BIM+GIS融合及其應(yīng)用價(jià)值研究

程才 于金平 于杭琳 白銀

摘 ?要：傳統(tǒng)意義上的BIM技術(shù)，僅停留在完成建設(shè)工程項(xiàng)目的建筑信息模型。但文章認(rèn)為真正意義上的BIM技術(shù)應(yīng)是建立在GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理與項(xiàng)目可行性研究等的基礎(chǔ)上，使用BIM+GIS技術(shù)融合地理信息與建筑信息在多維度層面上對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目進(jìn)行全生命周期管理。

關(guān)鍵詞：BIM;GIS;融合;應(yīng)用價(jià)值

中圖分類(lèi)號(hào)：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）24-0041-03

Abstract： In the traditional sense， the BIM technology only stays in the building information model of the construction project. However， this paper thinks that the real BIM technology should be based on the data analysis and data processing of GIS technology and the study of project feasibility. Thus， the BIM+GIS technology is used to integrate geographic information and building information， so as to manage the whole life cycle of construction projects on multi-dimensional levels.

Keywords： BIM; GIS; integration; application value

前言

BIM與GIS技術(shù)本身隸屬于兩個(gè)不同的學(xué)科，GIS技術(shù)在宏觀層面上提供地理空間信息，BIM技術(shù)在微觀層面上提供建筑信息數(shù)據(jù)。兩者的融合，并不屬于一場(chǎng)意外，而是屬于互相之間的取長(zhǎng)補(bǔ)短、互惠互利。

BIM與GIS技術(shù)的融合適用于建筑物的選址、施工管理、建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、交通規(guī)劃、能源設(shè)計(jì)等方向。其廣泛的應(yīng)用價(jià)值打通了建筑工程項(xiàng)目的全生命周期，同時(shí)GIS技術(shù)優(yōu)化BIM技術(shù)的信息管理層級(jí)，融合真實(shí)的地理信息，設(shè)計(jì)建造集安全+美觀+信息+管理于一體的多維度空間模型。

1 GIS、BIM簡(jiǎn)介

1.1 GIS技術(shù)

GIS技術(shù)屬于一門(mén)綜合類(lèi)學(xué)科，綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、地圖學(xué)等，并依托數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)逐漸發(fā)展興盛起來(lái)的。簡(jiǎn)單的說(shuō)GIS技術(shù)就是通過(guò)三維空間數(shù)據(jù)的獲取以實(shí)現(xiàn)對(duì)所識(shí)取數(shù)據(jù)的分析和處理。三維空間數(shù)據(jù)的獲取方式如圖1。

其技術(shù)特征主要包括：大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)城市、智慧城市、交通規(guī)劃。

但是，傳統(tǒng)的GIS技術(shù)更加側(cè)重于對(duì)建筑物的外部轉(zhuǎn)態(tài)以及外界環(huán)境的處理，缺乏對(duì)建筑物內(nèi)部數(shù)據(jù)的描述。導(dǎo)致模型的整體精細(xì)度不高，這時(shí)就需要BIM技術(shù)發(fā)揮作用。

1.2 BIM技術(shù)

BIM（建筑信息模型），它以三維數(shù)字作為基礎(chǔ)，三維幾何模型作為載體，集成項(xiàng)目建造過(guò)程中的全部信息文件和材料屬性。其附著在模型上集中管理，為參建各方提供一個(gè)信息交流與共享的平臺(tái)，加快了項(xiàng)目的整體效率和管理水平。BIM保持信息更新和在一個(gè)集成的數(shù)字環(huán)境中訪問(wèn)模型，來(lái)幫助工程師、建造師和業(yè)主擺脫有關(guān)項(xiàng)目整體的束縛。以便于能夠更快的做出明確有據(jù)的決策。

BIM的設(shè)計(jì)應(yīng)用主要是強(qiáng)調(diào)建筑全生命數(shù)字化模型的過(guò)程，它是完整的項(xiàng)目全生命周期的設(shè)計(jì)，并且是將合作范疇從單一的設(shè)計(jì)階段擴(kuò)展到建筑的建造、運(yùn)營(yíng)和管理階段。其研究?jī)?nèi)容涉及范圍廣泛，包括建筑設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)、施工、管理、造價(jià)預(yù)算、機(jī)電設(shè)備等。也包括與建筑行業(yè)有關(guān)的應(yīng)用，如室內(nèi)裝飾、橋梁工程、鐵路工程、地鐵工程等。

承接上文GIS技術(shù)缺乏建筑內(nèi)部信息的弱點(diǎn)，BIM（建筑信息模型）可幫助GIS彌補(bǔ)這點(diǎn)缺陷。從目前BIM與GIS的發(fā)展來(lái)看，二者之間的界限越來(lái)越不明顯。因此BIM+GIS的融合與應(yīng)用顯得尤為重要。

2 BIM+GIS融合機(jī)理

2.1 BIM+GIS融合

BIM+GIS技術(shù)的融合應(yīng)用，主要通過(guò)數(shù)據(jù)融合、模型融合、應(yīng)用融合、系統(tǒng)融合等層面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。我們可以通過(guò)BIM模型融合GIS、GIS模型中融合BIM等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者的深度融合，以拓寬兩者的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

隨著B(niǎo)IM技術(shù)與GIS技術(shù)的發(fā)展，兩者的融合所能產(chǎn)生的應(yīng)用價(jià)值，越來(lái)越受人們的關(guān)注。但是兩者之間的差異如從技術(shù)層面分析BIM通常采用IFC國(guó)際標(biāo)注，而GIS采用GML標(biāo)準(zhǔn)，使得BIM與GIS的精確融合成為發(fā)展難點(diǎn)。

2.2 融合關(guān)鍵點(diǎn)

2.2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

由于不同的BIM軟件都有各自的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存格式，如Revit的RVT格式與魯班BIM的LBIM格式，缺乏強(qiáng)硬性標(biāo)準(zhǔn)的限制。且傳統(tǒng)BIM軟件生成的模型格式必須要依賴(lài)于源BIM軟件自身才能讀取項(xiàng)目的數(shù)據(jù)、信息等。因此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換給BIM與GIS的融合帶來(lái)了最直接的挑戰(zhàn)。要實(shí)現(xiàn)BIM與GIS的融合必須出現(xiàn)一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件，能在BIM原生數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，將BIM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)。

2.2.2 BIM輕量化

由于GIS技術(shù)側(cè)重于管理大范圍區(qū)域數(shù)據(jù)，而B(niǎo)IM技術(shù)傾向于建筑物本身的建筑信息。如果直接將所需要區(qū)域的所有BIM數(shù)據(jù)導(dǎo)入到GIS數(shù)據(jù)中，將極大增加GIS終端設(shè)備的負(fù)荷。因此BIM數(shù)據(jù)輕量化在整個(gè)融合過(guò)程中尤為重要。目前市面上出現(xiàn)許多BIM輕量化軟件或中間件，如EveryBIM、品茗CCBIM、Super Map等，都能為其提供解決方案。

2.2.3 BIM模型的集成

GIS數(shù)據(jù)是一個(gè)大規(guī)模的區(qū)域數(shù)據(jù)，而B(niǎo)IM數(shù)據(jù)是單個(gè)項(xiàng)目的建筑信息。要實(shí)現(xiàn)兩者精確融合，必須解決單體BIM數(shù)據(jù)之間的集成，如：?jiǎn)误w項(xiàng)目之間的管廊連接、道路連接等區(qū)域數(shù)據(jù)管理問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解決需要在GIS環(huán)境下進(jìn)行操作。首先提取出明確的單體項(xiàng)目之間的三維網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)，提取出帶拓?fù)溥B接關(guān)系的三維點(diǎn)、線對(duì)象，即可建立區(qū)域三維模型。

2.2.4 BIM與GIS的數(shù)據(jù)匹配

這個(gè)層面上，需要解決準(zhǔn)確定位BIM數(shù)據(jù)位置的問(wèn)題。上文介紹了許多GIS三維空間數(shù)據(jù)的獲取方法，這給兩者的數(shù)據(jù)融合帶來(lái)了困擾，如有的GIS模型是通過(guò)遙感技術(shù)建模而有的是通過(guò)貼圖進(jìn)行建模。要解決這個(gè)問(wèn)題，必須要將數(shù)據(jù)統(tǒng)一到相同的坐標(biāo)系當(dāng)中，再通過(guò)布爾運(yùn)算等方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，找出準(zhǔn)確的定位坐標(biāo)。

2.2.5 規(guī)范缺乏

三維空間數(shù)據(jù)的發(fā)展帶動(dòng)了BIM與GIS技術(shù)的融合。但是目前仍然缺乏相關(guān)的規(guī)范來(lái)確定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這給兩者融合后的發(fā)展與應(yīng)用帶來(lái)了極大的困擾，讓數(shù)據(jù)的共享性、操作性等成為發(fā)展中的難題。目前已經(jīng)存在許多三維空間數(shù)據(jù)格式，相對(duì)來(lái)說(shuō)提升了數(shù)據(jù)的操作性，但是標(biāo)準(zhǔn)的確立仍然勢(shì)在必行。

2.3 Super Map

Super Map作為亞洲最大的GIS軟件廠商為BIM+GIS的融合提供了系統(tǒng)的解決方案。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換層面，Super Map提供了轉(zhuǎn)換插件，方便使用者實(shí)現(xiàn)BIM與GIS數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)換。且轉(zhuǎn)換生成的GIS數(shù)據(jù)保留了原始BIM數(shù)據(jù)的全部信息，增強(qiáng)了GIS環(huán)境下項(xiàng)目數(shù)據(jù)的可觀測(cè)性、操作性，實(shí)現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)在GIS環(huán)境下的分析與運(yùn)算能力。

所謂分析與運(yùn)算能力包括：三維空間數(shù)據(jù)查詢、精確匹配、截面獲取、布爾運(yùn)算。

Super Map團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)研發(fā)制定了三維空間數(shù)據(jù)規(guī)范：Spatial 3D Model（S3M）。上文提到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)BIM+GIS的推廣應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。因此，此規(guī)范的出現(xiàn)解決了BIM導(dǎo)入數(shù)據(jù)在GIS環(huán)境下的操作性、融合、儲(chǔ)存等難題，加速了BIM+GIS技術(shù)的應(yīng)用推廣。

最后Super Map團(tuán)隊(duì)研發(fā)SuperMap Online這款輕量級(jí)軟件，其最大的特點(diǎn)在于即用即存。其輕量化了GIS數(shù)據(jù)，通過(guò)云應(yīng)用的方式達(dá)到瀏覽、編輯、查詢、分析等功能，為使用者帶來(lái)了便利。

3 BIM+GIS融合機(jī)理應(yīng)用領(lǐng)域研究

3.1 室內(nèi)導(dǎo)航

室內(nèi)導(dǎo)航屬于BIM+GIS應(yīng)用最突出的特征之一。傳統(tǒng)的導(dǎo)航是依賴(lài)于GIS技術(shù)進(jìn)行的，但是其最大的缺點(diǎn)是僅限于室外。GIS與BIM技術(shù)的融合，能彌補(bǔ)GIS技術(shù)的室內(nèi)盲區(qū)，將GIS技術(shù)的導(dǎo)航應(yīng)用拓展到室內(nèi)。

3.2 市政領(lǐng)域

三維城市的建立如果單單依賴(lài)于GIS技術(shù)，無(wú)論是通過(guò)攝影或雷達(dá)掃描都需要后期人員做大量工作建立所謂的“空殼”。這里所謂的“空殼”即是缺乏建筑信息，無(wú)法查詢和分析室內(nèi)建筑環(huán)境。而與BIM技術(shù)的融合，首先通過(guò)BIM技術(shù)建立三維數(shù)據(jù)模型，再與GIS技術(shù)融合共享，實(shí)現(xiàn)建立城市建筑與周?chē)h(huán)境的三維模型。提升了模型的精確性、可查詢性等。

再者，通過(guò)BIM+GIS能實(shí)現(xiàn)對(duì)市政管廊與建筑信息的三維建立，并可以模擬如冬季供暖時(shí)的熱傳導(dǎo)路線，檢查其對(duì)周?chē)芫€的影響，避免意外情況的發(fā)生。

對(duì)于市政維護(hù)，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)市政模型的建立與GIS技術(shù)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的連接。能及時(shí)觀測(cè)市政工程中各項(xiàng)目的工作狀態(tài)和信息，并將其及時(shí)反饋到BIM模型中去，及時(shí)更新市政項(xiàng)目的工作信息。

3.3 交通領(lǐng)域

交通管理需要首先通過(guò)BIM技術(shù)建立城市的三維數(shù)據(jù)模型，在此基礎(chǔ)上融合GIS技術(shù)的監(jiān)控功能，將道路信息、擁堵情況、道路事故等及時(shí)反饋。以便于城市管理者及時(shí)分析如公共交通工具調(diào)度、道路疏導(dǎo)等問(wèn)題。

兩者結(jié)合也能及時(shí)、準(zhǔn)確的定位事故發(fā)生地點(diǎn)，并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析得出準(zhǔn)確、及時(shí)的事故處理方案。有助于救援人員、救援裝置及時(shí)抵達(dá)事故發(fā)生地點(diǎn)。

3.4 基礎(chǔ)設(shè)施建立

從應(yīng)用層次分析，BIM技術(shù)往往運(yùn)用在單個(gè)建筑項(xiàng)目中，而GIS技術(shù)更加側(cè)重于宏觀層次上的應(yīng)用。GIS技術(shù)與BIM技術(shù)的融合，使BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍提升至如公路、隧道、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施的建立中。提升了長(zhǎng)線工程和大規(guī)模區(qū)域性工程大管理能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著B(niǎo)IM技術(shù)日益興盛，其逐漸走入人們生活。BIM軟件自身具有直觀、透明、可視化的特點(diǎn)。但在日趨進(jìn)步與繁榮的今天，這些特點(diǎn)是不夠的，因此BIM+GIS的融合與應(yīng)用成為重要一環(huán)。本文淺談BIM自身特點(diǎn)與GIS應(yīng)用獨(dú)特的方面，深度融合實(shí)際生產(chǎn)生活及應(yīng)用，在不同領(lǐng)域（室內(nèi)導(dǎo)航、市政模擬、市政維護(hù)、交通管理、事故定位及基礎(chǔ)設(shè)施建立）迸發(fā)出不同反響，相信由BIM技術(shù)與GIS技術(shù)的融合摩擦出的火花會(huì)帶來(lái)建筑業(yè)邁向新的高度。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫丹祺，朱邦仁，滿衛(wèi)東.基于GIS+BIM的房屋出售管理系統(tǒng)[J].華北理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，42（01）：85-92.

[2]鄒宇.淺析“GIS+BIM”技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用[J].智能城市，2019，5（19）：9-10.

[3]高翔.施工管理BIM+GIS技術(shù)應(yīng)用研究[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2019，46（10）：79-80.

[4]趙杏英，陳沉，楊禮國(guó).BIM與GIS數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)研究[J].大壩與安全，2019（02）：7-10.

[5]劉茂華，王巖，孫秀波，等.BIM與3DGIS結(jié)合實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、外三維一體化方法研究[J].科技通報(bào)，2017，33（07）：171-173+192.

[6]朱慶.三維GIS及其在智慧城市中的應(yīng)用[J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，16（02）：151-157.

[7]楊俊杰.BIM技術(shù)在三維數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2014（03）：11-12.