BIM+GIS融合及其應用價值研究

程才 于金平 于杭琳 白銀

摘 ?要：傳統意義上的BIM技術，僅停留在完成建設工程項目的建筑信息模型。但文章認為真正意義上的BIM技術應是建立在GIS技術的數據分析、數據處理與項目可行性研究等的基礎上，使用BIM+GIS技術融合地理信息與建筑信息在多維度層面上對建設工程項目進行全生命周期管理。

關鍵詞：BIM;GIS;融合;應用價值

中圖分類號：TU17 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）24-0041-03

Abstract： In the traditional sense， the BIM technology only stays in the building information model of the construction project. However， this paper thinks that the real BIM technology should be based on the data analysis and data processing of GIS technology and the study of project feasibility. Thus， the BIM+GIS technology is used to integrate geographic information and building information， so as to manage the whole life cycle of construction projects on multi-dimensional levels.

Keywords： BIM; GIS; integration; application value

前言

BIM與GIS技術本身隸屬于兩個不同的學科，GIS技術在宏觀層面上提供地理空間信息，BIM技術在微觀層面上提供建筑信息數據。兩者的融合，并不屬于一場意外，而是屬于互相之間的取長補短、互惠互利。

BIM與GIS技術的融合適用于建筑物的選址、施工管理、建筑設計、結構設計、交通規劃、能源設計等方向。其廣泛的應用價值打通了建筑工程項目的全生命周期，同時GIS技術優化BIM技術的信息管理層級，融合真實的地理信息，設計建造集安全+美觀+信息+管理于一體的多維度空間模型。

1 GIS、BIM簡介

1.1 GIS技術

GIS技術屬于一門綜合類學科，綜合了計算機科學、地圖學等，并依托數據庫管理系統與計算機輔助設計逐漸發展興盛起來的。簡單的說GIS技術就是通過三維空間數據的獲取以實現對所識取數據的分析和處理。三維空間數據的獲取方式如圖1。

其技術特征主要包括：大數據分析、數據城市、智慧城市、交通規劃。

但是，傳統的GIS技術更加側重于對建筑物的外部轉態以及外界環境的處理，缺乏對建筑物內部數據的描述。導致模型的整體精細度不高，這時就需要BIM技術發揮作用。

1.2 BIM技術

BIM（建筑信息模型），它以三維數字作為基礎，三維幾何模型作為載體，集成項目建造過程中的全部信息文件和材料屬性。其附著在模型上集中管理，為參建各方提供一個信息交流與共享的平臺，加快了項目的整體效率和管理水平。BIM保持信息更新和在一個集成的數字環境中訪問模型，來幫助工程師、建造師和業主擺脫有關項目整體的束縛。以便于能夠更快的做出明確有據的決策。

BIM的設計應用主要是強調建筑全生命數字化模型的過程，它是完整的項目全生命周期的設計，并且是將合作范疇從單一的設計階段擴展到建筑的建造、運營和管理階段。其研究內容涉及范圍廣泛，包括建筑設計、建筑結構、施工、管理、造價預算、機電設備等。也包括與建筑行業有關的應用，如室內裝飾、橋梁工程、鐵路工程、地鐵工程等。

承接上文GIS技術缺乏建筑內部信息的弱點，BIM（建筑信息模型）可幫助GIS彌補這點缺陷。從目前BIM與GIS的發展來看，二者之間的界限越來越不明顯。因此BIM+GIS的融合與應用顯得尤為重要。

2 BIM+GIS融合機理

2.1 BIM+GIS融合

BIM+GIS技術的融合應用，主要通過數據融合、模型融合、應用融合、系統融合等層面來實現的。我們可以通過BIM模型融合GIS、GIS模型中融合BIM等方法來實現兩者的深度融合，以拓寬兩者的研究價值和應用價值。

隨著BIM技術與GIS技術的發展，兩者的融合所能產生的應用價值，越來越受人們的關注。但是兩者之間的差異如從技術層面分析BIM通常采用IFC國際標注，而GIS采用GML標準，使得BIM與GIS的精確融合成為發展難點。

2.2 融合關鍵點

2.2.1 數據轉換

由于不同的BIM軟件都有各自的數據儲存格式，如Revit的RVT格式與魯班BIM的LBIM格式，缺乏強硬性標準的限制。且傳統BIM軟件生成的模型格式必須要依賴于源BIM軟件自身才能讀取項目的數據、信息等。因此數據轉換給BIM與GIS的融合帶來了最直接的挑戰。要實現BIM與GIS的融合必須出現一種數據轉換軟件，能在BIM原生數據庫的基礎上，將BIM數據轉換為GIS數據。

2.2.2 BIM輕量化

由于GIS技術側重于管理大范圍區域數據，而BIM技術傾向于建筑物本身的建筑信息。如果直接將所需要區域的所有BIM數據導入到GIS數據中，將極大增加GIS終端設備的負荷。因此BIM數據輕量化在整個融合過程中尤為重要。目前市面上出現許多BIM輕量化軟件或中間件，如EveryBIM、品茗CCBIM、Super Map等，都能為其提供解決方案。

2.2.3 BIM模型的集成

GIS數據是一個大規模的區域數據，而BIM數據是單個項目的建筑信息。要實現兩者精確融合，必須解決單體BIM數據之間的集成，如：單體項目之間的管廊連接、道路連接等區域數據管理問題。這個問題的解決需要在GIS環境下進行操作。首先提取出明確的單體項目之間的三維網絡數據，以此為基礎，提取出帶拓撲連接關系的三維點、線對象，即可建立區域三維模型。

2.2.4 BIM與GIS的數據匹配

這個層面上，需要解決準確定位BIM數據位置的問題。上文介紹了許多GIS三維空間數據的獲取方法，這給兩者的數據融合帶來了困擾，如有的GIS模型是通過遙感技術建模而有的是通過貼圖進行建模。要解決這個問題，必須要將數據統一到相同的坐標系當中，再通過布爾運算等方法對數據進行處理，找出準確的定位坐標。

2.2.5 規范缺乏

三維空間數據的發展帶動了BIM與GIS技術的融合。但是目前仍然缺乏相關的規范來確定統一的標準。這給兩者融合后的發展與應用帶來了極大的困擾，讓數據的共享性、操作性等成為發展中的難題。目前已經存在許多三維空間數據格式，相對來說提升了數據的操作性，但是標準的確立仍然勢在必行。

2.3 Super Map

Super Map作為亞洲最大的GIS軟件廠商為BIM+GIS的融合提供了系統的解決方案。在數據轉換層面，Super Map提供了轉換插件，方便使用者實現BIM與GIS數據的快速轉換。且轉換生成的GIS數據保留了原始BIM數據的全部信息，增強了GIS環境下項目數據的可觀測性、操作性，實現了BIM數據在GIS環境下的分析與運算能力。

所謂分析與運算能力包括：三維空間數據查詢、精確匹配、截面獲取、布爾運算。

Super Map團隊經過研發制定了三維空間數據規范：Spatial 3D Model（S3M）。上文提到規范標準對BIM+GIS的推廣應用起著至關重要的作用。因此，此規范的出現解決了BIM導入數據在GIS環境下的操作性、融合、儲存等難題，加速了BIM+GIS技術的應用推廣。

最后Super Map團隊研發SuperMap Online這款輕量級軟件，其最大的特點在于即用即存。其輕量化了GIS數據，通過云應用的方式達到瀏覽、編輯、查詢、分析等功能，為使用者帶來了便利。

3 BIM+GIS融合機理應用領域研究

3.1 室內導航

室內導航屬于BIM+GIS應用最突出的特征之一。傳統的導航是依賴于GIS技術進行的，但是其最大的缺點是僅限于室外。GIS與BIM技術的融合，能彌補GIS技術的室內盲區，將GIS技術的導航應用拓展到室內。

3.2 市政領域

三維城市的建立如果單單依賴于GIS技術，無論是通過攝影或雷達掃描都需要后期人員做大量工作建立所謂的“空殼”。這里所謂的“空殼”即是缺乏建筑信息，無法查詢和分析室內建筑環境。而與BIM技術的融合，首先通過BIM技術建立三維數據模型，再與GIS技術融合共享，實現建立城市建筑與周圍環境的三維模型。提升了模型的精確性、可查詢性等。

再者，通過BIM+GIS能實現對市政管廊與建筑信息的三維建立，并可以模擬如冬季供暖時的熱傳導路線，檢查其對周圍管線的影響，避免意外情況的發生。

對于市政維護，通過BIM技術對市政模型的建立與GIS技術的監控數據的連接。能及時觀測市政工程中各項目的工作狀態和信息，并將其及時反饋到BIM模型中去，及時更新市政項目的工作信息。

3.3 交通領域

交通管理需要首先通過BIM技術建立城市的三維數據模型，在此基礎上融合GIS技術的監控功能，將道路信息、擁堵情況、道路事故等及時反饋。以便于城市管理者及時分析如公共交通工具調度、道路疏導等問題。

兩者結合也能及時、準確的定位事故發生地點，并通過大數據分析得出準確、及時的事故處理方案。有助于救援人員、救援裝置及時抵達事故發生地點。

3.4 基礎設施建立

從應用層次分析，BIM技術往往運用在單個建筑項目中，而GIS技術更加側重于宏觀層次上的應用。GIS技術與BIM技術的融合，使BIM技術的應用范圍提升至如公路、隧道、鐵路等基礎設施的建立中。提升了長線工程和大規模區域性工程大管理能力。

4 結束語

隨著BIM技術日益興盛，其逐漸走入人們生活。BIM軟件自身具有直觀、透明、可視化的特點。但在日趨進步與繁榮的今天，這些特點是不夠的，因此BIM+GIS的融合與應用成為重要一環。本文淺談BIM自身特點與GIS應用獨特的方面，深度融合實際生產生活及應用，在不同領域（室內導航、市政模擬、市政維護、交通管理、事故定位及基礎設施建立）迸發出不同反響，相信由BIM技術與GIS技術的融合摩擦出的火花會帶來建筑業邁向新的高度。

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