基于BIM-GIS技術融合的智慧校園建設

舒菁英

高校是為企業和社會輸送人才的，2010年IBM正式提出“智慧城市”的愿景。根據《“十三五”智慧城市總體規劃（2016～2020）》統計，全國69%以上的地級城市要建設智慧城市。“智慧校園”既是“智慧城市”的縮影，又是“智慧城市”的子系統之一，是由相關標準性的建筑物或建筑群體組成，并利用先進的信息網絡技術整合系統的方式來運行。人們對于三維場景的需求日益增加，如何使用信息系統更好地為人們的生活服務是當今亟需解決的問題。校園的可視化及智慧校園的建設已經成為必不可擋的趨勢。智慧校園的建設，既可以提高教學管理水平，又可以促進教育事業的發展，具有十分重要的意義。用于智慧校園建模的Revit軟件由Autodesk公司開發，在建筑領域運用極為廣泛，具有可視化的功能。該軟件具有操作簡便、材質豐富、自帶多種族庫等功能，可以進行渲染和制作漫游動畫，是目前國內外用于建筑建模的主流軟件。該軟件還可以實現工作共享，整個課題團隊可以共享一個建筑信息模型。ArcGIS可以制作地圖、管理空間數據、分析空間、整合信息等功能。

一、國內外研究現狀

1.國內研究現狀。李平則（2018年）以高校、教師業績、學生成長檔案管理平臺為基礎，探討智慧校園的建設。從信息化、智能化和人性化探討校園管理，從教育屬性的視角探究智慧校園的管理機制。王娟、孫妮（2018年）通過Citespace等工具分析發現，目前校園卡、數據中心、物聯網、云計算、無線傳感設備等技術是國內智慧校園的聚焦點，主要是在物理層面。

2.國外研究現狀。智慧城市是運用高度發展的信息技術來整合與運用信息資源，它包含智慧信息、智慧工業、智慧服務、智慧管理以及智慧生活（Kim等，2017年）。Renata（2017年）研究了歐洲的兩座智慧城市：阿姆斯特丹與熱那亞。前者第一個全面推行智慧城市，后者擁有歐洲最多數目的智慧城市項目并致力于整合這些項目。日本面臨著人口老齡化，疾病纏繞以及能源過度依賴等問題，亟須一種方式最佳的城市規劃方式來整合所有的部門。智慧城市具有高度發展的信息及交流技術，有望可以解決城市規劃發展的問題。基于BIM～GIS的技術融合，實現最佳的城市能源基礎設施建設。（Shinji等，2017年）

二、智慧校園實現的技術流程

智慧校園的構建，校園三維建模時關鍵。三維建模是智慧校園的基礎，是實現校園可視化的前提。通過建立三維校園，可以呈現較為真實的校園場景。三維校園的核心是獲取建筑信息，信息的詳細程度將影響智慧校園的可視化狀況。

本研究在獲取CAD底圖的基礎上，運用BIM主流軟件Revit進行校園三維模型的建設，將BIM模型導出，實現輕量化，再運用Arcgis將建筑模型串聯起來，形成一個整體。

基于BIM～GIS的智慧校園，將有效集成存儲資料，為師生與訪客提供一個全面的智能感知空間，對校園建筑進行可視化定位及提供信息查詢服務。

數據是三維建模的基礎，校園建筑的三維模型是建立在材質、尺寸等數據的基礎上的。數據的精確度將影響模型建立的準確度。在智慧校園模型建立過程，涉及的數據主要有：（1）總平面圖：本論文采用1：1500的總平面圖;（2）校園建筑物的材質、尺寸等數據。

三、利用Revit對校園建筑進行三維建模

智慧校園三維建模的步驟包括以下幾個部分：導入CAD底圖，完成三維模型建立，導出模型，實現模型輕量化。本論文采用1：500的各建筑平面圖、立面圖以及剖面圖。

1.導入底圖數據。建筑物是智慧校園構建的基礎，首先需要將各建筑物的CAD底圖數據分別導入到Revit當中。導入前，將單位設置為米，這樣可以保證Revit建模與CAD圖紙的單位保持一致。其次是道路、草地、水池等建筑環境的底圖數據，并且賦予材質信息。

2.三維實體建模。運用Revit軟件建模過程中，可以先創建標高與軸網，再在此基礎上創建墻體、樓板、屋面以及門窗等構件;也可以先建立概念體量模型，再根據概念體量生成標高、墻體、門窗、樓板等三維構件模型，最后再加軸網、尺寸標注等注釋信息，完成整個項目。兩種方法異曲同工，本研究是以第一種對智慧校園建筑物進行建模，這也符合國內絕大多數建筑物建模的繪制流程。

在建模過程中，各類門窗、散水以及臺階需要單獨建族。以推拉窗族為例，選擇Revit族庫中自帶的公制窗樣板文件，繪制外部窗框輪廓再進行拉伸，以及玻璃的繪制和拉伸，并定義窗框以及玻璃的材質。

通過BIM技術將該學校的建筑空間信息，包括結構、設備、面積、體積、空間劃分等信息整合到Revit三維模型中。通過對模型進行漫游、相機以及查詢屬性信息等操作，可以實時動態地查看實體三維模型信息。

四、三維模型與GIS平臺的融合

智慧校園的實現須依據Arcgis的平臺實現瀏覽、查詢等功能。校園三維場景建完后，將其導入到ArcGIS中，實現室外大環境與室內精細環境的統一，從而建立智慧校園的智能平臺，使之能夠進行空間分析、空間查詢以及數據統計。

1.打造智能空間。 為學校的老師、學生以及來訪的客人提供一個全面的可感知得智能空間，對校園建筑進行可視化定位及提供信息查詢服務。在BIM～GIS融合中看到的校園，不是一個平面圖形，而是可以進入建筑體內參觀的，了解內部空間構造。比如，在查閱報考信息時，考生可以通過BIM～GIS搭建的智慧校園平臺，感知校園環境，為填報志愿做準備。入學后，可以通過該平臺查閱教學樓、圖書館地導航路線，更好地融入校園生活。

2.實現智能管理。運用BIM與GIS技術，可以把校園建筑物、道路、設備等信息融合在一起，創建面向學生、教師、校園管理者的服務系統，服務系統圍繞運營管理、基礎設施以及物業管理而開展。通過數據集成，可以使得各個部門在同一平臺上分工協作，實現智能管理。校園智能管理包括市政、樓宇、應急管理等。點擊任意一個子功能，系統將會定位其中的設施位置，并顯示相關信息，查看實時監控畫面等實時信息。同時，通過綜合服務平臺，實現學校與外部環境的智能交流。

3.能夠智能交流。通過BIM與GIS技術的構建的系統，形成交流平臺。通過這一平臺，實現部門之間以及校內外的有效溝通。

五、結語

通過ArcGIS軟件與Revit軟件相結合，實現了湖南某高校的校園場景的可視化。通過虛擬構建智慧校園，實現了地理數據與建筑信息的統一，可以直觀地展現校園場景，還能查詢信息，提高辦事效率，有助于校園地運維管理。本文在智慧校園三維模型構建過程中，再運用Revit軟件建模。再將BIM模型導入ArcGis中，從而實現了BIM與GIS的技術融合。系統的開發，可以為校園管理者、師生以及外來參觀與辦事人員進行服務。[湖南省教育廳課題：基于BIM-GIS技術融合的智慧校園建設探討（課題編號：18C1423）]