BIM與GIS技術(shù)在數(shù)字城市建設中的應用研究

陳靜 王曉軒 盧集富

摘? ?要：隨著科技的不斷進步發(fā)展，數(shù)字城市已經(jīng)是未來城市信息化的一個發(fā)展趨勢，也是所有城市信息化建設的主要目標。為了順應未來的發(fā)展趨勢，在進行城市信息化建設的時候，可以結(jié)合目前的發(fā)展需要，合理地運用BIM與GIS技術(shù)。文章將研究分析BIM與GIS兩種技術(shù)的特點，并分析研究這兩種技術(shù)在數(shù)字城市中的應用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字城市：BIM技術(shù);GIS技術(shù);城市信息化

隨著城市信息化的不斷發(fā)展，人們對于承載城市信息的空間數(shù)據(jù)載體提出了更高的要求，目前的數(shù)字城市建模手段和應用方式已經(jīng)很難滿足人們愈加深入的應用分析需求。建筑信息模型（Building Information Model，BIM）與地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）的集成被視為數(shù)字城市向智慧城市發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，但受制于數(shù)據(jù)來源、軟件平臺、顯示效率等技術(shù)難題，還沒有正式實現(xiàn)三維模式的數(shù)字城市的集成?；贐IM與GIS技術(shù)的素質(zhì)城市，是未來城市化建設設計的發(fā)展方向，技術(shù)上的發(fā)展還需要繼續(xù)努力，以建設更加完美的數(shù)字化城市。

1? ? 數(shù)字城市的作用

城市的三維仿真模型包括對于城市地形及地面情況的描述，還包括城市內(nèi)部的建筑物和城市立體交通等城市描述。城市三維仿真模型是數(shù)據(jù)城市構(gòu)建的基礎，是一種脫離了傳統(tǒng)的二維圖紙與三維圖紙結(jié)合的城市規(guī)劃設計方式，直接通過三維建模、數(shù)字虛擬技術(shù)、測控技術(shù)等技術(shù)的綜合應用，形成一個直觀、立體的三維立體城市模型。這種技術(shù)的出現(xiàn)直接方便了城市規(guī)劃師和設計師對城市的加深認識，不用再通過實地考察來確認城市內(nèi)部的具體情況，提高了工作效率的同時，還為城市規(guī)劃實施與配套設施的管理提供了很多幫助[1]。

2? ? BIM與GIS技術(shù)的簡介

目前的數(shù)字城市還是通過與各種虛擬現(xiàn)實技術(shù)和多種傳感器結(jié)合的方式來構(gòu)建，在構(gòu)建的過程中所需的各種數(shù)據(jù)資料需要用到GIS技術(shù)、BIM技術(shù)以及數(shù)字攝影測量技術(shù)。首先，由GIS技術(shù)獲取需要測量地區(qū)的基礎地理數(shù)據(jù)，建立出一個完整的地理數(shù)據(jù)庫。其次，利用BIM技術(shù)建立出建筑的數(shù)據(jù)信息模型。最后，再將建筑模型與素質(zhì)攝影測量技術(shù)、基礎地理數(shù)據(jù)信息相結(jié)合，還原出測量地區(qū)的實際情況的仿真三維模型。

2.1? GIS技術(shù)

GIS是集計算機和數(shù)據(jù)庫于一體，用來存儲和處理空間信息的高新技術(shù)?？梢园训乩砦恢煤拖嚓P(guān)的屬性有機地結(jié)合起來，根據(jù)用戶的需求將空間信息及其他相關(guān)的數(shù)據(jù)信息都準確地輸送給用戶，便于用戶的規(guī)劃、設計與管理。而三維GIS技術(shù)則是一個綜合性的數(shù)據(jù)庫，相比較傳統(tǒng)的二維GIS來說，三維GIS技術(shù)更加直觀、準確和生動，更容易被理解，也更加容易操作。

2.2? BIM技術(shù)

BIM是一種應用于建筑學、工程學以及土木工程的信息建筑模型。BIM可以幫助實現(xiàn)建筑信息的集成，將建筑的設計、施工、運行甚至直到建筑使用壽命結(jié)束期間內(nèi)的所有信息都統(tǒng)合到一個三維信息建筑模型當中，方便各個部門之間協(xié)同工作，有助于提高工作效率、降低成本。

3? ? GIS技術(shù)數(shù)字城市建設中的應用

GIS技術(shù)在數(shù)字化城市建設過程中，可以對需要測量地區(qū)的人口、城市的產(chǎn)值、資源的空間分布、城市的高度以及視野情況都進行分析總結(jié)，然后將這些數(shù)據(jù)都反饋給使用者，有效地提高了城市規(guī)劃和發(fā)展的速度。該技術(shù)經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展已經(jīng)相對比較成熟，一直被廣泛應用于城市的規(guī)劃和建設當中，且使用效果很明顯，對于城市的規(guī)劃和建設工作幫助很大[2]。要建設數(shù)字城市，GIS技術(shù)可以起到很大的作用，具體應用范圍可以分為消防規(guī)劃、城市公共場所的位置選擇、市政建設等。

3.1? 消防規(guī)劃應用

消防建設作為保障一個城市內(nèi)部的所有廣大群眾生命和財產(chǎn)安全的重要建設工程，其重要性不言而喻。GIS技術(shù)可以客觀地評價一個城市的消防現(xiàn)狀，而且在監(jiān)測和作出反應方面，GIS也非常有優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的消防反應模式相比，更加靈活、準確，反應也更加迅速，能讓人民群眾的財產(chǎn)損失降到最低。

3.2? 城市公共場所的位置選擇

城市公共場所的建設關(guān)乎每一個人民群眾的日常生活，其位置的安排至關(guān)重要，既要能滿足和方便民眾的日常生活需要，還要盡可能地降低建設成本。利用GIS技術(shù)就可以完美地實現(xiàn)這一點，利用GIS技術(shù)的空間分析能力，并綜合該地區(qū)的人口密度、人流量、交通狀況、經(jīng)濟發(fā)展等數(shù)據(jù)，可以分析并確定一個最佳的公共場所的建設位置。

3.3? 市政建設

在市政建設過程中，可以利用GIS技術(shù)建立出一個相應的三維可視化模型，將地表的物體以三維模型的方式表現(xiàn)出來，令所有建筑的情況更加直觀、詳細，方便所有的規(guī)劃和設計人員的工作。群眾也可以利用數(shù)字城市來監(jiān)督城市內(nèi)部市政建設的情況，提高政府對于城市建設工作的透明度，還能讓群眾對于政府的市政建設更加放心，加強群眾對政府的認可度。

4? ? BIM在數(shù)字城市建設中的應用

4.1? 直接應用方式

BIM技術(shù)在三維數(shù)字城市建設過程中可以直接應用，這種應用方式主要是建立在三維地理信息瀏覽平臺的基礎之上，結(jié)合現(xiàn)代化的BIM技術(shù)和GIS技術(shù)，對實際工作狀況進行分析，建立一個專門的建筑漫游系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺，以實現(xiàn)各類系統(tǒng)對各類平臺的切換和數(shù)據(jù)共享。在平臺間的數(shù)據(jù)共享過程中，可以將測量地區(qū)的實際位置信息、海拔氣候等信息都進行交互，提高數(shù)據(jù)的利用率，提高工作效率。

4.2? 間接應用

BIM在數(shù)字城市中也有著間接的應用。在間接應用中，BIM技術(shù)所起到的作用是利用城市地理標記管理形式，建立專門的數(shù)據(jù)傳輸模型。在對地理信息領(lǐng)域進行分析的基礎上，利用數(shù)據(jù)儲存與交互等方式，構(gòu)建出一個虛擬的三維城市模型機制，再加上現(xiàn)代化的科學管理手段，能夠最快速地應對各種突發(fā)問題。還能夠從城市細節(jié)處詳細分析各類數(shù)據(jù)的情況，然后從細節(jié)處進行描述，加強對城市內(nèi)部細節(jié)部分的掌控，進而有效地提高城市工作效率和工作可靠性、準確性，建設出一個更加科學的現(xiàn)代化城市管理體系。不過在使用BIM技術(shù)的過程中，相關(guān)人員應該盡可能地完善數(shù)據(jù)服務平臺的數(shù)據(jù)信息，將各類數(shù)據(jù)都導入到數(shù)據(jù)平臺的服務器內(nèi)，通過完善數(shù)據(jù)庫信息的辦法提高建模的準確性。

5? ? BIM與GIS在數(shù)字城市建設中集合應用

BIM技術(shù)與GIS技術(shù)作為數(shù)字城市的兩大基礎技術(shù)，如今的研究趨勢是將BIM技術(shù)與GIS技術(shù)相融合，建立出一個更加符合數(shù)字城市應用的技術(shù)手段，這種手段主要表現(xiàn)為將BIM技術(shù)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息導入到GIS軟件當中，同時，將GIS技術(shù)中的數(shù)據(jù)信息反過來應用于BIM軟件中，通過這樣的互相轉(zhuǎn)化，BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)可以作為GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源。反過來也一樣，GIS的數(shù)據(jù)信息也可以用作BIM的數(shù)據(jù)源，達到BIM技術(shù)與GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)共享轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)兩種技術(shù)互相融合的目的[3]。接下來便舉例說明兩種技術(shù)在數(shù)字城市中的結(jié)合應用。

5.1? 市政建設

在市政建設過程中，BIM技術(shù)和GIS技術(shù)可以共同建立出一個更加立體、具備各種信息資料的三維數(shù)據(jù)模型，能令城市內(nèi)所有的建筑內(nèi)外信息都一目了然。例如，利用三維數(shù)據(jù)模型模擬出冬季供暖所用的供熱線路，當發(fā)現(xiàn)有地區(qū)出現(xiàn)供熱不穩(wěn)定的情況，工作人員可以根據(jù)三維模型內(nèi)的所有供熱管道的情況，通過科學的計算方法，計算出到底是哪條、哪處線路出現(xiàn)了問題。而且還能在管道線路問題加劇的時候，通過三維模型第一時間制定出一個合理的疏散方案，避免人員傷亡，減少救援過程中人力、物力的消耗[4]。

5.2? 室內(nèi)導航

人們在不熟悉的地方容易出現(xiàn)迷路的情況。傳統(tǒng)的地圖導航只能通過二維平面的方式進行導航，如果進入樓層內(nèi)部，這種導航方法就無法使用。采用了BIM技術(shù)之后，就可以很好地解決這一問題。利用BIM技術(shù)提供的建筑內(nèi)部的建筑模型，再配合定位技術(shù)就可以實現(xiàn)三維室內(nèi)導航。

6? ? 結(jié)語

數(shù)字城市已經(jīng)是城市發(fā)展的必然趨勢，BIM與GIS兩種技術(shù)作為數(shù)據(jù)城市建設的基石，在今后將會得到更多的應用，相關(guān)研究人員還要盡可能完善兩種技術(shù)的集成應用，為建設數(shù)字城市打下完美的基礎。

[參考文獻]

[1]韓東.數(shù)字城市中三維建模的內(nèi)容與方式探討[J].土木建筑工程信息工程，2010.（34）：26.

[2]鮑文東.基于GIS的土地利用動態(tài)變化研究[D].濟南：山東科技大學，2007.

[3]胡章杰，張藝.BIM在三維數(shù)字城市中的集成與應用研究[J].北京測繪，2015（6）：21-25.

[4]張瑞芝.BIM技術(shù)在數(shù)字城市三維建模中的應用研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2012（1）：47-51.