BIM+GIS集成技術在智慧校園中的應用

王建 楊亞婷 陸雨竹 王章琳 董帥

摘要：智慧校園作為當代高校的最終發展目標和必然發展趨勢，綜合運用了當今社會中的多項前沿技術。BIM和GIS作為當代社會的前沿、綜合性技術，在智慧校園的管理平臺中發揮著重要作用。該文在闡述了BIM和GIS各自技術特點的基礎上，通過構建兩種技術的集成模型，分析了BIM+GIS集成技術在智慧校園中的應用。最后發現該集成技術在智慧校園管理平臺的應用極大提高了智慧校園的智能程度，在一定意義上，對智慧校園的發展起到了推動作用。

關鍵詞：智慧校園;BIM技術;GIS技術;集成技術;智能管理

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）22-0227-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 前言

智慧校園是綜合運用云計算、物聯網、大數據、社交網絡等多種新興技術，全面感知校園物理環境，智能識別師生學習和工作的情景，并將學校的物理空間和數字空間進行有機結合，為師生建立了智能開放的教育學習環境以及方便舒適的生活環境，它是一個以人為本、以服務為核心的創新型校園[1]。簡單來說，智慧校園就是一個更智能更方便的校園。建設智慧校園是一個長期的發展過程。它是一種將人、設備、環境、資源以及各種社會因素，在信息化的背景下有機結合在一起的智能而獨特的校園系統;它是以物聯網為基礎，以信息的關聯共享為核心，通過多種技術進行信息傳遞的系統;它是科技迅速發展背景下，信息化發展的高級階段和教育信息化發展的必然趨勢。

BIM作為建筑行業的前沿技術，被得到廣泛應用;GIS作為一門涉及多方面的交叉技術，也被應用到越來越多的領域。BIM在實體定位和空間分析等操作上存在缺陷，而GIS卻不能表現建筑內部的詳細信息，通過把BIM和GIS兩項技術進行集成，使二者優勢互補，在充分發揮各自優勢的同時，也將創造更大的使用價值。把這項集成技術應用到智慧校園的建設中，不僅提高了智慧校園的智能化管理力度，還推動了智慧校園的發展，

2 BIM與GIS發展現狀

BIM（ Building Information Model）是“建筑信息模型”的簡稱。它不僅是我們對項目進行設計而建立的理想數字模型，而且是我們利用這個模型所攜帶的信息對項目進行分析、模擬、完善、施工和維護的過程[2]。因此可以看出，BIM既是一種數字模型，又是一個過程，其核心是信息。它作為數字模型存放著項目的完整、實時且相互關聯的信息，并貫穿著該建筑從概念設計到拆除階段的整個生命周期。為整個生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程[3]。不管是作為項目設計的數字模型，還是貫穿項目整個生命周期的過程，歸根到底都是在對項目的信息進行采集、管理、修改和使用的過程。在這個過程中，任何一個對象信息發生變化，與之相關聯的對象信息也會有所更改，從而保證了信息的準確、一致性。這樣一來，模型能夠更好地適應設計中的變更，提高了項目的工作效率和質量，并減少了一些不必要的人物財力的消耗。它是一種面向建筑且基于對象的數字化技術，它的基礎是門、窗、墻體等構件，計算機可自動識別模型中的不同構件，并根據建筑信息對各種構件的數量進行統計[4]，通過這些統計信息，工作人員可以清楚地知道項目所需材料、數量和尺寸分別是什么、是多少，并更好更準確地評估項目成本。作為當今建筑行業的前沿技術，它不僅涉及建筑設計方面的知識，還需要IT方面的技術支持[5]。隨著技術水平的提高，它的實現不再是通過基礎的繪圖軟件就可以完成，而是需要一系列相關軟件完成的，一般將這些軟件分為兩類：一類是通常用來創建BIM模型的核心軟件（包括結構設計、可持續分析、運營管理等）;另一類利用BIM模型的分析軟件（包括結構分析、設備管理、可視化等）[6];

GIS即地理信息系統，它是一個以地理空間數據為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對空間數據進行采集、存儲、管理、分析和可視化的綜合性系統。它的操作對象是空間數據，它能對這些具有位置、屬性、時態三個主要特點的空間數據進行采集、存儲、管理、分析和可視化，這也正是GIS區別于其他信息系統的標志。其優勢在于強大的空間分析能力。空間分析是根據已經確定的應用分析模型，通過對空間數據的拓撲運算和屬性數據的聯合運算等各種操作運算，來分析某一區域的地理現象，從而獲得更有效的數據或某一特定問題的解決方案[7]。GIS能把實體的空間數據和屬性數據結合起來，從而更好地解決各種復雜的地理相關問題。因此，GIS常被用在我們生活中的很多領域。

基于BIM和GIS的技術特點，可以將二者進行有機結合，使其優勢互補，創造出更大的應用價值。

3 BIM+GIS集成技術的模型構建

BIM+GIS的集成技術，實質上是對建筑物內部微觀模型信息和室外宏觀信息的關聯整合[8]，要建立BIM+GIS集成技術的模型，我們以我校為例，并從以下三方面進行討論。

（1）CIS模型構建：我們可以通過無人機等設備獲取我校遙感衛星影像圖，再借助GIS的相關軟件來添加我校主要位置、屬性等信息，完成數字化等操作，實現GIS模型的創建。如圖1所示為我校遙感影像：

（2）BIM模型的構建：利用BIM相關軟件可以構建出集成豐富建筑物信息的三維模型，例如建筑所用的具體材料、材料費用等信息都會存儲在BIM模型中;同時還可以從不同角度展現建筑，查看其在每個角度的效果，如圖2、3、4，為建立好的我校教學樓a棟從正面、背面、側面三個角度構建的BIM模型：

（3）最后，利用三維模型構建軟件，我們可以將我校各建筑的BIM模型與GIS模型進行融合，這樣就完成了我校BIM+GIS模型的構建，也可以說是建立了帶有我校建筑物內部信息的GPS智能管理平臺。

4 BIM+GIS集成技術在智慧校園中的應用

智慧校園的建設是一個長期且較復雜的工程，運用BIM技術可以對校園內各建筑的模型信息進行統計和分析，GIS技術可以用來進行地理環境要素等宏觀信息的分析，并可實現校內的精準定位等。將二者結合起來可以構造一個具備查詢、分析等多功能的智能管理平臺，對智慧校園的發展起到推動作用。BIM+GIS集成技術在智慧校園中有如下幾方面應用：

（1）促進校園規劃方案的精準決策與實施。在學校需要對一些場地進行重新規劃和利用時，BIM+GIS集成技術可以用來進行場地分析，設計人員也能參考微觀和宏觀的多源信息，并在宏觀場景下進行設計，再通過查看設計的三維模型，不斷對設計進行修改。這樣不僅能實現場地的高效利用，而且建造出了實用價值更高的建筑。

（2）校園設備與基礎設施的智能管理和維護。獨立的建筑物通常是BIM的應用對象，通過BIM技術可以把學校設備信息添加到他們所在的教室信息中，利用BIM+GIS集成技術，可以把GIS研究的建筑物周邊信息與BIM的微觀信息進行融合，實現了設備的快速定位和查詢。通過設備設施在智慧校園平臺上的反饋，可實時查看并智能控制設備的運行狀態，監控設施的好壞狀態，如果有出現異常的設施，維修人員可通過平臺收到的異常設施定位，并及時去進行修理。提高了校內設備設施的管理能力。

（3）三維校園可視化服務。智慧校園平臺可以通過校園的BIM+GIS三維模型為還未入學的師生提供全方面了解學校真實環境的機會，入學前，他們可以通過智慧校園平臺進入三維仿真的校園內，真實感受校園環境，了解校園主要情況。

（4）校園導航服務。室外導航是GIS的一個常用功能，應用BIM+GIS集成技術，可以將其導航范圍擴大到室內，為在校師生提供了更好的導航服務：在學校，他們可以根據智慧校園平臺的定位和導航服務，輕松到達自己的目的地;在發生意外時，BIM+GIS集成技術也可為師生提供最有最合理路徑，引導其逃生。

（5）人員實時定位。根據校內人員的手機GPS定位功能，可以實時查詢人員在校園內的位置，并可將人員的實時位置在校園地圖中清楚展示出來。這樣便可在保證校內人員安全的同時，也為老師上課查考勤帶來了極大的便利。

（6）提高教務處的工作效率。教務處老師可在智慧校園平臺上為各班各課程隨機安排上課時間及教室，并可根據BIM+GIS模型信息實現教師一班級一教室一課程的集成管理，各任課教師和學生也可方便地查詢相關課程信息，大大提高了工作效率。

（7）為師生帶來了方便周到的校園生活。師生如有特殊或緊急情況需要使用教室，也可以通過此平臺對空閑、符合其使用條件的教室進行查詢和定位，并申請獲得該教室的使用權，這樣就提高了查找教室的效率。

（8）對地下管網的智能化管理。地下管網作為校園內的基礎設施，也成為建設智慧校園的必經之路。BIM+CIS集成技術不僅可以用于對地上建筑物的智能化管理，也可完成地下管網的智能化管理。在管線施工時需要安裝可實時掌握各管段參數的感知裝置，然后進行管線、地形地物的普查，最后將這些信息加入到校園三維模型內即可[9]，這樣BIM+GIS管理平臺就可根據安裝的感知裝置實現地下管網的智能管理。

5 結論

BIM+GIS集成技術在智慧校園中的應用為教師、學生和校內工作人員在學習、工作、生活中帶來了極大便利。在智慧校園中利用BIM+GIS集成技術，可以充分發揮這兩項技術的優勢，實現從宏觀到微觀、更有價值的信息共享，并創造出了更大的應用價值，推動了智慧校園的發展;可以在提高校園管理力度的同時簡化操作;還可以有效實現校內人員和資源的相互交互，它也必將為我們的生活帶來更多便利。

參考文獻：

[1]蔣東興，付小龍，袁芳，吳海燕，等，大數據背景下的高校智慧校園建設探討[Jl.華東師范大學學報（自然科學版），2015：119-125+131.

[2]何關培.“BIM”究竟是什么？[Jl.土木建筑工程信息技術，2010，2：111-117.

[3]何清華，錢麗麗，段運峰，等.BIM在國內外應用的現狀及障礙研究[J].工程管理學報，2012，26：12-16.

[4]王廣斌，張洋，譚丹，基于BIM的工程項目成本核算理論及實現方法研究[J].科技進步與對策，2009，26：47-49.

[5]沈力，基于BIM的建筑業大數據研究初探[D].西南交通大學，2016.

[6]王珺.BIM理念及BIM軟件在建設項目中的應用研究[D].西南交通大學，2011.

[7]吳信才，白玉琪，郭玲玲.地理信息系統（GIS）發展現狀及展望[Jl.計算機工程與應用，2000：8-9，38.

[8]王樹臣，劉文鋒.BIM+GIS的集成應用與發展[J].工程建設， 2017，49：16-21.

[9]吳然，校園地下管網三維可視化應用研究[D].北方工業大學，2015.

【通聯編輯：代影】

基金項目：長江大學2019大學生創新創業訓練計劃基金支持（2019037）

作者簡介：王建（1999-），男，湖北通山縣人，本科，主要研究方向為GIS應用;楊亞婷（1998-），女，新疆庫爾勒人，本科，主要研究方向為GIS應用;陸雨竹（2000-），女，湖北襄陽人，本科，主要研究方向為GIS應用;王章琳（1998-），男，湖北竹溪縣人，本科，主要研究方向為GIS應用;董帥（1998-），男，河南三門峽人，本科，主要研究方向為GIS應用。