談GIS技術(shù)與BIM理念的結(jié)合

黃新波

HUANG Xin-bo

（山東港通智匯信息技術(shù)有限公司）

(Shandong Gangtong Zhihui Information Technology Co., Ltd.)

談GIS技術(shù)與BIM理念的結(jié)合

黃新波

HUANG Xin-bo

（山東港通智匯信息技術(shù)有限公司）

(Shandong Gangtong Zhihui Information Technology Co., Ltd.)

地理信息系統(tǒng)與建筑信息模型可謂是當(dāng)下十分熱門(mén)的兩項(xiàng)新技術(shù)，二者誕生的背景不同，滿足的功能需求不同，故應(yīng)用的方向也不盡相同。論文結(jié)合在實(shí)際應(yīng)用中的認(rèn)知與理解，論述二者結(jié)合運(yùn)用的相關(guān)問(wèn)題。雖然目前兩者的結(jié)合還較為困難，但可以明確的是，這兩者的結(jié)合，將會(huì)是“1+1＞2”原理的經(jīng)典詮釋。

地理信息系統(tǒng)；建筑信息模型；IFC；OGC

1　概念

BIM是建筑信息模型的英文縮寫(xiě)（Building Information Modelings），它是集成了建筑工程項(xiàng)目各類相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，可以演示建筑項(xiàng)目生命周期不同階段的數(shù)據(jù)、過(guò)程和資源，是對(duì)工程對(duì)象的完整描述，可以被建筑項(xiàng)目參與各方普遍使用。這一概念，體現(xiàn)了BIM運(yùn)用的連貫性與協(xié)同性。“數(shù)據(jù)模型”是不斷集成各類工程信息的過(guò)程，也是建筑物模擬預(yù)建的過(guò)程，“普遍使用”則體現(xiàn)了BIM的協(xié)同使用，體現(xiàn)了其良好的開(kāi)放與交互特點(diǎn)。

地理信息（GIS）是指與所研究對(duì)象的空間地理分布有關(guān)的信息，它表示地表物體及環(huán)境固有的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律[1]。信息系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)上對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、加工和再現(xiàn)[2]，由上述兩個(gè)概念，我們可以描述地理信息系統(tǒng)的基本涵義，就是在計(jì)算機(jī)技術(shù)支持下，來(lái)管理空間數(shù)據(jù)，真實(shí)反映地物空間地理位置信息的技術(shù)和方法。

2　區(qū)別與聯(lián)系

拋開(kāi)精確的定義不談，用最簡(jiǎn)單的認(rèn)知對(duì)GIS和BIM進(jìn)行區(qū)分的話，可以這樣理解，GIS是應(yīng)用于大空間尺度的[3]，比如道路、燃?xì)狻㈦娏Α⑼ㄓ崱⒐┧龋鳥(niǎo)IM是負(fù)責(zé)單體工程信息管理的，如建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等。

根據(jù)筆者的理解，“地理信息系統(tǒng)”與“建筑信息模型” 的核心都是“信息”，區(qū)別在于GIS是對(duì)空間信息以及與地理位置相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行管理，而B(niǎo)IM則是針對(duì)某一特定的構(gòu)筑對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等不同時(shí)期的信息管理。地理信息應(yīng)用著重是在具有廣泛的視域及大視野場(chǎng)景中，如城市級(jí)別的規(guī)劃展示與功能分析等。對(duì)于全視野中的重點(diǎn)視對(duì)象的信息管理，則無(wú)法詳細(xì)到極精細(xì)的層級(jí)。而B(niǎo)IM的起源則是單體構(gòu)筑物的三維設(shè)計(jì)及詳細(xì)的三維展示，單看其展示作用是注重個(gè)案的表達(dá)。GIS大場(chǎng)景的烘托可以使BIM模型不突兀、不孤立，而且可提供空間及定位的可視化參考。而對(duì)于特定模型的詳盡表達(dá)（包括直接視覺(jué)效果、項(xiàng)目開(kāi)展的管控等），則是BIM的優(yōu)勢(shì)所在。總結(jié)起來(lái)說(shuō)， GIS是用來(lái)整合及管理建筑外部環(huán)境信息的，而B(niǎo)IM 是用來(lái)整合和管理建筑物本身所有階段物理特征和功能特性的。兩者的結(jié)合可以有這樣的嘗試——“把微觀領(lǐng)域的 BIM 信息和宏觀領(lǐng)域的 GIS信息進(jìn)行交換和相互操作，滿足查詢與分析空間信息的功能，是未來(lái)城市 GIS 的發(fā)展方向”[4]。

3　現(xiàn)階段的各自應(yīng)用

3.1BIM理念的設(shè)計(jì)

BIM的應(yīng)用最早起于三維設(shè)計(jì)，現(xiàn)在正在不斷完善和實(shí)現(xiàn)其概念體系，逐步形成由上游設(shè)計(jì)向下游施工、運(yùn)營(yíng)延伸的全生命周期覆蓋。BIM設(shè)計(jì)階段完成了大部分物理特征信息的集成及管理，為后續(xù)各工程階段的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

BIM設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)直接的三維設(shè)計(jì)，即在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行目標(biāo)建筑物的虛擬，這個(gè)虛擬的過(guò)程涵蓋了工程項(xiàng)目的全過(guò)程。圖1是某項(xiàng)目三維設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單截圖。

圖1　三維設(shè)計(jì)樣例

3.2GIS技術(shù)的應(yīng)用

GIS系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析功能，廣泛應(yīng)用于市政規(guī)劃、智慧水利、智慧交通、應(yīng)急安保、智慧城市、三維房產(chǎn)等各大領(lǐng)域。其三維仿真展示效果及定制功能的實(shí)現(xiàn)都非常優(yōu)秀，正在成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐。

圖2　地理信息系統(tǒng)場(chǎng)景示例

如圖2所示，即是地理信息技術(shù)支撐下建立起來(lái)的上海市三維地理信息展示場(chǎng)景，除了可展示功能之外，還可以根據(jù)用戶的實(shí)際使用需求，來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的功能。

在現(xiàn)階段，地理信息場(chǎng)景中的模型是通過(guò)“翻模”的手段生成的，如果不人為地去添加“興趣信息”，則只是一個(gè)沒(méi)有靈魂的空殼體，“徒有其表”。但是，如果這些模型是貫穿了設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等階段的具有生命力的建筑信息模型，那這些模型則具有了完備的信息。進(jìn)一步形象化的解釋，翻模的模型就像是效果圖，而建筑信息模型則類比于設(shè)計(jì)圖紙，這樣的區(qū)分，對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，就很好理解了。

4　結(jié)合應(yīng)用案例

GIS與BIM結(jié)合的基本原理是：通過(guò)Skyline無(wú)縫集成BIM的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從宏觀到微觀、室外到室內(nèi)、地上到地下的一體化管理是BIM與GIS結(jié)合運(yùn)用的重要方式[5]。同時(shí)，結(jié)合GIS的多維信息展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)可以為廣泛的領(lǐng)域提供多種應(yīng)用，包含城市和景觀規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、環(huán)境模擬、移動(dòng)電信規(guī)劃、災(zāi)害管理、應(yīng)急安全、車輛和行人導(dǎo)航、室內(nèi)導(dǎo)航等領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等全生命周期管理，實(shí)現(xiàn)可視化、科學(xué)化、精確化管理。

CCTV大廈的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)，是兩者良好結(jié)合的優(yōu)秀案例。該系統(tǒng)是借助Skyline地理信息平臺(tái)，利用BIM所生產(chǎn)的數(shù)據(jù)模型及屬性信息庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了建筑全生命周期信息在地信平臺(tái)管理與應(yīng)用。如圖3、圖4所示，該系統(tǒng)是利用BIM模型實(shí)現(xiàn)了樓宇內(nèi)部的導(dǎo)航功能。

圖3　CCTV導(dǎo)航系統(tǒng)界面1

圖4　CCTV導(dǎo)航系統(tǒng)界面2

但是，這個(gè)處理過(guò)程卻是復(fù)雜和繁瑣的，由于二者的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)并不完全相同，數(shù)據(jù)與信息不通用，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的二次加工。據(jù)悉，Skyline軟件的研發(fā)層，正在積極地探索如何進(jìn)行二者數(shù)據(jù)無(wú)縫銜接的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，相信在不久的將來(lái)，BIM模型一定可以直接為地理信息系統(tǒng)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)帶有“海量數(shù)據(jù)”的BIM模型在地理信息平臺(tái)上的集成。

此外，還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，可以以BIM應(yīng)用為主線，在工程項(xiàng)目的不同階段，以GIS進(jìn)行輔助，主要是借助其三維展示的部分功能。暫且不論這樣的方式會(huì)限制兩者功能的發(fā)揮，單就這種方式本身而言，就不能叫做GIS與BIM的結(jié)合應(yīng)用，只能算作是兩者部分功能的“組合”，是對(duì)GIS與BIM結(jié)合運(yùn)用的曲解。

5　“結(jié)合”的困難

前面談了很多，二者結(jié)合的關(guān)鍵性問(wèn)題是——數(shù)據(jù)共享。現(xiàn)而今，BIM是在IFC的標(biāo)準(zhǔn)體系下來(lái)建立和管理數(shù)據(jù)，而CityGML編碼標(biāo)準(zhǔn)則是地理信息行業(yè)的通用數(shù)據(jù)法則。所以，“標(biāo)準(zhǔn)”的融合是二者能夠結(jié)合的關(guān)鍵步驟。

IFC是Industry Foundation Classes的簡(jiǎn)寫(xiě)，譯為“工業(yè)基礎(chǔ)類”，即IFC標(biāo)準(zhǔn)，是 IAI(The International Alliance for Interoperability 國(guó)際協(xié)同聯(lián)盟)建立的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)名稱。IFC 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件具有平臺(tái)無(wú)關(guān)性，它作為一種中性的數(shù)據(jù)文件具有良好的自描述能力，不會(huì)因?yàn)橄嚓P(guān)軟件系統(tǒng)的廢棄而造成信息流失。眾多的BIM 軟件都提供 IFC 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換接口，這些不同的軟件可以將BIM 模型信息轉(zhuǎn)換為 IFC 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件，并以 IFC 標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)流通。

OGC是Open GIS Consortium的簡(jiǎn)寫(xiě)，譯為“開(kāi)放地理空間信息聯(lián)盟”，是為地理信息的互操作而成立的非營(yíng)利性GIS技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化國(guó)際組織[6]。GML是由 OGC于 1999 年提出的一種開(kāi)放性的元語(yǔ)言，用于二維地理要素的空間幾何信息的建模以及非空間屬性信息的傳輸及存儲(chǔ)。隨著技術(shù)的發(fā)展以及行業(yè)應(yīng)用的訴求上升，GIS的研究對(duì)象從過(guò)去的二維到現(xiàn)在的三維甚至多維，由其開(kāi)發(fā)的基于3D建模的CityGML編碼標(biāo)準(zhǔn)主要用來(lái)表現(xiàn)城市三維對(duì)象的通用信息，但該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑的細(xì)節(jié)描述能力十分有限。因此需要在CityGML中兼容IFC提供的準(zhǔn)確、詳細(xì)的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)。

兩者的結(jié)合可以做而且也正在做這樣的嘗試，由IFC通過(guò)中央模型服務(wù)器實(shí)時(shí)在線，提供開(kāi)源的BIM服務(wù)。而在GIS方面，則是由CityGML被用來(lái)將IFC的語(yǔ)義和關(guān)系封裝進(jìn)GIS系統(tǒng)中。現(xiàn)在，有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展是，2009年，CityGML的新擴(kuò)展——GeoBIM作為標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始實(shí)行。通過(guò)它，IFC的數(shù)據(jù)就可以進(jìn)入CityGML中，這樣就搭起了一座兩者互通的橋梁。

標(biāo)準(zhǔn)的融合是重點(diǎn)，但不是唯一，除此之外，還有很多工作需要做，如“思想呼吁融合，行動(dòng)有所保守”的理念桎梏，以及行業(yè)界限和知識(shí)體系不通的尷尬等。Esri 全球社區(qū)發(fā)展行業(yè)經(jīng)理Shannon McElvaney說(shuō)，“BIM和GIS的融合需要打破固有的、保守的文化壁壘[7]”，就很生動(dòng)地說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題。

6　總結(jié)

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于BIM與GIS的結(jié)合應(yīng)用都表現(xiàn)出了濃厚的興趣和極大的關(guān)注——There is an increasing interest in the integration of BIM and GIS[8]，是我們經(jīng)常可以在相關(guān)外文文獻(xiàn)上看到的表述，并且可以看出都是近兩三年才興起的研究熱點(diǎn)。所以，GIS與BIM的結(jié)合是技術(shù)跨界及產(chǎn)業(yè)融合的重要特征[9]。

毫無(wú)疑問(wèn)，GIS和BIM的融合是大勢(shì)所趨，也必將帶來(lái)巨大的價(jià)值，而且方向也是明確的。但是從現(xiàn)階段來(lái)看，無(wú)論在標(biāo)準(zhǔn)融合還是技術(shù)上、管理上乃至實(shí)際應(yīng)用上，都還有諸多需要討論和解決的困難。可以說(shuō)，想要在GIS系統(tǒng)中把BIM模型“拿來(lái)即用”是“光明的前途”，但道路注定是坎坷的，需要假以時(shí)日，需要需求的引導(dǎo)和培養(yǎng)。

[1]龔健雅.地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[2]陸守一.地理信息系統(tǒng)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]http://wenku.baidu.com/ link?url=I03V8lfc-2KEfG3D7aGpss_UA jCRtZHSU09Ui5gBICMUp7hIFichOEZk QfdWjKEK2MDSQlwsKsUCw8WzHwtf Z46mhYYd79W7bd-_FSZZ—a GIS結(jié)合BIM技術(shù)在數(shù)字城市中的應(yīng)用.

[4] http://www.chinabim.com/related/ gis/2013-12-18/5808.html BIM+GIS=？And how？

[5] http://www.skylineglobe.cn/solution. aspx.

[6]李德仁，王偉，龔健雅，等.數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)和軟件試論發(fā)展我國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)的若干問(wèn)題[J].中國(guó)圖像圖形學(xué)報(bào)，1999，4A(1)：126.

[7] http://link.springer.com/chapter/10.10 07%2F978-3-642-12670-3_13 Integration of BIM and GIS: The Development of the CityGML GeoBIM Extension.

[8]http://dspace.sliit.lk/ handle/123456789/60 Jayakody, A.The Development of the CityGML GeoBIM Extension for Real-Time Assessable Model (Integration of BIM and GIS).

[9] C. Eastman, P. Teicholz, R. Sacks and K. Liston, BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers, and Contractors, John Wiley & Sons (2008).

Preliminary Discussion on the Integration of GIS and BIM

Geographic Information System(GIS) and Building Information Modeling(BIM) are both very hot technical topics at present. Since their differences in both backgrounds and functional designs, the two techniques are applied in different domains. This paper discusses some related issues on the integration of GIS and BIM based on our understandings obtained in real applications. Although the combination of the two techniques are still difficult, but definitely, the integration of GIS and BIM will be a classic interpretation of the idea of “one plus one is greater than two”.

GIS; BIM; IFC; OGC