BIM+GIS技術在工程生命周期管理中的應用研究

董力健

摘要：本文以BIM和GIS技術的結合應用研究為方向。主要講解了在結合應用的過程中，如何將BIM+GIS的優勢進行有效的結合，在兩者結合的過程中避免各自在應用上的局限性。針對工程中各階段的不同需求，進行碰撞檢查、施工模擬籌劃、資產管理、平臺搭建等應用。BIM+GIS結合應用使兩者能夠更加有力的輔助并支撐工程全生命周期的管理，在工程中具有重大意義和價值。

關鍵詞：BIM技術；GIS技術；結合應用；工程管理應用

引言：建筑信息模型（BuildingInformationModeling）是以3D數字技術為基礎、將建筑工程項目中產生的各類信息以工程數據模型的方式表現出來，是對工程項目設施實體與功能特性的數字化表達。BIM技術作為一種全新的表達方式，在工程建設領域，尤其是裝配式施工住宅的設計和建設階段，正逐步發揮著越來越大的作用。BIM技術的優勢在于數據的集成和共享，實現企業外部的服務設計、內部的管理協同，尤其是住宅產業化進程中的信息不對稱、生產成本高和產品同質化高等問題。地理信息系統（GeographicInfolmatlonSystem或Geo-infolmatlonsystem）是以測繪測量為基礎，在計算機軟、硬件支持下，以地理數據為對象的空間分析技術，是近幾年發展起來的對地理環境有關問題進行分析和研究的一種空間信息管理系統。BIM與GIS作為強大的技術及行業應用有著各自不可替代的優勢。若將BIM與GIS有效的結合起來，把工程中的規劃設計、建設施工、運營管理等全生命周期內不同階段的數據資料進行有效的集成，可為項目不同階段、不同需求的決策提供有力的綜合性技術支持。本文將以BIM+GIS在項目應用過程中遇到的問題及解決方法為例，研究BIM+GIS在工程中的應用技術與關鍵問題。

1BIM與3DGIS結合關鍵問題

BIM數據結構包括空間數據（模型）和屬性參數，其中空間數據模型又包含了模型的空間位置、外觀等信息，這與GIS數據的結構十分相似。屬性數據包含了設計參數、施工參數及運維參數等信息。GIS數據涵蓋了BIM的數據結構（空間數據+屬性數據），BIM的數據表現形式（三維模型），BIM的數據對象，與BIM功能有所重疊（信息管理、空間分析等）。

當然，BIM與GIS在現階段的結合應用仍有著一定的局限性，下文將講述BIM與GIS結合應用過程中遇到的問題及解決思路。

1.1空間變換

BIM與GIS在同一系統中結合的關鍵技術在于將兩者有效的、正確的進行數據對接。BIM與GIS結合使用的重要步驟在于將兩者進行集成，而結成的原理是采用第三方或者自定義的架構建立涵蓋BIM和GIS的新信息模型，同時建立起相應的映射關系。將兩者的優勢進行互補，BIM與GIs的結合還可以產生很多新的技術優勢。

目前國內外BIM軟件及相對應的BIM文件格式很多。最為直接有效的方法是針對這些軟件制作了相對應的模型導出插件，將BIM模型導出為模型數據集進行保存方便與GIS數據進行結合。而由于GIS數據的空間特性，將兩者結合時，遵循GIS數據的標準，利用BIM模型導出文件中包含的空間數據信息進行坐標轉換，使BIM模型從空間上可以完全貼合在GIS數據中。

1.2BIM模型的輕量化

BIM作為一項先進的技術，已經在各工程項目中起到了廣泛而有效的應用。但是對于BIM模型輕量化的方式方法研究與使用仍然是行業內一個瓶頸。眾所周知，BIM模型可以真實全面的展示建造項目的三維模型。究其根本，它是一個集成大數據的大平臺模型，BIM的最終表現形式為可視化的多維度、多功能、多用途的計算機圖形模型。這將對計算機的圖形及數據處理的能力提出嚴峻的考驗。如今運用BIM的工程多呈現體量巨大，超高層，超大基坑等特征。龐大冗余的海量建筑信息加上巨大的建筑體量使得BIM模型的量級非常巨大。這就使得BIM模型輕量化技術的研究顯得十分必要。BIM輕量化主要有以下兩個途徑：

（1）模型減面

高精度的BIM模型則是由大量的三角面生成，眾多的三角面會產生大量的數據信息。對于模型的建造者而言，真實且完美的設計是不可或缺的。但是對于BIM模型的管理者、使用者來說，高精度模型意味著大量的冗余數據。所以，在已建立的BIM模型上進行三角面的剪裁是一項重要的技術工作。

三角面裁剪有兩個渠道，一是由軟件自動識別并合并細碎三角面，主要通過線、面之間的夾角計算，識別可合并的三角面；二是在建模時的人為控制，如進行放樣建模時，減少放樣曲線的頂點數量。

對于已建造好的BIM模型。使用前一種方法，以插件形式對模型構件設置參數實現自動減面。這種減面方式可大量降低模型體量，但可控性較差，可能帶來較明顯的精度損失。在實際操作中，還應將人工減面和自動減面的方式結合，達到最佳效果。

（2）LOD技術應用

LOD技術即LevelsofDevelopment的簡稱，此概念是由美國建筑師協會（AIA）所提出，在BIM概念中的LOD代表著建筑物在起全生命周期中各階段所被期待的BIM模型完整度。而在GIS中，LOD技術指根據物體模型的節點在顯示環境中所處的位置和重要度，決定物體渲染的資源分配，降低非重要物體的面數和細節度，從而獲得高效率的渲染運算。這項技術在BIM與GIS結合的場景中應用十分重要。

BIM模型可以通過LOD技術來進行輕量化。在BIM模型與GIS場景的結合中采用LOD結構并結合實例化技術和動態加載技術，可以突破高密度模型的瀏覽性能瓶頸。LOD技術可根據展示距離遠近來選擇不同精細程度的GIS數據，例如在近距離和遠距離時候分別以不同清晰度的影像和地形數據進行展示，極大的緩解顯卡渲染的壓力，而采用實例化技術實現復用模型，可以顯著提高渲染效率。

2BIM+GIS的應用方向

2.1BlM集成GIS

BIM與GIS有效的結合，可以客觀、真實的將建筑模型和周邊環境以可視化的方式表現，并展示其動靜態特征。

（1）設計階段

BIM與GIS結合的設計及展現方式可以解決傳統設計不夠形象直觀的問題，有效的輔助設計規劃。將BIM模型與GIS環境的結合對比，可以評估空間、日照等周邊環境對工程的影響以及整個工程對周邊環境的影響，進行動拆遷、管線搬遷等過程的分析評估。

（2）施工階段

在施工階段，利用BIM模型與GIS的結合，進行施工場地布置模擬，優化場地布局，提高生產效率。通過施工方案的模擬，可以直觀的展現出施工吊裝中有可能出現的碰撞等問題，便于及時優化施工方案及施工計劃：在施工的管理過程中，通過施工現場質量安全檢查與BIM模型中關聯的真實數據進行比對，提高質量管理水平；利用BIM構件級控制，形象展示工程狀態，有利于管理者及時掌握施工進度情況。

（3）運維階段

在工程運維階段中，在調試、預防和故障檢查時，運維管理人員可以利用竣工三維BIM模型對機電、暖通、給排水和強弱電等建筑進行定位，對包括建筑主體及相關設施設備的信息進行查詢及查詢及維護。另外可利用BIM模型與GIS環境來模擬現場突發情況，評估突發事件的損失，從而針對突發事件制定計劃。

此外利用BIM技術對三維建筑模型中的區域空間以及構件信息進行查詢。進而可對資產狀態和利用狀況進行查看及管理。

2.2實施案例

通過BIM在市政工程施工階段進行進度模擬，有助于管理人員掌握工程的總體進展情況，結合GIS三維城市模型，可以精確分析和量化評估施工過程對周邊環境的影響：此外BIM構件結合物聯網和移動巡檢等技術，可以直觀的將施工質量安全問題進行定位和展示。

結語：本文通過講解BIM與GIS技術各自的優缺點。簡要說明了BIM與GIS結合應用的重要性以及應用中的難點及解決方案。本文所提到的BIM+GIS結合使用的難點及解決方案以及BIM+GIS在建筑工程全生命周期中的應用對此類工程的應用具有參考意義。endprint