GIS與BIM集成在城市建筑規(guī)劃中的應(yīng)用研究

【摘要】建筑是整座城市中最基本的元素，而城市建筑規(guī)劃也是城市規(guī)劃中的主要組成部分。為了達(dá)到城市建筑規(guī)劃的主要目標(biāo)，提高城市建筑規(guī)劃的整體水平，需要在其中將GIS技術(shù)和BIM技術(shù)進(jìn)行集合使用，使城市建筑物在管理方面呈現(xiàn)出功能互補(bǔ)的特點(diǎn)。為提高城市建筑規(guī)劃的質(zhì)量與效率，在GIS系統(tǒng)中采用了BIM信息進(jìn)行城市建筑規(guī)劃，并在城市建筑空間分析上進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，這種將微觀領(lǐng)域的BIM信息和宏觀領(lǐng)域的GIS信息的相互操作，能夠滿足查詢與分析空間信息的需要，是未來(lái)城市GIS的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】GIS與BIM集成；城市建筑規(guī)劃；應(yīng)用

1、前言

現(xiàn)代信息技術(shù)為空間管理提供了解決問(wèn)題的方案。有研究表明BIM運(yùn)用于運(yùn)維管理能夠?yàn)楦鲄⑴c方提供便捷的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的信息共享，建立建筑物物業(yè)空間管理模型，還有研究關(guān)注GIS與空間管理的結(jié)合。除此之外，業(yè)內(nèi)人士對(duì)于BIM和GIS的結(jié)合應(yīng)用也表現(xiàn)出了濃厚的興趣和極大的關(guān)注。在建筑領(lǐng)域，建筑從設(shè)計(jì)到施工產(chǎn)生大量的信息，特別是建筑設(shè)計(jì)三維模型，包含了建筑詳細(xì)的空間信息，各種信息集合在一起形成BIM。而在三維GIS領(lǐng)域，主要研究如何對(duì)城市建筑物三維建模，獲得建筑的詳細(xì)空間信息。

2、建筑三維模型的建立

對(duì)于城市建筑物來(lái)說(shuō)，由于其主體功能的不同，其建筑類型、建筑結(jié)構(gòu)和顏色等方面各有不同，為解決建筑建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，需要對(duì)建筑物的整體信息進(jìn)行采集，建立相應(yīng)的建筑三維模型。但就目前所知的建筑三維模型建立方法來(lái)說(shuō)，其工作量較大，成本較高，并不適用于城市建筑物的三維模型建立當(dāng)中。針對(duì)這種情況，可利用BIM技術(shù)來(lái)對(duì)建筑物的整體高度、尺寸結(jié)構(gòu)和內(nèi)部空間信息進(jìn)行獲取，并建立相應(yīng)的三維模型，然后可利用GIS技術(shù)，將建筑空間信息與周?chē)牡乩硇畔⑦M(jìn)行共享，在能保證建筑物信息精確度的情況下，降低建筑物的空間信息成本。

BIM與GIS融合最主要要解決的是如何進(jìn)行兩個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共享。近年來(lái)，越來(lái)越多的BIM軟件支持IFC標(biāo)準(zhǔn)，提供IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的建筑產(chǎn)品，以IFC標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)流通。IFC標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)計(jì)算機(jī)能夠處理的建筑數(shù)據(jù)表示和交換標(biāo)準(zhǔn)。三維GIS采用City GML來(lái)表示城市三維通用信息，從2009年Geo BIM作為City GML標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始實(shí)行，為BIM與GIS的融合提供了可能。通過(guò)Geo BIM，IFC的數(shù)據(jù)就可以進(jìn)入City GML中，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

3、GIS與BIM集成助力城市建筑規(guī)劃

隨著智慧城市技術(shù)的快速發(fā)展，很多人理解智慧城市僅僅是根據(jù)使用目的建立不同的GIS系統(tǒng)，但事實(shí)上不管是數(shù)字城市還是智慧城市，只有GIS系統(tǒng)的參與不可能完成如此龐大的工程，必須借助BIM才能做到真正的城市智能化。

本文主要研究建筑物和周邊環(huán)境的搭配效果是否能協(xié)調(diào)工作，如日照分析、通視分析、建筑物方案對(duì)比分析等；以及利用BIM的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性和優(yōu)化性建立建筑物BIM可視化信息的三維GIS系統(tǒng)。在對(duì)建筑物進(jìn)行管理的同時(shí)，還可利用計(jì)算機(jī)對(duì)空間建筑物進(jìn)行測(cè)量。

3.1三維測(cè)量

三維測(cè)量主要是指量測(cè)空間距離、住宅間距、地塊面積、建筑面積以及填挖方計(jì)算等。三維測(cè)量就是為這些面積、間距的設(shè)計(jì)提供合理的數(shù)據(jù)。在建筑物很密集、超高建筑很多的情況下，測(cè)量的難度會(huì)加大，而在GIS與BIM集成的三維空間地理信息系統(tǒng)中，三維測(cè)量可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。在進(jìn)行距離量測(cè)時(shí)，只需單擊要測(cè)量線段的兩個(gè)端點(diǎn)，三維實(shí)景窗口中就會(huì)顯示出距離；在進(jìn)行高度量測(cè)時(shí)，單擊兩個(gè)點(diǎn)就可知道該兩點(diǎn)之間的高度；在進(jìn)行角度量測(cè)時(shí)連續(xù)點(diǎn)擊三個(gè)點(diǎn)，就可求出以第二個(gè)點(diǎn)為頂點(diǎn)的角度值；在進(jìn)行面積量測(cè)時(shí)，連續(xù)單擊測(cè)量區(qū)域的各個(gè)頂點(diǎn)，就可以求得該區(qū)域的面積。

3.2建筑方案的設(shè)計(jì)對(duì)比

建筑設(shè)計(jì)方式與實(shí)際的施工流程總會(huì)存在一定的差異。由于工程造價(jià)、投資規(guī)模和建筑節(jié)能的影響，需要設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出不同的設(shè)計(jì)方案，結(jié)合實(shí)際的建筑需求，來(lái)選擇出最合適的方案。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，都是在二維圖紙上進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)方案不能很好的表達(dá)出建筑空間信息。目前可以在GIS+BIM組合來(lái)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，在對(duì)建筑信息進(jìn)行獲取的同時(shí)，對(duì)建筑物前后的變化情況進(jìn)行模擬，結(jié)合實(shí)際的需求，能夠?qū)υO(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行充分檢驗(yàn)。

3.3日照分析

日照對(duì)于建筑物室內(nèi)的采光、取暖以及視覺(jué)都有比較大的影響，日照分析主要是為了滿足建筑容積、建筑間距等對(duì)指標(biāo)的需求，防止遮擋光或者光污染等問(wèn)題。日照分析主要包括4個(gè)方面：遮擋分析、單點(diǎn)分析、窗洞分析以及日照仿真分析。在日照分析中需要研究不同季節(jié)日照情況對(duì)建筑物的高度、體積等的影響，并且計(jì)算出建筑物的日照時(shí)間、陰影面積等數(shù)據(jù)，然后通過(guò)三維模型展示現(xiàn)實(shí)光影效果。在基于GIS與BIM的三維空間地理信息系統(tǒng)中，利用BIM的模擬性，先模擬設(shè)計(jì)出的建筑物模型，再模擬不能在真實(shí)世界中的操作，如日照分析。

日照分析涉及到時(shí)間、地域、建筑造型等多種因素，要將這些相互影響的因素綜合起來(lái)進(jìn)行人工計(jì)算分析是非常困難的，但是如果通過(guò)城市數(shù)字三維模型將這些因素以一種形象化的方式表現(xiàn)出來(lái)就變得簡(jiǎn)單很多，要分析規(guī)定時(shí)間點(diǎn)各棟建筑之間的遮擋與被遮擋情況，即遮擋分析，可以根據(jù)建筑物陰影分析來(lái)獲取建筑物的遮擋情況。可根據(jù)日照分析結(jié)果來(lái)判斷建筑物之間的距離是否合理，為建筑物規(guī)劃設(shè)計(jì)提供依據(jù)。當(dāng)一個(gè)建筑物被另外一個(gè)建筑物遮擋時(shí)，被遮擋的部分比未遮擋部分接受日照少，如圖1所示。

3.4通視分析

城市內(nèi)的通視分析主要是為了對(duì)建筑物的高度進(jìn)行控制，是城市空間結(jié)構(gòu)研究的基本問(wèn)題，科學(xué)合理的建筑物通視分析讓城市中一些重要的景點(diǎn)和景觀周?chē)慕ㄖ季哂羞m當(dāng)?shù)某叨龋瑥亩Ｗo(hù)了景點(diǎn)或景觀的視覺(jué)效果。通視分析是以某一點(diǎn)為觀察點(diǎn)，研究某一區(qū)域的通視情況。通視分析的基本內(nèi)容有3個(gè)，一是兩點(diǎn)之間的可視性分析；二是可視域分析，即給定一個(gè)觀察點(diǎn)，基于一定的相對(duì)高度，分析給定范圍內(nèi)觀察點(diǎn)所能通視覆蓋的區(qū)域；三是多點(diǎn)通視面積的交集計(jì)算，由被覆蓋的可視面積反求待定位置與高度。

結(jié)語(yǔ)：

在GIS系統(tǒng)中應(yīng)用BIM對(duì)建筑物進(jìn)行分析，不僅有助于科學(xué)合理地進(jìn)行城市規(guī)劃，還可以對(duì)建筑設(shè)計(jì)提供技術(shù)上的幫助和支持。本文展示的只是GIS與BIM集成應(yīng)用的一部分，希望在今后的工作中能開(kāi)展更加全面的研究。

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