BIM+GIS技術(shù)在工程生命周期管理中的應(yīng)用研究

董力健

摘要：本文以BIM和GIS技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用研究為方向。主要講解了在結(jié)合應(yīng)用的過程中，如何將BIM+GIS的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行有效的結(jié)合，在兩者結(jié)合的過程中避免各自在應(yīng)用上的局限性。針對(duì)工程中各階段的不同需求，進(jìn)行碰撞檢查、施工模擬籌劃、資產(chǎn)管理、平臺(tái)搭建等應(yīng)用。BIM+GIS結(jié)合應(yīng)用使兩者能夠更加有力的輔助并支撐工程全生命周期的管理，在工程中具有重大意義和價(jià)值。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；GIS技術(shù)；結(jié)合應(yīng)用；工程管理應(yīng)用

引言：建筑信息模型（BuildingInformationModeling）是以3D數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)、將建筑工程項(xiàng)目中產(chǎn)生的各類信息以工程數(shù)據(jù)模型的方式表現(xiàn)出來，是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。BIM技術(shù)作為一種全新的表達(dá)方式，在工程建設(shè)領(lǐng)域，尤其是裝配式施工住宅的設(shè)計(jì)和建設(shè)階段，正逐步發(fā)揮著越來越大的作用。BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)的集成和共享，實(shí)現(xiàn)企業(yè)外部的服務(wù)設(shè)計(jì)、內(nèi)部的管理協(xié)同，尤其是住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的信息不對(duì)稱、生產(chǎn)成本高和產(chǎn)品同質(zhì)化高等問題。地理信息系統(tǒng)（GeographicInfolmatlonSystem或Geo-infolmatlonsystem）是以測(cè)繪測(cè)量為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟、硬件支持下，以地理數(shù)據(jù)為對(duì)象的空間分析技術(shù)，是近幾年發(fā)展起來的對(duì)地理環(huán)境有關(guān)問題進(jìn)行分析和研究的一種空間信息管理系統(tǒng)。BIM與GIS作為強(qiáng)大的技術(shù)及行業(yè)應(yīng)用有著各自不可替代的優(yōu)勢(shì)。若將BIM與GIS有效的結(jié)合起來，把工程中的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)管理等全生命周期內(nèi)不同階段的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行有效的集成，可為項(xiàng)目不同階段、不同需求的決策提供有力的綜合性技術(shù)支持。本文將以BIM+GIS在項(xiàng)目應(yīng)用過程中遇到的問題及解決方法為例，研究BIM+GIS在工程中的應(yīng)用技術(shù)與關(guān)鍵問題。

1BIM與3DGIS結(jié)合關(guān)鍵問題

BIM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括空間數(shù)據(jù)（模型）和屬性參數(shù)，其中空間數(shù)據(jù)模型又包含了模型的空間位置、外觀等信息，這與GIS數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)十分相似。屬性數(shù)據(jù)包含了設(shè)計(jì)參數(shù)、施工參數(shù)及運(yùn)維參數(shù)等信息。GIS數(shù)據(jù)涵蓋了BIM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（空間數(shù)據(jù)+屬性數(shù)據(jù)），BIM的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式（三維模型），BIM的數(shù)據(jù)對(duì)象，與BIM功能有所重疊（信息管理、空間分析等）。

當(dāng)然，BIM與GIS在現(xiàn)階段的結(jié)合應(yīng)用仍有著一定的局限性，下文將講述BIM與GIS結(jié)合應(yīng)用過程中遇到的問題及解決思路。

1.1空間變換

BIM與GIS在同一系統(tǒng)中結(jié)合的關(guān)鍵技術(shù)在于將兩者有效的、正確的進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接。BIM與GIS結(jié)合使用的重要步驟在于將兩者進(jìn)行集成，而結(jié)成的原理是采用第三方或者自定義的架構(gòu)建立涵蓋BIM和GIS的新信息模型，同時(shí)建立起相應(yīng)的映射關(guān)系。將兩者的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行互補(bǔ)，BIM與GIs的結(jié)合還可以產(chǎn)生很多新的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

目前國(guó)內(nèi)外BIM軟件及相對(duì)應(yīng)的BIM文件格式很多。最為直接有效的方法是針對(duì)這些軟件制作了相對(duì)應(yīng)的模型導(dǎo)出插件，將BIM模型導(dǎo)出為模型數(shù)據(jù)集進(jìn)行保存方便與GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合。而由于GIS數(shù)據(jù)的空間特性，將兩者結(jié)合時(shí)，遵循GIS數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，利用BIM模型導(dǎo)出文件中包含的空間數(shù)據(jù)信息進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使BIM模型從空間上可以完全貼合在GIS數(shù)據(jù)中。

1.2BIM模型的輕量化

BIM作為一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，已經(jīng)在各工程項(xiàng)目中起到了廣泛而有效的應(yīng)用。但是對(duì)于BIM模型輕量化的方式方法研究與使用仍然是行業(yè)內(nèi)一個(gè)瓶頸。眾所周知，BIM模型可以真實(shí)全面的展示建造項(xiàng)目的三維模型。究其根本，它是一個(gè)集成大數(shù)據(jù)的大平臺(tái)模型，BIM的最終表現(xiàn)形式為可視化的多維度、多功能、多用途的計(jì)算機(jī)圖形模型。這將對(duì)計(jì)算機(jī)的圖形及數(shù)據(jù)處理的能力提出嚴(yán)峻的考驗(yàn)。如今運(yùn)用BIM的工程多呈現(xiàn)體量巨大，超高層，超大基坑等特征。龐大冗余的海量建筑信息加上巨大的建筑體量使得BIM模型的量級(jí)非常巨大。這就使得BIM模型輕量化技術(shù)的研究顯得十分必要。BIM輕量化主要有以下兩個(gè)途徑：

（1）模型減面

高精度的BIM模型則是由大量的三角面生成，眾多的三角面會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息。對(duì)于模型的建造者而言，真實(shí)且完美的設(shè)計(jì)是不可或缺的。但是對(duì)于BIM模型的管理者、使用者來說，高精度模型意味著大量的冗余數(shù)據(jù)。所以，在已建立的BIM模型上進(jìn)行三角面的剪裁是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作。

三角面裁剪有兩個(gè)渠道，一是由軟件自動(dòng)識(shí)別并合并細(xì)碎三角面，主要通過線、面之間的夾角計(jì)算，識(shí)別可合并的三角面；二是在建模時(shí)的人為控制，如進(jìn)行放樣建模時(shí)，減少放樣曲線的頂點(diǎn)數(shù)量。

對(duì)于已建造好的BIM模型。使用前一種方法，以插件形式對(duì)模型構(gòu)件設(shè)置參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)減面。這種減面方式可大量降低模型體量，但可控性較差，可能帶來較明顯的精度損失。在實(shí)際操作中，還應(yīng)將人工減面和自動(dòng)減面的方式結(jié)合，達(dá)到最佳效果。

（2）LOD技術(shù)應(yīng)用

LOD技術(shù)即LevelsofDevelopment的簡(jiǎn)稱，此概念是由美國(guó)建筑師協(xié)會(huì)（AIA）所提出，在BIM概念中的LOD代表著建筑物在起全生命周期中各階段所被期待的BIM模型完整度。而在GIS中，LOD技術(shù)指根據(jù)物體模型的節(jié)點(diǎn)在顯示環(huán)境中所處的位置和重要度，決定物體渲染的資源分配，降低非重要物體的面數(shù)和細(xì)節(jié)度，從而獲得高效率的渲染運(yùn)算。這項(xiàng)技術(shù)在BIM與GIS結(jié)合的場(chǎng)景中應(yīng)用十分重要。

BIM模型可以通過LOD技術(shù)來進(jìn)行輕量化。在BIM模型與GIS場(chǎng)景的結(jié)合中采用LOD結(jié)構(gòu)并結(jié)合實(shí)例化技術(shù)和動(dòng)態(tài)加載技術(shù)，可以突破高密度模型的瀏覽性能瓶頸。LOD技術(shù)可根據(jù)展示距離遠(yuǎn)近來選擇不同精細(xì)程度的GIS數(shù)據(jù)，例如在近距離和遠(yuǎn)距離時(shí)候分別以不同清晰度的影像和地形數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，極大的緩解顯卡渲染的壓力，而采用實(shí)例化技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)用模型，可以顯著提高渲染效率。

2BIM+GIS的應(yīng)用方向

2.1BlM集成GIS

BIM與GIS有效的結(jié)合，可以客觀、真實(shí)的將建筑模型和周邊環(huán)境以可視化的方式表現(xiàn)，并展示其動(dòng)靜態(tài)特征。

（1）設(shè)計(jì)階段

BIM與GIS結(jié)合的設(shè)計(jì)及展現(xiàn)方式可以解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不夠形象直觀的問題，有效的輔助設(shè)計(jì)規(guī)劃。將BIM模型與GIS環(huán)境的結(jié)合對(duì)比，可以評(píng)估空間、日照等周邊環(huán)境對(duì)工程的影響以及整個(gè)工程對(duì)周邊環(huán)境的影響，進(jìn)行動(dòng)拆遷、管線搬遷等過程的分析評(píng)估。

（2）施工階段

在施工階段，利用BIM模型與GIS的結(jié)合，進(jìn)行施工場(chǎng)地布置模擬，優(yōu)化場(chǎng)地布局，提高生產(chǎn)效率。通過施工方案的模擬，可以直觀的展現(xiàn)出施工吊裝中有可能出現(xiàn)的碰撞等問題，便于及時(shí)優(yōu)化施工方案及施工計(jì)劃：在施工的管理過程中，通過施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全檢查與BIM模型中關(guān)聯(lián)的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，提高質(zhì)量管理水平；利用BIM構(gòu)件級(jí)控制，形象展示工程狀態(tài)，有利于管理者及時(shí)掌握施工進(jìn)度情況。

（3）運(yùn)維階段

在工程運(yùn)維階段中，在調(diào)試、預(yù)防和故障檢查時(shí)，運(yùn)維管理人員可以利用竣工三維BIM模型對(duì)機(jī)電、暖通、給排水和強(qiáng)弱電等建筑進(jìn)行定位，對(duì)包括建筑主體及相關(guān)設(shè)施設(shè)備的信息進(jìn)行查詢及查詢及維護(hù)。另外可利用BIM模型與GIS環(huán)境來模擬現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)情況，評(píng)估突發(fā)事件的損失，從而針對(duì)突發(fā)事件制定計(jì)劃。

此外利用BIM技術(shù)對(duì)三維建筑模型中的區(qū)域空間以及構(gòu)件信息進(jìn)行查詢。進(jìn)而可對(duì)資產(chǎn)狀態(tài)和利用狀況進(jìn)行查看及管理。

2.2實(shí)施案例

通過BIM在市政工程施工階段進(jìn)行進(jìn)度模擬，有助于管理人員掌握工程的總體進(jìn)展情況，結(jié)合GIS三維城市模型，可以精確分析和量化評(píng)估施工過程對(duì)周邊環(huán)境的影響：此外BIM構(gòu)件結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)巡檢等技術(shù)，可以直觀的將施工質(zhì)量安全問題進(jìn)行定位和展示。

結(jié)語：本文通過講解BIM與GIS技術(shù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)。簡(jiǎn)要說明了BIM與GIS結(jié)合應(yīng)用的重要性以及應(yīng)用中的難點(diǎn)及解決方案。本文所提到的BIM+GIS結(jié)合使用的難點(diǎn)及解決方案以及BIM+GIS在建筑工程全生命周期中的應(yīng)用對(duì)此類工程的應(yīng)用具有參考意義。endprint