BIM和GIS技術在智慧城市建設中的應用研究

王宏瑩 （安徽審計職業學院，安徽 合肥 230601）

1 引言

住建部先后出臺《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》和《建筑信息模型施工應用標準》，對建筑界而言，BIM時代已經來臨。同時，“BIM+GIS+物聯網+云技術”是智慧城市建設最基礎的技術架構，BIM和GIS是智慧城市建設數據的重要來源。隨著智慧城市建設的深入發展，BIM和GIS從各自領域的研究逐步走向兩個領域的融合。

2 BIM和GIS技術

建筑信息模型（Building Information Modeling）即BIM是工程建筑行業的發展方向，是以城市信息內容為數據，創建城市三維室內空間模型，為該設施建設到拆除的全生命周期的所有決策提供依據、協調作業。具有可視化、協調性、模擬性、優化性、精確可控性等優點。地理信息系統（Geographic Information System）即GIS是在計算機軟硬件的支持下，對空間中地理數據進行采集、存儲、管理、運算、分析、顯示和描述。GIS技術不僅可以管理具有空間屬性的各種資源環境信息，而且可以多時期資源信息進行動態監測和分析。

BIM技術和GIS技術的區別

BIM和GIS之間有區別有聯系，二者區別見上表所示。但二者更傾向于一種互補關系，BIM系統中的數據是基于室內構建，不具有地理坐標，在導入GIS中具有坐標系空間參數的數據后，形成一個可視化的空間環境，在此運行環境中，室內建筑物也具有地理坐標，可實現與自然環境的交互對比，對建筑宏觀情況全盤掌握。BIM是GIS中的重要數據來源，BIM技術整合管理在整個簡述生命周期內的所有數據信息，使GIS實現從宏觀層面走向微觀層面，進行精細化管理。GIS的出現為智慧城市奠定了基礎，其整合管理了建筑外部地理環境信息，二者相互結合成一個附著大量城市信息數據的虛擬三維城市模型。

3 BIM和GIS應用方向

BIM和GIS技術應用領域很廣，主要在智慧三維城市構建、城市交通室內外導航、建筑設計管理、市政管網設計管理、消防規劃等諸多方面有所應用。與各自單獨技術應用相比，在建模精度、建模質量、可視化和動態化等方面均有明顯提高。

①三維城市建構

圖1 BIM技術三維建模程序

使用GIS生成具有周邊地理環境的建筑模型，通過BIM生成建筑空間信息，運用GIS和BIM建立微觀室內和宏觀路網綜合的三維城市模型，實現城市的可視化。在規劃設計城市時，由數字高程模型可模擬出地表情況，集合交通、BIM、城市其他設施等動態數據模擬出地上獨立對象?；诘乇砗偷厣隙侣穼ο笸瓿山ㄖ锸覂韧鈱ο蟮拇罱?，根據地質和地下設施對象在GIS中搭建室外及地質環境，綜合室內外對象完成數字城市模型，再根據結果進行優化設計從而為智慧城市服務。

圖2 BIM與GIS集成的智慧城市模型

②室內導航

隨著現代化進程推進，基于技術和設計的發展，越來越多的建筑物不僅造型美觀復雜，其內部構造體量巨大，構造繁復。人們的活動在室內的情況越來越多，比較容易迷失方向，因此室內導航是目前急需突破的難題，但是一般的室內定位采用的大多是建筑的電子圖或者示意圖，沒有實現三維化。物聯網數據可以接入發展成熟的GIS三維平臺，基于此可以對接BIM平臺搭建的建筑內部模型，從而實現對建筑室內定位做到真實情景的模擬。同時可以利用BIM模型對室內信息的精確描述可以完善和優化GIS已有功能，例如室內火災逃生最優路線。

③建筑設計管理

在大型公共建筑、市政基礎設施的全生命周期中，BIM的應用不再局限于設計施工階段，延伸至運維管理階段。通過融合GIS和BIM技術、結合物聯網計算機方法從而實現對整個施工全生命周期的精細化監測、實現對施工現場中質量、安全和進度多方面動態化監控。

4 BIM和GIS應用難點

建筑信息模型是基于BIM技術建立的，側重點在于工程全生命周期的建設和管理工作。GIS側重于空間地理坐標中的大范圍環境信息，二者技術的融合不僅在數據格式、數據體系、數據標準上存在差異，單體之間拓撲鏈接關系復雜，同時融合后如何做到模型輕量化也是重點難點。

①BIM和GIS數據融合

BIM和GIS軟件多樣化，數據存儲方式多樣化，輸出結果格式多樣化。二者數據如何融合最常見的做法是基于BIM到GIS數據格式轉換插件，即基于BIM軟件庫的支撐將BIM數據轉換到GIS數據庫中。BIM通常采用獨立坐標系，而GIS采用的坐標系統各種各樣，坐標轉換中無法匹配的問題、是否能應用到三維模型數據中是重點。

②模型輕量化

BIM建模通常注重單體建筑，GIS管理是整個區域或城市的數據，未來使用終端是PC機或者平板手機等，對硬件要求不高，因此模型要適當輕量化和優化。GIS具有海量多源數據，例如DEM、激光點云、傾斜攝影模型等，如何實現BIM和多源數據融合匹配，并且保證數據銜接平滑輕量是另一重點。

③單體之間拓撲鏈接關系

GIS空間數據包括三維網絡數據可以表示道路、管線之間的拓撲連接關系，BIM對象是單體建筑，單體之間的地下管線、隧道等區域性管理對象需要集成GIS來實現?？梢詰玫綇碗s的實際工程領域中，例如城市中天然氣管道或者供水管道出現爆裂，可基于三維網絡數據之間的拓撲關系分析出哪些管道受到影響、哪些閥門需要關閉。

5 總結

BIM和GIS技術的融合對智慧城市的建設是有深遠意義的，未來發展不可限量。二者從微觀和宏觀深度結合，多維度來詮釋智慧時空，真正從源頭打造智慧城市。但是在具體實施過程中還有很多重、難點需要去攻克，不同平臺不同數據格式的融合，以及人們對先進技術的要求使模型輕量化必不可少，從而要求數據格式的融通和拓撲關系的融通。