鄧甫安　賀建　羅振華　陳凡

摘 要：隨著城市的高速發(fā)展，城市建筑規(guī)劃問題弊端日益顯現(xiàn)，可持續(xù)的城市建筑規(guī)劃成為城市發(fā)展的最大需求，然而，傳統(tǒng)的城市建筑規(guī)劃卻難以滿足這一目的。GIS與BIM技術(shù)的集成的提出，為解決這一困難提供了契機(jī)。該文通過介紹GIS_BIM的集成過程，深入分析了其在城市建筑規(guī)化中的應(yīng)用點(diǎn)，得出GIS_BIM技術(shù)必將使城市建筑規(guī)劃走向更加合理和規(guī)范的道路。

關(guān)鍵詞：GIS BIM 城市建筑規(guī)劃 可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（c）-0006-02

隨著綠色建筑、智能建筑以及城市可持續(xù)發(fā)展概念的不斷深入，傳統(tǒng)的城市建筑規(guī)劃越來越不滿足人們的需求，所帶來的弊端也日益突出，如建筑的光污染、建筑的空間布局、通風(fēng)不合理等問題。建筑作為城市空間的基本組成元素，其功能和外部空間的呼應(yīng)關(guān)系是城市規(guī)劃的重要組成部分，如何進(jìn)行合理健康的建筑規(guī)劃是城市規(guī)劃面臨的最大難題[1]。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)及大數(shù)據(jù)的高速發(fā)展，帶來了GIS空間信息技術(shù)的大力發(fā)展，同時也推動了建筑業(yè)BIM技術(shù)變革時代的到來，而GIS與BIM技術(shù)的集成給合理健康的城市建筑規(guī)劃帶來了契機(jī)。該文主要介紹了GIS空間信息技術(shù)、BIM技術(shù)以及GIS_BIM技術(shù)集成，分析了GIS_BIM技術(shù)在城市建筑規(guī)劃中的具體應(yīng)用點(diǎn)，得出GIS_BIM技術(shù)必將使城市建筑規(guī)劃走向更加合理和規(guī)范的道路，為城市的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 GIS-BIM技術(shù)簡介

1.1 地理信息系統(tǒng)（GIS）

地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System）是指以計(jì)算機(jī)、地理學(xué)與地圖學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合專業(yè)軟件，對地理空間信息進(jìn)行獲取、輸入、編輯、存儲、查詢、分析計(jì)算、制圖顯示等處理的綜合性空間計(jì)算機(jī)技術(shù)。GIS這一概念最早由加拿大土地局在針對專題地圖的疊加、面積量算等的研究工作中提出，1963年加拿大科學(xué)家R.F.Tomlinson利用計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)出了用于土地利用分析的地圖數(shù)據(jù)系統(tǒng)，奠定了GIS技術(shù)的基礎(chǔ)。近年來，伴隨著數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)的迅猛發(fā)展，地理信息系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為結(jié)合了地理學(xué)、地圖學(xué)、遙感以及計(jì)算機(jī)科學(xué)的綜合性學(xué)科，被廣泛應(yīng)用于土地管理、城市建筑規(guī)劃、土木工程、海洋工程、遙感測繪、森林科學(xué)等多個領(lǐng)域[2]。

1.2 建筑信息模型（BIM）

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的縮寫，以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，該數(shù)據(jù)模型是物理設(shè)施和功能特性的數(shù)字表達(dá)，也是一個共享的信息平臺，在項(xiàng)目的不同階段，各個參與方都能在該數(shù)據(jù)模型中進(jìn)行提取、插入、更新和信息的修改，實(shí)現(xiàn)各方實(shí)時的協(xié)同工作，為建筑物從概念到拆除的全壽命周期過程提供可靠的決策依據(jù)。與傳統(tǒng)的建筑工作方式相比，BIM技術(shù)具有著可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性、一體化、參數(shù)化及信息完備性八大特點(diǎn)。自1975年喬治亞理工大學(xué)的Chuck Eastman教授提出BIM概念以來，BIM技術(shù)就得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，先后有Charles Eastman、Jerry Laiserin及McGraw-Hill建筑信息公司等都對其進(jìn)行了延伸和發(fā)展，逐漸改變著項(xiàng)目各參與方的工作模式，成為建筑業(yè)發(fā)展的一種必然趨勢。

1.3 GIS-BIM集成平臺

GIS是用于道路、電力、供水、燃?xì)獾却罂臻g尺寸的一種技術(shù)，是對空間地理位置相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的系統(tǒng)，BIM是用于單體建筑的結(jié)構(gòu)、建筑、機(jī)電等進(jìn)行信息建模，實(shí)現(xiàn)建筑物設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等全壽命周期的管理，將GIS與BIM技術(shù)進(jìn)行集成，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)城市級別的全視野的信息管理，還能精細(xì)到單體建筑物內(nèi)部詳細(xì)的三維空間信息展示，實(shí)現(xiàn)微觀領(lǐng)域與宏觀領(lǐng)域的信息交換和對接，滿足更精確的空間信息的查詢與分析功能，在城市建筑規(guī)劃中起到協(xié)調(diào)性功能評價互補(bǔ)。

在GIS與BIM技術(shù)集成過程中，需要解決的主要困難是兩個系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)融合共享。在BIM技術(shù)中，各BIM軟件之間實(shí)現(xiàn)信息的共享，通常是通過IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，形成統(tǒng)一的建筑數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)軟件之間的數(shù)據(jù)流通。IFC標(biāo)準(zhǔn)是一種很好的數(shù)據(jù)文件，它不會因?yàn)槠脚_的不同造成信息的大量流失。GIS則是通過CityGML標(biāo)準(zhǔn)來體現(xiàn)三維城市的通用信息，該標(biāo)準(zhǔn)對道路、電力、植被等大空間尺寸的信息有著很好的描述，但對建筑物的細(xì)節(jié)描述卻十分有限。因此，在CityGML標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)現(xiàn)IFC標(biāo)準(zhǔn)的兼容是GIS與BIM集成的關(guān)鍵所在。為實(shí)現(xiàn)這一目的，2009年，CityGML標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展為GeoBIM標(biāo)準(zhǔn)，成功實(shí)現(xiàn)了IFC數(shù)據(jù)在GIS中的導(dǎo)入，促進(jìn)了GIS與BIM的融合[3]。

2 GIS-BIM技術(shù)在城市建筑規(guī)劃的應(yīng)用點(diǎn)

GIS_BIM技術(shù)在城市建筑規(guī)劃中的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)從宏觀到微觀、室外到室內(nèi)、地下到地上的多層次的功能分析，如三維測量、光照分析、通風(fēng)分析、設(shè)計(jì)方案的比選、建筑供應(yīng)鏈的監(jiān)控，都能為建筑規(guī)劃提供準(zhǔn)確可靠的決策依據(jù)。

2.1 三維測量

三維測量主要是對被測物進(jìn)行全方位的測量，如測量空間的距離、地塊的面積、建筑面積、住宅間距以及土方的挖填計(jì)算等，確定被測物的三維坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)，從而為這些距離、面積挖方填方的設(shè)計(jì)提供合理可靠的理論依據(jù)。近些年來，隨著城市的快速發(fā)展，大量的高層建筑的修建以及建筑物密集程度增加，導(dǎo)致三維測量成為一大難題。在GIS_BIM技術(shù)集成的地理信息系統(tǒng)平臺中，通過城市室內(nèi)外模型的精準(zhǔn)構(gòu)建，三維測量可以得到很好的解決。進(jìn)行空間距離的測量時，只需在系統(tǒng)中點(diǎn)擊出要測量的兩端點(diǎn)，屏幕上就會自動地計(jì)算出兩點(diǎn)的距離，無論是室外的長距離的測量還是室內(nèi)的微觀測量都能夠?qū)崿F(xiàn)；角度的測量只需確定出三個點(diǎn)，就可以得出以第二點(diǎn)為頂點(diǎn)的角度；面積的測量只需確定測量地區(qū)的定點(diǎn)就可求出。

2.2 日照分析

在以往的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中，日照分析在二維圖紙中都是比較困難的點(diǎn)，往往易被忽略或設(shè)計(jì)不夠科學(xué)，導(dǎo)致建筑室內(nèi)的采光、取暖與視覺不合理。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，近年來因?yàn)槿照諉栴}引起的矛盾和法律糾紛越來越來多，建筑物日照越來越得到人們的重視。日照分析主要是為了考察建筑地理位置、建筑的間距、建筑的空間格局十否滿足要求，防止建筑物遮擋光線或是造成光污染等。在GIS_BIM的三維地理信息系統(tǒng)中，通過將建筑物進(jìn)行三維的建模，使用BIM技術(shù)模擬性的優(yōu)勢，首先計(jì)算出不同時間點(diǎn)的太陽位置，再模擬出不同時間點(diǎn)各棟建筑物之間不同的光照遮擋情況，從而進(jìn)一步計(jì)算出建筑間距、陰影面積等是否合理，為建筑物規(guī)劃設(shè)計(jì)提供優(yōu)化依據(jù)。

2.3 通視分析

通視分析作為城市空間結(jié)構(gòu)研究的基本問題，主要是以某一點(diǎn)為觀察點(diǎn)對該區(qū)域的通視情況進(jìn)行分析，對建筑物的高度進(jìn)行合理的控制，讓城市中的景點(diǎn)及其周圍的建筑物都有其合理的高度，保護(hù)景點(diǎn)良好的視覺效果。通視分析包括了兩點(diǎn)間的可視性分析，觀察點(diǎn)視域范圍分析以及多點(diǎn)通視面積的交集計(jì)算。利用GIS_BIM的城市三維模型進(jìn)行通視分析，可以選擇三維模型中的任意一點(diǎn)作為觀察點(diǎn)，觀察視野前的建筑物和景觀的通視情況，有著很好的精確性和直觀性。

2.4 通風(fēng)分析

通風(fēng)設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，其有著將建筑物室內(nèi)污濁的空氣直接或凈化后排至室外，再把新鮮的空氣補(bǔ)充進(jìn)來，從而保持室內(nèi)的空氣環(huán)境符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的作用。其目的有以下幾種：（1）保證排除室內(nèi)污染物；（2）保證室內(nèi)人員的熱舒適；（3）滿足室內(nèi)人員對新鮮空氣的需要?，F(xiàn)代的建筑設(shè)計(jì)中積極地考慮自然通風(fēng)，并注意與地域建筑的有效結(jié)合，對于自然通風(fēng)的合理利用、節(jié)約能源具有現(xiàn)實(shí)意義。基于GIS_BIM的城市三維模型進(jìn)行自然及機(jī)械通風(fēng)的模擬分析，可直觀地模擬出室內(nèi)外的通風(fēng)情況，找出通風(fēng)設(shè)計(jì)中不足，優(yōu)化通風(fēng)設(shè)計(jì)，達(dá)到設(shè)計(jì)的綠色環(huán)保效果。

2.5 建筑供應(yīng)鏈的監(jiān)控

建筑供應(yīng)鏈?zhǔn)且环N考慮了網(wǎng)絡(luò)、態(tài)度和協(xié)作三種屬性的按訂單制造的供應(yīng)鏈。其中網(wǎng)絡(luò)是指建筑項(xiàng)目的全壽命周期過程中為滿足各方面的要求而形成的一種網(wǎng)絡(luò)組織；態(tài)度指的是各參與方的態(tài)度，將對供應(yīng)鏈產(chǎn)生巨大的影響；協(xié)作是指各參與方都以最低成本為目標(biāo)完成質(zhì)量合格產(chǎn)品的過程。與其他一般產(chǎn)品的供應(yīng)鏈管理一樣，建筑供應(yīng)鏈也會出現(xiàn)庫存問題及伙伴合作問題，同時還會因?yàn)槭┕龅丶笆┕l件的限制，出現(xiàn)現(xiàn)場管理考慮不周或經(jīng)驗(yàn)不足所引起的矛盾和空間沖。因此，如何有效地避免建筑供應(yīng)鏈的空間問題、延遲問題及人員協(xié)作問題的發(fā)生對實(shí)現(xiàn)建筑供應(yīng)鏈的目標(biāo)至關(guān)重要。

BIM_GIS的城市三維信息化系統(tǒng)，通過BIM對擬建項(xiàng)目的內(nèi)部進(jìn)行詳細(xì)的建模，再利用GIS分析與建筑供應(yīng)鏈有關(guān)的對象，對BIM空間分析能力的不足進(jìn)行彌補(bǔ)，形成一個可視化的建筑供應(yīng)鏈物料監(jiān)控管理系統(tǒng)，從而保證在各個環(huán)節(jié)做到物料的順利交付。

2.6 建筑設(shè)計(jì)方案對比分析

建筑師們在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的時候都希望自己的方案能順利地通過甄選，但在方案的最初設(shè)計(jì)到中標(biāo)的過程中，往往都存在著很多反復(fù)修改的地方，最終中標(biāo)的作品都經(jīng)過了千錘百煉。以往方案的比選最多都是通過二維設(shè)計(jì)圖紙的一個比較得出，由于二維圖紙的局限性，對建筑的三維立體空間不能直觀準(zhǔn)確的展示，其對專業(yè)人員的要求及時間成本的花費(fèi)都是巨大的，而且這種模式很有可能造成經(jīng)過大量的工作后選出的設(shè)計(jì)方案，在實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)并不是業(yè)主所想要的結(jié)果。在GIS_BIM城市三維模型系統(tǒng)中，通過GIS準(zhǔn)確的空間信息的表達(dá)，以及BIM技術(shù)所形成的細(xì)致的建筑模型，可以有效地展示出設(shè)計(jì)方案的三維外觀，同時其建筑的日照、通風(fēng)、通視情況都能很好地模擬展現(xiàn)，充分顯示出設(shè)計(jì)方案人性化、標(biāo)準(zhǔn)化的一面，以及設(shè)計(jì)不足的一面也能展現(xiàn)出來，這樣就能很好地提供一種直觀的對比方式，使選擇出的設(shè)計(jì)規(guī)劃方案更加合理。

3 結(jié)語

GIS與BIM技術(shù)的集成，通過GIS宏觀的時空分析能力與BIM微觀的三維建筑模型構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)建筑的日照分析、通風(fēng)分析、通視分析、建筑供應(yīng)鏈管控及建筑設(shè)計(jì)方案的對比選擇，對城市建筑規(guī)劃提供技術(shù)上的幫助和支持，必將使城市建筑規(guī)劃走向更加合理和規(guī)范的道路，為城市的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳基偉.建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)在城市規(guī)劃建設(shè)中的重要性思考[J].世界家苑，2012（6）：247-250.

[2] 韓振鏢，伊節(jié).三維GIS 在城市規(guī)劃領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 測繪通報(bào)，2002（8）：49-55.

[3] 鄧紹倫.基于BIM-GIS技術(shù)的建設(shè)方案與區(qū)域規(guī)劃協(xié)調(diào)性評價研究[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2016（6）：41-44.