本文是2022智慧城市实践案例，从背景介绍，应用内容，应用效果，创新点，社会效益等方面介绍深圳前海城市级BIM创新应用与实践。 前海作为双区引擎、五区叠加、城市新中心和世界级领跑者，努力建设成为高水平国际化城市新标杆和新时代粤港澳大湾区核心引擎。 在城市规划建设管理方面，始终坚持习近平总书记提出的“世界眼光、国际标准、中国特色、高点定位”的要求，抢抓“新基建”“新城建”和城市数字化转型机遇，结合“智慧前海”“数字前海”的部署，为提升城市规划、工程建设水平，打造数字城市基底，自2015年起积极谋划统筹布局，全面引入了BIM技术，开展了BIM技术应用推广发展规划、BIM标准体系建设、城市级BIM实践应用以及BIM三维行政审批试点等一系列工作，促进了BIM技术与城市规划建设管理的融合与发展，在国内具有一定的影响力。
本文是2022智慧城市实践案例，从背景介绍，应用内容，应用效果，创新点，社会效益等方面介绍深圳前海城市级BIM创新应用与实践。
前海作为双区引擎、五区叠加、城市新中心和世界级领跑者，努力建设成为高水平国际化城市新标杆和新时代粤港澳大湾区核心引擎。
在城市规划建设管理方面，始终坚持习近平总书记提出的“世界眼光、国际标准、中国特色、高点定位”的要求，抢抓“新基建”“新城建”和城市数字化转型机遇，结合“智慧前海”“数字前海”的部署，为提升城市规划、工程建设水平，打造数字城市基底，自2015年起积极谋划统筹布局，全面引入了BIM技术，开展了BIM技术应用推广发展规划、BIM标准体系建设、城市级BIM实践应用以及BIM三维行政审批试点等一系列工作，促进了BIM技术与城市规划建设管理的融合与发展，在国内具有一定的影响力。
前海城市开发建设具有规划定位高、开发强度大、专业交叉多、地质条件复杂、建设主体多等特点，为有效应对开发建设过程中，单元地块与基础设施建设同时序开发，地下工程与地上建筑同步实施，带来了建设组织统筹、工程接口统筹、建设时序统筹、专业技术统筹等一系列建设难题。 前海积极寻求技术创新，在国家部委以及各省、市推广BIM技术应用的政策指导下，明确了前海BIM技术应用的实施方式和技术路径，全面开展了城市级BIM技术应用实践。
2016年以来，结合前海区域型大型复杂项目群建设的特点，构建了三大基础模型+两个支撑平台+两个层次应用的3+2+2的应用体系，即建立了覆盖15平方公里，涵盖规划、地质、地理（实景）三大基础信息模型； 融合全区域基础设施和公共建筑BIM模型的城市信息模型，依托BIM建设管理平台和数字城市空间平台，构建了前海城市物理空间的数字底座，深入开展两个层次的BIM一体化应用（城市级、项目级），并成功探索实践了全国首个BIM电子招投标项目。 BIM技术在前海的集成综合应用，总结了大量的应用经验，拓展了应用范围，融合了多项数字化技术，探索了多种实施模式，为城市建设积累了大量模型数据，是目前国内区域范围体量最大、专业最全、应用最广、技术融合度最好的典型案例。
覆盖前海15平方公里，持续迭代5次，涵盖规划、地质、地理（实景）三大基础信息模型（CIM1.0），融合全区域基础设施和公共建筑BIM模型的城市信息模型，形成前海智慧城市数字基底。
基于前海智慧城市数字基底，开展了CIM平台建设关键技术研究，搭建了数字孪生城市CIM平台，平台创建整合了147个建设项目的BIM模型，98个市政项目和49个建筑项目，涉及10个专业类别，模型文件总体量约2TB。其中：单体建筑模型256栋，市政道路43.3公里，地下道路7.2公里，地下空间20万平米，景观桥梁7座，综合管廊和地下管网30.4公里，景观工程50万平米，河道3条，地铁站点8座。
构建BIM建管平台，设计数据驾驶舱：通过大屏实时监测项目现场，汇聚关键管理数据，实现决策分析、战略管控、风险防范。功能包括：项目开发经营总览，汇聚所有项目投资情况、项目开发施工进度、年度产值、年度交付、项目电子档案等关键指标，反映区域开发经营概况；项目现场实时监测，展示现场的项目、监控、人员、隐患、缺陷、监测等信息的分布，汇总施工现场等业务管理数据，供项目管理人员参考决策；单体BIM施工分析，综合分析单项目BIM模型施工阶段运用场景过程问题，通过多维数据统计分析图表辅助决策，提高项目管控水平。
建管平台的移动端APP
：支持现场处采集数据，方便参建各方查看和处理相关BIM模型信息，进行质量巡查、安全巡查等现场操作，随时随地处理任务。
Web端综合管理
：BIM建管平台基于计划、进度、质量安全和投资等进行统筹管理，无需安装客户端，安全快捷的管理项目各项指标要素。全面的进度控制功能贯穿计划的反馈调整过程，辅助监督督促项目建设进度，确保项目计划持续有效推进。实现工程质量验收全过程管理、现场质量隐患巡检等功能。解决常规安全巡查整改信息传递不明确，整改周期长等问题。
以三大基础模型为基底，深入探索城市级大场景BIM模型数据与GIS数据的集成与融合，形成前海城市空间基础数据平台。前海共空间平台结合城市规划、城市设计和工程建设，开展了建筑群风貌展示、专项规划衔接、建筑方案比选、工程方案比选、景观环境协调、5G基站选址、建设时序研究、地质条件预判等一系列的城市级分析应用，应用类型23类，应用频次达620多次。典型应用案例如下：
我方在前海片区收集了39个开发商不同软件设计的三维模型，包括SkecthUp、Rhino、Revit、3Ds Max、CATIA等，将已有楼宇的方案设计模型进行多源异构模型整合，与已有的倾斜摄影三维模型形成最新的前海整体风貌，不仅可以作为城市现状地形地貌的数据的完整、系统数字化记录，还可以直观作为新城规划建设的一手背景资料，支撑城市整体规划布局及单体建筑控高、外立面设计校核等应用。借助BIM模型可视化展示工具完成城市整体风貌的动态精细化展示，如城市配套设施分布等。
4.2 城市日照分析
建筑日照间距是城市规划和建设项目的管理审计，主要参考标准也是规划设计的重要指标。它直接关系到生活的环境质量，城镇居民，而且要控制建筑密度的有效途径。
使用BIM建模和分析软件，可以创建模拟区域的三维模型，然后在建筑模拟仿真等领域的阳光和分析气象数据和其他信息的输入模拟区域，从而提供规划参考和设计。在确定分析的起点和终点后，自动生成天际线图，辅助城市设计、控制街道景观。
城市的天际线作为域市的天地相交的一条轮廓线,是城市总体形象和宏观艺术效果的高度概括,也是城市整体面貌的重直空间投影。天际线分析城市的整体布局,通过在城市中选取开阔空间对建筑以及其他构筑物的整体组合进行抽象性的描绘。一条优美的城市天际线不仅仅只是由无数个变量元素组成,并且这些变量元素具有一定的美学韵律和秩序的变化。其不仅仅表现在建筑物的外观形态上,还表现在对城市内部的文化审美感知方面。天际轮廓线是城市生命的体现。通过三维天际线分析提前模拟拟建工程的实际情况，辅助规划决策项目及落地实施。
缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围,根据指定的距离在点、线和多边形实体的周围自动建立一定宽度的区域范围。缓冲区分析通过把地图分为两个区域，一个区域在所选地图要素制定距离之内，另一个在制定距离之外。在指定距离之内的区域称为缓冲区。通过三维的可视化操作，可应用于求地理实体的影响范围，及相关工程邻近度影响等问题的分析和决策。
在方案论证阶段，利用整合后的BIM3.2模型来评估设计方案的布局、视野、照明、安全、人体工程学、声学、纹理、色彩及规范的遵守情况。方案论证阶段还可以借助BIM提供方便的、低成本的不同解决方案供项目投资方进行选择，通过数据对比和模拟分析，找出不同解决方案的优缺点，帮助项目投资方迅速评估建筑投资方案的成本和时间。对设计师来说，通过BIM来评估所设计的空间，可以获得较高的互动效应，以便从使用者和业主处获得积极的反馈。设计的实时修改往往基于最终用户的反馈，在BIM平台下，项目各方关注的焦点问题比较容易得到直观的展现并迅速达成共识，相应的需要决策的时间也会比以往减少。
交通模拟应用运用GIS地理信息+ BIM三维模型+交通仿真，融合三大技术优势，实现了路网批量化精确化建模、仿真结果可视化输出和交通指标定性定量分析。将前海实时交通、公交线路等信息导入前海城市级BIM模型直观的显示出来，从而展示前海整体交通情况和车流轨迹，预演交通组织和管控方案实施效果，辅助方案比选和设计优化，在保障道路通行能力、保障施工和提高交通安全方面起到重要作用，为交通分析提供可视化定性分析手段。
由于5G移动通信技术自身的特殊要求，基站选址对其发展有着重要的意义。通过三维数字环境模拟，可以在规划前期和建设早期了解城市特性、评估规划影响，避免在不切实际的规划设计上浪费时间，防止在验证阶段重新进行设计，以更少的成本和更快的速度推动创新技术支撑的各种5G布置方案落地。通过城市信息模型以及可视化系统，以定量与定性方式，进行专题分析、模拟仿真、动态评估、不同方案以及对城市带来的影响，保证规划5G信息号在覆盖每一寸土地时，综合效益实现最优化。
根据规划信息模型、BIM模型，结合城市现状地形地貌模型并添加前海规划建设进度，完成建设时序模拟。通过模型的整合和模拟，提前发现已建、在建及计划新建项目在时间和空间上可能存在的冲突，对城区建设各片区详细的实施计划提供数据支撑。
三维地籍在传统地籍的概念中引入了三维产权空间的概念，三维产权是指将一定的三维空间划分为没有交叉和重叠的三维权利实体，满足集约化土地利用和城市空间管理需求，如跨街建筑、地上下一体化设施。通过建设三维空间的三维空间体生产、三维拓扑分析、三维空间查询、通用业务信息显示、三维空间拓扑构建与动态维护、二三维图形操作联动、权限控制、用户操作审计、三维操作指引等三维图形基础功能等建设，形成一套完整的三维地籍业务管理解决方案，形成以图管地、以图管楼、以图管房的一体化管理模式。
通过构建的三维城市模型场景进行动态剖切及测量系统,可通过设置沿着给定位置及方向对三维工程场景进行动态剖切的动态剖切部件,可以获取剖切面出的二维截面图形,并能够提供测量方法确定各种对象在该剖切面上的位置、距离等空间关系。本系统提供的动态剖切及测量系统,能够适用各类道路、桥梁、隧道等交通工程领域,通过对设计结构模型和周边环境模型的三维合成工程场景进行动态观察和剖切测量,可以更加直观方便地验证设计方案,为后续项目方案设计及设计优化工作提供数据支持。
基于三维城市用地开发强度的模型和分析，为科学确定城市开发强度提供了参考和依据。根据前海城市的实际现状以及城市特征,利用BIM+GIS从自然环境、人文与景观和经济发展等多个方面进行分析和评价。同时也可以根据需要将城市规划的空间信息及其属性信息进行有机结合,能够直观快速地实现定量分析。运用基于三维城市土地开发强度模型对城市土地的开发强度进行合理地分级,从保护城市生态安全以及促进经济发展的角度提出了城市土地开发强度的建议，对城市建设用地的科学评价和今后的城市发展有着重要的意义。
根据深圳市深化工程建设项目审批制度改革的要求，创新探索推进前海工程建设项目审批改革的智能化进程，以房建类项目审批为切入点，启动建设支撑行政审批和技术审查全环节的BIM三维数字化行政审批创新试点平台。试点内容分为三维可视化会商决策平台和三维数字化审批平台：三维可视化会商决策平台提供满足各类会商决策和汇报场景，为管理者提供直观、高效的辅助决策，提高城市规划管理决策水平；三维数字化审批平台提供基于BIM的三维审批系统，包括基础支撑、标准化工具，三维审批、智能审查，公众参与、知识库建设和移动端应用。通过试点平台的建设，构建科学、便捷、高效的工程建设项目审批和管理体系，促进规划管理工作更智能、更高效、更立体、更科学，树立全国行政审批改革新标杆，推动改革工作不断深入，为前海建立基于BIM的“规建管用服”工程建设项目全生命周期智慧审批平台奠定基础，打造三维数字化智能审批系统的“前海模式”。
为了落实前海立体复合、互联互通、街坊开发的规划理念，围绕立体复合用地空间开发建设和运营管理中的土地立体化管理问题，结合土地空间权利体系理论研究和典型案例实践，在全国率先探索研发了三维地籍管理信息系统，制订了《前海深港合作区三维产权体数据标准》，全三维立体划定一批建设用地使用权，实现了从二维土地供应向三维空间供应的维度提升, 形成了以三维地籍为核心的土地立体化管理模式，有利于进一步节约集约利用和精细化管理城市空间资源，是前海体制机制创新探索的一项重要改革实践经验。
BIM+知识图谱（AI）：业内首次将知识图谱技术（AI）引入到BIM模型机电系统的分类编码和连接关系检查中，实现机电模型连接正确性的自动检查与定位提醒；开发了面向国内标准的BIM模型构件自动分类编码软件模块，实现BIM模型构件自动添加分类编码信息。
通过充分融入 BIM 技术、GIS 技术，将智能化设备与地理空间、建筑空间建立连接，实现楼宇物理场景与虚拟空间高精细化映射，打造智慧社区领域的数字孪生智慧大脑。同时，应用人工智能、5G 等新一代信息技术，使AI智慧社区平台具备空间感知、 环境感知、视觉感知等多维感知能力，赋予风险评估、隐患预警、辅助决策等智能分析能力，构建“未来”智慧社区平台。以前海自贸大厦项目为例，以BIM模型为“数据基底”，结合AIOT技术，快速实现建筑空间、设备、环境、能源及安防等N个系统的“数据融合”，通过数据分析和AI算法形成的“数据智能”，为建筑运营管理者提供更为安全、高效、便捷的运营系统。
4.2 基于5G+CIM+AIOT的深港数字孪生公园
利用“5G、大数据、物联网、人工智能、互联网、移动互联网、GIS、BIM”等技术，依托智慧终端设备、通信网络以及综合管理平台，通过数据交换、共享、整合、挖掘、分析、预测，实现感知、预警、分析、管理、决策的智慧化，公园绿地数字化、精细化的动态管理，用智慧的方式连接人与自然，达到了人与自然的互感、互知、互动，实现了公园运行整体态势分析、应急管控分析、游客服务、客流分析、公园运行分析、能耗分析决策的可视化与智能化，为游客提供优质的游园体验，为运营管理人员提供高效的数字化管理模式。
基于前海创建的全区域的BIM模型和城市级BIM技术应用成果，结合深圳市“新城建”推进城市信息模型（CIM）平台建设的要求，2020年启动《前海数字孪生城市的建设与应用》的研究，探索数字孪生城市建设路径，挖掘CIM应用场景。探索构建全空间、三维立体、高精度的城市数字化模型，承载和打通物联网设备信息的海量动态城市数据，以实现系统架构级的融会贯通。
前海在BIM技术的应用过程中，开展了一系列的技术研究，并在应用实践中不断的加以探索和尝试。一是实现了多源异构模型数据的整合，基于前海开放的建设环境，BIM模型数据格式的不一，整合多源异构数据是业内的技术难题，通过技术攻关，前海共整合模型格式类型13种，BIM+GIS技术融合突破9项，实现多源异构模型融合和多GIS平台轻量化发布。二是依托桂湾公园与自贸大厦智能化建设，以BIM技术为核心结合物联网、AI分析、大数据等新技术，打造了集智慧监测、智慧管理、智慧服务的运维管理平台，实现了BIM技术在城市开发建设全生命周期融合应用。
作为国内首个全面开展城市级BIM创新应用与实践的合作区，前海的工程建设从规划、设计、建设、到运营，在项目全生命周期中引入BIM技术，并充分结合三维GIS、IT、云计算、大数据、VR等先进技术，建立在全生命周期过程中共享和传递建设数据信息的“诺亚方舟”，通过建立BIM管理与技术标准体系、搭建BIM协同设计与建设管理平台，对建设全过程进行专业化的管理和审查，确保方案的稳定性；为管理人员和各参建方提供高效、精确应对建设难题提供决策依据，成为建设者们协同工作的基础，不但助力前海实现新城建设的增质提效，更奠定了前海未来智慧化运营的数据基础。
前海数字城市建设按照“先设施的数字化建设与运维，后社会的智慧化管理与服务”的思路，在工程建设项目基本完成之后，将依托建设阶段积累的 “时空大数据”，依托前海城市级BIM模型，创建虚拟世界中的前海城市基础设施的“数字孪生体”，其次在城市BIM模型的基础上建立城市空间数据平台，实现模型数据以服务方式的对外输出，形成基于BIM数据资产的智慧城市运营管理模式，为前海城市智慧化管理提供新型服务。这将在为前海新城区创造新的经济收益的同时，为城区的人民生活提供更加便捷、优质的服务。
前海政府投资项目BIM技术应用率100%，社会投资项目BIM模型创建率100%。其应用实践已为雄安新区、陕西西咸新区、重庆两江新区等国内新城建设引为借鉴案例，于2018年被纳入《广东自贸试验区制度创新若干重点事项（20条）》、《中国（广东）自由贸易试验区深圳前海蛇口片区第四批改革创新经验》在全省、全市范围内复制推广。是国内首个体量最大、项目最多、专业最全、应用最广、技术融合度最好的城市片区级BIM应用的典范案例。
2019年1月，深圳市建设工程交易中心联合前海建投集团，前海乐居桂湾人才住房项目全过程设计国际招标项目中试点开展了基于BIM技术的电子招投标，是全国首个在招投标环节引入BIM技术完成电子招投标的项目。标志着深圳电子招投标正式进入三维时代，改变了传统电子评标的阅读难度大，评审不直观的问题，探索从全流程电子化招投标到可视化、智能化的变革路径。
《前海数字孪生城市的建设与应用》
项目已入选住建部科技示范项目
《前海数字孪生城市的建设与应用》项目已入选住建部科技示范项目，前海数字孪生城市CIM平台建设已纳入深圳市重点示范片区，要求先行先试，为深圳全市域CIM平台建设探索建设路径。
前海城市级BIM技术应用实践获得广泛的社会关注与行业认可，取得国际（BE创新大赛）、国内（优路杯、市政杯、智建中国）等19项大奖，发表论文6篇，申请软著17项，专利2项，部级示范项目1项，接待全国多地各级考察与交流近百场，被媒体多次报道，引发行业领域广泛探讨，被誉为“BIM从工厂数字化走向城市智慧化的巅峰之作”。
