GIS+BIM+IOT技術(shù)在傳統(tǒng)村落中的參數(shù)化保護與發(fā)展初探

張 成 龔慧敏

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院/園林與藝術(shù)學(xué)院，江西南昌 330045）

傳統(tǒng)村落的保護和發(fā)展是風(fēng)景園林研究領(lǐng)域的重要話題，隨著社會的高速發(fā)展，村莊正逐漸地減少。加快建設(shè)智慧城市和數(shù)字鄉(xiāng)村，探索數(shù)字化下鄉(xiāng)村的保護和發(fā)展具有重要意義，有利于突破傳統(tǒng)村落結(jié)構(gòu)保護活動的靜態(tài)方式，實現(xiàn)參數(shù)化的動態(tài)保護，利用強大數(shù)據(jù)存儲與參數(shù)化管理能力，是當(dāng)今時代背景下傳統(tǒng)村落可持續(xù)保護與發(fā)展的重要機遇。

1 參數(shù)化技術(shù)在傳統(tǒng)村落保護與發(fā)展中的概念闡述

建筑信息模型（building information model，BIM）、地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）、物聯(lián)網(wǎng)（the internet of things，IOT）等信息化技術(shù)的發(fā)展有助于推進傳統(tǒng)村莊參數(shù)化的保護和發(fā)展研究。BIM技術(shù)可以作為傳統(tǒng)村落保護和發(fā)展的中觀層面，是建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要數(shù)據(jù)源，為建筑物模型提供全生壽周期的管理，能夠結(jié)合GIS使用。GIS可以作為傳統(tǒng)村落保護和發(fā)展的宏觀層面，構(gòu)建三維的地理信息場景，通過IOT實現(xiàn)動態(tài)更新與監(jiān)控。IOT作為傳統(tǒng)村落保護和發(fā)展的微觀層面，結(jié)合相關(guān)的技術(shù)實現(xiàn)萬物互連，促進傳統(tǒng)村落智能化的保護和發(fā)展。三者配合有助于實現(xiàn)微觀、中觀和宏觀場景的統(tǒng)一，數(shù)字化技術(shù)可以對傳統(tǒng)聚落的信息進行收集、分析、處理和利用等工作，與時俱進不斷優(yōu)化與細(xì)化，實現(xiàn)傳統(tǒng)聚落參數(shù)化的保護與發(fā)展。將多種技術(shù)結(jié)合有利于傳統(tǒng)村落的全面保護和發(fā)展，直觀展示內(nèi)部邏輯。

2 GIS、BIM、IOT技術(shù)在傳統(tǒng)村落的參數(shù)化保護與發(fā)展中的特點

探討傳統(tǒng)村落如何通過參數(shù)化、有機更新等技術(shù)實現(xiàn)更好地保護和發(fā)展，需要突破傳統(tǒng)村落結(jié)構(gòu)保護活動的靜態(tài)方式，利用強大數(shù)據(jù)存儲與參數(shù)化管理能力，為傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護與發(fā)展提供可能，建立動態(tài)立體的可視化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，再現(xiàn)傳統(tǒng)村落原貌，實現(xiàn)參數(shù)化的保護。

2.1 GIS在傳統(tǒng)村落的保護與發(fā)展中的特點

GIS作為服務(wù)于地理空間信息云的技術(shù)，可以作為傳統(tǒng)村落保護和發(fā)展的宏觀層面，涉及范圍廣，擁有空間數(shù)據(jù)庫的處理能力，具有強大的三維空間數(shù)據(jù)分析、信息管理、可視化和查詢能力。在計算機等設(shè)備的硬件的支持下，GIS空間信息系統(tǒng)軟件可以進行數(shù)據(jù)收集存儲、管理分析，對地球表面空間的地理分布數(shù)據(jù)進行管理、處理和分析。

地理空間分析通過系統(tǒng)地建立和分析三維模型，從三維視點入手，進行可視化分析處理，具有廣泛的應(yīng)用場景，有利于直觀展示數(shù)據(jù)，實現(xiàn)三維模型分析。

2.2 BIM技術(shù)在傳統(tǒng)村落的保護與發(fā)展中的特點

BIM可以作為傳統(tǒng)村落保護和發(fā)展的中觀層面，涉及中小尺度范圍內(nèi)的構(gòu)筑物，是建設(shè)全壽命周期內(nèi)的信息模型，包含項目設(shè)計、施工、運行、管理、甚至解體的內(nèi)容信息，可以對村落建筑的信息進行建模處理，包含項目所有物理和功能信息。

BIM技術(shù)保證傳統(tǒng)村落構(gòu)筑物內(nèi)部信息的交互，有利于各個階段的數(shù)據(jù)相互交換，便于統(tǒng)一管理，為建設(shè)開發(fā)決策提供可靠依據(jù)。BIM技術(shù)可以縮短傳統(tǒng)村落的建設(shè)工期，降低發(fā)展建設(shè)的風(fēng)險，有利于各個學(xué)科（結(jié)構(gòu)、電氣、暖通等）的相互協(xié)調(diào)合作，提高效率，進行共同的作業(yè)。BIM技術(shù)聯(lián)系傳統(tǒng)村落構(gòu)筑物的生命期，包括規(guī)劃設(shè)計、施工運營等階段的不同數(shù)據(jù)，完整地展現(xiàn)項目對象，支持動態(tài)項目信息的生產(chǎn)、管理和共享，可以使建設(shè)項目的參與方共同開展使用，有利于相互交流，深化發(fā)展。

GIS可以彌補BIM宏觀環(huán)境不足的問題，在傳統(tǒng)村落中，高精度的BIM成為GlS的重要數(shù)據(jù)來源。GIS與BIM的集成有利于制作相對完整的三維系統(tǒng)模型，將使二者優(yōu)勢互補。在規(guī)劃設(shè)計階段，有利于復(fù)雜模型的分析，通過可視化的特征分析復(fù)雜節(jié)點，對重要區(qū)域的保護和發(fā)展有幫助，結(jié)合IOT等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進一步實現(xiàn)有機動態(tài)更新保護與發(fā)展。

2.3 IOT技術(shù)在傳統(tǒng)村落的保護與發(fā)展中的特點

IOT技術(shù)促使靜態(tài)保護工作思維模式改變，可以作為傳統(tǒng)村落保護和發(fā)展的微觀層面，涉及微小尺度的傳感器與檢測設(shè)備單元，在感應(yīng)、監(jiān)控、定位、智能化識別等方面具有巨大的貢獻(xiàn)。IOT技術(shù)通過傳感器將人員、構(gòu)筑物、材料等要素連接起來，在重點的范圍內(nèi)配置物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，實現(xiàn)對保護對象的智能化監(jiān)控，構(gòu)建傳統(tǒng)村落建設(shè)參數(shù)化的大網(wǎng)絡(luò)有利于實時掌握實際情況。但物聯(lián)網(wǎng)本身不能獲取物體的原始信息數(shù)據(jù)，可以將IOT技術(shù)結(jié)合多種傳感器和人工智能等技術(shù)，為傳統(tǒng)村落重點保護對象量身打造符合內(nèi)在需求的智能設(shè)備，將各種要素結(jié)合起來，實現(xiàn)現(xiàn)場智慧平臺的構(gòu)筑，達(dá)到虛擬與現(xiàn)實的統(tǒng)一。

技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線

3 GIS、BIM、IOT技術(shù)在傳統(tǒng)村落的參數(shù)化保護與發(fā)展中應(yīng)用

3.1 GIS技術(shù)在傳統(tǒng)村落的保護與發(fā)展中的應(yīng)用

目前，有很多的GIS軟件平臺，以國外ArcGIS和國內(nèi)MapGIS、SuperMapGIS為主流。在軟件交互方面，ArcGIS、SuperMap等軟件具有良好的兼容性，可以引領(lǐng)當(dāng)前BIM+GIS深度集成的技術(shù)發(fā)展。

（1）有利于二維和三維一體化，統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)。

（2）有利于各個BIM單體之間的信息交互，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理，直觀展現(xiàn)各個環(huán)節(jié)的信息。

（3）有利于傳統(tǒng)村落宏觀層面的GIS分析，促進地理信息的管理和空間分析。

（4）有利于為城鄉(xiāng)建筑和傳統(tǒng)村落群服務(wù)，提供BIM數(shù)據(jù)管理能力的支撐。

可突破傳統(tǒng)村落的結(jié)構(gòu)性保護的靜態(tài)方法，GIS強大的數(shù)據(jù)存儲和管理能力可以為傳統(tǒng)村落的形態(tài)研究提供數(shù)據(jù)，記錄歷史數(shù)據(jù)，對比發(fā)生的變化，有利于推進傳統(tǒng)村落的研究。

3.2 BIM技術(shù)在傳統(tǒng)村落的保護與發(fā)展中的應(yīng)用

GIS補充BIM缺乏的宏觀環(huán)境，推進BIM的應(yīng)用，并拓展BIM的應(yīng)用領(lǐng)域，將精細(xì)化的單體模型設(shè)計提升至多維空間數(shù)據(jù)管理。

高精度BIM是GIS重要的中微觀數(shù)據(jù)源。BIM具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)信息多等特征，在硬件資源有限的條件下，實現(xiàn)大規(guī)模的BIM和GIS數(shù)據(jù)的交互或可視化仍是一個挑戰(zhàn)性的課題，特別是在Web終端和移動終端的應(yīng)用。在傳統(tǒng)村落的參數(shù)化保護與開發(fā)中，可以選擇具有代表性的重點村落構(gòu)筑物進行BIM建模，為古建筑留下更詳細(xì)的信息模型。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工智能等三維激光掃描技術(shù)涌入，三維激光掃描儀的點云計算可以在逆向工程中使用，獲取構(gòu)筑物的外觀的點云數(shù)據(jù)集，還原傳統(tǒng)村落構(gòu)筑物的模型，有利于提高BIM在傳統(tǒng)村落建模中的工作效率。

3.3 IOT技術(shù)在傳統(tǒng)村落中保護與發(fā)展中的應(yīng)用

IOT技術(shù)有利于萬物互聯(lián)，建立物與人的信息交互，為相互交互的信息提供溝通的橋梁。將各種功能的傳感器有選擇地應(yīng)用在客觀構(gòu)筑物上，收集各類的數(shù)據(jù)信息，進行數(shù)據(jù)分析，接入互聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)萬物互聯(lián)，進行智能化感知，管理物體。

可以在計算機上應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建立傳統(tǒng)村落重點保護對象的虛擬信息模型，讓人們借助立體眼鏡、頭盔、手套等設(shè)備，身臨其境地體驗傳統(tǒng)村落的虛擬旅游。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機地融入傳統(tǒng)村落的發(fā)展中，將優(yōu)美的鄉(xiāng)村風(fēng)光通過云平臺傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上進行共享，可以促進鄉(xiāng)村旅游的發(fā)展，有利于傳統(tǒng)村落的保護和發(fā)展。在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架并將其應(yīng)用于傳統(tǒng)村落的保護與發(fā)展方面，需要信息管理平臺技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和人工智能等多學(xué)科、多技術(shù)合作，需要大家共同努力開發(fā)建設(shè)。

4 結(jié)語

參數(shù)化的傳統(tǒng)村落保護與發(fā)展是一種智能的有機更新，而不是簡單修復(fù)舊的或替代性恢復(fù)。為了更好地適應(yīng)時代發(fā)展，需要在未來進行深入研究，結(jié)合BIM、GIS和IOT等其他等相關(guān)技術(shù)，歸納相關(guān)實踐經(jīng)驗，通過綜合運用各種信息化技術(shù)，促進多方參與，實現(xiàn)高效科學(xué)的管理。隨著計算機和信息技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)參數(shù)設(shè)計的定義將會增多，通過BIM建立傳統(tǒng)村落構(gòu)筑物的中觀信息模型，利用GIS提供傳統(tǒng)村落的宏觀地理空間信息，最終利用物聯(lián)網(wǎng)的IOT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行微觀層面的建設(shè)，實現(xiàn)有利于傳統(tǒng)村落的保護和發(fā)展新模式，借助大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，在移動終端實現(xiàn)遠(yuǎn)程動態(tài)分析管理，使傳統(tǒng)村落的保護和發(fā)展模式更智能和更高效。傳統(tǒng)村落仍然存在參數(shù)化保護與發(fā)展成本較高、應(yīng)用系統(tǒng)碎片化等問題，難以建立大規(guī)模、全面的管理平臺，需要未來進一步研究。