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1、数字之光照亮城市未来城市全生命周期管理CLM探索与实践中南建筑设计院股份有限公司2023年9月工程数字技术中心主任张慎博士50年代 武汉中南路2023年 武汉中南路 郑州720特大暴雨灾害 512汶川地震 台风频繁登陆沿海城市 北京及周边地区洪涝灾害PLMBIMPLM数值仿真数字孪生CIM2021 2022 20231990s0s2000s2020s数字技术发展时间2010s1982AutoCAD 1.02004ESRI推出新一代GIS产品ArcGIS1997超图 Supermap1981达索系统公司2021,中南建院首次基于三维模型无图设计施工武汉市新一代天气雷达项目2
2、022,中南建院首个无图建造建筑工程湖北省疾病预防控制中心项目2023,中南建院采用CLM平台完成十堰中央商务区韧性规划地质灾害监测预警与决策支持1982CATIA V12020北京易智瑞GeoScene1760发明制图标准1840发明蓝图1994,波音公司采用PLM及MBD,全程无图设计制造波音7772002Autodesk收购Revit提出BIM概念2013,西飞集团引入PLM及MBD,全程无图设计制造运20大型军用运输机2019,江南造船厂引入PLM及MBD全程无图制造海巡160轮1981ESRI ARC/INFO1.0世界上第一个商业化GIS软件2020,中南建院全国首次在建筑业引入P
3、LM平台及MBD技术,并首次提出城市全生命周期管理CLM2005吴志强院士提出CIM理念城市全生命周期管理CLM的理念CLM平台的特点CLM平台关键技术CLM平台应用案例CIM(城市信息模型,City Information Modeling)CLM(城市全生命周期管理,City Lifecycle Management)相同点:CIM和CLM都是针对城市(City)。不同点:CIM是指数字模型,重在建模;CLM是基于数值仿真的一种管理模式(全生命周期应用)。有了CIM平台,才能有CLM城市全生命周期管理。CLM的特点:基于CIM,通过多尺度多物理场数值仿真技术和数字孪生技术,实现城市规划、设
4、计、建设、运营、应急、更新等全生命周期的数字化管理。CLM就是城市大脑CIM数值仿真城市规划与建设管理城市运营与应急管理CLM城市更新管理CLM=CIM+数值仿真+城市规划与建设管理+城市运营与应急管理+城市更新管理实现从基于定性到基于定量进行决策和管理实现从基于经验到基于仿真进行决策和管理数值仿真规划设计一体化数字平台建设CLM的核心是以城市为主体,构建数字孪生城市,整合城市建设、运营的各个环节,采用数字化、网络化、智能化的技术手段,基于数值仿真技术,实现城市规划、建设、运营、管理等各个环节的高效协同管理。城市规划三维规划模型三维协同设计三维实时渲染三维仿真优化三维空间分析城市运维管理城市全
5、生命周期管理CLM的理念CLM平台的特点CLM平台关键技术CLM平台应用案例“一模到底”也就是构建统一平台,以规划为龙头,带动所有参与方共用同一个三维数字模型协同工作。目的是要彻底解决城市信息“碎片化”问题。规划选址规划模型城市设计仿真优化建设管理运维管理特点1:“一模到底”,消除一切数据孤岛1m 3m3m 10m15m 20m20m 50m100m 以上数据连接带纹理的建筑素模建筑白模植被群落地理坐标正射影像城市线性资料交通路网电网信息给排水管网通信网络城市地理数据国土资源街道数据房屋权属城市绿地GIS模型(14级)BIM模型(56级)地质模型地下空间(56级)零件模型(7级)特点2:兼容城
6、市中的一切多源异构数据,构建数字孪生城市GIS 数据BIM数据数值仿真数据运营数据IoT数据特点3:打通各单位、部门之间的数据壁垒仿真分析方案比选知识管理辅助决策团队协作动态数字孪生一体化的模型查看界面模型实时更新用户和权限管理交流协作平台特点4:集成多尺度多物理场仿真清华大学校园城市(区)全生命周期的动态数字孪生城市(区)多尺度多物理场仿真技术基于数值仿真的城市管理CLM平台的技术框架城市全生命周期管理CLM的理念CLM平台的特点CLM平台关键技术CLM平台应用案例关键技术一城市(区)全生命周期的动态数字孪生 随着城市的不断发展,城市数字孪生模型是不断生长和变化的,即城市动态数字孪生。构建城
7、市数字孪生模型需要考虑两种情况,一种是新建城区,另一种是已建城区。城市动态数字孪生已建城区新建城区 应以BIM模型为主,将其作为CLM平台数据的主要来源,汇聚到CLM平台上。兼容不同格式的三维数字模型数据,如CATIA、Revit、Bentley等。地质模型数据管网模型数据建筑模型数据桥梁模型数据隧道模型数据公路模型数据新建城区 强调城市多源数据的整合,少数重点建筑项目建立BIM模型。大部分建筑模型需要通过遥感技术方法或者快速建模技术来进行构建。BIM模型倾斜摄影模型已建城区关键技术二城市(区)多尺度多物理场仿真城市区域尺度重点建筑尺度需要适用于多种灾害、多种尺度的统一模拟框架城市全生命周期管
8、理存在多尺度多物理场分析的需求GIS+BIM火灾风灾地震内涝采用基于CIM模型的城市建筑数值风洞技术,可以模拟历史和未来风气候条件下建筑群风荷载和潜在风灾,为城市风灾应急管理和区域城市规划提供量化评估手段。城市建筑群风环境灾害仿真与识别 基于CIM大模型和计算流体力学仿真技术开展亿万级网格划分和高性能并行计算。开展城市建筑群洪水传播路径分析,为海绵城市规划设计和洪涝灾害应急管理提供技术支撑。理想建筑群淹水分析试验与实测验证 实际城市建筑群淹水过程动态分析 针对园区场地开展不同降雨强度下雨水径流分析,合理预测和识别内涝风险区域。优化地下雨水排水位置分布,在规划设计阶段最大程度减小园区内涝风险。建
9、筑园区雨水径流仿真 仿真驱动雨水排水点位置优化 仿真分析风驱雨情景下单体建筑外立面和建筑内管道排水性能。方案阶段实现建筑屋面造型方案和雨水排水系统的全局优化设计。实际风驱雨条件下建筑外立面雨滴轨迹分布日常降雨条件下建筑外立面积水强度仿真考虑屋面雨水流动的造型优化给排水管道系统排水过程仿真排水井雨水汇总仿真 城市地震灾害模拟 园区地震灾害模拟实际结果模拟结果实际结果模拟结果 城市火灾模拟 单栋建筑火灾分析楼梯B楼梯A定量计算火灾影响范围随时间的变化情况,评价不同尺度区域抵抗火灾的能力楼梯A A基于GIS模型和建筑群模型,可以实现区域通风廊道热岛效应建筑群街区风环境耦合仿真分析,分析实际场景下建筑
10、街区热舒适度实际表现。区域热岛效应仿真 建筑街区风环境仿真城市交通仿真1、可对城市交通系统进行仿真评估。2、可仿真模拟不同时间段、不同路况下交通拥堵情况。3、可为城市交通规划提供决策建议和优化方案。城市噪声动态分析 园区、沿街噪声动态分析噪声仿真1、计算、评估、预测、显示噪声污染。2、对绿色建筑、公路、铁路、机场等建设项目进行环境影响评价。3、可通过噪声地图为城市规划设计与研究提供数据支持。关键技术三基于数值仿真的城市运营管理视频监控信息融合建筑物联网设备集成 统一对城市的物联网设备资产进行管理、监控、运维。解决各个委办局的设备烟囱和数据烟囱的问题,构建城市物联网设备管理中心。打通实施单位、业
11、主单位数据,将物联网方案的部署运维进行统一管理。智慧灯杆信息化 在物联网设备运行过程中,会产生大量数字、文本、图片、音视频等多种形式数据,然而设备与周边环境之间、不同领域设备之间存在信息无法打通、跨领域缺乏统一规范等问题,导致数据资源无法有效利用。城市数据管理的瓶颈问题:解决方案:城市全生命周期管理(CLM)平台时空知识图谱城市地理实体构建最短路径查询 将城市治理、社会服务、城市事件、民生事件、多领域、多部门领域知识等多源数据接入知识图谱,形成广泛的城市大脑知识图谱。城市治理社会服务城市事件民生事件多领域多部门 通过整合多领域数据构建知识图谱,并建立智能问答系统,为政府决策者提供决策支持,从而
12、优化城市管理、资源分配,实现智慧、高效的城市运营。知识图谱智能问答能力:文本理解意图识别知识链接模板匹配子图检索专业模型复杂问题处理重排序答案生成城市全生命周期管理CLM的理念CLM平台的特点CLM平台关键技术CLM平台应用案例韧性评价地震仿真评价火灾仿真评价风环境仿真评价地下管线仿真评价 十堰中央商务区规划了商务、科技、教育、医疗、生态等五大地标。打造城市东进引擎、低碳绿色发展示范、数字智慧城市样板。韧性城市规划加载影像底图和地形高程加载城市建筑、路网、树木模型进行城市内涝风环境等仿真从各种数据中读取与城市韧性体系相关的评价指标对不同规划方案下的城市韧性进行计算并对比显示静态显示某一刻的城市
13、风环境轨迹线,也可以动态展示风环境的变化过程实时显示两版方案下城市面对20年一遇的降雨表现,以及积水过深的区域面积占比空间分析“4+1”结构:四个功能模块+一个数据模块预报预测数据模块应急指挥数据监测预警恢复应急系统生命周期模型地质灾害监测预警决策支持平台 6大类数据:多源数据可视化,成功构建地上地下一体化三维信息模型 三维地质信息模型 影像数据(倾斜摄影)灾害体数据 承灾体 钻孔数据 野外调查点数据 分析工具箱 日照分析 高程剖面分析 视点分析 测量工具 天气模拟 模糊查询+定位地质灾害预警平台 地质灾害风险评价 内涝灾害评价基于斜坡单元层次分析法,结合地质灾害发生频率密度-规模分布曲线和区域承灾体的属性和分布位置情况,得到地质灾害风险评价分区结果。构建洪涝模型并开展内涝积水模拟分析,得到50a一遇长历时(48h)暴雨情景下研究区积水深度随时间变化的仿真结果。地质灾害预警平台城市全生命周期管理CLM平台安全、先进、开放、专业韧性宜居绿色低碳以人为本感谢聆听!数字之光照亮城市未来