基于CIM 的老舊小區(qū)改造多專業(yè)協(xié)同設(shè)計方法

陳義勇 尹妍 馬牧野 鄭子辰

(1.深圳大學建筑與城市規(guī)劃學院；2.住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部信息中心)

2015 年，習近平總書記在中央城市工作會議上提出“有序推進老舊住宅小區(qū)綜合整治”。推進城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造得到社會各界的廣泛關(guān)注，成為我國各地城市建設(shè)的重要任務(wù)。

老舊小區(qū)改造是一項系統(tǒng)且復雜的工程，涉及規(guī)劃、建筑、景觀、市政、交通等多個專業(yè)領(lǐng)域的知識和技術(shù)，是多專業(yè)團隊之間協(xié)同合作的結(jié)果。但傳統(tǒng)的設(shè)計方式往往是線性、鏈條式、接力式的，各專業(yè)之間相互獨立、溝通交流不足、缺乏協(xié)同設(shè)計的平臺，導致了設(shè)計成果沖突、方案反復調(diào)整、信息交流不暢、施工落地困難等一系列問題，從而制約了老舊小區(qū)改造設(shè)計的高效開展。

圖1 2019-2023 年全國城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造情況

隨著“新基建”戰(zhàn)略的實施，作為智慧城市以及數(shù)字孿生城市的重要模型基礎(chǔ)，城市信息模型（CIM）的重要性日益突出[1-3]。CIM 在城市全生命周期的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、管理方面具有巨大的潛力，為老舊小區(qū)改造的數(shù)字化發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐[4-6]。但目前CIM 的相關(guān)應(yīng)用研究主要側(cè)重于城市的管理與運維，在支撐設(shè)計方面潛力亟需探索。

本文以老舊小區(qū)改造多專業(yè)協(xié)同設(shè)計為例，剖析老舊小區(qū)改造協(xié)同設(shè)計的現(xiàn)狀問題及協(xié)同設(shè)計需求，并提出基于CIM 的老舊小區(qū)改造多專業(yè)協(xié)同設(shè)計方法，以期為老舊小區(qū)改造的設(shè)計協(xié)同問題提供解決思路，并為基于CIM 的城市全生命周期實踐應(yīng)用提供參考。

圖2 老舊小區(qū)改造相關(guān)政策梳理

圖3 CIM 基礎(chǔ)平臺總體架構(gòu)

1.訪談對象與方法

1.1 訪談對象

為了解當前城市老舊小區(qū)改造多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的現(xiàn)狀及存在的問題，本研究采用半結(jié)構(gòu)化訪談法，訪談了具有相關(guān)工作經(jīng)驗的項目負責人、設(shè)計師和主管部門負責人。涵蓋的專業(yè)類型包括建筑設(shè)計、城市規(guī)劃、城市設(shè)計、結(jié)構(gòu)工程、景觀設(shè)計、市政工程等8 個類別20 位專家，專家從事老舊小區(qū)改造設(shè)計的年限均超3 年，平均為6 年。

表1 訪談對象基本信息

1.2 訪談方法

采取半結(jié)構(gòu)化訪談法，于2023 年7 月至9 月按照訪談提綱開展。訪談提綱主要涵蓋以下內(nèi)容：當前城市老舊小區(qū)改造設(shè)計工作需要協(xié)同的專業(yè)類型、不同專業(yè)的設(shè)計階段和流程、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計中存在的問題和需求，以及對基于CIM 進行城市老舊小區(qū)改造多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的看法和建議。每次訪談時長為1 至2 小時不等。

2.老舊小區(qū)改造多專業(yè)協(xié)同設(shè)計問題

2.1 基礎(chǔ)資料缺失與不準確

圖4 受訪專家從事老舊小區(qū)改造工作年限

90%的受訪專家表示基礎(chǔ)資料的缺失和誤差是城市老舊小區(qū)協(xié)同設(shè)計的巨大障礙。大部分老舊小區(qū)建成已久，經(jīng)過多年的變遷、管理單位的變動、臨時維修改動未留下記錄等情況，導致原有建筑和室外地下管線等資料缺失或與實際情況不符。此外，測繪和踏勘的精確度不夠，常常存在錯誤和遺漏。根據(jù)專家的描述，“由于現(xiàn)狀建筑基礎(chǔ)資料的缺失，相關(guān)數(shù)據(jù)只能通過人工測量獲得，而測量過程中常出現(xiàn)偏差和信息丟失等問題。在方案設(shè)計、施工圖設(shè)計和實際施工過程中，這些偏差和信息丟失會被放大，難以協(xié)調(diào)，只能不斷進行變更和修改?！被A(chǔ)資料的缺失和不準確導致了方案實施的困難，設(shè)計方案反復修改，大大增加了設(shè)計師的工作量。一位項目負責人表示：“設(shè)計方案在實施過程中遭遇場地與現(xiàn)狀不符的問題是導致不得不修改設(shè)計方案的主要原因?！?/p>

2.2 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計平臺缺乏

老舊小區(qū)改造涉及規(guī)劃、建筑、景觀、市政等多個專業(yè)領(lǐng)域，需要多專業(yè)之間有效的溝通和協(xié)作，實現(xiàn)信息的共享與互通。有55%的專家認為老舊小區(qū)改造缺乏多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的平臺。在傳統(tǒng)的設(shè)計模式中，各專業(yè)相互獨立地進行設(shè)計，完成一個專業(yè)的設(shè)計后再開始下一個專業(yè)的設(shè)計，各專業(yè)以及各設(shè)計階段之間的協(xié)同主要靠定期提資實現(xiàn)。由于缺乏多專業(yè)協(xié)同設(shè)計和交流的平臺，無法實現(xiàn)多個設(shè)計師同時在同一項目上進行實時編輯和交流，而定期提資的信息交流方式往往存在較大延遲性，這讓團隊成員無法即時獲取其他成員的設(shè)計進展和反饋意見，多專業(yè)信息交流不暢，影響了設(shè)計效率和質(zhì)量，延誤項目進展。當實施過程中出現(xiàn)涉及不同專業(yè)領(lǐng)域的問題時，設(shè)計師們往往疲于奔走告知各個專業(yè)，這不僅效率低下，而且容易導致信息的誤解和丟失。

2.3 多專業(yè)成果三維可視化不足

大部分專家認為老舊小區(qū)改造設(shè)計中多專業(yè)成果三維可視化不足。這是因為在以CAD 為主的傳統(tǒng)設(shè)計模式中，大部分設(shè)計成果為二維圖紙，缺乏直觀的三維可視化表達，這種協(xié)同方式不能直觀感知三維空間的全貌，在老舊小區(qū)改造的空間協(xié)同和施工中都存在較大局限。再者，傳統(tǒng)二維協(xié)同方式基于CAD 文件進行，依靠人工進行多專業(yè)成果的檢查，無法有效檢測出各個專業(yè)圖紙之間存在的沖突。這種情況下，圖紙中的“錯漏碰缺”現(xiàn)象在實施階段會被無限放大，即使是一個小的碰撞也可能造成方案反復調(diào)整的情況。一位專家指出：“每個專業(yè)各自出各自的圖，局部的地方可能存在沖突，但通過CAD 的平立剖面圖是很難發(fā)現(xiàn)問題的。只有通過BIM 將模型建立起來，才能在三維層面上發(fā)現(xiàn)各專業(yè)成果之間的沖突?！?/p>

另一方面，在政府部門審查項目時，由于二維文本和圖紙的表達效果有限，無法直觀展示設(shè)計方案的立體效果和各專業(yè)之間的關(guān)聯(lián)，效率低下。一位老舊小區(qū)改造主管部門的負責人表示：“現(xiàn)場情況無法在文本上完整、立體地體現(xiàn)出來，問題往往也只能通過文字描述或者二維圖紙來解釋，可視化不足限制了對于設(shè)計方案的全面理解和評估?！?/p>

2.4 智能化水平不足

圖5 訪談專家觀點統(tǒng)計圖

有20%的專家表示老舊小區(qū)改造多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的智能化水平不足，主要體現(xiàn)在幾個方面：一是設(shè)計過程缺乏智能化。在傳統(tǒng)的設(shè)計模式中，設(shè)計師無法快速生成和優(yōu)化設(shè)計方案，需要進行大量的手工操作和重復性工作，導致設(shè)計過程效率低下且容易出現(xiàn)錯誤。有專家表示：“由于缺乏有效的數(shù)據(jù)獲取和處理工具，使得設(shè)計師花費大量時間和精力在數(shù)據(jù)處理上，而不是專注于創(chuàng)造性的設(shè)計工作?！倍侨狈χ悄茌o助決策支持。傳統(tǒng)設(shè)計模式缺乏基于數(shù)據(jù)和算法的智能化決策支持，設(shè)計決策往往依賴于設(shè)計師的經(jīng)驗和直覺，難以準確評估和比較不同設(shè)計方案的優(yōu)劣和可行性，從而影響設(shè)計質(zhì)量和效率。

3.基于CIM 的老舊小區(qū)改造多專業(yè)協(xié)同設(shè)計方法

3.1 基于CIM 構(gòu)建全要素高精度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺

圖6 基于CIM 的老舊小區(qū)改造多專業(yè)協(xié)同設(shè)計方法

基于CIM 構(gòu)建老舊小區(qū)地上地下全覆蓋、高精度、多維度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，在項目啟動之初就為設(shè)計師提供準確且全面的基礎(chǔ)資料，可以解決因基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺失或不準確反復修改方案的問題，極大減少設(shè)計與實際工程之間信息不匹配的情況，有效提高設(shè)計效率和質(zhì)量。而關(guān)于現(xiàn)狀三維數(shù)據(jù)的獲取，有專家提出：“可以利用BIM+傾斜攝影技術(shù)建立老舊小區(qū)的高精度現(xiàn)狀三維模型，并生成矢量文件上傳CIM 平臺，供設(shè)計師們下載使用，可以有效輔助設(shè)計工作?！眱A斜攝影技術(shù)作為一種高效且精準的測繪手段，彌補了傳統(tǒng)測繪的不足，具有成本低、效率高等優(yōu)點，還能提供準確、精細的數(shù)據(jù)，生成多種格式的成果文件，可以有效解決現(xiàn)狀基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與實際不符的問題，實現(xiàn)設(shè)計成果和現(xiàn)狀情況高度貼合。

3.2 基于CIM 搭建多專業(yè)協(xié)同設(shè)計平臺

基于CIM 搭建多專業(yè)在線協(xié)同設(shè)計平臺支持多人在線協(xié)同編輯，多專業(yè)設(shè)計師共享設(shè)計方案，方案一處修改其他相關(guān)成果聯(lián)動修改，實現(xiàn)高效的團隊協(xié)同合作。平臺還支持多專業(yè)多格式設(shè)計成果的導入導出、典型場景的參數(shù)化設(shè)計，設(shè)計成果也可以與CAD、SU 等主流設(shè)計軟件無縫對接，實現(xiàn)深度集成和實時聯(lián)動，使設(shè)計師能夠快速調(diào)用日常使用的設(shè)計組件快速完成方案的設(shè)計和參數(shù)化建模。CIM 協(xié)同平臺不僅實現(xiàn)了各類設(shè)計工具的統(tǒng)一，還打破了時空限制和信息壁壘，讓各領(lǐng)域?qū)I(yè)設(shè)計師可以跨區(qū)域、跨時空及時溝通交流，促進了資源共享和協(xié)同設(shè)計，極大地提升團隊的協(xié)作效率。

3.3 基于CIM 的多專業(yè)成果三維可視化

CIM 通過將多專業(yè)的設(shè)計成果整合到統(tǒng)一的三維模型中，實現(xiàn)多專業(yè)成果的三維可視化。這種三維可視化的方式能夠幫助設(shè)計團隊更好地協(xié)同工作，實現(xiàn)設(shè)計過程可視化而不僅是設(shè)計結(jié)果可視化，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。其次，基于CIM 還可以進行設(shè)計方案的比選，幫助設(shè)計團隊在不同設(shè)計方案之間進行比較和評估。另外，CIM 還可以生成高度逼真的渲染圖像和動畫，輔助設(shè)計師更好地展示和傳達設(shè)計意圖，還能夠幫助客戶和利益相關(guān)者更好地理解和評估設(shè)計方案。

3.4 基于CIM 的智能化輔助設(shè)計

基于CIM 為多專業(yè)協(xié)同設(shè)計提供多種智能化模塊，輔助設(shè)計團隊及時發(fā)現(xiàn)和解決多專業(yè)協(xié)同中的問題，減少錯誤和重復工作，提高設(shè)計的質(zhì)量和效率?；贑IM 的數(shù)字模型能夠自動進行沖突檢測，通過分析不同專業(yè)之間的設(shè)計成果，識別潛在的沖突點，并結(jié)合專業(yè)知識和規(guī)范要求，提供相應(yīng)的問題診斷和解決方案，幫助提高設(shè)計的準確性和可靠性。有專家表示：“在設(shè)計階段進行沖突檢測，可以避免在建筑施工過程中因為碰撞問題而導致的額外成本和時間延誤。及時發(fā)現(xiàn)和解決碰撞問題，可以有效減少重復施工和修改的需求，提高設(shè)計的落地性?！?/p>

4.結(jié)語

本研究通過深度訪談，對老舊小區(qū)改造協(xié)同設(shè)計中存在的問題進行了深入的分析和研究，并在訪談的基礎(chǔ)上總結(jié)出了基于CIM 的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計方法，為解決老舊小區(qū)改造多專業(yè)協(xié)同設(shè)計問題提供了一種全新的思路和途徑。通過全要素高精度CIM 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計平臺、多專業(yè)成果三維可視化和智能化輔助設(shè)計，可以有效解決老舊小區(qū)改造中基礎(chǔ)資料缺失與不準確的問題，為設(shè)計師們提供準確的數(shù)據(jù)支持，輔助設(shè)計師高效傳達設(shè)計理念和意圖，更好地實現(xiàn)各專業(yè)設(shè)計師的協(xié)同工作和信息共享，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。

然而，盡管CIM 在國際上得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展，但在我國的發(fā)展仍處于初級階段，基于CIM 的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的推廣和應(yīng)用仍面臨著一些挑戰(zhàn)和困難。例如，技術(shù)標準和規(guī)范的制定、設(shè)計人員的培訓和素質(zhì)提升、CIM 平臺的建設(shè)和完善等方面都需要進一步努力和探索。本文旨在嘗試提出基于CIM 的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計方法，希望能夠增加更多從事規(guī)劃、建筑、景觀等專業(yè)的設(shè)計人員對基于CIM 的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的了解，并為多專業(yè)協(xié)同設(shè)計人員提供有益的參考和幫助，推動老舊小區(qū)改造的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計工作模式的發(fā)展和創(chuàng)新，為我國老舊小區(qū)改造工作貢獻力量。