基于BIM+GIS技術(shù)的深圳市城市更新智慧化管理研究
——以“工改工”拆除重建類項目為例

文/ 張繼鵬 丁曉欣 張春朋

一、引言

深圳經(jīng)過40余年的改革發(fā)展，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)社會和文化發(fā)展的奇跡，成為引領(lǐng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)兵。然而，深圳在經(jīng)濟(jì)騰飛的同時，也較早地面臨土地資源難以為繼的人地矛盾，目前僅剩不足20平方公里的增量建設(shè)用地，只能通過城市更新、棚戶區(qū)改造等途徑對土地進(jìn)行二次開發(fā)。自2009年深圳市政府發(fā)布《深圳市城市更新辦法》以來，深圳城市更新經(jīng)歷了高速發(fā)展的十年，在全國城市更新的浪潮中一直屹立潮頭。但在新形勢下，深圳城市更新的發(fā)展逐漸進(jìn)入瓶頸期，較為粗獷的更新手段已不符合先進(jìn)示范區(qū)的角色定位要求，亟需加強(qiáng)城市更新全流程智慧化管理，進(jìn)一步推行BIM和GIS技術(shù)在城市更新關(guān)鍵環(huán)節(jié)的落地應(yīng)用。“工改工”作為目前深圳城市更新最活躍的項目類型，由于權(quán)利主體單一、補(bǔ)繳地價較低、工業(yè)區(qū)塊較多等利好，引來了開發(fā)商的投資熱潮。相較城市更新中的“城中村”改造，“工改工”項目更加注重產(chǎn)品的規(guī)劃設(shè)計與運維階段的資產(chǎn)管理，對BIM+GIS技術(shù)的應(yīng)用需求更加旺盛。此外，深圳在2018年以來對城市更新“工改工”項目進(jìn)行全流程監(jiān)管，鼓勵開發(fā)商對建設(shè)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)自持經(jīng)營，從建設(shè)到銷售的高周轉(zhuǎn)現(xiàn)金流模式被阻斷，開發(fā)商只有在城市更新的實施過程中不斷精耕細(xì)作，利用BIM和GIS技術(shù)對城市更新各個環(huán)節(jié)進(jìn)行智慧化的更新管理，才能在艱難竭蹶的市場困局中取得競爭優(yōu)勢。

二、深圳城市發(fā)展背景下的“城市更新”概念

深圳語境下的城市更新，是對不符合城市規(guī)劃要求或土地利用效率低下的城中村、舊屋村、舊住宅區(qū)、舊工業(yè)區(qū)、舊商業(yè)區(qū)等通過拆除重建、功能改變、綜合整治的方式進(jìn)行更新改造，盤活存量資產(chǎn)，完善城市功能，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。在城市更新項目的實施過程中，深圳主要以拆除重建類為主，且政府、權(quán)利主體、市場主體均參與其中，故成為三類城市更新活動中改造面最廣、程序最復(fù)雜、改造強(qiáng)度最大，同時也是最具有代表性、最受關(guān)注的更新活動。在項目實踐過程中，遵循“政府引導(dǎo)，市場運作”的原則，開發(fā)商作為項目實施主體，往往承擔(dān)項目前期評估、計劃申報、規(guī)劃編制、搬遷補(bǔ)償、土地出讓、開發(fā)運營等工作。因此，可以將深圳的城市更新歸為“市場主導(dǎo)類”，從而區(qū)別于大多數(shù)城市的舊城改造與城市更新(圖1)。

根據(jù)深圳城市更新“十三五”規(guī)劃要求，“城中村”與舊工業(yè)區(qū)改造計劃占比九成，尤其要合理地提高“工改工”的比例，將大量舊工業(yè)區(qū)升級改造為空間形態(tài)包括產(chǎn)業(yè)用房、配套公寓、小型商業(yè)等多元化物業(yè)形態(tài)的新興產(chǎn)業(yè)園。深圳市城市更新自2009年正式實施以來，在諸多項目類型中“工改”計劃立項數(shù)量力壓“村改”。而在“工改”類型中，“工改工”項目的計劃立項數(shù)量在2019年前始終獨占鰲頭。2019年，隨著“工改工”進(jìn)入管制階段，“工改綜合”計劃立項數(shù)量快速攀升，“工改工”作為推動深圳產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的重要引擎，在當(dāng)前面臨著轉(zhuǎn)型調(diào)整難題，開發(fā)商唯有轉(zhuǎn)變發(fā)展思路，在城市更新的各個階段推行精細(xì)化、智慧化更新，實現(xiàn)房地產(chǎn)開發(fā)商到城市運營商的轉(zhuǎn)變，才能在城市更新的激烈競爭中保持競爭優(yōu)勢。

三、相關(guān)BIM技術(shù)和GIS技術(shù)概述

（一）國內(nèi)外主流BIM和GIS軟件介紹

圖1 深圳拆除重建類城市更新基本運作流程圖

BIM技術(shù)通過連接建筑生命期（規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行）不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，對工程對象進(jìn)行完整描述，支持建筑生命期動態(tài)的工程信息創(chuàng)建、管理和共享，可被建設(shè)項目各參與方普遍使用。目前，國內(nèi)外已經(jīng)形成了包括Revit系列軟件、Bentley系列軟件、ArchiCAD系列軟件、天寶的Tekla系列軟件、達(dá)索的CATIA系列軟件、廣聯(lián)達(dá)的MagiCAD系列軟件等在內(nèi)的貫穿建筑全生命周期的BIM生態(tài)鏈。

GIS技術(shù)是一種特定的空間信息系統(tǒng)，在計算機(jī)軟硬件的支持下對地球表層空間的地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、分析和描述。目前，GIS軟件以國外的ArcGIS和國內(nèi)的MapGIS、SuperMap GIS為主流。其中，ArcGIS和SuperMap在與BIM軟件的交互中具備良好的兼容性，在目前BIM+GIS深度融合的技術(shù)浪潮中各領(lǐng)風(fēng)騷。

（二） BIM+GIS融合管理平臺的發(fā)展現(xiàn)狀

BIM被用來整合與管理建筑物全生命周期的信息，GIS則被用來整合及管理建筑外部環(huán)境信息，二者具有天然的互補(bǔ)關(guān)系。目前，國內(nèi)外都在加快研發(fā)BIM+GIS的融合平臺，其中Esri研發(fā)的ArcGIS Pro與國內(nèi)超圖研發(fā)的SuperMap有效克服了跨界融合中遇到的技術(shù)難點，走在了BIM+GIS深度融合的技術(shù)前沿。Esri和 Autodesk合作建立緊密集成的GIS和BIM工作流程，在ArcGIS系統(tǒng)中捕獲的空間和屬性數(shù)據(jù)與Autodesk設(shè)計軟件中3D BIM模型的信息之間建立聯(lián)系，ArcGIS Pro為Autodesk Revit提供直接讀取功能，以便將BIM信息引入GIS平臺的工作流程。起初，ArcGIS Desktop只能使用IFC文件讀取BIM信息，但軟件壁壘和IFC文件格式在數(shù)據(jù)交換中的局限性導(dǎo)致BIM模型中的大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失，大大削弱了集成平臺的作用。最新發(fā)布ArcGIS Pro 2.2有效補(bǔ)齊了這一短板，利用數(shù)據(jù)導(dǎo)出插件建立了RVT文件與ArcGIS Pro的傳輸路徑，加強(qiáng)了ArcGIS Pro對Revit模型信息讀取的完整性與穩(wěn)定性。相較ArcGIS Pro，SuperMap與BIM軟件的交互融合范圍更廣，不僅僅是對接Autodesk的Revit軟件，SuperMap還率先在三維GIS平臺中實現(xiàn)了對全部主流BIM設(shè)計軟件(Revit、Bentley、CATIA)的原生無損接入，成功研發(fā)了Revit、Bentley、CATIA三款BIM設(shè)計軟件的數(shù)據(jù)導(dǎo)出插件，實現(xiàn)了一鍵式導(dǎo)入RVT、dgn、CATProduct等BIM模型格式數(shù)據(jù)，研發(fā)了BIM與GIS數(shù)據(jù)接口的跨領(lǐng)域無縫銜接、BIM數(shù)據(jù)到GIS平臺厘米級精準(zhǔn)匹配、超百萬級BIM模型實時繪制等關(guān)鍵技術(shù)，為BIM+GIS應(yīng)用提供了有力的技術(shù)與平臺支撐，在場地分析、規(guī)劃審批、交通分析、既有建筑改造、建筑與外部環(huán)境協(xié)同設(shè)計等方面形成了較大的應(yīng)用價值。因此，筆者選取SuperMap平臺作為GIS工具與BIM軟件進(jìn)行深度融合，將BIM、傾斜攝影、地形、影像等各類數(shù)據(jù)融合匹配，探索兩者的結(jié)合功能在深圳城市更新中的實際應(yīng)用價值(圖2）。

四、城市更新中BIM+GIS技術(shù)的應(yīng)用方法

（一）前期評估與計劃申報階段

前期意愿征集及計劃申報是深圳城市更新必須進(jìn)行的首要環(huán)節(jié)。在此階段，除了完成對更新片區(qū)權(quán)利主體的意愿征集外，還需要對地塊更新的必要性與發(fā)展?jié)摿ψ鞒隹茖W(xué)嚴(yán)密的評估測證，并上報區(qū)城市更新部門核實審批。根據(jù)深圳城市更新“政府引導(dǎo)，市場運作”的原則，房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)往往在前期評估與計劃立項階段即作為申報主體提前介入，承擔(dān)城市更新單元的研判工作。根據(jù)深圳城市更新單元的擬定條件，房地產(chǎn)企業(yè)需要成立專業(yè)的團(tuán)隊，利用SuperMap的城市設(shè)計數(shù)字化平臺，對傾斜攝影、地形、影像等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配融合，集成地上與地下城市要素實體，對擬更新地塊的交通區(qū)位、擬拆除面積、建筑風(fēng)貌、公共設(shè)施、生態(tài)控制線等土地現(xiàn)狀以及發(fā)展?jié)摿M(jìn)行準(zhǔn)確而直觀的分析，向房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)和權(quán)利主體提供重要的參考依據(jù)。在向區(qū)城市更新部門進(jìn)行計劃申報時，申報主體可利用城市設(shè)計數(shù)字化平臺的數(shù)字化沙盤系統(tǒng)提供統(tǒng)一的空間基礎(chǔ)，清晰準(zhǔn)確地表達(dá)土地利用的現(xiàn)狀，輔助編制更新單元范圍圖、建筑物信息圖等申報材料。同時，這也有助于城市更新部門提升審批效率。

圖2 SuperMap BIM 導(dǎo)出插件

（二）城市更新單元規(guī)劃編制階段

項目納入城市更新單元計劃后，申報主體需完成更新改造范圍內(nèi)土地及建筑物核查匯總，結(jié)合核查結(jié)果，委托規(guī)劃設(shè)計資質(zhì)單位開展更新單元的規(guī)劃編制工作，并按照相關(guān)流程進(jìn)行申報并獲得審批。城市更新單元規(guī)劃需要依據(jù)城市總體規(guī)劃確定的規(guī)劃用地布局、用地現(xiàn)狀、改造需求等確定城市更新的地塊范圍，對改造項目的用地性質(zhì)、公共設(shè)施建設(shè)、開發(fā)強(qiáng)度控制等內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，為下一層次的開發(fā)建設(shè)行動提供依據(jù)。規(guī)劃編制成果包括技術(shù)文件和管理文件，技術(shù)文件是編制管理文件的技術(shù)支撐。其中，技術(shù)圖紙作為整個技術(shù)文件的理論基礎(chǔ)和依據(jù)，直接影響著整個城市更新單元規(guī)劃管控體系的功能發(fā)揮。基于BIM+GIS的SuperMap城市設(shè)計數(shù)字化平臺具有城市設(shè)計數(shù)字化沙盤系統(tǒng)、規(guī)劃成果專題圖系統(tǒng)、城市設(shè)計輔助決策系統(tǒng)等三大業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可加載BIM、傾斜攝影模型、影像、精模、地下管線、地形、動態(tài)水面、場模型等多源數(shù)據(jù)，提供實用的三維量測及三維空間分析功能，包括距離量測和面積量測、日照分析、剖面分析、坡度分析、可視域分析、天際線分析等三維空間分析功能，可用于繪制拆除與建設(shè)用地范圍圖、地塊劃分與指標(biāo)控制圖、市政工程規(guī)劃圖、日照分析圖等16種技術(shù)圖紙，增強(qiáng)了規(guī)劃編制過程中技術(shù)圖紙的科學(xué)合理性。在審批階段利用數(shù)字化沙盤系統(tǒng)和專題圖展示系統(tǒng)可生動形象地展示規(guī)劃成果，能在一定程度上提升規(guī)劃審批的效率與成功率，也有利于后續(xù)搬遷補(bǔ)償方案的制訂與實施。

（三）建筑物拆除與設(shè)計階段

城市更新單元規(guī)劃經(jīng)區(qū)城市更新部門審批通過后，房地產(chǎn)開發(fā)主體便可著手于搬遷補(bǔ)償協(xié)議的達(dá)成。在與城市更新單元范圍內(nèi)所有權(quán)利主體達(dá)成100%的簽約率后，其便獲得了單一實施主體資格，而后是對更新單元內(nèi)的建筑物進(jìn)行拆除以及對建筑方案進(jìn)行設(shè)計。

1.BIM+GIS技術(shù)在建筑物拆除中的應(yīng)用。在城市更新單元內(nèi)的大型項目拆除過程中，將擬拆除的建筑物BIM模型以及該區(qū)域的影像、傾斜攝影模型等GIS信息在SuperMap平臺中加以匹配融合，便可以同時提供BIM模型中的材料信息以及GIS的地理空間分析，藉此輔助爆破點的定位以及廢棄品的數(shù)量估算、分類、裝載與運輸，這可大大提升建筑物拆除的速度與安全性。

2.新建工程模型創(chuàng)建。在當(dāng)前我國BIM技術(shù)無法實現(xiàn)正向設(shè)計的情況下，BIM團(tuán)隊一般以設(shè)計院提供的施工圖紙作為底圖，利用Revit、Bentley等軟件進(jìn)行翻模。首先組建專業(yè)化的BIM團(tuán)隊，細(xì)化為土建、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、市政、動畫、內(nèi)裝等小組。按照項目的技術(shù)規(guī)范統(tǒng)一軟件版本、命名規(guī)則、色彩規(guī)則與實施計劃，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化協(xié)同建模。其次，若發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及樓面標(biāo)高錯誤等圖紙問題，應(yīng)以BIM模型為對象進(jìn)行錯誤統(tǒng)計，及時生成TQ報告并研究解決方案。第三，在建模過程中，應(yīng)及時將BIM模型的地下管線導(dǎo)入SuperMap平臺中進(jìn)行地理空間定位和糾偏。SuperMap具備七參數(shù)轉(zhuǎn)換功能，方便工程坐標(biāo)系下的BIM模型自動匹配到地理坐標(biāo)系，可以更直觀地在宏觀場景中設(shè)計建筑、道路等。

3.管線綜合及優(yōu)化。利用Revit進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)機(jī)電全專業(yè)建模后，將各專業(yè)的BIM模型進(jìn)行綜合疊加，會發(fā)現(xiàn)各專業(yè)間以及機(jī)電內(nèi)部的管線有大量重合及碰撞，這是二維CAD圖紙中管線表達(dá)的局限性所致。將模型導(dǎo)入Navisworks中進(jìn)行碰撞檢測，會發(fā)現(xiàn)大量復(fù)雜管線的碰撞沖突。機(jī)電小組根據(jù)標(biāo)注的檢測結(jié)果，利用Revit對機(jī)電模型進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，出具深化設(shè)計圖、凈高分析圖和結(jié)構(gòu)流動圖，輔助設(shè)計院優(yōu)化設(shè)計，減少設(shè)計變更(圖3）。

4.渲染圖及動畫漫游制作。在創(chuàng)建和優(yōu)化模型后，進(jìn)入建筑的場景布置及渲染階段。把BIM模型導(dǎo)入即時渲染軟件Lumion中，結(jié)合規(guī)劃編制階段確定的更新單元規(guī)劃要求，在Lumion中創(chuàng)建相應(yīng)場景和市政設(shè)施，并制作渲染圖、VR全景圖以及視頻動畫，必要時借助PS和PR軟件進(jìn)行剪輯與深加工，最終可以通過AR進(jìn)行虛擬仿真展示，充分表達(dá)設(shè)計意圖，這也有益于產(chǎn)品銷售與招租。

圖3 利用Revit進(jìn)行管線綜合優(yōu)化

5.工程量統(tǒng)計。項目引入廣聯(lián)達(dá)鋼筋算量，將設(shè)計好的BIM模型通過數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入算量軟件，使用默認(rèn)的扣減規(guī)則，進(jìn)行工程量統(tǒng)計，并輸出實物工程量、分樓層匯總表。

（四）施工控制階段

SuperMap利用BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能化等多項關(guān)鍵技術(shù)，集成項目管理、視頻管理、物聯(lián)網(wǎng)平臺等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，整合建筑BIM模型數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，構(gòu)建BIM+ERP的大一統(tǒng)智慧建設(shè)平臺，實現(xiàn)對建筑工程的精細(xì)化管理和對現(xiàn)場環(huán)境、安全、質(zhì)量、進(jìn)度等的全方位監(jiān)控與智能化管理。BIM監(jiān)管平臺通過前期預(yù)判、過程記錄、事后追溯實現(xiàn)全建造過程的管理，其主要功能包括進(jìn)度管理子系統(tǒng)、勞務(wù)子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、大型設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)等。

（五）運維管理階段

通過城市更新成功改造的新型產(chǎn)業(yè)園，可以采用基于SuperMap三維插件客戶端產(chǎn)品和三維移動端產(chǎn)品研制的運維平臺。平臺以運營數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺為數(shù)據(jù)支撐，通過三維場景展示建筑BIM模型，同時將BIM模型管理、流程管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、BIM運營維護(hù)管理、能源管理、物業(yè)管理、應(yīng)急管理等功能模塊疊加在BIM模型上，通過三維可視化的方式向管理人員提供直觀的管理手段。平臺采用目前最流行的B/S架構(gòu)結(jié)合APP的方式，通過大屏聯(lián)動、手機(jī)端使用等方式，滿足不同管理角色用戶的使用需求。各應(yīng)用均基于BIM模型，結(jié)合各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，包括靜態(tài)資料及動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，十分適合城市更新“工改工”項目的資產(chǎn)運營管理。

五、結(jié)論

在城市更新全過程貫穿BIM+GIS的智慧化理念，是落實深圳市政府深入推進(jìn)城市更新工作促進(jìn)城市高質(zhì)量發(fā)展要求的重要舉措，目前已經(jīng)在部分更新改造項目中取得了初步的應(yīng)用成效，但是大部分的BIM+GIS應(yīng)用方法依然停留在理論構(gòu)建的層次，無法在城市更新項目實踐層面實現(xiàn)預(yù)期的價值，甚至無法落地應(yīng)用。究其原因，主要存在以下三個方面的技術(shù)問題。

1.BIM技術(shù)的應(yīng)用是貫徹實施BIM+GIS智慧化更新方法的基礎(chǔ)工具，然而，目前國內(nèi)由于BIM技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)不完善、數(shù)據(jù)交換受限等原因，BIM暫時無法實現(xiàn)正向設(shè)計和“一模多用”，依然沿襲對CAD二維圖紙進(jìn)行翻模的方式，BIM的絕大部分應(yīng)用依然是空中樓閣，僅在機(jī)電的深化設(shè)計方面創(chuàng)造有限的價值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法實現(xiàn)全生命周期尤其是運維階段的管理價值。

2.雖然近年來BIM與GIS技術(shù)在互相融合層面不斷突破技術(shù)瓶頸，在某些工程中創(chuàng)造了真實有效的應(yīng)用價值，但依然面臨著諸多挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步完善BIM模型輕量化、BIM模型與GIS平臺匹配度、BIM單體之間的鏈接網(wǎng)絡(luò)表示、三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、三維空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)完善、多終端支持BIM+GIS等功能。

3.大部分城市更新項目的申報主體與實施主體缺乏智慧化、精細(xì)化的更新理念，仍然秉持傳統(tǒng)的舊改手段，沒有意識到新方法、新技術(shù)的潛在價值。隨著深圳市政府利用政策工具進(jìn)行推廣BIM+GIS技術(shù)，未來會有更加廣闊的應(yīng)用前景。