基于BIM與3DGIS的城建信息化平臺構建研究

畢天平 佟 琳 高振東 孫 強 張立楠

1(沈陽建筑大學管理學院 遼寧 沈陽 110168)2(沈陽建筑大學計劃財務處 遼寧 沈陽 110168)

0 引 言

隨著國家科學技術快速發展，科技在國內建筑業中的應用也越來越成熟，但建筑項目全壽命周期內持續且準確的信息溝通以及三維可視化審圖的實現等難題亟待解決[1-3]。國務院和住建部分別發布《國家信息化發展戰略綱要》和《“十三五”建筑業信息化發展綱要》兩個文件鼓勵推進建筑業信息化管理平臺建設[4-5]。在此背景下，中建東北院啟動城建信息化平臺開發項目。本文在研發城建信息化平臺的經驗基礎上，闡述利用BIM與3DGIS集成技術研發城建信息化平臺的關鍵技術和內容。

1 城建信息化平臺的建立

1.1 平臺技術基礎

該平臺以BIM、3DGIS、IOT等技術相結合為基礎組織模式，打造了城建信息化平臺，平臺的建設給建筑業帶來不可估量的價值。圖1所示為BIM+3DGIS城建信息化基礎組織模式。

圖1 BIM+3DGIS城建信息化平臺技術基礎

1.2 BIM模型數據的轉換

城建信息化平臺融合了BIM、GIS、Web Service服務、數學建模、幾何建模等技術的優勢，緊跟數字化城市的發展步伐。平臺所依據的理論基礎、實現手段和外部支撐環境都來自于當前的信息技術領域，并在實際應用中被證實為可行。構建城建信息化平臺的總技術路線如圖2所示。

圖2 技術路線圖

首先，建立GIS和BIM融合的數據標準和規范，并調查建筑業全生命周期的應用需求。在能夠滿足建筑業應用的基礎上，實現BIM模型和GIS地理空間數據的高效集成。

其次，建立GIS與BIM的大數據云平臺，其云平臺主要由GIS地理空間資源庫和BIM模型庫和部件庫組成，包含三維基礎地理信息庫、遙感影像圖、基礎設施庫、BIM模型庫、BIM構件庫，以及其他建筑業管理系統庫等。

然后，利用互聯網、三維地理信息系統、BIM和物聯網技術(WEB+3DBIM+GIS+IOT)對GIS與BIM的大數據云平臺進行應用基礎技術支持，以形成平臺的應用服務層。空間數據和地理信息數據結合為平臺提供共享服務。

最后，將結合的模型進行協同管理，以實現建筑業的規劃、 設計、施工、造價、施工、監理、運行和維護以及信息化管理等多種需求，全面提升建筑業的信息化水平。

1.3 設計構建

城建信息化平臺使用基于REVIT軟件二次開發技術，開發實現了提取、轉化BIM模型數據等功能的插件，實現BIM到3DGIS的轉化。BIM模型數據的轉換需要在Revit模型中存儲數據，Revit API提供了兩種在Revit模型中存儲數據的方法。 第一種是使用共享參數。這種方法允許Revit API對Revit UI可用的相同共享參數功能的編程訪問[6]，共享參數將在元素的屬性窗口中供用戶查看。可以將共享參數分配給許多(但不是所有)元素類別[7]。另一種方法是擴展存儲。這種方法允許Revit API創建自定義數據結構，然后將該數據的實例分配給模型中的元素[8-10]。這些數據在Revit UI中永遠不會被用戶看到，但可以通過Revit API訪問其他第三方應用程序，具體取決于定義時分配給架構的讀/寫訪問權限。與共享參數不同，擴展存儲不限于某些類別的元素，可擴展存儲數據可以分配給Revit模型中的Element派生的任何對象[11-12]。

建筑信息模型與地理信息系統本身就有許多相似的地方：(1) 圖形；(2) 屬性[13-14]。開發的Revit插件能夠將各接口聯系起來，實現跨平臺應用與多種數據庫的轉換需求，同時更易于維護。

2 平臺主要功能

平臺依托BIM技術，采用二、三維一體化的可視化表現形式，將建筑項目模型輕量化導入到平臺系統，如圖3所示。平臺中查詢、瀏覽功能實現了三維模型和二維圖紙的同步顯示；根據專業及級別授權的不同劃分進行項目文件數據規劃審批；實現三維審圖；查詢功能中包括構件屬性查詢、定位查詢；量算功能中具備距離量算、面積量算；分析功能中包括通視分析、視域分析、日照分析、挖填方分析、流域分析、地形路徑、地形剖面、點源淹沒等。

圖3 城建信息化平臺

2.1 三維審圖

三維審圖是城建信息化平臺中的重要功能之一，三維審圖實現了各建筑構件與設施的精細化建模與內部構件精細化顯示，三維審圖包括專業評審和綜合評審等多個環節，是一個相互交叉、不斷反復的過程。專業評審環節首先需要設計人闡述設計意圖、做法及存在問題，經專業負責人研究、審核、補充說明，最后由審定人審定，確保定案結論無誤，滿足規范和設計輸入的要求。三維審圖設計路線圖如圖4所示。

圖4 設計路線圖

各專業工程師將模型數據上傳至GIS服務器形成BIM信息庫，并將計算書、二維圖紙、項目相關資料等上傳至文檔服務器，工作人員通過操作可以使三維模型和二維圖紙同步顯示，實現三維審圖、建筑項目各參與方在平臺上對信息的共享，解決信息交流中無序的問題，使信息得到充分利用。東北工業大數據項目三維模型與二維圖紙同步圖如圖5所示。

圖5 三維模型與二維圖紙同步圖

2.2 文檔與系統權限管理

文檔管理主要是對建筑項目模型中所包括的建筑、結構、機電等設計、施工與運維過程中的文檔進行統計和管理，實現各個專業的三維協同。系統權限管理是管理員根據專業及級別對用戶的上傳、查詢、刪除等操作進行權限授權及文檔服務器的授權，各項目參與方可以靈活地處理各自權限范圍內的工作信息。圖6是東北工業大數據中心文檔管理的操作圖。

圖6 文檔管理圖

2.3 屬性查詢

對系統中顯示的三維對象進行屬性查詢，屬性查詢內容包括建筑構件的材質、型號、出廠日期以及構件使用注意事項等，縮短了日后施工、運維管理、定期安全檢查的工作時間。圖7為東北工業大數據中心A6樓屬性查詢。

圖7 屬性查詢

2.4 日照分析

平臺中的日照分析可以對規定范圍內各建筑物之間的遮陽形式和遮陽情況進行動態模擬，直觀科學地指導建筑規劃。該功能真正解決了大規模建筑群的日照分析難題。圖8為東北工業大數據中心A6樓日照分析。

圖8 日照分析

3 平臺應用

3.1 項目工程概況

由沈陽東網科技有限公司投資建設的東北工業大數據中心項目所建設的研發中心辦公樓占地面積約為57 532平方米，建筑面積約為57 809平方米[15]。該項目促進工業4.0及中國智能制造2025的政策、技術、人才等產業要素融合，是推動東北工業轉型升級的重要支撐。

3.2 實踐應用

本平臺可應用于全項目的設計、施工及后期的運維管理工作。在東北工業大數據中心項目中，從室內外景觀方案到施工圖的設計工作都是在城建信息化平臺應用完成。在項目規劃和方案設計階段，設計人員通過操作平臺，實現了對現場地質條件立體化、全方位的三維勘探。通過工具劃出任意剖線，可以直接生成相關的地質剖面。同時也可生成三維地質模型，可以直觀地查看地層的整體和空間分布。

設計階段中，各專業設計人員將REVIT模型(建筑模型、結構模型以及機電模型)上傳至城建信息化平臺，使用平臺實現協同設計。施工階段中，基于設計階段上傳的模型，實現精準的算量，從而實現對成本的控制，同時還可實現對進度、質量等相關內容的控制與調節。運維管理階段中，使用城建信息化平臺對構件進行信息查詢，實現構件的數字化存儲和管理，應用云平臺的監控系統實現對東北工業大數據中心項目的智能管理維護。工作人員每天可對工作計劃、工作總結進行編輯后上傳至平臺，上級領導可直接在平臺審批并給予批復，實現跨地區辦公，提高工作效率[6-9]。

4 結 語

基于BIM技術、3DGIS技術、物聯網技術、信息共享技術，自主研發了城建信息化平臺。多種技術的融合達到了“1+1>2”相互促進的結果。該平臺面向各個參與方開放的BIM數據庫、云服務，實現工程應用創新以及項目全壽命周期的集成管理與精細化管理，解決溝通難、數據散、效率低的問題，同時提高了項目管理的信息化水平，完善了項目的管理制度，提高了建筑施工的安全性。平臺對BIM模型與數據庫中現場數據的累積與更新，進行分析處理，從而實現對項目的階段性分析評估。城建信息化平臺為協同工作提供堅實的基礎，提高建筑工程的集成化程度，引領建筑業信息技術走向更高層次。