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              基于數字孿生的綠色智慧賦能城市更新

              2022-12-02


              一、城市更新的相關政策與痛點


              城市發展伴隨著人口的遷入,出現向外圍擴展的態勢,中心老城區相繼呈現老舊、衰敗、服務能力不足的跡象。城市更新,是指通過清除、維護、改建、重建等方式,對城市衰敗區的房屋、基礎設施和公共設施進行重新規劃、設計、履行和土地再利用。


              城市更新充分反映了城市居民日益增長的美好生活需要和城市不平衡不充分的發展之間的矛盾。


              • 在2007年以前,中國的城市更新還未正名,多被稱為“舊城改造”,2007年深圳編制《深圳市城市總體規劃(2010-2020)》提出,“工作重點由增量空間建設向存量空間優化轉變”,隨后制定的《深圳市城市更新辦法》明確使用了“城市更新”的概念。

              • 《十四五規劃和2035遠景目標》首次提出“實施城市更新行動”,為創建城市建設運營模式、推進新型城鎮化建設指明了前進方向;“圍繞強化數字轉型、智能升級、融合創新支撐,布局建設信息基礎設施、融合基礎設施、創新基礎設施等新型基礎設施?!?、“完善城市信息模型平臺和運行管理服務平臺,構建城市數據資源體系,推進城市數據大腦建設。探索建設數字孿生城市?!?/span>

              • 2021年,國家發布《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》、《關于推動城鄉建設綠色發展的意見》均提出“推進城鄉建設和管理模式低碳轉型,在城鄉建設管理各環節全面落實綠色低碳要求”。

              • 2021年8月,上海推出《上海市城市更新條例》,明確提出“本市城市更新,堅持‘留改拆’并舉,以保留保護為主,遵循規劃引領、統籌推進,政府推動、市場運作,數字賦能、綠色低碳,民生優先、共建共享的原則”。

              • 2022年7月,發改委發布《“十四五”新型城鎮化實施方案》,提出“加快轉變城市發展方式,建設宜居、韌性、創新、智慧、綠色、人文城市”。宜居、韌性、創新、智慧、綠色、人文成為新型城鎮化的特點與要求。


              我國城鎮化快速發展過程中,城市更新也存在著一些問題:


              01

              城市碳減排壓力大


              2021年,全球CO2排放量增加了6%,達到363億噸,創下歷史新高,其中中國CO2排放量超過119億噸,達到全球碳排總量的33%;


              統計數據顯示,中國城市的二氧化碳排放量占總排放量的80%左右,高于全球75%的平均水平;根據《中國建筑能源研究報告2020》,2018年建筑業全過程碳排放為49.3億TCO2,是全國碳排放的51.3%,其中建筑運行階段碳排放是全國碳排放的占比22%,城市運行階段的碳排放可見一斑; 


              2020年我國交通領域碳排放9.3億噸,占全國終端碳排放的15%,是僅次于工業、建筑之后的第三大碳排放源。


              02

              城市基礎設施信息不完善、共享困難


              城市更新過程中,基礎設施信息不完整,或共享存在困難,在城市更新過程中,經常出現施工挖斷水管、燃氣管等問題,給居民生活帶來極大不便。


              03

              城市應急缺少城市基礎數據庫支撐


              城市基礎信息數據不完善,基于圖紙的城市基礎建設管理,系統化低,原有的檔案管理模式下難以支撐快速查詢和調閱,城市應急管理缺乏數據支撐,造成巨大災難,上海靜安大火、鄭州暴雨等都給市民的生命財產安全造成了巨大的損失。


              04

              城市運營數據孤島


              城市運營管理當中,在各個領域都具有非常重要的數據資產,但由于城市運營管理條塊化分割,形成了數據孤島,如何有效承載城市基礎數據、運行數據?成為智慧城市探索的重要方向。


              05

              城市大數據計算能力不足


              城市涉及多個運維管理部門,涉及基礎數據、每日運維數據量巨大,且原有基于二維GIS或3D GIS模式下的城市管理系統,數據量小,結構化維度不足,IOT數據疊加計算能力不夠,需尋找更強大的城市計算平臺。


              二、魯班軟件關于城市更新的理念與解決方案


              魯班軟件成立于2001年,20年來,魯班軟件始終堅持自主研發,已經積累了100余項軟件著作權與核心專利,在金字塔瓦片技術、多元異構融合數據、實時圖形渲染、資源動態調度等關鍵技術上建立了核心競爭力;先后榮獲上??萍夹【奕似髽I、上海軟件名企、上海市“專精特新”企業、上海市軟件核心競爭力企業、中國軟件行業最具影響力企業等稱號;榮獲上海市、四川省、河南省等科技進步獎,中國土木工程詹天佑獎、住建部科學技術計劃項目示范工程等獎項。


              魯班軟件基于BIM技術的崗位級、項目級、企業級產品與應用,推動了建筑行業數字化、智慧化進程;在迪士尼度假區、亞特蘭蒂斯酒店、九綿高速、信江雙港航運樞紐、深圳機場等800多個大型復雜項目中深入應用,在江西交投、廣西交投、中鐵城建、中國五冶等400多家單位實現企業級數智大腦的建設。


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              從工程到城市,從建造到運維,是技術發展的趨勢,也是魯班軟件的戰略方向。魯班軟件定位于基于BIM的數字孿生技術服務商,隨著數字經濟的快速發展和元宇宙新賽道的崛起,公司持續致力于建設1:1數字世界。


              魯班軟件-同濟CIM創新中心首席科學家吳志強院士提出:城市是生命體,對于智慧城市的規劃,城市正從單體建筑,走向全系統運行管理。所有的智能建造,意識,構建,全部整合起來,形成一個新體系。實現這一規劃則要從5個方面入手:


              1.把BIM作為CIM的細胞——將建筑作為城市細胞;

              2.城市物質子系統建?!IM的工作底板,多種數據的導入;

              3.城市時空數據的接入;

              4.城市突發事件預警包括自然災害,火災,犯罪等等,能夠及時啟動應急管理預案。

              5.城市藍圖模擬規劃專業的特征,是具有夢想。對藍圖的描繪,通過不同的情景方案,來應對城市彈性與不確定性。


              BIM技術是建筑行業革命性技術,也是數字孿生世界構建的核心技術之一。首先,BIM是貫穿工程項目全生命周期的,從規劃、建設到運維管理,也包括更新與拆除;建筑信息模型不僅是好看的三維模型,也是建筑產品數字化的重要表達,包括了建筑物的所的信息,而且信息是結構化的,結合WBS、業務邏輯、算法等,是智能化、智慧化的重要前提;模型可以從小的住戶級,尺度上再延伸到工程、城市、數字中國、元宇宙等,此外,基于模型的思維方式、工作方式將是未來建筑工業化、智慧城市運營的重要基石。


              在吳院士的思想指導下,魯班軟件提出了基于BIM的數字孿生城市底座的概念。魯班軟件的數字孿生底座擁有自主可控、開放共享、動態仿真的優勢與特點。城市建設要有九通一平,我們認為數字孿生城市底座將成為城市建設的“第十通”,是城市建設的基礎設施。


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              魯班CIM平臺高效融合市場主流的BIM數據模型,結合地理信息系統(GIS),從精度、細度、廣度上實現對物理世界的數字化映射;整合各類IoT系統數據及工業現場總線數據,實現在數字世界里的動態感知;通過自主知識產權的圖形引擎和相關算法實現對數字世界的高擬合度仿真,實現物理世界與數字世界的融合;通過輕量化三維圖形引擎能力、開放的API接口,構建數字孿生城市底座;通過標準化接口接入各類應用場景,推進智慧化應用的落地,最后匯集在統一的城市指揮中心的大屏上。


              政府各職能機構眾多,但治理務必一盤棋,為此必須搭建統一的數字孿生底座平板,不同職能機構要圍繞同一張底圖、共建同一個平臺。要能支撐“共繪一張圖、統籌一平臺、治理一盤棋”的新型城市數字化管理平臺,必須具備“開放、全時、全景”的能力,真正實現“看得見的未來、可計算的城市”。


              基于數字孿生的城市更新解決方案,從算據角度來看,建立了建立城區級的建筑、基礎設施、城市家具最細度的工程數據庫;構建城市最小細度(房間為最小單位)的城市空間數據庫;對接、承載城市各類IOT數據和運營數據;從算法來看,有輕量化圖形引擎算法、實時渲染算法,同時有建筑專業的業務邏輯、空間邏輯、物理邏輯,以構件及空間為對象,構建了城市各子系統的數據交互樞紐,可承載各類專業算法;從算力角度看,是完全分布式的云計算,能支撐各行業應用的城市級集成計算能力。


              魯班軟件基于數字孿生的城市更新解決方案可以為城市更新提供:


              01

              城市更新規劃-智能規劃分析

              數字孿生技術可融入到城市更新的智能規劃的過程中,利用同濟CIM創新中心吳院士團隊的城市規劃相關智能算法,如可達性分析、天空可見度分析、交通路線分析、建筑密度分析等,有效支撐城市更新規劃方案的優選,實現規劃精準、要素全面、場景真實的規劃效果。


              02

              城市更新規劃-地下空間分析


              城市更新過程中,地下不可見部分的空間、管網規劃與分析至關重要,否則易造成安全問題?;贐IM的數字孿生城市平臺可以匯集地鐵、隧道、地下管廊等所有地下基礎設施信息與數據,通過空間分析,有效指導城市更新規劃、設計階段的決策,提前預警施工過程的難點與風險。


              03

              城市更新設計-方案展示與決策


              數字孿生城市平臺可以有效綜合城市建筑空間、建筑立面、周邊建筑風貌、公共空間、景觀環境等,數字孿生平臺可以更好地展示城市更新與周邊環境的融入、內部空間的感受等,更好地進行城市更新方案的比選;包括外立面、內部改造方案等。


              04

              城市更新管理-數字化施工


              數字化施工管控平臺可以同時實現城市更新項目現場的智能化管理,如勞務實名制、視頻監控、環境監測、智能定位、質量監測等,不僅可以實現單項目的智慧工地管理、更可以總覽所有在建城市更新項目的全要素管控。


              05

              城市更新管理-高精度的城市空間數據庫


              通過建立數字孿生城市平臺,集合了城市中建筑、市政、道橋、水利、園林等BIM數據組合起來,形成更復雜、更全面、更開放的高精度城市空間數據庫,包括宏觀、微觀,包括室內、室外、地上、地下等全要素。


              06

              城市更新管理-多維度城市數據統計分析


              數字孿生城市平臺的最重要的一點是“可計算”,在構建高精度的城市空間數據庫的基礎上,可以實現城市級大尺度、構件級顆粒度場面,任意空間、專業等多維度的統計分析,人口、經濟、能源等所有數據。


              07

              城市更新管理-網絡化管理


              結合城市社區網格化服務的管理模式,數字孿生城市社區網格化管理可以對單元網格的部件和事件巡查,建立一種監督和處置互相分離的形式,并且通過可視化的方式定位人員、事件,加強微觀治安態勢綜合監測、“五步閉環”一體化違法處置、樓道堆物管理、違法經營管理。


              08

              城市更新管理-能源與環境監測


              數字孿生城市平臺可對接各類監測傳感器系統,實時監測區域內多種環境指標數據,并設定閾值,當出現指標異常時,系統進行報警提示;實時統計電、水、天然氣等能源的消耗情況;當某一個區域發生異常,及時報警提醒,為節能減碳建設提供數據支撐。


              09

              城市更新管理-應急管理


              數字孿生城市平臺可以對接整合各個聯動部門的應急避難場所、應急物資、應急機構等應急資源信息,危房、內澇點、地質隱患等應急風險信息,應急相關城市部件、物聯網設施設備預警等城市應急預警信息,形成 “應急信息一張圖”,實現工程建設應急資源可視化管理,為建設工程應急決策提供保障。


              魯班軟件與上海防災救災所研發了基于CIM的MH-Shanghai平臺,通過CIM平臺進行多災種城市級動態仿真分析技術,加載同濟大學李杰院士防災救災相關工程專業算法,對城市生命線進行安全評估、監測預警、災害指數分析、應急方案模擬、輔助決策等,為打造韌性城市奠定基石。


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