基于BIM+GIS技術融合應用及關鍵點研究

袁耀 袁浩

摘 要：結合 BIM 與 GIS 兩種技術各自優勢，進行數據融合和交互利用，能夠達到技術集成應用的目的，從而大大提高數據準確度和使用效率。在對BIM與GIS技術對比分析基礎上，研究BIM + GIS融合技術的應用場景，解決一些關鍵問題。

關鍵詞：BIM；GIS；數據融合；關鍵點；輕量化

中圖分類號：U215 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）02-0122-03

0 引言

建筑信息模型（BIM）和地理信息系統（GIS）在不同層面均可為用戶提供三維模型表述。其中基于BIM的表述重在單體建筑管理，不能實現群體建筑空間信息管理；基于GIS的表述重在尺寸的精確和模擬現實重合，不能做到建筑構件級和內部層面的管理。通過結合BIM 與 GIS 各自的特點，實現單體建筑的BIM 信息與宏觀區域的 GIS 信息交互融合，極大延伸了BIM的應用廣度，也將GIS應用拓寬到建筑內部，從而提高 BIM 與GIS各自應用的領域。

1BIM與GIS關系

建筑信息模型（Building Information Modeling）是通過BIM3D、BIM4D、BIM5D等信息技術對建筑項目實施精細管理的技術手段。BIM 應用貫穿建筑物的規劃、設計、施工、運維等整個生命周期，具有可視化、協調性、模擬性、優化性、精確可控性等優點，使建筑工程設計實現三維可視、模擬仿真等[1]。

地理信息系統（Geographic Information System）是借助地理學、地圖學、遙感等技術，在計算機系統的支持下，對地理空間中的有關數據進行收集、存儲、分析、計算等操作，是重要的空間基礎設施系統。

BIM 技術主要應用于建筑全生命周期、全流程的管理，GIS 應用側重于大范圍的空間地理環境信息維護管理，二者在室內外規劃、空間關系、三維功能、坐標系統等方面存在差異，具體內容見表1。

BIM和GIS雖有以上區別，但二者更有互補關系，將建筑物BIM數據導入GIS中，可建立可視化、能定位的建筑空間環境，室內能夠獲取坐標，室外可查看建筑模型，實現室內外環境的互動，達到建筑宏觀情況全面可視的效果[2]。BIM技術可為GIS系統提供多種重要數據，同時統一管理全生命周期內的全部數據信息，使 GIS 空間表達能力實現極大提升，便于實現精細管理。

2 BIM+GIS融合應用方向及場景

2.1 裝配式建筑中的BIM+GIS融合應用

傳統建筑是通過零碎材料的碎片化組合搭建起來的，是由小不斷聚大的建造過程。而裝配式建筑是一種從大到小、從分到合的建造過程，整個建筑物分成較小的不同構件，先行在工廠內制造出來，再運到施工現場，通過拼接合成建筑整體，再進行混凝土澆筑，最終形成完好的建筑。裝配式建筑不同于傳統建筑的現場作業方式，大量的類似于外墻板、樓梯和預制柱等構件在車間生產加工后運到現場組裝，實現建筑和裝修一體化設計、施工同步進行，節約建筑時間，提高建筑質量。

但裝配式建筑也有成本較高，尺寸受限制，應用領域有限等不足，結合BIM和GIS技術，可彌補裝配式建筑的缺點，加快工程進度，節約建造成本，推進建筑行業智慧建造，如圖1所示。

BIM和GIS技術可以應用與裝配式建筑的如下場景[3]：①融合裝配式建筑的 BIM 模型、真實施工環境下的地理信息，通過 GIS 平臺開展施工過程仿真，做到施工工序及工藝過程的三維仿真模擬，仿真成果還可以成為施工交底文件，相比與傳統紙質交底文件具有可視、高效的優勢。②借助BIM和GIS融合提供的構件位置信息，指導現場施工，確保各構件精準對接，防止因構件組合不準產生的建筑質量問題，同時也可避免多次試錯的時間成本，為裝配式建筑的大量應用創造條件。

2.2 室內導航中的BIM+GIS融合應用

隨著社會的發展進步，大量建筑物外部造型越來越美觀復雜，內部構造體量越來越大，人在室內活動，很難辨別方向，因此室內導航是目前急需解決的重要難題。而像高德地圖、百度地圖等，其路徑選擇和定位都是二維的。GIS 系統可提供相關地理數據，對空間對象進行多種分析，但不能提供建筑室內信息數據，因而無法實現室內定位。BIM 技術能夠高精度表達建筑全部信息，但不能顯示建筑的空間位置分布信息；結合BIM和GIS 技術優勢，可以達到微觀也就是室內的導航和定位。

BIM+GIS融合技術能夠充分利用位置坐標數據，實現定位導航、地標標識等服務。例如，在布局復雜的大型室內場景中，用戶既可以查詢想購買物品的位置，又可以查詢想去的場所，場所服務者也可以針對性地進行推送，提供個性化服務[4]。或者在復雜的大型地下停車場中停車后，往往不容易找到停車位，BIM+GIS技術可以提供室內坐標，幫助找到停車位與進出口，如圖2所示。

2.3 建筑數字運維中的BIM+GIS融合應用

建筑設施管理數據量巨大，而BIM模型可以承載海量構建信息，再結合GIS的位置信息，能為建筑數字運維提供強大工具，本文以電梯維保為例展示BIM+GIS在建筑數字運維中的應用。使用BIM系統有關軟件，通過二維圖紙翻錄，建立電梯的三維BIM模型，從而現實電梯外形、內部構造、嵌入墻體和裝飾裝修等信息的數字化描述。

目前已開發出 GIS 軟件能夠實現 BIM 模型的直接導入，進而能夠借助類似軟件平臺查閱電梯的產品信息、所處位置、運行狀況等數據。一旦電梯發生故障，其能夠方便地將相關數據信息調取出來，隨同維修指令形成維修工單，一并推送給有關維修方和管理方。維修方處置人員能夠通過手持終端，接收平臺推送的信息，可快速定位故障電梯位置，完成維修并將工單處置結果回傳至軟件平臺，及時反映維修處理進度。

BIM+GIS在電梯維保方面的另一個優勢，體現在電梯安全事故應急管理中。傳統電梯應急過程，從出現故障到緊急求助，而后救援人員達到，由于信息割裂，往往需要等待較長時間，給被困人員造成巨大心理壓力，甚至出現強行開門產生嚴重后果[5]。BIM+GIS方案應用于應急過程，可以借助平臺調取電梯內各種基本情況及事故電梯所在建筑外部的相關信息，從而實現建筑內外統一規劃和指揮，合理配置救援力量，確保救援人員快速到達并盡快熟悉周邊環境，讓救援更加直觀高效，能夠起到減災的效果。

3 BIM和GIS融合的關鍵點

3.1 數據融合轉換

數據融合包括數據格式融合和多源數據融合。目前市場上BIM軟件應用種類較多，不同軟件有各自的數據儲存格式。如Revit的RVT格式、Autodesk的DWF格式、Gehry Technology的CGR格式，各種 BIM 軟件生成的模型格式的讀取依賴于BIM 軟件自身，相對封閉沒有公開文件結構，缺乏統一標準，不同數據的轉換成為 BIM 與 GIS 融合首先需要解決的問題。另外，GIS系統從不同數據源集成了巨量數據，如地理地形圖像、傾斜攝影模型、激光點云數據等，同時BIM模型往往也包含了海量數據，如何實現不同數據源的融合匹配是BIM+GIS應用的又一挑戰。

3.2 BIM輕量化

BIM建模軟件往往是針對單個建筑進行建模，但因為建筑涉及的構件數量太多，大型建筑的數據量也很巨大。而GIS則需要整合某個區域、整個城市甚至更大空間的BIM數據，因此BIM+GIS融合后面對的數據量挑戰更大，并且目前市面上的GIS應用終端可能只是一般的PC、Pad或手機，系統配置較低，難以運行大量數據，因而對融合數據進行適當輕量化和優化，是BIM+GIS融合應用得以實現的重要基礎。

3.3 三維數據標準和坐標轉換

三維空間數據的高效發布、數據共享和數據標準是GIS應用的重要內容。目前，BIM+GIS融合廣泛應用于各類場景，但相關數據應用尚未形成統一的標準和規范，數據的操作和共享成為急需解決的難題。此外，BIM與GIS融合應用也存在坐標系區別導致無法匹配的問題，因BIM數據來源單一，具有獨立坐標系統；而GIS數據由于源頭較多，采集方法多樣，坐標系各不相同，如何有效實現坐標轉換也是一大挑戰。BIM+GIS融合關鍵點及解決思路如表2所示。

4 結語

隨著科學技術的持續發展，BIM技術與 GIS 技術在各自領域的研究和應用不斷深化，兩者融合應用的廣度和深度不斷拓展，同時圍繞兩者融合關鍵點的解決方案也不斷豐富，融合應用的場景也必將更加廣泛，并在生產生活中發揮更大的效應。

參考文獻

[1] 趙杏英，陳沉，楊禮國.BIM與GIS數據融合關鍵技術研究[J].大壩與安全，2019（2）：7-10.

[2] 陳先軍.BIM技術在裝配式建筑中的應用[J].有色金屬設計， 2021（4）：61-63.

[3] 徐航航.BIM和GIS技術在建筑物消防安全中的應用[J].內蒙古科技與經濟，2019（7）：93-95.

[4] 李寒曦等.WLAN室內定位技術在BIM模型中的應用探討.科技通報，2016（9）：145-148.

[5] 胡祎.地理信息系統（GIS）發展史及前景展望[D].北京：中國地質大學，2011.