王宏瑩 （安徽審計職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 230601）

1 引言

住建部先后出臺《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》和《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》，對建筑界而言，BIM時代已經(jīng)來臨。同時，“BIM+GIS+物聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)”是智慧城市建設(shè)最基礎(chǔ)的技術(shù)架構(gòu)，BIM和GIS是智慧城市建設(shè)數(shù)據(jù)的重要來源。隨著智慧城市建設(shè)的深入發(fā)展，BIM和GIS從各自領(lǐng)域的研究逐步走向兩個領(lǐng)域的融合。

2 BIM和GIS技術(shù)

建筑信息模型（Building Information Modeling）即BIM是工程建筑行業(yè)的發(fā)展方向，是以城市信息內(nèi)容為數(shù)據(jù)，創(chuàng)建城市三維室內(nèi)空間模型，為該設(shè)施建設(shè)到拆除的全生命周期的所有決策提供依據(jù)、協(xié)調(diào)作業(yè)。具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、精確可控性等優(yōu)點。地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System）即GIS是在計算機(jī)軟硬件的支持下，對空間中地理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、管理、運算、分析、顯示和描述。GIS技術(shù)不僅可以管理具有空間屬性的各種資源環(huán)境信息，而且可以多時期資源信息進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和分析。

BIM技術(shù)和GIS技術(shù)的區(qū)別

BIM和GIS之間有區(qū)別有聯(lián)系，二者區(qū)別見上表所示。但二者更傾向于一種互補(bǔ)關(guān)系，BIM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)是基于室內(nèi)構(gòu)建，不具有地理坐標(biāo)，在導(dǎo)入GIS中具有坐標(biāo)系空間參數(shù)的數(shù)據(jù)后，形成一個可視化的空間環(huán)境，在此運行環(huán)境中，室內(nèi)建筑物也具有地理坐標(biāo)，可實現(xiàn)與自然環(huán)境的交互對比，對建筑宏觀情況全盤掌握。BIM是GIS中的重要數(shù)據(jù)來源，BIM技術(shù)整合管理在整個簡述生命周期內(nèi)的所有數(shù)據(jù)信息，使GIS實現(xiàn)從宏觀層面走向微觀層面，進(jìn)行精細(xì)化管理。GIS的出現(xiàn)為智慧城市奠定了基礎(chǔ)，其整合管理了建筑外部地理環(huán)境信息，二者相互結(jié)合成一個附著大量城市信息數(shù)據(jù)的虛擬三維城市模型。

3 BIM和GIS應(yīng)用方向

BIM和GIS技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域很廣，主要在智慧三維城市構(gòu)建、城市交通室內(nèi)外導(dǎo)航、建筑設(shè)計管理、市政管網(wǎng)設(shè)計管理、消防規(guī)劃等諸多方面有所應(yīng)用。與各自單獨技術(shù)應(yīng)用相比，在建模精度、建模質(zhì)量、可視化和動態(tài)化等方面均有明顯提高。

①三維城市建構(gòu)

圖1 BIM技術(shù)三維建模程序

使用GIS生成具有周邊地理環(huán)境的建筑模型，通過BIM生成建筑空間信息，運用GIS和BIM建立微觀室內(nèi)和宏觀路網(wǎng)綜合的三維城市模型，實現(xiàn)城市的可視化。在規(guī)劃設(shè)計城市時，由數(shù)字高程模型可模擬出地表情況，集合交通、BIM、城市其他設(shè)施等動態(tài)數(shù)據(jù)模擬出地上獨立對象。基于地表和地上堵路對象完成建筑物室內(nèi)外對象的搭建，根據(jù)地質(zhì)和地下設(shè)施對象在GIS中搭建室外及地質(zhì)環(huán)境，綜合室內(nèi)外對象完成數(shù)字城市模型，再根據(jù)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計從而為智慧城市服務(wù)。

圖2 BIM與GIS集成的智慧城市模型

②室內(nèi)導(dǎo)航

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程推進(jìn)，基于技術(shù)和設(shè)計的發(fā)展，越來越多的建筑物不僅造型美觀復(fù)雜，其內(nèi)部構(gòu)造體量巨大，構(gòu)造繁復(fù)。人們的活動在室內(nèi)的情況越來越多，比較容易迷失方向，因此室內(nèi)導(dǎo)航是目前急需突破的難題，但是一般的室內(nèi)定位采用的大多是建筑的電子圖或者示意圖，沒有實現(xiàn)三維化。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)可以接入發(fā)展成熟的GIS三維平臺，基于此可以對接BIM平臺搭建的建筑內(nèi)部模型，從而實現(xiàn)對建筑室內(nèi)定位做到真實情景的模擬。同時可以利用BIM模型對室內(nèi)信息的精確描述可以完善和優(yōu)化GIS已有功能，例如室內(nèi)火災(zāi)逃生最優(yōu)路線。

③建筑設(shè)計管理

在大型公共建筑、市政基礎(chǔ)設(shè)施的全生命周期中，BIM的應(yīng)用不再局限于設(shè)計施工階段，延伸至運維管理階段。通過融合GIS和BIM技術(shù)、結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)計算機(jī)方法從而實現(xiàn)對整個施工全生命周期的精細(xì)化監(jiān)測、實現(xiàn)對施工現(xiàn)場中質(zhì)量、安全和進(jìn)度多方面動態(tài)化監(jiān)控。

4 BIM和GIS應(yīng)用難點

建筑信息模型是基于BIM技術(shù)建立的，側(cè)重點在于工程全生命周期的建設(shè)和管理工作。GIS側(cè)重于空間地理坐標(biāo)中的大范圍環(huán)境信息，二者技術(shù)的融合不僅在數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)體系、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)上存在差異，單體之間拓?fù)滏溄雨P(guān)系復(fù)雜，同時融合后如何做到模型輕量化也是重點難點。

①BIM和GIS數(shù)據(jù)融合

BIM和GIS軟件多樣化，數(shù)據(jù)存儲方式多樣化，輸出結(jié)果格式多樣化。二者數(shù)據(jù)如何融合最常見的做法是基于BIM到GIS數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換插件，即基于BIM軟件庫的支撐將BIM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到GIS數(shù)據(jù)庫中。BIM通常采用獨立坐標(biāo)系，而GIS采用的坐標(biāo)系統(tǒng)各種各樣，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中無法匹配的問題、是否能應(yīng)用到三維模型數(shù)據(jù)中是重點。

②模型輕量化

BIM建模通常注重單體建筑，GIS管理是整個區(qū)域或城市的數(shù)據(jù)，未來使用終端是PC機(jī)或者平板手機(jī)等，對硬件要求不高，因此模型要適當(dāng)輕量化和優(yōu)化。GIS具有海量多源數(shù)據(jù)，例如DEM、激光點云、傾斜攝影模型等，如何實現(xiàn)BIM和多源數(shù)據(jù)融合匹配，并且保證數(shù)據(jù)銜接平滑輕量是另一重點。

③單體之間拓?fù)滏溄雨P(guān)系

GIS空間數(shù)據(jù)包括三維網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可以表示道路、管線之間的拓?fù)溥B接關(guān)系，BIM對象是單體建筑，單體之間的地下管線、隧道等區(qū)域性管理對象需要集成GIS來實現(xiàn)?？梢詰?yīng)用到復(fù)雜的實際工程領(lǐng)域中，例如城市中天然氣管道或者供水管道出現(xiàn)爆裂，可基于三維網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)之間的拓?fù)潢P(guān)系分析出哪些管道受到影響、哪些閥門需要關(guān)閉。

5 總結(jié)

BIM和GIS技術(shù)的融合對智慧城市的建設(shè)是有深遠(yuǎn)意義的，未來發(fā)展不可限量。二者從微觀和宏觀深度結(jié)合，多維度來詮釋智慧時空，真正從源頭打造智慧城市。但是在具體實施過程中還有很多重、難點需要去攻克，不同平臺不同數(shù)據(jù)格式的融合，以及人們對先進(jìn)技術(shù)的要求使模型輕量化必不可少，從而要求數(shù)據(jù)格式的融通和拓?fù)潢P(guān)系的融通。