“BIM+GIS”在水利工程運(yùn)行管理中的應(yīng)用價值及分析

姜 文，王輝明，王祥林

（新疆大學(xué) 建筑工程學(xué)院，烏魯木齊 830046）

0 引言

在傳統(tǒng)建筑行業(yè)的背景下，BIM＋GIS 技術(shù)的提出與出現(xiàn)對整個工程技術(shù)領(lǐng)域是具有變革性的意義。目前，BIM 技術(shù)在工程領(lǐng)域的運(yùn)用主要集中在仿真建模上，而在項目建成運(yùn)行后的管理中卻很少提及。因此，對該技術(shù)在水利工程運(yùn)行管理中的研究探索就很有必要，借助此技術(shù)的引入，可以有效解決傳統(tǒng)水利工程運(yùn)行管理難的問題。同時，通過BIM＋GIS 技術(shù)提升工程運(yùn)行管理的水平，提高該技術(shù)在水利工程運(yùn)行管理中的應(yīng)用效率和使用價值，也是實現(xiàn)水利工程有效運(yùn)行管理的重要手段之一。同時，水利工程與其他項目工程存在較大的差異，其特點(diǎn)普遍具有規(guī)模大、建設(shè)周期長、投資高、施工條件復(fù)雜等，而在水利工程的日常管理當(dāng)中，能否將管理方法和科學(xué)技術(shù)緊密地結(jié)合在一起就顯得至關(guān)重要，但其在建成交付使用后卻依舊依賴于管理從業(yè)人員長年積累的自身經(jīng)驗，由于從業(yè)人員使用傳統(tǒng)的水利工程運(yùn)行管理方法存在著很大的局限性，因此傳統(tǒng)管理方法很難做到全面細(xì)致的管理。

1 BIM 和GIS 技術(shù)的研究背景

隨著BIM＋GIS 集成技術(shù)的日漸完善，業(yè)內(nèi)學(xué)者們的關(guān)注度逐步升高，也有越來越多的學(xué)者開始對其進(jìn)行研究。在水利建筑領(lǐng)域，BIM 包含了從一開始的建筑設(shè)計到最后交付運(yùn)行的整個生命周期中的各類信息集，GIS 是在構(gòu)建的三維模型中包含了詳細(xì)的地理空間信息等，在BIM 和GIS 融合方面則是主要研究如何將水利工程模型與流域詳細(xì)的地理空間信息有機(jī)結(jié)合在一起。

BIM 屬于設(shè)計、建筑施工和施工設(shè)施管理領(lǐng)域，而GIS 屬于集匯總、存儲、檢索、表達(dá)的地理空間信息服務(wù)領(lǐng)域，而且兩個軟件數(shù)據(jù)輸出的技術(shù)與格式不相同也不相通，如果要將兩個本不是同一領(lǐng)域的軟件融合在一起使用，那首先需要考慮的問題便如何做到讓兩個軟件不同數(shù)據(jù)類型之間互通適用。2017年11 月，Autodesk 和ESRI 兩家公司針對BIM 與GIS 的開發(fā)使用開始聯(lián)手合作，這對研究BIM 和GIS 融合技術(shù)的學(xué)者來說是個令人振奮的消息，因為兩家公司的合作對進(jìn)一步研究BIM 和GIS 的結(jié)合提供了更多可能性和支持，而對于水利工程管理行業(yè)來說，BIM＋GIS 技術(shù)的更好集成使其管理水平又踏上了一個新的高度。

2 水利工程運(yùn)行管理中BIM＋GIS 技術(shù)的應(yīng)用價值

與傳統(tǒng)工程管理方式相比較，BIM＋GIS 技術(shù)的核心就是將包含工程信息的建筑模型與可對周邊地理環(huán)境進(jìn)行分析的空間信息模型相結(jié)合，以三維可視化模型為基礎(chǔ)的數(shù)字化管理體系，這將可以使我們從整個流域的角度來看待水工建筑物的管理模式是否更加科學(xué)合理。該技術(shù)的應(yīng)用不但滿足多維數(shù)據(jù)的集成而且還可以進(jìn)行遭遇洪水模擬等測試，可以讓管理人員一目了然。BIM 和GIS 將成為未來水利工程管理發(fā)展的主要使用手段，而兩者的結(jié)合也將會在水利工程運(yùn)行管理中發(fā)揮更為重要的作用。

2.1 基于BIM 技術(shù)的建模

近年來，隨著建筑信息技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，BIM 將成為下一代建筑行業(yè)的新興技術(shù)已被全世界所公認(rèn)。BIM 技術(shù)是依托傳統(tǒng)建筑施工技術(shù)為基礎(chǔ)，將數(shù)字信息化和模型可視化表達(dá)相結(jié)合，從項目一開始的策劃、可行性研究、決策、設(shè)計、施工、項目交付驗收到項目的后期運(yùn)營和維護(hù)等各個方面的信息集成，貫穿項目的整個生命周期，不但提高了社會效益和環(huán)境效益，而且提高了項目工程經(jīng)濟(jì)效益。BIM 技術(shù)因其帶有建筑屬性的3D 可視化功能在大型水利項目管理中扮演著重要的角色，其為管理者帶來的效益與便利從項目之初的設(shè)計持續(xù)到最后的運(yùn)行管理。目前市面上基于BIM 技術(shù)的三維應(yīng)用軟件種類有很多，其中Autodesk 公司的Revit 憑借在民用建筑市場AutoCAD 已被廣為接受使用的優(yōu)勢，相對來說他的市場占有率和接受度要更高一些。Revit 建模是基于三維環(huán)境的，不同于傳統(tǒng)建筑模型，BIM 模型賦予了模型參數(shù)信息，使得工程在后期可視化管理時可以隨時調(diào)閱信息數(shù)據(jù)，為工程管理帶來了更加方便快捷的模式。

2.2 基于三維GIS 的建模

GIS 技術(shù)是近年逐漸發(fā)展起來的一門依托地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，用于采集、管理、檢索和表達(dá)，分析和處理大量地理數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。而構(gòu)造三維地理信息系統(tǒng)，則是GIS 技術(shù)目前和未來的主要發(fā)展方向之一。市面上現(xiàn)有的大部分?jǐn)?shù)字建模軟件都是基于三維GIS 平臺完成的，常見的有AutoCAD、MapGIS、Sketchup 等軟件，都可以實現(xiàn)在沙盤內(nèi)對空間模型的建立，但他們所創(chuàng)建的模型無法做到賦予建筑物工程屬性和具體信息，只能滿足外觀上的可視化，缺少調(diào)取施工圖紙信息查閱的功能，也無法獲取建筑模型的材質(zhì)信息等。基于GIS 技術(shù)，在項目的運(yùn)行管理階段，通過GIS 技術(shù)提供豐富的地理空間數(shù)據(jù)，從而幫助項目管理者建立各種類型的數(shù)據(jù)地圖、數(shù)字地貌等模型。如將其引入到水利工程管理當(dāng)中，有利于突破傳統(tǒng)水工建筑物周邊空間信息只能停留在二維平面地圖當(dāng)中的約束，從而實現(xiàn)水工建筑物與周邊環(huán)境的三維可視化研究分析。

隨著建筑行業(yè)的需求不同，近幾年SuperMap 軟件在功能開發(fā)和多元數(shù)據(jù)集成方面有著非常搶眼的表現(xiàn)，通過插件的處理，不斷發(fā)掘并滿足GIS 的各項應(yīng)用廣度，在我國的使用人數(shù)日趨增長。三維GIS 所建造的宏觀規(guī)劃模型是帶有地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)的，因此可以對其進(jìn)行空間分析，同時我們可以利用SuperMap 中的iObject for C＋＋組件來建造三維場景，至于建筑模型則可將上一小節(jié)中的BIM 模型直接導(dǎo)入。

2.3 BIM 與GIS 聯(lián)合途徑

水利工程的運(yùn)行管理不僅需要了解水工建筑物的整體情況，還需要掌握整個流域內(nèi)的河道和山體的地理信息，因此從水利項目選址、施工、運(yùn)行、管理的整個生命周期中，可以通過BIM ＋GIS 技術(shù)對水工建筑物、山體、河道建模后對其進(jìn)行空間分析。雖然BIM 技術(shù)在建筑模型方面有很強(qiáng)的優(yōu)勢，可以將豐富的工程參數(shù)都包含在模型當(dāng)中，但其在空間分析時存在有一定的局限和劣勢。由于BIM 技術(shù)只能對建筑物自帶的信息進(jìn)行分析，無法做到對建筑物以外的地理空間信息進(jìn)行有效分析和統(tǒng)一管理，這一短板使BIM 技術(shù)只能對建筑物進(jìn)行管理而不能將建筑物與周圍地理、空間、環(huán)境進(jìn)行有機(jī)結(jié)合統(tǒng)一。但BIM 缺少對周邊地理、空間、環(huán)境進(jìn)行分析的功能可以在GIS中得到很好的應(yīng)用和體現(xiàn)，因為GIS 的主要功能就是通過以建筑物周邊的地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，將虛擬現(xiàn)實與空間分析有機(jī)結(jié)合，從而填補(bǔ)了BIM 在地理、空間、環(huán)境分析上的空白。秉承強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的觀念，通過SuperMap 中的Export 插件和Object＋C 組件將BIM 和GIS 各自的優(yōu)勢結(jié)合到一起，應(yīng)用到水利工程，將在設(shè)計勘察、節(jié)約成本、工程效率、后期維護(hù)管理等方面都有很好的表現(xiàn)。

3 結(jié)語

BIM 和GIS 都不能完全促進(jìn)水利行業(yè)的管理和決策，而兩者的融合可以使水工建筑物與外部環(huán)境的一體化得以實現(xiàn)，這將有利于促進(jìn)水利行業(yè)的智能化發(fā)展。BIM 和GIS 的融合及其應(yīng)用是未來需要不斷研究的課題，尤其是在水利的可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域。同時，越來越多的研究表明，BIM 和GIS 融合應(yīng)用在水利行業(yè)中，可以最大化的發(fā)揮其效益和價值，具有廣闊的前景。本文研究分析了傳統(tǒng)的三維可視化建模軟件只能對模型進(jìn)行可視化展示，而沒有工程屬性，BIM 模型則含有豐富的數(shù)據(jù)信息，故將BIM 技術(shù)和GIS 技術(shù)結(jié)合使用在水利工程運(yùn)行管理中有著重要的意義，“BIM＋GIS”的整合應(yīng)用價值總結(jié)如下：（1）BIM＋GIS 有助于提高水利工程運(yùn)行管理中的工作效率。（2）BIM＋GIS有助于大規(guī)模的水利設(shè)施的規(guī)范化管理。（3）BIM＋GIS 有助于將兩者的優(yōu)勢發(fā)揮并應(yīng)用到實際項目中。GIS 發(fā)展已經(jīng)有很多年的歷史，BIM 也已經(jīng)發(fā)展了十幾年，但BIM 和GIS 的融合技術(shù)仍然處于探索階段，所以還有很多未知的難題需要我們?nèi)ソ鉀Q。目前關(guān)于BIM＋GIS 技術(shù)在水利工程運(yùn)行管理中的應(yīng)用案例還不多，相關(guān)的理論研究還不夠成熟，本文所提出的研究思路和理論方法還需要進(jìn)一步論證，同時對其他項目中的BIM＋GIS 應(yīng)用也提供了思路。