使用BIM方法發(fā)展三維規(guī)劃管理系統(tǒng)勢在必行

田 峰

1 三維規(guī)劃管理系統(tǒng)的發(fā)展

當(dāng)前城市規(guī)劃正面臨著從靜態(tài)規(guī)劃向動態(tài)規(guī)劃、從物質(zhì)規(guī)劃向社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合規(guī)劃、從專家評審到公眾參與、從行政管理到法制化管理等方面的重大轉(zhuǎn)變，同時也需要通過形象手段向不具備專業(yè)知識的社會大眾進(jìn)行信息公開及溝通交流，這些都對城市規(guī)劃和管理技術(shù)手段智能化、可視化等提出了新要求。

傳統(tǒng)的規(guī)劃管理方法是對總平面及平面、立面、剖面圖紙等建設(shè)項目設(shè)計文件進(jìn)行審查。伴隨著土地資源越來越稀缺，城市不斷由高度、深度向綜合性立體化空間利用發(fā)展，多類型城市綜合體項目、綜合交通樞紐項目和地下交通樞紐日益增多，由此帶來的日照計算、景觀通視、天際線、地下空間管理等問題僅靠二維平面數(shù)據(jù)是無法解決的，這就對規(guī)劃管理提出了更高的要求。因此發(fā)展三維規(guī)劃管理系統(tǒng)勢在必行。

在發(fā)達(dá)國家，三維城市技術(shù)應(yīng)用已非常廣泛，如日本在國土、工程、環(huán)保等領(lǐng)域普遍使用三維數(shù)據(jù)。在國內(nèi)，如深圳、廣州、天津等城市都積極開展了三維規(guī)劃管理系統(tǒng)的建設(shè)，上海也在積極研究推進(jìn)。

一般來講，三維規(guī)劃管理系統(tǒng)以三維方案審批系統(tǒng)為核心，使用現(xiàn)有較成熟的三維地理信息技術(shù)，構(gòu)建三維數(shù)字城市場景模型，主要實(shí)現(xiàn)城市現(xiàn)狀仿真和新建項目規(guī)劃設(shè)計方案審批兩大功能，目的是實(shí)現(xiàn)管理方式從單一項目審批到對城市空間形態(tài)統(tǒng)籌研究、從簡單的設(shè)計方案評審到全面分析城市空間、相鄰關(guān)系和界面結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，除向管理部門提供可視化的管理和決策支持平臺，還可向社會大眾展示城市風(fēng)貌、描繪未來發(fā)展藍(lán)圖。

2 建筑業(yè)信息化背景下三維規(guī)劃管理系統(tǒng)

建筑工程項目從項目策劃、建筑方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)水電設(shè)計、施工管理到后期物業(yè)運(yùn)營等經(jīng)歷多個環(huán)節(jié)、多個專業(yè)，綜合性強(qiáng)，是各專業(yè)工種相互協(xié)作的結(jié)果，在各專業(yè)合作的過程中進(jìn)行了多次的數(shù)據(jù)交換，相應(yīng)產(chǎn)生大量圖紙等設(shè)計文件，如圖1所示。

作為設(shè)計環(huán)節(jié)的一部分，規(guī)劃管理部門依法對建設(shè)項目設(shè)計方案圖紙的審查和許可是建設(shè)項目方案能否成立的關(guān)鍵因素之一。建設(shè)項目設(shè)計方案審核是對建設(shè)工程項目進(jìn)行《建設(shè)工程規(guī)劃許可證》審核過程的重要前提，是判斷是否滿足核提規(guī)劃設(shè)計條件的關(guān)鍵步驟，也是進(jìn)行后繼建設(shè)工程施工圖設(shè)計的關(guān)鍵依據(jù)。不難理解，建立在三維平臺的規(guī)劃方案審批系統(tǒng)是三維規(guī)劃管理系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前國內(nèi)已建成的三維規(guī)劃管理系統(tǒng)，基于Skyline、Uniscope、CityMaker等平臺，通過新建項目建筑物立面風(fēng)格比選、景觀影響分析等輔助分析，從建筑物體量、空間形態(tài)、空間影響等方面整體分析和考察設(shè)計方案，如圖2所示。

圖1 作為交流媒介的設(shè)計文件（筆者根據(jù)Paul Se letsky繪制）

圖2 三維規(guī)劃方案審批系統(tǒng)示意

筆者認(rèn)為，受制于數(shù)據(jù)來源和制作方式，目前三維規(guī)劃管理系統(tǒng)多為仿真、可視化表現(xiàn)用途。

城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是現(xiàn)有地形、地貌的三維建模仿真，多以機(jī)載激光測繪（LIDAR）成果為基礎(chǔ)，對激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理后構(gòu)建建筑物體框模型，制作成三維數(shù)字地形，如圖3所示。其中對重點(diǎn)區(qū)域城市標(biāo)志性建筑、歷史性建筑、重要景觀，還需要進(jìn)一步人工構(gòu)建精細(xì)模型，并添加綠化及小品等進(jìn)行精確刻畫。

圖3 三維建模過程示意

新建項目多使用3dmax軟件建模、貼圖賦材質(zhì)，置入大尺寸背景地形中的制作方式。問題是使用3dmax軟件，模型只是帶有貼圖材質(zhì)的網(wǎng)格（MESH）幾何體，沒有數(shù)據(jù)庫支持，只能用于渲染表現(xiàn)，僅能抽取模型中高度、長度等有限的簡單幾何信息，其中沒有建筑構(gòu)件及分層面積等建筑信息，無法將模型賦予真實(shí)性質(zhì)進(jìn)行計算，例如對窗戶進(jìn)行建筑日照分析，因此max模型在本質(zhì)上無法作為可復(fù)用成果傳輸?shù)较乱粋€環(huán)節(jié)，也無法生成分層平面圖紙，不能保證與紙質(zhì)圖紙的數(shù)據(jù)完全一致，更無法為規(guī)劃管理下階段的建設(shè)工程施工圖提供審查參考依據(jù)。

同時，明明在建筑方案設(shè)計階段已經(jīng)存在的建筑外形、構(gòu)件等與結(jié)構(gòu)、設(shè)備計算相關(guān)的重要信息，卻不能隨模型文件傳遞給結(jié)構(gòu)工程師，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)計算、給排水、暖通設(shè)計等工作階段還需要重新建模以建立相關(guān)建筑信息，重復(fù)建模工作量巨大。

單純?yōu)槿S規(guī)劃方案審批目的進(jìn)行的三維建模，實(shí)際上是一個信息孤島，既無法保證數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性和完整性，也無法實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的共享。數(shù)據(jù)前后不一致、不可重復(fù)利用的問題，反映了在建設(shè)項目全壽命周期不同階段用可視化技術(shù)改善信息管理過程中，如何實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和無遺漏、無重復(fù)傳遞和處理信息的問題。

出于商業(yè)及技術(shù)等種種原因，在三維規(guī)劃管理系統(tǒng)中使用合適的方法技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、信息共享的可能性被有意無意的忽略了。筆者認(rèn)為，使用BIM方法，對新建項目的數(shù)據(jù)來源進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范和高效率的信息抽取，可以保證數(shù)據(jù)的一致性，提高可利用性，大幅減少重復(fù)性建模勞動。

3 使用BIM方法，保證數(shù)據(jù)一致性、提高可利用性，促進(jìn)三維規(guī)劃管理系統(tǒng)發(fā)展

隨著“節(jié)能低碳”綠色建筑的興起，對設(shè)計提出了更高的要求。建筑全壽命周期（Life Cycle）包含了建筑物材料構(gòu)件生產(chǎn)、規(guī)劃與設(shè)計、建造與運(yùn)輸、運(yùn)行與維護(hù)、拆除與處理這一完整的全循環(huán)過程，研究表明，建筑全壽命周期費(fèi)用主要取決于設(shè)計方案階段。

與此相應(yīng)，建筑信息模型（Building Information Model，簡稱BIM）方法應(yīng)運(yùn)而生。BIM通過構(gòu)造建筑數(shù)字虛擬模型，存放建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、熱工、聲學(xué)、材料、價格、采購、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等各種專業(yè)信息，信息可在設(shè)計、施工、運(yùn)營維護(hù)等各個階段對建筑物進(jìn)行分析、模擬、可視化、施工圖、工程量統(tǒng)計等工作，核心是一個創(chuàng)建、收集、管理、應(yīng)用信息的過程，如圖4所示。BIM設(shè)計軟件發(fā)展很快，例如Graphisoft 公司的ArchiCad、Bentley公司的MicroStation Trif roma，Autodesk公司的Revit等軟件①美國國家建筑科學(xué)協(xié)會（National Institute of Building Sciences）對BIM定義如下：BIM是在開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下對設(shè)施的物理和功能特性及其相關(guān)的項目全壽命周期信息的可計算可運(yùn)算的形式表現(xiàn)，從而為決策提供支持，以更好地實(shí)現(xiàn)項目的價值。。

圖4 BIM模型示意（Graphisoft）

以BIM為核心的設(shè)計方法極大地改變了設(shè)計過程、設(shè)計流程以及設(shè)計信息的利用方式，將建筑設(shè)計從基于幾何元素的二維設(shè)計變?yōu)榛贐IM的數(shù)字化三維設(shè)計，設(shè)計工作量前移，創(chuàng)建設(shè)計文件和協(xié)調(diào)的工作量大大減輕。BIM一經(jīng)建立，將為整個生命周期提供服務(wù)，并產(chǎn)生極大的價值，如在設(shè)計階段的方案論證、業(yè)主決策、多專業(yè)協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)分析、造價估算、能量分析、光照分析等建筑物理分析和設(shè)計文檔生成等工作，在施工階段的可施工性分析、施工圖紙生成、工程量計算、施工預(yù)算、進(jìn)度分析和施工平面布置等工作，在運(yùn)營階段的設(shè)施管理、布局分析（產(chǎn)品、家具等）和用戶管理等工作，如圖5所示。

使用BIM，審核建設(shè)項目設(shè)計方案三維模型，可從中抽取設(shè)計方案審批相關(guān)信息，能夠保證與后繼工程規(guī)劃許可證審批環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的一致性。同時模型數(shù)據(jù)能夠利用于建筑全壽命周期中，有效避免時間和資金浪費(fèi)，提高數(shù)據(jù)可利用性。

BIM方法可通過IFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)，IFC為跨平臺之間數(shù)據(jù)交換提供了可能。目前IFC日趨成熟，國內(nèi)已發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并開發(fā)了建筑工程信息共享IFC模型平臺②IFC(In d u s t r y F o u n d a t i o n Cl a s s e s)是國際協(xié)作 聯(lián)盟組織（IAI） 定義的三維 建筑信息交 換標(biāo)準(zhǔn)， 通過為建筑 業(yè)定義通行語言，建 立一個共享 的模型來描 述建筑物 對象和建筑 流程中的必要信息 ，從而為不 同軟件之間 實(shí)現(xiàn)建筑 信息的交換 與共享提供了基 礎(chǔ)。目前I FC日趨成 熟，在國 內(nèi)，2 0 0 7年建設(shè)部發(fā)布了中國 的IFC行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建 筑對象數(shù) 字化定義J G/T1 9 8-2 0 0 7》 ，中國建筑 科學(xué)研究院 也開發(fā)了 建筑工程信 息共享IF C模型平臺。。

圖5 作為數(shù)據(jù)核心的BIM模型（筆者根據(jù)Paul Se letsky繪制）

4 結(jié)語

在建設(shè)三維規(guī)劃管理系統(tǒng)過程中，在建筑業(yè)信息化的更廣視角下，將三維GIS和BIM技術(shù)結(jié)合，可以促進(jìn)建設(shè)項目全壽命周期各階段之間信息的無遺漏，無重復(fù)傳遞和處理及管理，更加有效地使用可視化技術(shù)改善各階段之間的信息溝通。BIM與建設(shè)項目電子報建結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動抽取、計算機(jī)輔助審核，新加坡在這方面已有實(shí)例。

由于單體建筑與城市規(guī)劃尺度和規(guī)模的差異，BIM可能由于模型細(xì)致導(dǎo)致數(shù)據(jù)量過大，這可以借鑒虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中LOD模型的方法適當(dāng)簡化。在如何簡化模型，提高三維模型數(shù)據(jù)讀取和表現(xiàn)速度方面可能還有大量的工作要做。盡管目前國內(nèi)BIM方法和IFC技術(shù)的完善與實(shí)用化還需要一定的時間，但隨著研究和認(rèn)識的不斷加深，人們會越來越多地使用這種方法。筆者相信，通過新建項目中BIM方法的運(yùn)用，可以促進(jìn)信息共享交流，避免重復(fù)性勞動，有效提高建設(shè)項目規(guī)劃管理的科學(xué)性和效率。隨著國內(nèi)研究和認(rèn)識的不斷加深，其應(yīng)用會越來越廣泛。

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田 峰

博士，上海市規(guī)劃和國土資源管理局