法、基于 本体(ontology) 的方法、基于语 言开发的方法和其他方法（如规 则引擎）。 （1）规则翻译(rule

14、 interpretation) 技术具体方法文献 基于逻辑的 方法 一阶谓词逻辑(first order predicate logic) 6-7 决策表8, 27-29 自然语言处理(NLP)9-13 概念表(conceptual graph)14-15 基于本体的 方法 结合语义网技术16-17, 32-33 RASE18-19 基于语言开 发的方法 BERA 语言20, 34 可视化编程语言(VCCL)21 其他规则引擎(rule engine) 22-25 3、BIM支持的规范合规检查问题 实现核心是规范条文的结构化 规范条文具有组织维度单一、约束内 容分散、内容互相引用和不断发展修

15、 改等特点，同时也造成了规范条文人 工结构化的效率低下和易出错性。 基于对国内外研究现状的分析和研究， 目前在条文结构化方面的研究已经非 常成熟了，方法主要集中在Ontology （本体）、上下文无关文法等。 （1）规则翻译(rule interpretation) 预计完成语素分析、关键算法定义、构建语素库之后可以实现条文自动结构化的流程图和最终预期效果。 3、BIM支持的规范合规检查问题 在规则翻译之前，模型与规则的映射是一个必须被考虑的问题。 BIM作为建筑模型的数据载体，包含检查所需要的构件对象、属性参数信息和关系20。不 同检查主题的对象所需要准备的信息偏向有所不同，如临时设施的结构

16、安全检查需要荷载 信息，而建筑设计中的空间合理性检查只需要几何信息等。HAN等38提出了使用独立的 模型视图来获取特定类型的规则审查所需的数据，并提取总体构建模型的子集，以允许更 高效的处理。目前已有较多研究采用这一思路进行模型信息的处理，如国外的 International Code Council39和BuildingSMART40等。 不同视图可以解决不同主题的问题，然而针对同一主题，信息的提取则需要根据建立的映 射机制来进行目标构件或信息“定位”。 （2） 模型准备 (BIM model preparation) 模型视图 3、BIM支持的规范合规检查问题 目前存在几种模型与规则的映射

17、机制： 以规则为导向的方式，如安全规则事故主体和参数对应。 基于现成框架的信息准备，比如 IFC 框架42。 基于本体技术，如 Zhang等24构建了包括施工产品模型、施 工过程模型和施工安全模型3个组成的施工安全本体模型，通过 本体文件和进度文件生成待检测的本体实例并利用 JESS 推理引 擎完成实例的检查。 （2） 模型准备 (BIM model preparation) 模型视图 3、BIM支持的规范合规检查问题 模型层次与维度 文献44认为目前的规范检 查所需要模型的细度只需达 到LOD300或LOD350即可。 2011年以来，出现较多研 究模拟动态的规范检查，即 4D的建造过程中模

18、拟7,45-46 安全检查。随着动态检查的 精细化，对装饰装修阶段， 机械设备自身的检查需要融 入更多信息才能实现这些目 前还未达到的细节模拟。 3、BIM支持的规范合规检查问题 BIM 模型交付标 准的精细度不足 BIM设计模型中存在一些既无法获取也不能通过间接计算得到的属性，我们只能通过在对应构件属性栏中添加“字 段”，预设字段值，再通过建模人员手动添加的方式来表征该属性，在IFC格式文件中这些添加的字段会完整地呈现， 从而保证添加的字段值与相关的属性进行对应。为了不增加BIM建模人员工作量，需将人工添加的属性数量降低到 最低，同时通过对添加字段的典型取值进行预设，以人工手动选择为主，进一

19、步降低手动输入的工作量。 规则执行阶段是利用定义好的安全规则检查准备好的信息模型，通过规则与模型中具体 构件或场景的连接，提取需要检查的参数。 检查执行的任务包括两个： 能识别出不安全的条件或参数； 能提供备选的问题解决办法来纠正不合规问题20。 为判断执行的效果，评价机制是有必要的。文献47提出在检查之前进行预检查，以确保 模型中所包含信息是足够的。由于规则和问题类别的多样性，检查过程中对于不合规的 参数检查结果可能会因为不同规则的应用而导致矛盾，因此对不合规问题的结果呈现必 须包含对应规则的相关信息。 （3）检查执行 (rule execution） 3、BIM支持的规范合规检查问题 利用

20、某种推理规则，完成规范条文与BIM建筑模型信息的合规性审查。 模型的预审查。在规则审查之前，需要对模型进行“语法检查”，以确定建筑模型是 否包含了所需的属性、名称、对象，或者用于完成检查任务的那部分信息。 模型信息和结构化条文的合规性对比。 第一个步骤是将结构化条文所需的建筑信息从BIM模型中准确“抓取”，也就是模 型信息的提取问题， 第二个步骤是将“抓取”的BIM模型信息与结构化的规范条文进行合规性审查，关 键是两者之间的合规性推理规则，目前设想的是将结构化规范条文的语素库与模型 “抓取”信息进行自动比对，两者满足推理逻辑上的“是”，即表示本款条文合规 性满足，反之则为不满足。 （3）检查执

21、行 (rule execution） 3、BIM支持的规范合规检查问题 检查结果呈现的形式目前常见的包括Excel或PDF的电子文档形式、可视化的呈现方式等。 文献7, 24-45在高处坠落安全检查和临时脚手架安全检查以Excel形式呈现每条检查结果。 Excel检查结果表中包含检查构件的ID、相关属性和参数以及建议的预防方法。但是构 件或问题所在的位置信息、超限的参数等并未呈现。文献45则包含了类似信息，比如施 工工序、危险所在区位以及工序的相关信息，但是未包含相应的解决或预防方法。 相比于Excel表格，可视化的呈现方式更能直观呈现危险所在位置和时间等信息，文献24 还提出自动化安全措施建

22、模来自动优化模型。 可视化的方式对于呈现局部问题有着较好优势，而信息充足的Excel表和可视化呈现二 者结合的方式将更为合适。 （4）检查结果呈现 (rule check reporting) 3、BIM支持的规范合规检查问题 3.2 规范合规检查商业软件概述 国外学者在二十世纪六十年代就开始研究建筑领域的合规性审查。Fenves在1966年提出使用决策表审查结构设 计21。Eastman（2009）等人对建筑领域合规性审查相关研究进行了整理和总结，阐述了合规性审查流程并详 细介绍了五种审查系统22。Beach（2013）等人使用RASE（Requirement,Applicability,S

23、election, Exception）方法和DROOLS开源规则引擎进行建筑规范审查23。Choi（2014）等人提出了一种对高层和复杂 建筑BIM模型的疏散设计进行合规性审查的方法，并开发了原型系统InSight BIM-Evacuation24。Park和Yun （2013）开发了一个基于规则的专家系统CODE-MAVEN，该系统基于BIM软件Archi CADTM，可以对建筑设 计进行实时合规性审查25。 目前应用较为广泛的合规检查系统软件有芬兰Solibri Model Checker (SMC) 、挪威Jotne ED ModelChecker、新加坡CORENET e-PlanC

24、heck、国际规范委员会(ICC)开发的SMARTcodes 甘晨. 基于IFC和本体的建筑施工图合规性审查研究D. 华中科技大学, 2018. 王春宵. BIM环境下支持施工图审查的工程信息交付标准研究D. 华中科技大学, 2018. 吴松飞,邓逸川,申琪玉,罗德焕. BIM支持的施工安全规范合规检查研究综述J. 图学学报, 2018, 39(06): 1156-1164. 3、BIM支持的规范合规检查问题 3、BIM支持的规范合规检查问题 尽管BIM支持的规 范合规检查技术逐 渐成熟，但对BIM 正向设计占比很小 的国情来讲，报建、 施工BIM审查还是 难度较大。 即使是采用BIM正向设计

25、的项目， 要实现BIM的施工图辅助审查，除 了要提高设计费用外，还需要将前 期的设计时间预留充足，与目 前国内广泛的边设计、边修改、边 建造是一个大的矛盾。 设计成果及信息必须规范化的 BIM模型表达与存储，特别是 构件参数的标准化、族库管理 的规范化、模型拆分与视图的 科学化、审核规则的显性化难 度大。 “施工图模型审查通”（设计版、审查审批版） “竣工模型通”（设计版、审查审批版） 详细的设计模型、专业模型 和联合模型为特征 广东省建筑信息 模型应用统一标 准 DBJ/T 15- 142-2018 4、BIM+IoT的问题 标识感知：实时“读写”真实城市 数字孪生城市建设需要以全域感知为前

26、 提 全域标识能够为物理对象赋予数字“身 份信息”，实现孪生映射。标识技术能够为 各类城市部件、物体赋予独一无二的数字化身份编 码，从而确保现实世界中的每一个物理实体都能与 孪生空间中的数字虚体精准映射、一一对应，物理 实体的任何状态变化都能同步反应在数字虚体中， 对数字虚体的任何操控都能实时影响到对应的物理 实体，也便于物理实体之间跨域、跨系统的互通和 共享 设备可信可控从物联采集源头确保城市 运行数据的安全、城市基础设施可靠 数字孪生城市核心平台需各类技术集成支撑，六大关键技术成为发展基础 （一）泛在感知与智能设施管理平台 （二）城市大数据平台 （三）城市信息模型平台 （四）共性技术赋能与

27、应用支撑平台 一、新型测绘：快速采集地理信息 二、标识感知：实时“读写”真实城市 三、协同计算 ：高效处理海量数据 四、全要素表达：精准“描绘”城市前世今生 五、模拟仿真：在数字世界推演城市运行态势 六、深度学习：推动城市自我学习智慧成长 数字孪生城市四大核心平台 数字孪生城市六大关键技术要素 4、 BIM+IoT的问题看起来不难 标识感知：实时“读写”真实城市 构件 + IoT 编码与坐标问题 “构件分类编码+关键属性 业务需求”的形式实现项目 中构件与成本、计划、质监的应用需求无缝衔接 按照专业，构件库又划分为建筑、结构、给排水、暖通、电气、 智能化、幕墙、景观、内装、导向标识、夜景照明、

28、采光顶12个 专业，综合了前面已做万达轻质产项目所要用到的构件类型，形 成了现在各专业的构件信息清单。这个清单主要由两部分组成， 一个是文件夹架构，包含了16级构件分类，根据专业不同细分 等级也不一样，具体可参照万达构件分类编码标准；另一个则是 构件描述，也是万达构件库客户端非常重要的集成信息，其中包 括构件名称、构件名称规则、构件编号、构件分类编码、族名称、 族类型名称、属性、材料设备名称8类信息，各专业可以根据需 要在本专业清单范围内进行检索、使用其中的构件。 一个使用者的三点要求： （1）模型漂亮，整体色彩真实与明亮； （2）所有信息集成到模型上、关联到 模型上、关联到构件上？； （3）

29、操作简单快捷，功能的专业性； 如城市设计的管控审查。 看起来不难 从用户的使用角度CIM好像不难 4、 BIM+IoT的问题 编码与坐标问题 既要含有BIM模型的漂亮，又要操作快捷 核心还是IDM/MVD的设计、BIM模型的分类和分级管理 在响应时间与存储空间之间找到平衡 MVD模型视图定义 （Model View Definition） COBie施工营运建筑信息交换标准 IDM信息交付导则（交付标准） （Information Delivery Manual ） 现阶段，CIM中一股脑地使用单一综合BIM模型是不 行的，必须分类、分级、分专业、分视图等，多个模 型的存储来提高操作速度，但必

30、须有高效的管理。 同一模型的不同应用场景、不同审查过程、审查阶段 （IDM/MVD的设计）也需要进行模型版本控制和管 理。 以高效地对模型进行检索和操作，最大限度地提高平 台的资源利用效率。 5、孪生城市任重道远 结束语 国土空间规划“一张图”实施监督信息系统 APlan SPS （原“多规合一”一张蓝图） （国土空间规划编、审、督） 国土空间基础信息平台 APlan TSP （国土空间基础信息管理及共享） 数据资源体系云管理与服务平台 规划和自然资源一体化审批系统 APlan MIS（自然资源业务审批办理） 规划 业务审批 国土 业务审批 .规划 编制 规划 审批 规划 实施 规划 监督 政务服务数据共享平台 “多规合一”