GIS與BIM集成在城市建筑規(guī)劃中的應(yīng)用研究

盧 瑾

（成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 四川 成都 610000）

1 項(xiàng)目背景

1.1 研究背景及意義

建筑是一座城市最基本的元素，也是一座城市的標(biāo)志。城市建筑規(guī)劃是城市規(guī)劃的不可缺少的一部分，而城市規(guī)劃又代表了城市發(fā)展的藍(lán)圖，即，城市建筑規(guī)劃對(duì)于城市的經(jīng)濟(jì)進(jìn)步以及生存環(huán)境的改善都有著積極的意義?，F(xiàn)階段，在城市建筑規(guī)劃中大多使用GIS與BIM集成技術(shù)，它們的融合是未來(lái)城市發(fā)展的方向。

1.2 GIS與BIM技術(shù)概述

GIS是“地理信息系統(tǒng)”（Geographic Information System或 Geo-Information system）的英文縮寫，又可稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”。而在城市建筑規(guī)劃中，GIS 一直以來(lái)致力于的是表層的地理信息、外觀信息，包括呈現(xiàn)真實(shí)的地理位置、建筑物周遭的環(huán)境、建筑物的外觀等，但是它所描述的只是一個(gè)空殼，并不能進(jìn)一步獲得建筑物的內(nèi)部而構(gòu)、內(nèi)部信息、關(guān)于建筑物的具體信息等。而在從城市建筑規(guī)劃中，只針對(duì)城市建筑物的表面外觀信息、地理位置信息、與周遭環(huán)境的關(guān)系信息等進(jìn)行整合整理是不夠的，只對(duì)這些進(jìn)行分析會(huì)導(dǎo)致在規(guī)劃的過(guò)程中忽略掉建筑物本身的重要信息，并且GIS技術(shù)現(xiàn)在無(wú)法對(duì)建筑物在施工過(guò)程等的本身的信息進(jìn)行整合處理。

這時(shí)，BIM技術(shù)，也就是建筑信息模型的加入彌補(bǔ)了這些不足。BIM英文全稱是Buliding Information Modeling，顧名思義，BIM技術(shù)指的是在基于建筑工程項(xiàng)目各項(xiàng)信息而建立起來(lái)的建筑信息模型，這個(gè)數(shù)據(jù)模型是具有功能特性以及物理設(shè)施的。BIM是用來(lái)整合和管理建筑物本身所有階段的信息，近年來(lái)，在建筑規(guī)劃中，得到廣泛使用，它與GIS并非是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，而是良好的互補(bǔ)關(guān)系。與GIS不同的是，BIM技術(shù)可以利用三維建模得到建筑物本身在整個(gè)建筑階段的所有信息，包括從設(shè)計(jì)到施工的所有階段，從而有效防止了建筑物信息因?yàn)槿藶榈氖д`等不慎流失，做到GIS技術(shù)做不到的精細(xì)化管理，從而使整個(gè)建筑規(guī)劃得到質(zhì)量和效率上的極大提升。

GIS與BIM技術(shù)的結(jié)合順應(yīng)了時(shí)代的改變，它的出現(xiàn)引起了眾多人的追捧有研究。在建筑領(lǐng)域中，GIS與BIM集合技術(shù)無(wú)疑是走在了前端的，通過(guò)整合建筑信息模型參數(shù)化描述建筑組件的特性與地理信息系統(tǒng)宏觀的幾何概念，以BIM描述單體建筑物的特性可以通過(guò)GIS共同數(shù)據(jù)的格式拓展至三維層面,實(shí)現(xiàn)建筑外在信息與內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的結(jié)合，而建筑物本身的空間信息可以通過(guò)三維建模被更加精確的展現(xiàn)出來(lái)，并且該技術(shù)害可以對(duì)建筑的空間信息以及周遭環(huán)境條件、自身?xiàng)l件進(jìn)行分析,所以BIM技術(shù)與GIS技術(shù)不是競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，而是互補(bǔ)的關(guān)系，通過(guò)集成充分結(jié)合了各自的優(yōu)點(diǎn)，為城市的建筑規(guī)劃帶來(lái)了技術(shù)上的革新。從目前來(lái)看，GIS-BIM技術(shù)在我國(guó)并未得到了廣泛的應(yīng)用，所以就此需要進(jìn)行討論與研究。

1.3 GIS與BIM集成面對(duì)的困難

現(xiàn)階段，GIS與BIM集成面臨的首要問(wèn)題是兩個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共享問(wèn)題。微觀領(lǐng)域與宏觀領(lǐng)域的信息交換和對(duì)接，其實(shí)也就是三維數(shù)據(jù)方面的結(jié)合，而兩者的三維空間數(shù)據(jù)都有不同的模型標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)和格式。BIM數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)是IFC，而GIS數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)是城市地理標(biāo)記語(yǔ)言，所以融合兩者的三位數(shù)據(jù)信息時(shí)，要經(jīng)過(guò)一定的語(yǔ)義轉(zhuǎn)換和一系列映射。

2 GIS與BIM集成在城市建筑規(guī)劃中的應(yīng)用探討

GIS與BIM技術(shù)可以應(yīng)用到多個(gè)方面，室內(nèi)定位與導(dǎo)航，智慧城市建設(shè)，也可以應(yīng)用到旅游與娛樂(lè)方面、環(huán)境模擬、3D地籍圖、災(zāi)害管理、農(nóng)林業(yè)管理等生活的方方面面，GIS和BIM集成為國(guó)土安全以及反抗戰(zhàn)爭(zhēng)中做出了不小的貢獻(xiàn)。本文主要就GIS與BIM集成在城市建筑規(guī)劃中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

2.1 對(duì)建筑物進(jìn)行三維測(cè)量

三維測(cè)量作為城市建筑規(guī)劃最重要的組成部分之一，進(jìn)行三維測(cè)量能夠提高建筑模型的科學(xué)性、合理性。對(duì)建筑物進(jìn)行三維測(cè)量指的是對(duì)其所做全面測(cè)量，例如建筑物體積表面積、空間距離、填挖方計(jì)算等。當(dāng)建筑物十分密集的時(shí)候，對(duì)三維測(cè)量帶來(lái)的難度也較大，但是GIS和BIM技術(shù)的集成使這個(gè)難題變得不再是個(gè)燙手山芋。只要在圖層上面點(diǎn)擊一下，兩點(diǎn)之間的距離就會(huì)在三維的實(shí)景窗口中被展示出來(lái)，從而反映出建筑物的長(zhǎng)寬高等等有關(guān)于距離的數(shù)據(jù)；如果需要測(cè)量某個(gè)角度，只需要連續(xù)點(diǎn)擊三個(gè)點(diǎn)，就可以得到以第二個(gè)點(diǎn)為頂點(diǎn)的角度值；如果需要測(cè)量某個(gè)區(qū)域的面積，只需要連續(xù)的點(diǎn)擊測(cè)量區(qū)域的各個(gè)頂點(diǎn)，便可得到該區(qū)域的面積。

2.2 建筑方案的設(shè)計(jì)對(duì)比

建筑方案是建筑規(guī)劃的精華所在，也是建筑規(guī)劃的基礎(chǔ)。但建筑設(shè)計(jì)師所設(shè)計(jì)出來(lái)的方案總會(huì)與實(shí)際的施工流程存在一定的差異，在方案的最初設(shè)計(jì)到中標(biāo)的整個(gè)過(guò)程中,往往都需要設(shè)計(jì)師對(duì)方案進(jìn)行再三地更改，最終才能達(dá)到所需要的要求，而好的設(shè)計(jì)還需要從多角度、多層次、多方位進(jìn)行深入分析，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候不能局限于一方面，要從多方面考慮，同時(shí)從工程總價(jià)、投資規(guī)模等多方面考慮因素出發(fā)，建筑設(shè)計(jì)師通常需要準(zhǔn)備多個(gè)方案以備后用，使得項(xiàng)目具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力與說(shuō)服力，而且通過(guò)多方案對(duì)比，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際，也就是客戶的要求，更容易得到符合客戶要求且符合實(shí)際的方案。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是在二維圖紙上進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是如果只是在紙上面進(jìn)行涂涂寫寫，不能夠清晰地展示建筑物本身的很多關(guān)鍵性的信息，例如進(jìn)行施工時(shí)所要使用的材料、建筑物的整體結(jié)構(gòu)、周遭環(huán)境等。不同于舊時(shí)代的設(shè)計(jì)方式，GIS與BIM集成技術(shù)的引入，使得建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅可以獲取建筑物的詳細(xì)信息，還可以結(jié)合實(shí)際的需求，利用 GIS與BIM技術(shù)對(duì)所設(shè)計(jì)出來(lái)的建筑物以及進(jìn)行方案改動(dòng)后或者在不同的方案對(duì)比中建筑物的前后變化進(jìn)行模擬，使得設(shè)計(jì)師能夠?qū)υO(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行充分檢驗(yàn)，使建筑方案的設(shè)計(jì)更具科學(xué)性、準(zhǔn)確性、合理性。

2.3 對(duì)建筑物的日照特點(diǎn)進(jìn)行分析

建筑物的日照特性包括建筑物的取暖效果，采光效果以及人的視覺(jué)效果。在之前的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方法中,日照分析是在二維圖紙上進(jìn)行的，同樣因?yàn)槭窃诙S空間設(shè)計(jì)的，很多實(shí)際情況不能被得知，很多精細(xì)的點(diǎn)不能夠被很好地表達(dá)出來(lái)，使得日照設(shè)計(jì)往往比較困難,整個(gè)設(shè)計(jì)是否有不足的地方也很難知道，導(dǎo)致整個(gè)建筑規(guī)劃不夠科學(xué)準(zhǔn)確,使得整個(gè)建筑物的日照條件不能達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)期的要求。而且隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，考慮到光污染等因素，建筑物日照得到了越來(lái)越多的關(guān)注和重視。

日照分析需要考慮時(shí)間、地域、建筑造型等多方面因素，通過(guò)在網(wǎng)上的搜索，我們可以得到住宅建筑日照標(biāo)準(zhǔn)是以房屋長(zhǎng)邊向陽(yáng)，朝陽(yáng)向正南，正午太陽(yáng)照到后排房屋底層窗臺(tái)為依據(jù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)還要對(duì)建筑物的高度、體積等進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算出來(lái)后通過(guò)GIS-BIM技術(shù)模擬出三維圖像展示現(xiàn)實(shí)光影效果。在運(yùn)用 GIS與 BIM集成技術(shù)進(jìn)行三維建模時(shí)，首先利用BIM技術(shù)計(jì)算出太陽(yáng)在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)照到建筑物時(shí)的角度、位置等問(wèn)題，在此條件基礎(chǔ)下模擬出在設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)方案下，不同建筑物之間的日照情況，陽(yáng)光照進(jìn)室內(nèi)的時(shí)間等，從而對(duì)建筑物之間的間距進(jìn)行分析，考慮是否符合住宅建筑日照條件,進(jìn)而對(duì)建筑規(guī)劃方案進(jìn)行優(yōu)化，使得建筑物的日照條件達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)所預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 室內(nèi)定位與導(dǎo)航

BIM技術(shù)可以對(duì)建筑圍觀信息進(jìn)行高精度描述，但是卻不能對(duì)建筑的空間位置分布進(jìn)行分析，而GIS可以對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行多種分析，兩者結(jié)合可以達(dá)到微觀也就是室內(nèi)的導(dǎo)航和定位，提高資產(chǎn)管理的自動(dòng)化水平和準(zhǔn)確性。還可以進(jìn)行樓內(nèi)和地下通道等的三維模擬，設(shè)計(jì)出危險(xiǎn)或者意外發(fā)生時(shí)最佳的逃生方案，例如樓道內(nèi)管道破裂、發(fā)生火災(zāi)甚至發(fā)生地震的情況，都可以通過(guò)該技術(shù)設(shè)計(jì)出最佳的逃生方案，并且在設(shè)計(jì)的時(shí)候，規(guī)避一些可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，此項(xiàng)技術(shù)為居民的生命安全又添了一層保障。

2.5 通風(fēng)分析

通風(fēng)設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中極其重要的一個(gè)組成部分，通風(fēng)設(shè)計(jì)的目的有如下幾種：

（1）排除室內(nèi)污濁的空氣或者凈化后排至室外，保持屋內(nèi)居住的適宜度；

（2）保證室內(nèi)人員的熱舒適，保持通風(fēng)情況良好，熱空氣得以及時(shí)排出，不至于悶熱;

（3）使得新鮮的空氣能夠進(jìn)入室內(nèi)，滿足室內(nèi)人員對(duì)新鮮空氣的需要。

隨著能耗的日益增加和環(huán)境條件日益惡化所帶來(lái)的壓力，可持續(xù)發(fā)展策略的實(shí)施成為了必然，基于環(huán)保因素，自然通風(fēng)受到越來(lái)越多的關(guān)注，因?yàn)樽匀煌L(fēng)的增加可以減少對(duì)空調(diào)以及電風(fēng)扇的使用，節(jié)約用電，節(jié)能減排，所以自然通風(fēng)也成為了設(shè)計(jì)師所要設(shè)計(jì)的通風(fēng)條件之一，并注意與建筑物的有效結(jié)合，合理利用自然風(fēng)源，實(shí)現(xiàn)環(huán)保理念，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。運(yùn)用GIS-BIM技術(shù)，可直接模擬出建筑物室內(nèi)外的通風(fēng)情況，從而找出通風(fēng)設(shè)計(jì)中的缺點(diǎn)，沒(méi)有滿足的要求，進(jìn)而優(yōu)化通風(fēng)設(shè)計(jì)，在達(dá)到室內(nèi)居住度適宜的效果的同時(shí)實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。

3 結(jié)語(yǔ)

3.1 小結(jié)

在城市規(guī)劃中，城市建筑規(guī)劃對(duì)整個(gè)城市的建設(shè)都有著重要的影響力，但是過(guò)去老舊的規(guī)劃手段存在技術(shù)、理念等方面的問(wèn)題，二維的圖紙終究容易忽略很多問(wèn)題，而可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的環(huán)保理念又逐漸深入人心，所以GIS-BIM技術(shù)融合的出現(xiàn)順應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展，利用三維模型使得城市建筑設(shè)計(jì)更科學(xué)準(zhǔn)確、更加規(guī)范。

3.2 對(duì)未來(lái)的展望

3.2.1 基礎(chǔ)設(shè)施的進(jìn)一步改善

即使GIS-BIM技術(shù)已經(jīng)得到了極大的運(yùn)用，但在實(shí)際操作中還是會(huì)遇到很多問(wèn)題，基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題都是硬傷，例如施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境太差施工條件落后等，所以需要工作人員對(duì)此進(jìn)行不斷地改革和創(chuàng)新，使得我們的城市建筑工程能夠順利推進(jìn)，城市設(shè)施功能得到進(jìn)一步的提升。

3.2.2 方案的進(jìn)一步提升

時(shí)代在進(jìn)步，老一代的建筑規(guī)劃思想大多不適用于現(xiàn)代科技，尤其是在環(huán)保理念先進(jìn)的現(xiàn)代，所以更要結(jié)合環(huán)保理念，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，通過(guò)GIS-BIM的支持，使城市建筑規(guī)劃走向更加科學(xué)合理、更加規(guī)范的道路，使城市的發(fā)展更上一層樓。

3.3 GIS-BIM技術(shù)其它領(lǐng)域的作用

除了在城市建筑規(guī)劃中發(fā)光發(fā)亮，GIS與BIM技術(shù)的融合可以應(yīng)用到生活的各個(gè)方面，小到日常的休閑娛樂(lè)活動(dòng)，對(duì)日常環(huán)境的模擬；大到可以在國(guó)土安全和反恐戰(zhàn)爭(zhēng)中起到不小的作用，在國(guó)防方面做出巨大貢獻(xiàn)，保家衛(wèi)國(guó)，并且還可以在災(zāi)害管理中獻(xiàn)出自己的一份力量，造福全人類；簡(jiǎn)單到可以做出3D地圖，為車輛和行人導(dǎo)航；復(fù)雜到可以對(duì)林業(yè)進(jìn)行科學(xué)化的管理，也可以為城市規(guī)劃奉獻(xiàn)出自己的一份力量，使得城市規(guī)劃更加科學(xué)合理，使得人們的生活僅僅有條。

3.4 總結(jié)

總之，以上就是我個(gè)人見(jiàn)解。本文只是針對(duì)GIS-BIM的一部分應(yīng)用進(jìn)行了探討，它還有更廣闊的運(yùn)用領(lǐng)域，等著我們?nèi)パ芯堪l(fā)現(xiàn)，也希望GIS-BIM集成技術(shù)能夠更加被重視重用，為人類造福。

GIS-BIM融合技術(shù)的出現(xiàn)順應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展，造福了我們生活的方方面面，所以希望能得到重用，而隨著時(shí)代的進(jìn)步，相信通過(guò)我們的學(xué)習(xí)，能研發(fā)出更加適合時(shí)代發(fā)展腳步的技術(shù)，使得人類文明更上一層樓。