BIM+GIS集成技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用

王建 楊亞婷 陸雨竹 王章琳 董帥

摘要：智慧校園作為當(dāng)代高校的最終發(fā)展目標(biāo)和必然發(fā)展趨勢，綜合運(yùn)用了當(dāng)今社會中的多項(xiàng)前沿技術(shù)。BIM和GIS作為當(dāng)代社會的前沿、綜合性技術(shù)，在智慧校園的管理平臺中發(fā)揮著重要作用。該文在闡述了BIM和GIS各自技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建兩種技術(shù)的集成模型，分析了BIM+GIS集成技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用。最后發(fā)現(xiàn)該集成技術(shù)在智慧校園管理平臺的應(yīng)用極大提高了智慧校園的智能程度，在一定意義上，對智慧校園的發(fā)展起到了推動作用。

關(guān)鍵詞：智慧校園;BIM技術(shù);GIS技術(shù);集成技術(shù);智能管理

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）22-0227-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 前言

智慧校園是綜合運(yùn)用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、社交網(wǎng)絡(luò)等多種新興技術(shù)，全面感知校園物理環(huán)境，智能識別師生學(xué)習(xí)和工作的情景，并將學(xué)校的物理空間和數(shù)字空間進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，為師生建立了智能開放的教育學(xué)習(xí)環(huán)境以及方便舒適的生活環(huán)境，它是一個(gè)以人為本、以服務(wù)為核心的創(chuàng)新型校園[1]。簡單來說，智慧校園就是一個(gè)更智能更方便的校園。建設(shè)智慧校園是一個(gè)長期的發(fā)展過程。它是一種將人、設(shè)備、環(huán)境、資源以及各種社會因素，在信息化的背景下有機(jī)結(jié)合在一起的智能而獨(dú)特的校園系統(tǒng);它是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息的關(guān)聯(lián)共享為核心，通過多種技術(shù)進(jìn)行信息傳遞的系統(tǒng);它是科技迅速發(fā)展背景下，信息化發(fā)展的高級階段和教育信息化發(fā)展的必然趨勢。

BIM作為建筑行業(yè)的前沿技術(shù)，被得到廣泛應(yīng)用;GIS作為一門涉及多方面的交叉技術(shù)，也被應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域。BIM在實(shí)體定位和空間分析等操作上存在缺陷，而GIS卻不能表現(xiàn)建筑內(nèi)部的詳細(xì)信息，通過把BIM和GIS兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行集成，使二者優(yōu)勢互補(bǔ)，在充分發(fā)揮各自優(yōu)勢的同時(shí)，也將創(chuàng)造更大的使用價(jià)值。把這項(xiàng)集成技術(shù)應(yīng)用到智慧校園的建設(shè)中，不僅提高了智慧校園的智能化管理力度，還推動了智慧校園的發(fā)展，

2 BIM與GIS發(fā)展現(xiàn)狀

BIM（ Building Information Model）是“建筑信息模型”的簡稱。它不僅是我們對項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)而建立的理想數(shù)字模型，而且是我們利用這個(gè)模型所攜帶的信息對項(xiàng)目進(jìn)行分析、模擬、完善、施工和維護(hù)的過程[2]。因此可以看出，BIM既是一種數(shù)字模型，又是一個(gè)過程，其核心是信息。它作為數(shù)字模型存放著項(xiàng)目的完整、實(shí)時(shí)且相互關(guān)聯(lián)的信息，并貫穿著該建筑從概念設(shè)計(jì)到拆除階段的整個(gè)生命周期。為整個(gè)生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程[3]。不管是作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)的數(shù)字模型，還是貫穿項(xiàng)目整個(gè)生命周期的過程，歸根到底都是在對項(xiàng)目的信息進(jìn)行采集、管理、修改和使用的過程。在這個(gè)過程中，任何一個(gè)對象信息發(fā)生變化，與之相關(guān)聯(lián)的對象信息也會有所更改，從而保證了信息的準(zhǔn)確、一致性。這樣一來，模型能夠更好地適應(yīng)設(shè)計(jì)中的變更，提高了項(xiàng)目的工作效率和質(zhì)量，并減少了一些不必要的人物財(cái)力的消耗。它是一種面向建筑且基于對象的數(shù)字化技術(shù)，它的基礎(chǔ)是門、窗、墻體等構(gòu)件，計(jì)算機(jī)可自動識別模型中的不同構(gòu)件，并根據(jù)建筑信息對各種構(gòu)件的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[4]，通過這些統(tǒng)計(jì)信息，工作人員可以清楚地知道項(xiàng)目所需材料、數(shù)量和尺寸分別是什么、是多少，并更好更準(zhǔn)確地評估項(xiàng)目成本。作為當(dāng)今建筑行業(yè)的前沿技術(shù)，它不僅涉及建筑設(shè)計(jì)方面的知識，還需要IT方面的技術(shù)支持[5]。隨著技術(shù)水平的提高，它的實(shí)現(xiàn)不再是通過基礎(chǔ)的繪圖軟件就可以完成，而是需要一系列相關(guān)軟件完成的，一般將這些軟件分為兩類：一類是通常用來創(chuàng)建BIM模型的核心軟件（包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可持續(xù)分析、運(yùn)營管理等）;另一類利用BIM模型的分析軟件（包括結(jié)構(gòu)分析、設(shè)備管理、可視化等）[6];

GIS即地理信息系統(tǒng)，它是一個(gè)以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、管理、分析和可視化的綜合性系統(tǒng)。它的操作對象是空間數(shù)據(jù)，它能對這些具有位置、屬性、時(shí)態(tài)三個(gè)主要特點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、管理、分析和可視化，這也正是GIS區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的標(biāo)志。其優(yōu)勢在于強(qiáng)大的空間分析能力?？臻g分析是根據(jù)已經(jīng)確定的應(yīng)用分析模型，通過對空間數(shù)據(jù)的拓?fù)溥\(yùn)算和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合運(yùn)算等各種操作運(yùn)算，來分析某一區(qū)域的地理現(xiàn)象，從而獲得更有效的數(shù)據(jù)或某一特定問題的解決方案[7]。GIS能把實(shí)體的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)結(jié)合起來，從而更好地解決各種復(fù)雜的地理相關(guān)問題。因此，GIS常被用在我們生活中的很多領(lǐng)域。

基于BIM和GIS的技術(shù)特點(diǎn)，可以將二者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，使其優(yōu)勢互補(bǔ)，創(chuàng)造出更大的應(yīng)用價(jià)值。

3 BIM+GIS集成技術(shù)的模型構(gòu)建

BIM+GIS的集成技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是對建筑物內(nèi)部微觀模型信息和室外宏觀信息的關(guān)聯(lián)整合[8]，要建立BIM+GIS集成技術(shù)的模型，我們以我校為例，并從以下三方面進(jìn)行討論。

（1）CIS模型構(gòu)建：我們可以通過無人機(jī)等設(shè)備獲取我校遙感衛(wèi)星影像圖，再借助GIS的相關(guān)軟件來添加我校主要位置、屬性等信息，完成數(shù)字化等操作，實(shí)現(xiàn)GIS模型的創(chuàng)建。如圖1所示為我校遙感影像：

（2）BIM模型的構(gòu)建：利用BIM相關(guān)軟件可以構(gòu)建出集成豐富建筑物信息的三維模型，例如建筑所用的具體材料、材料費(fèi)用等信息都會存儲在BIM模型中;同時(shí)還可以從不同角度展現(xiàn)建筑，查看其在每個(gè)角度的效果，如圖2、3、4，為建立好的我校教學(xué)樓a棟從正面、背面、側(cè)面三個(gè)角度構(gòu)建的BIM模型：

（3）最后，利用三維模型構(gòu)建軟件，我們可以將我校各建筑的BIM模型與GIS模型進(jìn)行融合，這樣就完成了我校BIM+GIS模型的構(gòu)建，也可以說是建立了帶有我校建筑物內(nèi)部信息的GPS智能管理平臺。

4 BIM+GIS集成技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用

智慧校園的建設(shè)是一個(gè)長期且較復(fù)雜的工程，運(yùn)用BIM技術(shù)可以對校園內(nèi)各建筑的模型信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，GIS技術(shù)可以用來進(jìn)行地理環(huán)境要素等宏觀信息的分析，并可實(shí)現(xiàn)校內(nèi)的精準(zhǔn)定位等。將二者結(jié)合起來可以構(gòu)造一個(gè)具備查詢、分析等多功能的智能管理平臺，對智慧校園的發(fā)展起到推動作用。BIM+GIS集成技術(shù)在智慧校園中有如下幾方面應(yīng)用：

（1）促進(jìn)校園規(guī)劃方案的精準(zhǔn)決策與實(shí)施。在學(xué)校需要對一些場地進(jìn)行重新規(guī)劃和利用時(shí)，BIM+GIS集成技術(shù)可以用來進(jìn)行場地分析，設(shè)計(jì)人員也能參考微觀和宏觀的多源信息，并在宏觀場景下進(jìn)行設(shè)計(jì)，再通過查看設(shè)計(jì)的三維模型，不斷對設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。這樣不僅能實(shí)現(xiàn)場地的高效利用，而且建造出了實(shí)用價(jià)值更高的建筑。

（2）校園設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施的智能管理和維護(hù)。獨(dú)立的建筑物通常是BIM的應(yīng)用對象，通過BIM技術(shù)可以把學(xué)校設(shè)備信息添加到他們所在的教室信息中，利用BIM+GIS集成技術(shù)，可以把GIS研究的建筑物周邊信息與BIM的微觀信息進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的快速定位和查詢。通過設(shè)備設(shè)施在智慧校園平臺上的反饋，可實(shí)時(shí)查看并智能控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控設(shè)施的好壞狀態(tài)，如果有出現(xiàn)異常的設(shè)施，維修人員可通過平臺收到的異常設(shè)施定位，并及時(shí)去進(jìn)行修理。提高了校內(nèi)設(shè)備設(shè)施的管理能力。

（3）三維校園可視化服務(wù)。智慧校園平臺可以通過校園的BIM+GIS三維模型為還未入學(xué)的師生提供全方面了解學(xué)校真實(shí)環(huán)境的機(jī)會，入學(xué)前，他們可以通過智慧校園平臺進(jìn)入三維仿真的校園內(nèi)，真實(shí)感受校園環(huán)境，了解校園主要情況。

（4）校園導(dǎo)航服務(wù)。室外導(dǎo)航是GIS的一個(gè)常用功能，應(yīng)用BIM+GIS集成技術(shù)，可以將其導(dǎo)航范圍擴(kuò)大到室內(nèi)，為在校師生提供了更好的導(dǎo)航服務(wù)：在學(xué)校，他們可以根據(jù)智慧校園平臺的定位和導(dǎo)航服務(wù)，輕松到達(dá)自己的目的地;在發(fā)生意外時(shí)，BIM+GIS集成技術(shù)也可為師生提供最有最合理路徑，引導(dǎo)其逃生。

（5）人員實(shí)時(shí)定位。根據(jù)校內(nèi)人員的手機(jī)GPS定位功能，可以實(shí)時(shí)查詢?nèi)藛T在校園內(nèi)的位置，并可將人員的實(shí)時(shí)位置在校園地圖中清楚展示出來。這樣便可在保證校內(nèi)人員安全的同時(shí)，也為老師上課查考勤帶來了極大的便利。

（6）提高教務(wù)處的工作效率。教務(wù)處老師可在智慧校園平臺上為各班各課程隨機(jī)安排上課時(shí)間及教室，并可根據(jù)BIM+GIS模型信息實(shí)現(xiàn)教師一班級一教室一課程的集成管理，各任課教師和學(xué)生也可方便地查詢相關(guān)課程信息，大大提高了工作效率。

（7）為師生帶來了方便周到的校園生活。師生如有特殊或緊急情況需要使用教室，也可以通過此平臺對空閑、符合其使用條件的教室進(jìn)行查詢和定位，并申請獲得該教室的使用權(quán)，這樣就提高了查找教室的效率。

（8）對地下管網(wǎng)的智能化管理。地下管網(wǎng)作為校園內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施，也成為建設(shè)智慧校園的必經(jīng)之路。BIM+CIS集成技術(shù)不僅可以用于對地上建筑物的智能化管理，也可完成地下管網(wǎng)的智能化管理。在管線施工時(shí)需要安裝可實(shí)時(shí)掌握各管段參數(shù)的感知裝置，然后進(jìn)行管線、地形地物的普查，最后將這些信息加入到校園三維模型內(nèi)即可[9]，這樣BIM+GIS管理平臺就可根據(jù)安裝的感知裝置實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)的智能管理。

5 結(jié)論

BIM+GIS集成技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用為教師、學(xué)生和校內(nèi)工作人員在學(xué)習(xí)、工作、生活中帶來了極大便利。在智慧校園中利用BIM+GIS集成技術(shù)，可以充分發(fā)揮這兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)從宏觀到微觀、更有價(jià)值的信息共享，并創(chuàng)造出了更大的應(yīng)用價(jià)值，推動了智慧校園的發(fā)展;可以在提高校園管理力度的同時(shí)簡化操作;還可以有效實(shí)現(xiàn)校內(nèi)人員和資源的相互交互，它也必將為我們的生活帶來更多便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣東興，付小龍，袁芳，吳海燕，等，大數(shù)據(jù)背景下的高校智慧校園建設(shè)探討[Jl.華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015：119-125+131.

[2]何關(guān)培.“BIM”究竟是什么？[Jl.土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2：111-117.

[3]何清華，錢麗麗，段運(yùn)峰，等.BIM在國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及障礙研究[J].工程管理學(xué)報(bào)，2012，26：12-16.

[4]王廣斌，張洋，譚丹，基于BIM的工程項(xiàng)目成本核算理論及實(shí)現(xiàn)方法研究[J].科技進(jìn)步與對策，2009，26：47-49.

[5]沈力，基于BIM的建筑業(yè)大數(shù)據(jù)研究初探[D].西南交通大學(xué)，2016.

[6]王珺.BIM理念及BIM軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2011.

[7]吳信才，白玉琪，郭玲玲.地理信息系統(tǒng)（GIS）發(fā)展現(xiàn)狀及展望[Jl.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2000：8-9，38.

[8]王樹臣，劉文鋒.BIM+GIS的集成應(yīng)用與發(fā)展[J].工程建設(shè)， 2017，49：16-21.

[9]吳然，校園地下管網(wǎng)三維可視化應(yīng)用研究[D].北方工業(yè)大學(xué)，2015.

【通聯(lián)編輯：代影】

基金項(xiàng)目：長江大學(xué)2019大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃基金支持（2019037）

作者簡介：王建（1999-），男，湖北通山縣人，本科，主要研究方向?yàn)镚IS應(yīng)用;楊亞婷（1998-），女，新疆庫爾勒人，本科，主要研究方向?yàn)镚IS應(yīng)用;陸雨竹（2000-），女，湖北襄陽人，本科，主要研究方向?yàn)镚IS應(yīng)用;王章琳（1998-），男，湖北竹溪縣人，本科，主要研究方向?yàn)镚IS應(yīng)用;董帥（1998-），男，河南三門峽人，本科，主要研究方向?yàn)镚IS應(yīng)用。