GIS结合BIM技术在数字城市中的应用

一、BIM技术

建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图五大特点。

 

1．可视化：可视化即“所见所得”的形式，对于建筑行业来说，可视化的真正运用在建筑业的作用是非常大的，例如经常拿到的施工图纸，只是各个构件的信息在 图纸上的采用线条绘制表达，但是其真正的构造形式就需要建筑业参与人员去自行想象了。对于一般简单的东西来说，这种想象也未尝不可，但是现在建筑业的建筑 形式各异，复杂造型在不断的推出，那么这种光靠人脑去想象的东西就未免有点不太现实了。所以BIM提供了可视化的思路，让人们将以往的线条式的构件形成一 种三维的立体实物图形展示在人们的面前；现在建筑业也有设计方面出效果图的事情，但是这种效果图是分包给专业的效果图制作团队进行识读设计制作出的线条式 信息制作出来的，并不是通过构件的信息自动生成的，缺少了同构件之间的互动性和反馈性，然而BIM提到的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的 可视，在BIM建筑信息模型中，由于整个过程都是可视化的，所以，可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及报表的生成，更重要的是，项目设计、建造、运营 过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。 

2．协调性：这个方面是建筑业中的重点内容，不管是施工单位还是业主及设计单位，无不在做着协 调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题，就要将各有关人士组织起来开协调会，找各施工问题发生的原因，及解决办法，然后出变更，做相应补救措 施等进行问题的解决。那么这个问题的协调真的就只能出现问题后再进行协调吗？在设计时，往往由于各专业设计师之 间的沟通不到位，而出现各种专业之间的碰撞问题，例如暖通等专业中的管道在进行布置时，由于施工图纸是各自绘制在各自的施工图纸上的，真正施工过程中，可 能在布置管线时正好在此处有结构设计的梁等构件在此妨碍着管线的布置，这种就是施工中常遇到的碰撞问题，像这样的碰撞问题的协调解决就只能在问题出现之后 再进行解决吗？BIM的协调性服务就可以帮助处理这种问题，也就是说BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，提 供出来。当然BIM的协调作用也并不是只能解决各专业间的碰撞问题，它还可以解决例如：电梯井布置与其他设计布置及净空要求之协调，防火分区与其他设计布 置之协调，地下排水布置与其他设计布置之协调等。 

3．模拟性：模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型，还可以模拟不能够在真实世界中进行操作 的事物。在设计阶段，BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验，例如：节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等；在招投标和施工 阶段可以进行4D模拟（三维模型加项目的发展时间），也就是根据施工的组织设计模拟实际施工，从而来确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行5D模 拟（基于3D模型的造价控制），从而来实现成本控制；后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟，例如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等。 

4．优化性：事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程，当然优化和BIM也不 存在实质性的必然联系，但在BIM的基础上可以做更好的优化、更好地做优化。优化受三样东西的制约：信息、复杂程度和时间。没有准确的信息做不出合理的优 化结果，BIM模型提供了建筑物的实际存在的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还提供了建筑物变化以后的实际存在。复杂程度高到一定程度，参与人 员本身的能力无法掌握所有的信息，必须借助一定的科学技术和设备的帮助。现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限，BIM及与其配套的各种优 化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。目前基于BIM的优化可以做下面的工作： 

　　（1）、项目方案优化：把项目设计和投资回报分析结合起来，设计变化对投资回报的影响可以实时计算出来；这样业主对设计方案的选择就不会主要停留在对形状的评价上，而更多的可以使得业主知道哪种项目设计方案更有利于自身的需求。

　　（2）、特殊项目的设计优化：例如裙楼、幕墙、屋顶、大空间到处可以看到异型设计，这些内容看起来占整个建筑的比例不大，但是占投资和工作量的比例和前者相比却往往要大得多，而且通常也是施工难度比较大和施工问题比较多的地方，对这些内容的设计施工方案进行优化，可以带来显著的工期和造价改进。 

　　5．可出图性：BIM并不是为了出大家日常多见的建筑设计院所出的建筑设计图纸，及一些构件加工的图纸。而是通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优化以后，可以帮助业主出如下图纸： 

　　（l）、综合管线图（经过碰撞检查和设计修改，消除了相应错误以后）；

　　（2）、综合结构留洞图（预埋套管图）；

　　（3）、碰撞检查侦错报告和建议改进方案。

　　由上述内容，我们可以大体了解BIM的相关内容了。BIM目前在国外很多国家已经有比较成熟的BIM标准或者制度了，那么BIM在中国建筑市场内是否能够同国外的一些国家一样那么顺利发展那？这个必须要看BIM如何同国内的建筑市场特色相结合了，当能够满足国内建筑市场的特色需求后，BIM将会给国内建筑业带来一次巨大变革。

 

二、BIM和GIS的集合

BIM和GIS的集成和融合能给人类带来的价值将是巨大的，方向也是明确的。但是从实现方法来看，无论在技术上还是管理上都还有许多需要讨论和解决的困难和挑战，至少有一点是明确的，简单地在GIS系统中使用BIM模型或者反之，目前都还不是解决问题的办法。

 

GIS和BIM的融合及演变过程

在GIS（地理信息系统）及其以此为基础发展起来的领域，有三个流行名词跟我们现在要谈的这个话题有关，对这三个流行名词，不知道笔者以下的感觉跟各位同行有没有一些共鸣？

GIS：用起来不错

数字城市：听上去很美；

智慧地球：离咱们太远。

不管如何反应，这样的方向我们还是基本认可的，而且在保证人身独立、自由、安全不受侵害的情况下，甚至我们还是有些向往的。至少现在出门查行车路线、聚会找饮食娱乐场所、购物了解产品性能销售网点等事情做起来的方便程度是以前不敢想象的吧。

大家知道，任何技术归根结底都是为人类服务的，人类基本上就两种生存状态：不是在房子里，就是在去房子的路上。抛开精确的定义，用最简单的概念进行划分，GIS是管房子外面的（道路、燃气、电力、通讯、供水），BIM是管房子里面的（建筑、结构、机电）。

说到这儿，没给CAD任何露脸的机会，CAD可能会有意见，咱们得给CAD一个明确的定位：CAD不是用来“管”的，而是用来“画”的，既能画房子外面的，也能画房子里面的。

房子外面和房子里面的说法从更科学的角度去分析，似乎不是那么准确。维基百科这样定义GIS：A geographic information system (GIS), or geographical information system captures, stores, analyzes, manages, and presents data that is linked to location.

意思是说GIS系统用来收集、存储、分析、管理和呈现与位置有关的数据。

技术是为人类服务的，人类是生活在地球上一个一个具体的位置上的（就是去了月球也还是与位置有关），按照GIS的这个定义，GIS应该是房子外面房子里面都能管的，至少GIS自己具有这样的远大理想。

但是在BIM出现以前，GIS始终只能呆在房子外面，因为房子里面的信息是没有的。BIM的应用让这个局面有了根本性的改变，而且这个改变的影响是双向的：

对GIS而言：由于CAD时代不能提供房子里面的信息，因此把房子画成一个实心的盒子天经地义。但是现在如果有人提供的不是CAD图，而是BIM模型呢？GIS总不能把这些信息都扔了，还是用实心盒子代替房子吧？

 

对BIM而言：房子是在已有的自然环境和人为环境中建设的，新建的房子需要考虑与周围环境和已有建筑物的互相影响，不能只管房子里面的事情，而这些房子外面的信息GIS系统里面早已经存在了，BIM应该如何利用这些GIS信息避免重复工作，从而建设和谐新房子呢？

 

    BIM和GIS的集成和融合能给人类带来的价值将是巨大的，方向也是明确的。但是从实现方法来看，无论在技术上还是管理上都还有许多需要讨论和解决的困难和挑战，至少有一点是明确的，简单地在GIS系统中使用BIM模型或者反之，目前都还不是解决问题的办法。