BIM+GIS一體化助力CIM發(fā)展

文｜ 北京建筑大學經濟與管理工程學院 劉燕/北京建筑大學土木與交通工程學院 金珊珊

1.GIS、BIM、CIM 相關概念

CIM(City Information Modeling，城市信息模型)，與BIM 概念相對應，它將作用對象從單個建筑物或項目群擴大到整個城市，是對城市各要素及其時間、空間信息的數(shù)字化表達。從技術層面講，城市信息模型是大場景GIS+小場景BIM+IOT 的有機綜合體。BIM 與GIS 可以在大范圍的自然環(huán)境里提供不同尺度的建筑對象可視化，而IOT 可以將實時的信息流反饋到數(shù)字模型當中，使CIM 平臺呈現(xiàn)客觀世界所有的狀態(tài)，即我們經常說到的“數(shù)字孿生”概念。

（1）GIS 在CIM 中的應用

GIS( Geographic Information System 或 Geo-Information system，地理信息系統(tǒng)) 是基于對實際的地理情況的信息采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述所建立的空間信息系統(tǒng)。該技術擁有強大的空間分析能力與數(shù)據(jù)管理能力，能夠很好地展示建筑物與其外部環(huán)境的空間信息，存儲海量三維地理空間數(shù)據(jù)。但GIS 缺乏對于建筑物內部的高精度表達，不能準確反映微觀建筑的內部信息。

（2）BIM 在CIM 中的應用

而BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型） ，則是針對建筑物實體與其功能特性的數(shù)字化表達，貫穿于工程項目策劃、設計、實施、運營全生命周期。如果將城市信息模型比作人的機體，那么BIM 就是機體中的細胞。它能在三維數(shù)字的基礎上將建筑物的內外部信息精細、準確的呈現(xiàn)出來，但其支持空間范圍小，在結合建筑物與地理環(huán)境進行展示上存在缺陷，也不具備GIS技術的強大數(shù)據(jù)管理能力。

我們可以明確看出，沒有地理信息系統(tǒng)，建筑信息模型成為“空中樓閣”；離開建筑信息模型，地理信息系統(tǒng)止步建筑之外。BIM 用于存儲一個個微觀建筑物或項目群的點信息，GIS 則存儲從城市地理空間到城市運行脈絡的一系列面信息。因此BIM 與GIS 是點和面、宏觀與微觀的關系，二者在CIM 技術中各司其職，優(yōu)勢互補，再結合物聯(lián)網技術，建立起了一個附著著海量動態(tài)數(shù)據(jù)的虛擬城市模型，實現(xiàn)1+1＞2的效果。城市信息模型不僅僅是外表相似的三維模型和實時運行數(shù)據(jù)，更要展示隱含在背后城市運行脈絡，即數(shù)據(jù)服務于業(yè)務而非服務于感官。

2.BIM+GIS 一體化的CIM 平臺應用

2.1 BIM+GIS 使城市管理集約高效

（1）工程建設項目審批

傳統(tǒng)的城市管理體系往往以不同的角度來解析城市管理，這些管理業(yè)務又被分配給多個不同職權部門，往往會出現(xiàn)信息孤島、重復工作等情況，不利于我國構建互聯(lián)互通、融合集成的城市管理機制。

2019年國務院發(fā)布《國務院辦公廳關于全面開展工程建設項目審批制度改革的實施意見（國辦發(fā)〔2019〕11 號）》，其中明確提出要統(tǒng)一信息數(shù)據(jù)平臺；地方工程建設項目審批管理系統(tǒng)要具備“多規(guī)合一”業(yè)務協(xié)同、在線并聯(lián)審批、統(tǒng)計分析、監(jiān)督管理等功能，在“一張藍圖”基礎上開展審批。

BIM+GIS 的一體化解決方案即保留了BIM 技術的協(xié)同性、可視化等優(yōu)勢，又將GIS 的大場景地理空間元素引入，共同構建出一個包含各精度層級的城市甚至地區(qū)級信息共享云平臺，實現(xiàn)各方并聯(lián)式審批和監(jiān)管等業(yè)務功能，全面提升城市空間利用價值。

（2）城市存量規(guī)劃

目前我國部分城市發(fā)展已經漸漸開始由增量向存量轉變。通過城市更新等手段促進城市功能優(yōu)化調整的存量規(guī)劃， 目前日益受到城市管理者的重視。相比于增量規(guī)劃，存量規(guī)劃需考慮的城市信息更加復雜，需要準確的評估、詳細的數(shù)據(jù)。基于BIM+GIS+IOT 的CIM 平臺而形成的數(shù)字孿生城市能夠充分還原客觀城市，反映土地、人口、建筑以及相關產權信息。此外存量規(guī)劃涉及的權利相關方眾多，需要政府和各個市場參與主體共同協(xié)商、共擔責任、共享利益。而BIM 與GIS 的一體化平臺即可實現(xiàn)各方共商、數(shù)據(jù)共享，提高規(guī)劃水平與規(guī)劃效率。

2.2 BIM+GIS 為工程建設領域帶來技術革新

集成BIM+GIS 技術，在工程項目生命周期的各個階段都發(fā)揮著重要的作用。在前期決策階段，BIM+GIS 一體化平臺使得項目能夠以現(xiàn)實環(huán)境為背景，從而為社會、經濟、環(huán)境等因素的評估提供大量數(shù)據(jù)，大大提升決策準確度和城市規(guī)劃水平。在項目設計階段，與以往的各方設計人員脫離外部地理空間進行設計相比，在BIM+GIS一體化平臺中的設計坐標系與城市坐標系完全一致，那么建筑物的城市位置就是精確無誤的。此外各專業(yè)設計人員還可以基于真實的環(huán)境參考協(xié)調共商，降低設計和后期建造過程中的風險。在項目實施階段，運用地理空間數(shù)據(jù)可以完善物流調度，以縮短工期和減少資源浪費，提高施工效率。在項目運營階段，一體化平臺可以實時監(jiān)控資產情況，在項目維護、故障預測等方面發(fā)揮重要作用。在項目全生命周期內，無論身處何地，城市管理方和項目建設方都能管理存儲于云端的數(shù)據(jù)并重復獲取或利用這些信息，無需數(shù)據(jù)轉換。

圖1 智慧化城市發(fā)展階段

2.3 BIM+GIS 讓城市生活更美好

當然，BIM+GIS 一體化方案不止于僅將政府和建設企業(yè)作為服務對象，它還在于為人們提供更好的生活和生活環(huán)境。

例如，隨著我國工程設計、建造水平的不斷提升，體量龐大、內部結構復雜的大型公共建筑越來越多，如果標識不夠清晰，人們往往會在建筑物內部迷失方向，在危機狀況下逃生困難。相較于完善的室外導航系統(tǒng)，室內導航系統(tǒng)還不夠成熟，大多數(shù)停留在二維電子地圖甚至僅有平面示意圖的階段。BIM 與GIS 的結合很好地為完善的室內外導航系統(tǒng)提供了技術支持。當城市交通模型與建筑物模型平滑銜接，人們在室外導航下到達目標建筑物并進入建筑物內部，即可在模擬三維情景的導航指示下到達最終目標地點，比如醫(yī)院中的科室、校園中的教室、商城里的店面等等。完整的室內外三維導航系統(tǒng)便利了人們的生活，節(jié)約大量時間，提高了人們的辦事效率。此外還可利用BIM+GIS 完整的導航系統(tǒng)進行應急疏散和城市救援、物資輸送路線模擬，幫助安全管理者制定應急疏散方案，把握應急疏散黃金時間。

BIM+GIS 一體化的CIM 平臺可以應用于城市業(yè)務的方方面面、服務于人們生產生活的點點滴滴，如智慧園區(qū)、智慧經濟、智慧服務等等。

3.結論

圖1 所示為我國智慧化城市發(fā)展階段。如圖所示，我國城市智慧化進程正滯留于數(shù)字化向智能化邁進的階段。由于智慧城市概念過于寬泛，體系過于龐雜，因此智慧城市的建設無法一蹴而就。而BIM+GIS一體化的CIM 平臺則是我國向智慧化城市邁進的重要切入面和技術支撐。

城市是一個多種要素組合關聯(lián)的復雜生態(tài)系統(tǒng)，要實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展需要新技術、新思維與城市現(xiàn)代化發(fā)展深度融合，創(chuàng)造出更多智慧管理的方法與手段。BIM+GIS 不僅僅是一個承載應用的容器，更是無數(shù)新思路、新技術、新創(chuàng)造的底層支持平臺，必將與城市共同升級，促進城市發(fā)展。