CIM技术在工程项目施工全过程中的应用

李东锋

(广东工程职业技术学院，广东 广州 510000)

如何从信息化、数字化角度提高建筑工程项目施工全过程应用管理是当下的建筑业发展的迫切需求。城市信息模型(CIM)作为城市的数据基础，已为建筑智能建造与建筑工业化协调发展提供了新方法、新途径、新工具，并逐渐成为当下相关学者和各大行业从业人员研究的热点。目前，国内外学者主要从概念梳理、元素构成、数据融合、应用场景等几个方面对CIM进行具体研究，但这些研究文献大多侧重于对CIM元素构成和数据融合技术的分析，对CIM的应用场景方面研究较少，尚未对CIM技术应用在建筑施工全过程(施工前期的时空规划、施工过程的可视化监控、能耗评估、材料的供应管理和施工后期验收与成效分析)等进行全面探索和深入分析。鉴于此，本文主要通过理论结合实践的研究方法，在对CIM概念和应用现状梳理基础上，对CIM在项目施工全过程的应用问题进行总结，最后提出具体项目的CIM应用内容，强化科技“赋能”工程项目施工策略，从而推动项目施工过程的高质量发展，为今后CIM的发展和应用提供参考。

城市信息模型(CityInformationModeling)，简称CIM，是随着BIM的发展而于在2007年重新回到视野，是近几年比较热门词语，但目前国内外对城市信息模型研究还处于起步阶段，对CIM定义还在不断探索完善中，还没有一个明确的概念。目前行业从技术的定义认为CIM是以小场景的建筑信息模型BIM+大场景地理信息系统GIS数据+物联网IOT的有机结合。2015年，同济大学吴志强院士提出城市智慧模型(CityInformationModeling)，是一种融合了城市各类时空信息的三维有机模型，支持三维城市空间模型和城市信息的有机综合，保障城市基础设施或建筑施工全过程的安全、高效、智能、绿色，进一步拔高对CIM的定义。

为进一步明确CIM的内涵和外延，笔者在对以上CIM概念分析基础上，结合相关学者的研究成果，尝试从“City”、“Information”、“Model/Modeling”三方面进行CIM概念的具体解读。(1)“City”主要阐释CIM所能覆盖的范围。“City”可以具体表现为某一城市、某一社区、某一园区或者某一街道等，但CIM对建模能力要求一般为城市级别，且要求模型细度能精细到建筑内部的具体部件；
(2)“Information”是CIM的核心内容，包括了具体项目各个阶段、不同参与方的相关信息(物理、几何和语义)等；
(3)“Model/Modeling”指的是CIM信息的创建和存储方式，同时也指为具体项目全过程施工或者全寿命周期管理提供的各种智能数据分析。

2.1 CIM的应用现状

以广州市为例，广州市以工程建设项目三维电子报建为切入点，积极推进CIM平台信息模型建设，构建“1(CIM基础平台)+N(工程项目审批制度改革2.0应用、城市精细化管理应用和产业化应用)”的广州城市信息模型(CIM)平台体系。广州市在城市精细化管理应用中，主要表现在CIM+城市更新、CIM+智慧工地、CIM+智慧房屋安全管理等几个方面上。以CIM基础平台的智慧工地系统为例，通过建立施工图三维模型、施工过程的三维模型，实现对项目的施工过程的可视化，不仅能远程监控施工现场塔吊、深基坑等一些危险源，还能实时监测施工场地的扬尘、噪音等环境指标。另外，系统集成了工程、人员、材料等各类工程信息，为即时、高效的智慧监管提供信息支持。下面将重点阐述和分析CIM在工程施工过程(施工场地规划、建筑材料供应链管理、安全过程风险监控)3个应用场景的现状进行分析。

CIM技术支持下的施工场地规划在提高工程环境安全性和工作效率同时还能实现施工成本的节约。这主要是通过利用BIM模型、无人机、移动设备、3D地图、数字相机构建施工区域的“数字孪生”系统，这个系统有助于项目施工前期的可行性分析。

CIM技术支持下的建筑供应链管理分析功能全面，能实时跟踪反馈建筑材料位置和及时优化物料流向路径。如对供货商比选过程中，可借助模型中每种材料的信息，从采购成本角度对潜在的供货商进行对比分析，优选质量高的供应商。在采购物料过程中，借助CIM的可视化功能不断对物流周转次数优化及集散中心的分布位置进行优化。

CIM系统安全过程风险监控应用主要融合BIM数据、GIS数据和施工现场的传感器数据，同时在灰色Verhuls优化算法下，实现对复杂项目施工过程的多方位、多尺度、多时态的信息数据分析。如对深基坑开挖过程中的位移风险进行准确模拟和预测，解决深基坑开挖过程中安全性和稳定性的问题。

2.2 CIM技术应用存在的问题

目前，在建筑工程项目主要存在信息化水平不高、信息孤岛信息突出等问题，同时，一些CIM试点项目在应用过程中也存在CIM模型文件大小、信息数据安全、CIM平台系统的开放程度和数据体量大等问题。

另外，基于CIM的智慧工地建设，缺少对自身项目的实际分析，缺乏个性化系统的定制研究，大多偏向劳务管理系统、塔吊管理系统、视频监控管理系统。

基于此，对于CIM技术应用问题的解决，需要充分运用BIM和物联网等先进信息技术，有效地进行建筑BIM模搭建、GIS技术的连接及定位、IoT动态数据的连接，同时结合具体项目实况，为项目的不同参与方提供个性化需求的智慧性响应，实现项目全过程有效的施工控制、 预警、统计、运维管理等。

基于CIM基础平台的项目施工全过程应用内容广泛，主要依托物联网与互联网检测，实现对建设工程项目全过程监管，主要包括CIM技术在建项目施工前期规划、施工场地规划、施工三维BIM模型数字化审查、施工过程质量安全风险监控、竣工BIM模型验收备案与成效分析等。它的广泛应用能够推动建筑智能建造健康发展，有效促进建筑业转型升级和高质量发展，还能大幅减少资源损耗和降低碳排放。

3.1 项目概况

文章研究的项目为某大型商业综合体，主要分析CIM技术在工程项目施工的中全过程应用。该商业综合体为超高层建筑，总建筑面积约12万m2，为框架—核心筒和劲性钢筋混凝土结构。项目包括地下3层，采用逆作法进行地下室的工程施工，同时主体结构内含大型钢斜柱与墙内钢斜撑，项目施工技术要求高。为了高质高量完成项目施工，本项目施工中引入 CIM技术，为项目成为创新管理示范性项目助力。

3.2 CIM在项目施工前期的应用分析

CIM在项目施工前期的应用在体现在施工过程模拟和重点难点的施工模拟两方面上。CIM基于BIM与GIS技术，可以实现对项目施工信息的可视化，在本项目施工前期，各参与方借助CIM系统能快速实现对工程建筑工程相关信息的查看。另外，为了更好指导项目的精细化施工，方便各参与方在施工前期的准备阶段就能了解项目建设的全过程、更直观把握项目建设的关键时间节点和有效规避施工过程中存在的各类问题，施工总承包方组织通过借助CIM进行施工方案的模拟预演，主要对施工场地布置、施工流程、材料供应、施工进度计划合理性进行模拟检查，使各个生产要素的管理更加精细化和具体化，起到提升项目施工效率和确保施工场地安全的目的。

本项目的施工重难点为地下室逆作法施工和钢斜柱吊装。为了有效控制好施工质量和把控好施工进度，项目施工总承包单位采用CIM技术对项目施工进行模拟，实现各方数据共享和协调。如通过借助CIM技术对逆作法施工工艺流程进行全过程模拟，对一些关键节点大样实现三维可视化交底，提高施工工艺关键工序的模拟精细度，为后续逆作法的正式施工奠定良好的基础。对于项目另外一个钢斜柱吊装施工难点，由于本超高层建筑项目现场复杂环境的限制，如何在偏心受力和复杂环境双重不利施工条件下保证钢结构的安装精度是需要亟待解决的难点。结合这一难点，项目采用CIM技术对钢结构安装过程进行施工模拟，在模拟中不断提炼不利工况，给出具体的解决策略，并不断对其施工组织设计进行优化，最终确保吊装作业高质高效实施。

在本项目，由施工总承包单位负责，结合项目的施工重难点进行施工模拟，不仅确保项目质量和安全，同时为各参与方传递有效信息，在施工管理上形成协助合力，实现高效组织协调和控制。

3.3 CIM在项目施工过程中的应用分析

CIM依托物联网与互联网技术，对项目施工过程进行实时精细化控制。本项目基于CIM的智慧化控制的关键基础在于信息的智能获取，通过借助摄像头、传感器、倾斜摄影成像等实现信息的关联导入、汇总与集成，并与三维可视化的呈现方式展现，为项目的质量、进度和安全控制提供精细化指导。

(1)项目进度控制 基于CIM平台，本项目的施工过程已被纳入当地城市建设实时管控中，方便进行项目全局和局部发整体协调。本项目通过使用无人机进行全景摄像和全过程实时监控，并及时将摄像和监控到的数据上传至CIM平台。政府职能部门、项目投资者和项目各参与方通过平台能随时了解项目的进度，尤其与BIM4D施工模拟的数据进行直观对比分析时，项目的总体控制进度就更加直观展示出来。另外，施工总承包可借助平台，及时了解和掌握项目所处的动态环境和面貌，有助于科学调整项目实施策略，提高项目施工效率。

(2)项目质量控制 项目施工质量控制主要体现在事前监督程序到位、事中监理和事后实体抽查三方面上。本项目通过借助CIM平台的相关信息数据，实现随时随地获取工程项目最精确、最新数据信息，实现各专业之间的实时数据共享。通过对主结构进行三维扫描，进行碰撞比对，调整模型。利用CIM技术制定合理的施工顺序，同时结合施工方案进行施工的局部安装模拟和整体分段模拟,可以实时可视化、立体化质量控制，使得质量控制与监督不再停留于纸面化和会议化。

(3)安全控制 在安全方面，本项目借助CIM技术实现对劳务人员信息可视化监控，实现对工地安全帽佩戴、高空作业安全带配置、深基坑监测数据进行自动监管和预警提醒，同时还实现对扬尘和噪声监控。另外结合VR和AR技术，实现对人员的线上安全教育和培训。

3.4 CIM在项目施工后期的应用分析

在项目的竣工验收阶段，可借助竣工模型，自动与相关管控条件、项目实体情况进行对比分析，高效完成项目的验收工作。为了确保项目竣工质量评定的准确性和后期运维需求的方便性，本项目对竣工模型有着非常严格和明确的要求。主要以设计模型为基础，确保竣工模型制作过程中的信息完善完整度和准确度。另外为了方便模型运维平台云端的部署与运行，本项目借助CIM技术实现对竣工模型的轻量化处理，通过对一些与运维无关的信息进行去除处理，最终形成最清晰高效的运维模型。完成运维模型的轻量化处理后，并及时与运维管理系统对接，最后形成适合本项目的智能化、可视化综合运维管理平台。

CIM在项目施工后期的应用还体现在监督评估上，具体体现在数据更新监督、工作监督、评估考核三大方面上。本项目在数据监督控制上，结合数据更新时效安排要求，监督不同责任主体进行数据更新，确保数据完成性和及时性，一旦出现更新异常情况，系统会自动开启预警模型，并生成预警服务报告，确保数据更新的有效性。在工作监督和评估考核控制上，借助CIM的工作监督功能，对日常工作流程合规性进行监督，同时提供预警报告和生成监督文件报告，便于对工程过程的实现监督和考核。

总的来说，CIM作为智慧城市和数字孪生城市的模型基础，在相关行业中发挥越来越大的作用。尤其是伴随着国家“新基建”战略逐渐衍生起来的5G、IoT等相关先进支撑技术的普及，CIM在具体的建筑工程施工应用场景的发展前景越来越广阔，能为项目的多方位控制和智能化应用提供技术支撑。本文结合具体项目实践，本文浅述了CIM技术在工程项目施工全过程中的应用，为我国建筑工程施工提供深度信息化的新支点和新引擎。