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Bentley系列软件是目前实施UIM数字城市平台的最佳途径

2013年中国建筑科学研究院部分专家学者在天津某项目的实践中提出了UIM(Urban Information Model城市信息模型)的概念。UIM是BIM从单一建筑到建筑群、再到城市的延伸模式。城市管理者能够以城市模型为载体,实现从微观到宏观的城市管理和建设规划。UIM采用先进的BIM技术和理念,去融合多家成熟的软件产品,按照城市层次、区域层次、地块层次、建筑层次、空间层次以及设施层次等,建立多层次的、反映城市特征的空间模型。UIM数据平台,是从工业与民用建筑到建筑全行业,再到民生全行业的城市级别全息数
发布时间:2016-10-09 16:10        来源:互联网        作者:吴其煊 樊烁

、引言:建立数字城市UIM工作理念

1.1 什么是UIM

2013年中国建筑科学研究院部分专家学者在天津某项目的实践中提出了UIM(Urban Information Model城市信息模型)的概念。UIM是BIM从单一建筑到建筑群、再到城市的延伸模式。城市管理者能够以城市模型为载体,实现从微观到宏观的城市管理和建设规划。UIM采用先进的BIM技术和理念,去融合多家成熟的软件产品,按照城市层次、区域层次、地块层次、建筑层次、空间层次以及设施层次等,建立多层次的、反映城市特征的空间模型。UIM数据平台,是从工业与民用建筑到建筑全行业,再到民生全行业的城市级别全息数据集合。UIM全息数据包括城市建筑、市政管线、桥梁、厂房、道路、交通管制系统、交通枢纽站、轨道、地形地貌、人口、户籍等信息。

1.2 UIM平台数据库的建设意义与原则

1.2.1 UIM平台数据库的建设意义

UIM的含义是城市信息模型(数字城市)Urban Information Model,UIM平台数据库的建设意义有以下几点:

1、从狭义BIM,到广义的UIM,是一个从建筑到建筑群,再到城市的发展过程,视点更高,影响更大。

2、符合从宏观到微观的城市管理与建设规律。

3、是未来数字化高度集约发展必然。

1.2.2 UIM平台数据库的建设原则

1、前瞻性

采用先进的BIM技术和理念,构建超前数字城市。

2、开放性

融合多家成熟软件产品,开发基础平台数据库。

3、层次性

城市层次、区域层次、地块层次、建筑层次、空间层次、设施层次。

4、标准性

数据采集标准、数据存储标准、数据交换标准。

1.3 UIM信息模型

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二、数字城市其数字维护平台建立的技术体系

2.1数字城市与其框架内容

2.1.1 数字城市的含义

区别于传统的数字三维城市模型,数字城市作为建筑信息模型BIM的延伸,强调所有城市信息的数字化,这其中包括城市地理数字信息、建筑工程数字信息、基础设施数字信息等等,从而实现各种城市数据的深度整合和应用。传统的数字三维城市模型仅仅可以理解为城市GIS数据的可视化,而其中的可视化内容,如建筑,道路等仅具有基础的地理信息,不能提供关于建筑、道路和其他基础设施更进一步的数字信息,信息量极为有限。可以说,传统的数字三维城市模型只完成了基本的城市地理信息的采集以及可视化。对于真正意义上的数字城市模型和信息系统而言,还需要在GIS数据基础上进一步整合建筑工程信息、城市基础设施信息等海量的信息内容。

2.1.2数字城市规划的目标

1、分解、落实、微调控制性详细规划和城市设计中的关键性指标

2、提出规划区土地出让条件中的城市规划的功能开发与应用需求

3、提出核心区各类型地块的数字城市要求和各种指标

2.1.3数字城市规划工作内容

1、收集整理相关资料,对规划区现状进行研究,初步确定规划区的规划总体目标。与规划区的区域规划协调,确定各地块的规划目标。

2、研究规划区域数字城市的技术路线,从展示、统计、分析等方面提出平台开发建议,对不同条件下的城市规划技术措施进行比较分析,进行增量成本计算和成本效益分析,形成规划区的城市规划体系。

3、对规划区项目的各方设计单位、模型提供商和施工进行指导,帮助设计和施工单位正确运用规划平台,以保证数字城市策略的落实。

2.1.4基础数据维护平台

数字城市信息系统是一个三维基础地理信息平台,用户可以在平台上加载各种地理、地籍信息及业务属性信息。通过数字城市平台,用户可以迅速搭建一个基于经纬度坐标的数字地球平台,各种传统地理信息数据均可以很方便地发布到数字地球上面,包括遥感影像、地形、三维模型、GIS数据等。同时,通过数字城市信息系统的空间索引技术,用户还可以将与空间位置有间接关联或无关联的业务属性信息发布到数字地球平台上。通过与各类空间数据库及数据生产平台的结合,数字城市平台就可以作为测绘部门、国土部门等需要的城市级基础数据维护和管理平台。

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2.1.5重点方案查看对比

主要用于规划局、规划设计院、旅游局以及市政府等设计管理部门。由于三维模型都是基于真实的测绘或者设计图纸数据,因此可以实观对报建的三维模型或设计的三维模型与现有的三维场景融合在一起,把各种设计方案放在真实环境中进行比较择优。报建的三维模型与系统中已有的三维场景融合在一起,把设计方案与现状做真实对比。对于同一报建项目的多个方案,可进行双屏或多屏关联比较,实现从不同角度、不同方位来观察各个规划设计方案,比较不同方案对城市景观、对周围建筑的影响。

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重大项目方案对比

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方位与高度调整

2.1.6综合管线管理

地下管网是城市的重要基础设施之一,是现代化城市得以高效率、高质量运转的基石,无论是城市的设施、管线的管理部门,如城市规划局,城市建设局,城建档案管等,还是大型企业、园区的设施、管线的管理部门,如高新产业园区,机场,钢铁厂,港口等,还有专业管线运营管理公司,如自来水公司,燃气公司等,以及设计部门、施工单位都迫切的希望能准确、迅速地了解某一地段地下管网的现状。

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地上地下一体化管理

积极合理地研究和管理地下管网,对城市的经济建设具有重要的保障作用。地下管网具有层次复杂的特点,采用数字城市平台可以使地下管网的直观性和可操作性得到大大的改观,使得本来在二维显示下错综复杂的地下管网变得更加清晰明了、层次分明,给规划带来很大方便。

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连通分析

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综合管线管理系统

2.1.7绿色分析与基地分析

由于三维模型都是基于真实的测绘或者设计图纸数据,因此可以实观对报建的三维模型场景进行一系列的分析,例如:控高分析,规划审批部门可根据控高数据和现实报建的小区的三维场景,通过此功能很直观地了解哪些建筑超高、哪些符合规定。

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控高分析

配合方案上报数据包中的属性数据、指标数据、相关附件进行综合对比评价分析,以直观的方式评估各个方案的优缺点,便于使用者分析和判断最优化的方案。

 

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红线分析

 

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可视域分析

2.2数字城市数据维护平台建立的技术体系

1、 城市地理数据采集和对现有数据的利用能力。

数字城市数据维护平台首先要建立在完善的城市地理信息模型的基础上,要求实现数字城市的技术体系具有准确、高效的城市地理信息测绘能力。同时,对于现有的大量测绘数据,如二维CAD电子图纸信息和测绘的点云数据信息,具有识别消化的能力,从而使城市地理信息模型的建立工作高效完成。

2、 城市内建筑和各项基础设施信息的采集和承载能力。

以UIM为核心的数字城市数据维护平台与传统三维城市模型的最大不同就在于,其承载了丰富的建筑和基础设施的数字信息。所以,其建立的技术体系就必须具备BIM信息的处理能力,从而实现对城市内建筑和基础设施模型的采集和存储。

3、 海量数据的存储能力。

仅传统的三维城市模型的数据量就已相当庞大。再结合各个建筑和基础设施的数字信息,数字城市数据维护平台的数据量将达到前所未有的巨大量级。这就要求其建立的技术体系必须具有对大数据的处理能力,换而言之,其技术体系必须对云技术开放兼容。

4、 各类数据的整合共享能力。

整个数字城市数据维护平台的数据不仅量大而且种类繁多,仅就建筑本身来说就包含建筑、结构、设备等各方面的信息,同时还要结合城市级别的地理信息、管线信息等等内容。各类数据之间如果不能整合共享,就会形成“信息孤岛”,海量数据的存储本身也就失去了意义。所以,平台建立的技术体系必须具有的各类数据的兼容和传递能力,能够实现数据的整合共享。

5、 进一步开发应用的拓展能力。

数字城市信息维护平台建立的目的是在平台数据的支持下实现科学的城市规划、管理及运营。这就要求其建立的技术体系具备一定的开放性,可以实现后续各类应用程序的研发使用。

6、 数字信息可视化能力

作为一个最终服务于城市的数字信息平台,优良的数字信息可视化水平与数据的完整准确同样重要。通过数字可视化技术,将数字信息装载于数字三维模型上,这本身就是BIM技术的特点。作为以UIM理论为支撑的数字城市信息维护平台也必须将这一特点完善强化,才能进一步显示出BIM的UIM的跨越发展。

 

、Bentley系列软件是数字城市UIM平台技术体系目前唯一解决途径

3.1常见BIM技术软件的解决困境

在一定层面上,我们可以认为数字城市信息维护平台是将GIS技术和BIM技术的整合。从平台建立的路线上讲就存在以GIS为核心的“自上而下”和以BIM为核心的“自下而上”两种技术路线。很明显,以UIM理念为指导的数字城市选择以后者作为其建立的技术路线。原因在于,完整的数字城市数据构成是以BIM信息为主导的。选择从BIM出发,以点带面形成UIM体系这样的技术路线有利于平台便捷完整地吸收BIM信息的内容以及信息整合。城市层面信息系统的建立和整合工作可以借鉴建筑单体信息系统建立和整合的工作模式,实现难度大大降低。反之,如果以GIS为主导, BIM信息载入GIS模型就会带来大量的工作。GIS平台对BIM信息的兼容能力也存在问题。选择以BIM技术为核心自下而上、以点带面的技术路线对于数字城市信息维护平台建立在实现的合理性和难易程度上都具有优势。

对于BIM技术而言,其核心在于BIM核心建模软件。目前,常用的核心建模软件包括以下四种:

1、 Autodesk公司的Revit系列软件

2、 Bentley公司以MicroStation为核心的多专业建模系统(AECOsim Building Designer、ProStructural、PowerCivil、OpenPlant等)

3、 Nemetschek Graphisoft公司的ArchiCAD软件

4、 Gery Technology Dassault公司的CATIA软件

其中,后两种软件在国内建筑设计领域不具备全专业协同的能力,而是各自在建筑专业各有所长,不适合作为数字城市信息维护平台建立的基础。在建筑设计领域, 而Revit建筑、结构和机电系列软件与Bentley建筑、结构和设备系列软件都具有全专业的协同能力,可以实现信息完整的BIM数字模型。

然而扩展到整个城市领域,Bentley产品在工厂设计(石油、化工、电力、医药等)和基础设施(道路、桥梁、市政、水利)领域就存在无可争辩的优势。作为整个城市数字模型的建立而言,Bentley所具有的多领域优势具有唯一性,优势明显。

3.2 Bentley作为数字城市信息维护平台建立的技术体系的可行性

Bentley系列软件相比其他BIM软件的独特优势在于其软件涵盖的内容包含了城市建设的各个领域;同时,系列中不同软件的数据可以实现无缝对接,也是其他软件所不具备的。Bentley系列软件涉及的领域包括测绘、建筑、道路交通、工厂设施、市政系统等各个方面。针对每一个领域都有相应的设计和数据分析软件与之对应。不同类别的软件可以完成本领域内项目的三维设计、建模、可视化、文档制作和测绘工作。最为重要的是,各个针对不同类别的设计分析软件都整合在Bentley公司的MicroStation平台之下,这就为各类不同类型设计数据的共享互通提供了支持。这种数据之间的共享互通是数字城市信息维护平台建立的必要条件,保证了城市各个部分之间信息的通畅。

在对GIS信息的采集和实景建模方面,结合徕卡测量系统在其无人机和载人航空器的高端倾斜航拍技术使用Bentley实景建模软件Acute3D可以从航空摄影测量的影像中生成全三维实景网格。其测绘结果可以用于设计建模和施工环境建模,结合Bentley各类设计建模软件的BIM模型,就可以生成整个区域的数字城市信息模型。

在数据的存储和传递方面,Bentley的ProjectWise平台可以实现设计数据、施工数据到后期运行维护数据的无缝对接。保证了数字城市基础信息平台中的各类设计数据可以准确导入平台中。新的PorojectWise Connect版本结合云技术,更加强了数据的实时更新能力和大数据的处理能力,为数字城市信息维护平台建立和运行提供保障。

可见,Bentley系列软件因其涵盖范围广、数据共享便利、大数据处理能力强等优势基本满足了数字城市基础平台建立技术体系的能力要求,形成了良好的基础。在此基础上,还要结合最新的测绘技术、云技术、物联网等技术,完成数字城市数据维护平台的建立。

3.3Bentley系列软件为基础技术体系建立数字城市UIM信息维护平台的步骤

1、信息采集:

利用倾斜摄影、无人机航拍、人视街拍,卫星遥感等高科技技术手段,获取真实准确的城市地上设施基础数据,利用实景建模软件ContextCapture完成对城市地理信息的建模工作。

利用微爆破、钻探、挖探、微波勘测等技术手段,就城市主要道路下管网以及地理结构进行探测,完成城市地下情况勘测,利用Bentley相关市政管网软件建立城市地下管网设施模型。

收集城市建设信息以及民生信息,基于基础功能目标,分类分级收集整理主要民生信息如人口、气候、能源、能耗、医疗、交通等,加载于城市地理信息模型之上。

进一步,再收集城市重要单体建筑或重大基础设施的数据,包括城市内建筑物的物理信息——如结构、电器、设备、材料、预算、建设程度、房屋质量、高度、建筑风貌、使用情况、租售情况等全部建筑物理信息。

2、模型建立:

利用MicroStation平台下各类设计软件完成城市地上、地下基础信息模型和整体城市数据模型的建立。

进行模型单体建筑物、构筑物的拆分,分类以及分级规则的建立。

分级加载民生与建设信息。完成大数据城市模型。

完成基础数据的收集、定位及策划后,根据这些基础信息,分阶段、分深度地完成信息模型的建立。此阶段工作主要由规划建筑设计机构或专业数据模型公司着手,完成BIM单体建筑、建筑群UIM模型的建立。由于城市涵盖庞大的地域面积,因此模型的建立必须分片区、分步骤、分阶段,按照具有代表性的构筑物、老旧城区市政基础设施管网→城市干道→核心片区→整个城市的顺序完成BIM模型构建。

3、信息链接:

依托ProjectWise平台的信息共享和传送能力,基于图形、数据分离的原则,完成信息链接的规则研究与实施。

针对受保护信息,老旧信息建立链接以及对载规则转换接口处理。实现信息与实体数据模型的一一对应。

根据搭建完成的BIM模型单体集合构建完成城市UIM模型体系,形成城市管理的基础数据平台。UIM模型的构建和前期的BIM模型搭建一样,按照分片区、分步骤、分阶段进行,包含城市地形、城市建筑、城市交通、开放空间、地下管网等,完完全全反应出该城市的城市风貌。以UIM城市综合实体信息模型为平台, 结合物联网、互联网、云计算、地理信息系统等新一代信息基础设施,建立超精确、完整性极高的数字城市信息维护平台。

、发展:基于UIM平台的智慧城市

4.1什么是智慧城市

智慧城市是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。现阶段我国主流智慧城市类型主要有虚拟城市类、电子政务类、数据共享类以及智慧功能模块等几大类型。而欧美发达国家的智慧城市类型主要集中在大数据安全保护以及绿色城市两大类型。

截止到2014年底,我国智慧城市试点已达到409个。智慧城市建设主要依靠地方政府投资,以电信运营商以及IT服务商为主导,运用物联、互联和智能型应用技术进行社会应用工程和基础设施建设,并且一般仅专长于某一领域,如发展民生、城市管理、智慧产业发 展或新一代信息技术应用。在上海,智慧城市建设主要体现在城市宽带全覆盖城镇化地区、无线局域网建设、智慧医疗、智能电网。上海市政府给每个上海市民建立一份属于专属的电子健康档案,涵盖个人基本信息和主要卫生服务记录,为实现远程医疗服务打下基础。还通过数字教育工程,推进教育资源的共享和社会开放,使得资源分布更平衡。居民可以通过互联网、数字电视和移动终端轻松支付水、电、燃气费,社区里的老人、残障人士通过信息化社区生活服务配送系统寻求上门服务。通过打造楼宇节能、社区智能安保推动上海互联网中心、物联网产业基地建设。

4.2基于UIM建构的智慧城市特点

可视化

UIM是建立大数据采集、整合,将城市所有信息进行可视化处理的应用平台。

视觉是人类感知速度最快的感官,眼睛对色彩、形状和样式的变化极为敏感,这个特点决定了可视化技术是数据分析领域的重要手段。UIM,通过建立可视的城市管理交互界面,辅助决策者进行数据分析、推理和决策。

全真化

通过遥感、遥测、全息扫描等一系列现代科技手段,建立三维几何尺寸、位置等等空间信息都准确真实的全真城市信息模型。

标准化

建立城市信息的标准化机制。UIM体系在对城市空间信息的处理上是可分可合的——既可以在城市模型的基础上以多级超链的方式引出各级更为详尽的城市信息,又可以在宏观层面总体掌握城市动态。所以UIM体系是建立一套城市信息的数据标准和接口标准,未来所有的城市相关信息和数据,由于采用统一的标准,都能方便地接入城市管理系统平台,也为信息孤岛的消除提出了切实可行的手段。

4.3智慧城市的核心理念

UIM系统的核心意义是建立了一个跨系统、跨平台、跨数据结构的政府综合信息 可视化处理平台,为整合数据资源、消除数据壁垒、辅助决策和应急资源调配等等智慧城市管理应用提供了底层管理基础构架。

我们认为智慧城市的核心理念,是利用互联网、大数据对城市各类信息进行有效管理。

我们希望基于UIM的智慧城市管理系统,是全方位的、唯一反映城市特征信息集合,一一对应城市所有建设和非建设信息, 展现城市真实空间的虚拟实体城市数据平台及管理平台。

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