淺析“GIS+BIM”技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用

鄒 宇

（貴州水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 551400）

IBM公司總裁彭明盛在2008年首次提出了“智慧地球”（Smart Planet） 的概念，此后“智慧”一詞很快并融入了各行各業(yè)，“智慧城市”“智慧旅游”“智慧礦山”“智慧校園”等一系列新名詞先后出現(xiàn)在公眾的視野中[1]。學(xué)校作為知識傳播和科學(xué)研究的主戰(zhàn)場，智慧校園的建設(shè)受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

所謂智慧校園 （Smart Campus），是以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)的信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，聯(lián)合先進(jìn)的教育理念，構(gòu)建出集教學(xué)、科研、管理和生活為一體的智能化和智慧化校園環(huán)境[2]。但現(xiàn)行的智慧校園建設(shè)，大多只是簡單地構(gòu)建了學(xué)校的三維模型，只能粗略地反映校園的空間位置信息，僅僅停留在靜態(tài)的層面，只有外觀展示功能，不能體現(xiàn)出校園的“智慧”性。

BIM與GIS技術(shù)的出現(xiàn)，為智慧校園建設(shè)和管理提供了新的方法和手段。將BIM+GIS模型進(jìn)行有效融合，建成智慧校園管理平臺，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，必能促使校園管理從靜到動(dòng)、從表到里、從粗到細(xì)的變革，增強(qiáng)智慧校園在規(guī)劃、建設(shè)、管理等問題上的智能程度。

1 GIS與BIM概述

地理信息系統(tǒng) （GIS），是對整個(gè)或部分地球表面 （包括大氣層在內(nèi)） 與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的空間信息系統(tǒng)[3]。該技術(shù)能將模型數(shù)據(jù)和屬性信息融于一體，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的有機(jī)結(jié)合。利用其強(qiáng)大的空間分析功能與數(shù)據(jù)庫管理功能，可以為智慧校園建設(shè)提供一種十分有效的管理工具。

BIM是建筑信息模型的簡稱，它是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)、集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的數(shù)據(jù)模型，是對工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)[4]。BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性與優(yōu)化性等特點(diǎn)。在智慧校園中，可運(yùn)用BIM技術(shù)建立信息集成的可視化校園建筑模型。

2 GIS與BIM相結(jié)合的優(yōu)越性

GIS側(cè)重于對建筑物地理信息的表達(dá)，多用于建筑物的地理位置定位和空間信息分析，能很好地展示建筑物的外部環(huán)境，確保信息的完整性。但對建筑物的表達(dá)不夠精細(xì)，不能精確反映建筑物的內(nèi)部信息。

BIM能夠?qū)⒔ㄖ锏耐獠颗c內(nèi)部結(jié)構(gòu)用三維模型的形式準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出來，并能管理附著在模型上的相關(guān)屬性信息。但不具備建筑物空間信息的分析與定位功能，并且在對建筑物周邊環(huán)境的整體展示上，也存在缺陷。

將GIS與BIM進(jìn)行技術(shù)融合，用BIM構(gòu)建精細(xì)的三維建筑模型，對建筑物的內(nèi)部信息進(jìn)行分析和管理，這些高精度的BIM模型是GIS的重要數(shù)據(jù)來源，也為后期運(yùn)營維護(hù)管理提供基本的模型數(shù)據(jù)及所屬的多維信息數(shù)據(jù)；GIS可作為智慧校園的神經(jīng)中樞，能夠管理區(qū)域空間，分析空間地理信息數(shù)據(jù)。從而使宏觀的GIS數(shù)據(jù)和微觀的BIM信息相結(jié)合，這樣可實(shí)現(xiàn)兩者之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，再加以當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可為智慧校園構(gòu)建一個(gè)很好的基礎(chǔ)平臺。

3 GIS與BIM融合的實(shí)現(xiàn)

如上所述，將GIS與BIM進(jìn)行技術(shù)融合，可實(shí)現(xiàn)兩者之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，為智慧校園構(gòu)建一個(gè)很好的基礎(chǔ)平臺。但兩者的數(shù)據(jù)不能交互使用，是隔在GIS與BIM技術(shù)之間的一道屏障。如何進(jìn)行兩種數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換，是GIS與BIM技術(shù)結(jié)合首先要解決的問題。

目前，GIS與BIM數(shù)據(jù)融合的方法主要有兩種：一種是基于數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法融合GIS與BIM；另一種是基于CityGML和IFC標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展的方法融合GIS與BIM[5]。由于在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中不可避免的會(huì)導(dǎo)致信息丟失，所以GIS與BIM的融合大多通過CityGML和IFC標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展的方式完成。具體思路如圖1所示。

圖1 GIS與BIM的融合

利用BIM構(gòu)建精細(xì)化的三維校園模型，并輸入包括空間的類型、設(shè)備、結(jié)構(gòu)、面積、門窗等的其他詳細(xì)信息，將攜帶了詳細(xì)信息的模型轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的IFC文件[6]。然后根據(jù)該IFC實(shí)體的定義和分類方式，對CityGML進(jìn)行ADE機(jī)制的擴(kuò)展，并將IFC實(shí)體分類和定義結(jié)果融入CityGML中，即可得到一個(gè)集成GIS與BIM的交互平臺。

4 “GIS+BIM”技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用

通過“GIS+BIM”集成技術(shù)所構(gòu)建的智慧校園管理平臺，能夠?qū)W(xué)生管理、教務(wù)管理、實(shí)訓(xùn)室管理、圖書管理等工作進(jìn)行有效的智能化管理。

4.1 在學(xué)生管理中的應(yīng)用

將構(gòu)建好的校園三維仿真模型放到學(xué)校主頁，學(xué)生報(bào)考前、入學(xué)前，可以全方位地了解學(xué)校。在已經(jīng)建好的校園三維仿真模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)智慧校園管理系統(tǒng)APP，將每個(gè)職能部門的位置、學(xué)生的報(bào)到程序及宿舍的安排都提前設(shè)置好，學(xué)生在報(bào)到時(shí)，只需下載校園APP，實(shí)名注冊后，即可根據(jù)APP的定位及導(dǎo)航功能，快速到達(dá)目標(biāo)位置，進(jìn)行報(bào)到注冊。報(bào)到時(shí)間結(jié)束后，學(xué)校還能很方便地統(tǒng)計(jì)出哪些同學(xué)還未報(bào)到等相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.2 在教務(wù)管理中的應(yīng)用

教務(wù)管理部門可以將課程表導(dǎo)入智慧校園管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)教師-班級-教室-課程的聯(lián)動(dòng)管理，教師和學(xué)生通過智慧校園APP能夠很方便地查詢每一天的課程及教室位置。每次考試之前，教務(wù)管理人員只需將考生的姓名和考場里的座位相匹配，即可完成考場的布置，學(xué)生從APP里面便能找到自己考試位置，方便監(jiān)考老師進(jìn)行考場管理。同時(shí)也方便教務(wù)管理部門進(jìn)行日常教學(xué)監(jiān)督和管理。

4.3 在實(shí)訓(xùn)室管理中的應(yīng)用

每個(gè)實(shí)訓(xùn)室有哪些設(shè)備，每種設(shè)備的功能、使用說明、能開設(shè)哪些實(shí)訓(xùn)課程等，都可以添加到智慧校園管理系統(tǒng)中所對應(yīng)的實(shí)訓(xùn)室的屬性信息里面。這樣既方便實(shí)訓(xùn)室、機(jī)房進(jìn)行預(yù)約和實(shí)驗(yàn)儀器的借還管理，又有利于實(shí)訓(xùn)室的資產(chǎn)管理和實(shí)驗(yàn)儀器的有效利用。

4.4 在圖書管理中的應(yīng)用

將圖書的內(nèi)容簡介、出借情況、剩余數(shù)量及所在書架的位置等信息錄入智慧校園管理系統(tǒng)中，教師和學(xué)生需要借閱時(shí)，通過輸入圖書名字即可檢索出該本圖書的相關(guān)信息，還能利用室內(nèi)定位及導(dǎo)航功能快速找到需要的書籍。除此以外，在系統(tǒng)里面輸入關(guān)鍵信息，系統(tǒng)即可自動(dòng)推送相關(guān)的書籍，方便讀者系統(tǒng)學(xué)習(xí)某一領(lǐng)域的知識。管理人員還能很方便地管理圖書館中的書籍。

5 結(jié)語

將“GIS+BIM”技術(shù)應(yīng)用到智慧校園中，能夠充分利用GIS及BIM兩項(xiàng)新技術(shù)的優(yōu)勢，使之產(chǎn)生“1+1＞2”的效果，解決智慧校園中的一些管理問題，幫助管理人員進(jìn)行決策和管理。但“GIS+BIM”技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止于此，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，“GIS+BIM”技術(shù)更多的應(yīng)用必將被人們所挖掘，為智慧校園建設(shè)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。