BIM與GIS融合在城市建筑設計中的應用研究

湯高峻

杭州弘利房地產開發有限公司 浙江 杭州 310000

引言

通過BIM技術進行建筑設計，可以建立統一的模型，提高設計的準確性，使設計問題得到全面的優化，因此，應用BIM技術建立建筑模型已經成為建筑設計的重要基礎。但是BIM技術也存在無法準確展現不同建筑距離的問題，受此因素影響很容易影響人們對建筑物參數的判斷，難以滿足人們對建筑物品質的于要求。而運用GIS技術建立模型，可以準確展現建筑的外形和位置信息，所以將BIM與GIS融合進行應用逐漸受到人們的廣泛關注和重視。

1 工程案例

本文以某工程為例，該項目全長18.9千米，雙向6車道，路面層內采用了雙向連續混凝土鋼筋結構。該工程發揮現代技術優勢，充分運用BIM技術建立如圖1所示的實景建模效果圖，對建筑物及其周圍邊境進行全面的分析，并建立規范的建筑設計方案。

圖1 實景建模效果圖

2 BIM與GIS的融合

將BIM與GIS進行融合，可以使兩個領域中的信息進行緊密的融合，達到及時共享的目的。BIM軟件與GIS標準具有明顯的不同，該標準并沒有對建筑物細節進行詳細的描述。隨著GIS標準的不斷完善，該標準涵蓋的數據更加多元、詳細，并且已經結合實際制定了全新的標準，逐漸開始開始實行。在這一標準的影響下，BIM與GIS進行了緊密的融合[1]。

CityGML可以對城市與地域之間的關系進行全面的梳理，并對目標的外觀和幾何等屬性進行分析和考慮。其不僅與圖形交換格式具有緊密的聯系，同時也可以在多種不同城市模型中進行應用，以提高分析結果的準確性。作為一種融合性較強的技術手段，其可以通過建立細節層次模型對三維城市的元素進行深入的分析[2]。

其中，LODO層是2.5維的數字地形模型，與影像圖相疊加；第一層為城市街區模式，可以對樓塊平面信息進行分析；而第二層可以對建筑外觀和植被對象等進行描述；第三層主要涉及到建筑結構方面，可以對建筑及其周邊交通環境進行描述；第四層可以詳細描述建筑內部的所有信息，使設計人員對建筑有整體性的了解。

通過BIM建立的建筑物數據可以為建筑設計提供準確的依據，并通過不同程序的轉換，使其成為符合對象的屬性信息，從而完成數據的處理，為BIM與GIS融合提供穩定的基礎[3]。

3 BIM與GIS融合在城市建筑設計中的應用

BIM與GIS融合后，可以進一步提高城市建筑設計效果，使設計更加精準、快速，具體體現在多方面。以下對其進行細致的分析。

3.1 建筑密度與容積率的計算

建筑密度與容積率是城市建筑設計中最為關鍵的兩個因素，對于建設者來說容積率直接決定建筑所占的比例，而對于客戶來說容積率直接影響居住的舒適感受，一個良好的建筑對于容積率有著非常嚴格的要求，其建筑密度一般不能超過50%。

通過三維測量可以得到明確的數據，為建筑密度與容積率計算提供準確的依據，使建筑不同空間面積得到合理的利用。在BIM與GIS融合后，可以建立三維空間地理信息系統中，為測量工作開展提供便利，同時可以對存在的問題進行有效的解決，例如測量距離，只需要點擊兩個端點，就可以直接顯示，減少了以往測量的煩瑣性，花費時間較少，在進行面積測量時通過點擊各頂點，就可以準確計算該區域的面積[4]。

3.2 日照分析

通過日照分析，可以使城市建筑設計與建筑方面的各項要求相統一，避免建筑在建設完成后影響光線。建筑日照分析會受到氣候區域、建筑形態方面的影響，在日照分析時需要對不同季節、不同位置的太陽照射情況進行分析，日照情況對建筑物的高度和體積等都會產生影響，只有準確計算建筑物的日照時間，在實踐中進行準確的估算，才能使建筑保持合理的間距，提高土地資源的利用效率，如果間距不合理，將會與日照法規出現差異，引發賠償問題[5]。

在BIM與GIS融合的三維空間地理信息系統中，可以充分利用BIM技術的優勢，仿真模擬日常情況。通過城市數字三維模型，可以以形象化的方式展示日照的整個過程，并對建筑遮擋情況進行科學的分析[6]。通過建筑物陰影情況，可以獲取完整的遮擋信息，進一步判斷建筑物距離的合理性，保證建筑物規劃設計的準確性提供參考。

3.3 通視分析

在城市建筑規劃設計中，為了避免對周圍環境造成破壞，提高景觀的美觀性，需要合理控制周圍建筑物的高度。只有對周邊建筑物進行分析，才能保證城市建筑與周邊建筑物高度保持協調。同時，分析就是以某一點作為觀察，對某一區域的通視情況進行科學的分析[7]。通過透視分析，可以對建筑物的待定位置與高度進行確定。同時，在分析時需要將建筑物與周邊環境進行緊密的結合，綜合性的分析。在BIM與GIS融合的三維空間地理信息系統中，也可以對其進行比較。為了提高分析的準確性，需要將BIM與GIS進行緊密的融合，并建立統一的模型，全面檢查通視結果的準確性，并深入進行分析和研究，以不同顏色代表不同的區域。

3.4 建筑設計方案對比分析

好的設計方案需要花費大量的時間，從多方面滿足總體規劃與建設方面的要求，并對不同方案進行比較和分析，從中選擇最為合理的設計方案。以往進行方案設計需要在二維平面中進行，二維平面空間有限，建筑物空間信息不能準確展示。在BIM與GIS融合系統中，可以使設計方案涵蓋更加廣泛的信息，并科學計算建筑密度與容積率。通過不同方面的分析為專家設計方案提供準確的依據，從而對比分析出最為合理的方案，通過BIM技術建立模型，可以準確展示建筑物的實際信息，并對建筑物的變化情況進行分析，模擬設計方面的要求，對設計合理性進行檢驗，避免設計不合理影響城市建筑的順利施工。

采用無人機加實景建模，可以對建筑周邊環境與地形地貌進行還原，保證周邊環境與地形地貌的真實性，與后期三維模型相結合，可以對不同方案存在的問題有及時的了解，全面改進和優化設計方案中存在的問題，具體如圖2所示。

圖2 實物模型真實還原現狀

3.5 控制建筑空間信息成本

BIM技術可以準確展示建筑物的所有信息，是城市建筑的微觀個體。GIS則可以從整體方面對城市基礎設施、建筑外部信息等進行明確的管理，BIM與GIS技術融合可以為城市建筑物發展提供重要的支持。

BIM與GIS集成可以充分利用三維模型，為建筑設計提供數據方面的支持。由于城市建筑類型比較多元化，如果只是以航測進行拍攝，后期煩瑣性較強，如果采用雷達進行掃描，不僅需要花費大量的時間，成本也比較高。同時建筑模型無法對室內信息進行模擬和分析，而通過BIM技術可以在三維空間建立模型，對地下管線情況進行全面的展示，獲取詳細的內部空間信息，并及時分享和傳遞信息，使設計人員可以根據信息合理布線。在三維GIS分析中進行應用，可以合理控制建筑空間信息成本，避免建筑空間信息獲取花費較多的時間，增加投入資金。

3.6 建筑選址、施工中進行應用

通過集成應用，可以充分發揮兩種技術的優勢。在項目決策階段，通過兩種技術的融合，可以為決策者提供準確的依據，使決策者可以對場地使用條件等信息有清晰的了解，準確選擇城市建筑的位置。在建筑施工階段，可以及時了解設備運行情況，保證設備的穩定性能。從城市建筑設計需求出發，以BIM工作方法為基礎，從設計到施工等不同階段進行全壽命周期計劃。在設計階段合理安排建筑結構、水電等進出線路，解決協作設計方面的問題。在施工階段，設備購買和施工進度安排等，建立每日施工模型，對施工情況進行全范圍的監控，遠程控制，保持施工的協調性，使施工風險因素可以及時規避和發現，避免施工成本的增加。

排水供電是城市建筑設計可以運行的重要基礎，對建筑安全產生直接影響，為了提高建筑的美觀和安全性，需要合理布設管線。管線的合理布置可以為排水系統提供有力的支撐。以往管線設計需要在二維平面中進行，設計師很難對設計管線存在的問題有所了解，無法準確估計成本，導致建筑設計效果，始終不理想。BIM技術在協同設計、管道綜合等方面都具有重要的優勢。通過建立統一的模型，可以使建筑設計工作更加簡單，強化協同的有效性。使排水系統設計人員可以根據正確的修改意見，合理優化設計，提高協同設計質量。

4 結束語

綜上所述，在BIM與GIS融合的過程中，可以建立穩定的集成系統，通過 系統的三維測量模塊可以對建筑面積進行準確的計算，保證各項建筑設計參數的準確性。通過日照分析可以對建筑物受日照的情況有清晰的了解；也可以對建筑設計方案進行比較，從中選擇最為合理的方案進行建設。所以，也可以說BIM與GIS融合系統內可以對城市建設設計提供輔助。