CIM数字孪生技术赋能区域投资开发建设

济南城市投资集团  武伟 孙明达

  智耘（山东）城市运营科技有限公司  钟宸

*本文选自知优科技于《中国建设信息化》杂志2021年4月上刊文

摘要：在城市建设管理领域，传统的城市片区开发过程从土地熟化、建设开发到资产运营中存在多种难点。随着数字孪生概念引入城市建设领域以及BIM技术从单体建筑到片区城市范围的延伸，城市信息模型（City Information Modeling, CIM）技术为解决传统领域的疑难杂症带来新的解决思路。本文详细分析了以城市投资建设方视角出发，现阶段在区域投资开发建设前期中遇到的实际问题，提出了基于CIM技术的解决方案，并以济南市马山镇全域开发项目为案例，介绍CIM应用成果及应用经验。

关键词：CIM，区域开发，投资分析

一、行业背景

据统计，2019年我国常驻人口城镇化率为60.6%，新型城镇化建设提出的战略目标将在2035年达到70%，未来建设市场规模巨大；同时，城镇化率达到60%也意味着我国已经步入城镇化较快发展的中后期，人口膨胀、资源紧缺、环境污染严重、交通拥堵等城市问题日益凸显，城市发展进入城市更新的重要时期，现有建设存量提质改造和增量建设需要同步进行，任务艰巨。

近些年来，在互联网、物联网、云计算等新一代信息技术出现，并且在各行各业迅速发展，相较而言，我国建筑信息化占总产值的比例仅为0.1%，远低于美国等发达国家1%的水平。基于我国建筑业现有的庞大体量测算，信息化率的提升将带来巨大的增量市场，未来提升空间巨大，能够为建设行业的生产方式、减少浪费、注重质量，促进城市可持续发展。国家近些年来也明确提出相关政策推动新一代信息技术在住建领域的应用，特别是在“十四五”规划和2035远景目标纲要中提出，“供给侧改革”、“以数字化主推城乡发展和治理模式创新，全面提高运行效率和宜居”、“完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，构建城市数据资源体系，推进城市数据大脑建设。探索建设数字孪生城市。”等。因此，积极探索信息化、数字化、智能化的新一代信息技术应用是推动城市高品质发展、引领城市转型升级的必经之路。

随着BIM技术在单体建筑上的应用逐渐成熟，其在城市开发建设中的应用衍生出了城市信息模型（CIM）的技术概念，并开展了一系列应用，例如广州市规划和自然资源局开展CIM平台建设，用于规划、建设项目报批报建审查；中新天津生态城建立智慧城市CIM平台致力于现城市数据跨部门、跨专业的智慧应用；青岛西海岸新区泊里镇打造CIM基础信息平台和数据中台，作为智慧城市建设的新型城市基础设施基底等。基于CIM的技术概念可实现的应用较为广泛，但尚未有明确的研究以及应用提出CIM在城市片区投资开发阶段的应用，特别是以城市投资建设方视角出发进行研究。

二、痛点与难点

本文通过专家访谈、问卷调查、实地勘探等研究方法，将基于该方向提出片区开发中三方面传统工作方式中遇到的问题，以及提出基于CIM技术的数字孪生解决方案。

（一）调研阶段

区域开发所处位置往往较为偏远、地形地貌多样，且往往项目覆盖范围广阔、交通不便，会为项目调研带来极大困难，影响效率和进度。大量的项目照片、资料难以高效保存、流转，不能形成对项目现状的整体把控和了解。另外，前期涉及的规划信息和设计信息复杂多样，例如城市规划、道路规划、生态规划、交通规划、市政规划等十几项规划设计工作的统筹管理，人口、房屋、人文等个专业数据文档等。各类信息专业性高，数量巨大，然而传统的文件管理方式只能是数量性的堆砌，而不能形成支撑决策客观数据。

（二）项目投资平衡

投资平衡是所有土地开发项目关键的任务之一，项目的整体收益与发展依托于投资平衡分析，在此过程中主要难点有四方面。第一，多数项目不仅地理形态复杂，土地资源情况更加复杂，快速、准确的分析模拟直接可收储土地，需要增减挂钩、占补平衡土地情况是此类开发建设项目的一大难点。第二，对于地块的一级开发成本测算（包括拆迁安置成本、市政基础设施建设等成本）和土地出让收益估算（包括周边地价，升值潜力预期等），不仅数据难以获取，并且业务逻辑复杂难懂，难以掌控，在实际过程中往往大量依靠从业人员的经验进行决策，无法形成客观经验数据进行沉淀。第三，随着土地升值的情况，重点项目的建设时序将会影响土地投资分析的最终结果，时序调整为开发建设难点。第四，整个项目全过程的债务情况、资金情况、贷款利息等财务情况的有效分析评估，更是业主单位面临的巨大挑战。

（三）拆迁管控

拆迁工作往往是区域开发项目中的最大难点，拆迁工作的关键问题存在于三个方面。第一，拆迁量难以做到最准确的估算，并且往往拆迁安置的任务量大、工期紧张；第二，拆迁过程中违章建筑难以管控，防止加盖加建，是避免增加不必要的成本的重要任务；第三，在拆迁过程中，有大量的人员和数据统计管理工具，如何有效掌握第一手数据和项目进度成为一大痛点。

包括以上三部分关键问题在内，在区域开发前期还往往出现任务重、业务人员人手不足的情况，因此对数字化解决方案需求紧迫。

三、解决方案

CIM基础信息平台是以城市三维数据库、GIS信息库、BIM模型库、城市规划、城市建设、城市其它主题数据为基础，构建涵盖地上地下、室内室外的全要素城市信基础信息库。基于上述区域开发过程中的实际问题，本文提出了基于CIM基础信息平台的三大模块应用来解决以上实际问题。

（一）现状调研辅助模块

该模块设计主要结合利用实景数字模型技术，运用无人机点云扫描搭建项目现状模型，可生成厘米级的高精度三维实景矢量模型，将点云数据挂接GPS和高程坐标信息，通过精准测量任意两点的直线距离、任意平面的面积和任意范围的体积，为区位资源调查提供直观、真实且准确的数据；通过三维实景矢量模型，决策者可以从全局视角看项目整体现状和局部细节。同时，模型挂接项目周边数据信息，将各类调研分析报告，全部集成在直观、真实的三维矢量模型上。结合CIM基础信息平台多终端操作，在平板电脑、手机和电脑上即时浏览、分享项目信息至相关决策者。

（二）土地投资分析模块

土地投资分析模块设计包含两部分，第一部分是静态投资分析。首先，在土地资源分析模块，通过集成城市规划数据、土地利用规划数据、土地利用现状数据，分析项目区域的土地情况，模拟评估可直接收储土地。对于需要调整规划的土地，通过结合当地国土和规划部门政策文件及要求，给出相关指导意见，例如占补平衡、增减挂钩等指标购买。其次，在项目成本分析模块，通过前期现状数据对待拆迁房屋面积的评估，录入相应地块基础设施建设的成本，快速模拟评估项目和地块的投入成本测算。最后，在项目收入分析模块通过分析周边地价数据，地块升值潜力评估数据，计算项目地块出让预期收益，并用于项目投资平衡分析，给出建议土地出让价格。

第二部分为动态投资分析。对大到项目，小到地块的开发时序进行动态模拟，结合土地价格变化，计算不同开发时序和开发方案对应的收益情况、债务峰值情况、资金回转情况等，为决策者提供动态的数据化的参考依据。

（三）拆迁管理模块

通过点云扫描技术，在拆迁冻结令下发后，立刻对房屋进行扫描和数据采集，即能帮助调查待拆迁房屋情况，通过前后两次扫描对比，作为事实依据，有效防止违章加盖加建。同时，为现场工作人员配备移动端设备，工作人员的每一次数据录入、数据更改全部记录在后台数据库，实现拆迁安置全过程信息化，在提高工作效率的同时，也保障了数据的安全性和可靠性。

四、实际案例

马山镇位于济南市长清区南部山区，也被称为是济南的南大门；全镇域88平方公里，项目总投资350亿元。项目范围涵盖38个村庄，涉及拆迁安置居民4万余人。是山东省重点特色小镇项目，旨在打造济南市新型城镇化示范区和新旧动能转换先行区。项目希望借助科技手段，解决实际项目工作中的痛点和难点，降本增效，提高建设水平；打好智慧马山的数据基础和底层，为未来建设马山智慧小城市的战略规划提供技术和数据支撑。

图 1 马山镇全域开发是省级重点工程

马山镇在区域开发前期遇到的主要问题是当地地形复杂，区域广阔，以往每次考察行程交通成本巨大，加之工期紧张，前期调研的效率与准确性受阻；同时，马山镇平台开发单位成立之初人员紧张，11人的团队需要负责全部投资分析、测算、时序控制、债务资金情况分析等工作，时间任务紧、决策压力大；并且，马山镇涉及四万名村民、9000户家庭的拆迁工作，管理难度巨大，特别是违建加盖问题严重。基于以上问题，马山镇开发单位济南城投集团于2018年即开始率先应用CIM技术，对全域开发进行整体性把控，主要实现成果包括：

• 在两天内快速采集完成马山镇88平方公里全部地形、房屋、植被三维信息，涵盖38个村庄，9500余栋房屋的厘米级精度矢量三维点云模型；通过集成和算法爬取交通、区位、周边地价等超过1500条关键决策参考数据，并通过图形轻量化实现数据、报告等成果挂接至三维模型，可通过微信链接随时分享至相关决策人员；

图 2 马山镇实现镇域级“多规合一”

• 通过对CIM土地投资分析模块的应用，集成了多项规划数据，实现镇域级“多规合一”，决策者可快速获取增减挂钩、占补平衡等土地指标。同时，应用CIM技术对600多个重点项目地块进行投入产出数据分析，涉及超过110亿元投资方案优化。针对建设时序和财务情况，模拟分析30余次，涉及投资金额调整超过5亿元；
• 在拆迁管理方面，马山镇在冻结令下发仅一天后，即完成7800多栋房屋数据采集，通过55台PAD设备，140人入户调查工作人员实现全过程数字化工作、精细化管控。并且，通过CIM平台，为马山镇9000余户村民搭建云端数据档案，详细登记每户的户籍信息、家庭成员、现状房屋信息、安置房屋信息等，为后续的区域规划和建设工作提供决策依据，辅助政府管理工作。

图 3 CIM投资分析模块

图 4 CIM移动端现场数据采集

城市区域开发建设前期所涉及的工作是新城发展的基底，不仅涉及资金巨大，还涉及未来民生发展、城市治理等方方面面，以信息化、数字化、智能化的方式赋能于该领域的发展将是必经之路。CIM技术在“新城建”领域的价值现已得到广泛认可，但在区域开发前期的应用仍处在探索阶段，本文通过研究与实践结合的方式充分证明了CIM技术应用的可靠性与实际意义，也为城市投资建设方发展转型提供了方向与思路，相信CIM技术发展将带来不可估量的价值。