基于BIM+GIS技術的深圳市城市更新智慧化管理研究
——以“工改工”拆除重建類項目為例

文/ 張繼鵬 丁曉欣 張春朋

一、引言

深圳經過40余年的改革發展，創造了經濟社會和文化發展的奇跡，成為引領社會主義現代化建設的標兵。然而，深圳在經濟騰飛的同時，也較早地面臨土地資源難以為繼的人地矛盾，目前僅剩不足20平方公里的增量建設用地，只能通過城市更新、棚戶區改造等途徑對土地進行二次開發。自2009年深圳市政府發布《深圳市城市更新辦法》以來，深圳城市更新經歷了高速發展的十年，在全國城市更新的浪潮中一直屹立潮頭。但在新形勢下，深圳城市更新的發展逐漸進入瓶頸期，較為粗獷的更新手段已不符合先進示范區的角色定位要求，亟需加強城市更新全流程智慧化管理，進一步推行BIM和GIS技術在城市更新關鍵環節的落地應用。“工改工”作為目前深圳城市更新最活躍的項目類型，由于權利主體單一、補繳地價較低、工業區塊較多等利好，引來了開發商的投資熱潮。相較城市更新中的“城中村”改造，“工改工”項目更加注重產品的規劃設計與運維階段的資產管理，對BIM+GIS技術的應用需求更加旺盛。此外，深圳在2018年以來對城市更新“工改工”項目進行全流程監管，鼓勵開發商對建設的產業園區自持經營，從建設到銷售的高周轉現金流模式被阻斷，開發商只有在城市更新的實施過程中不斷精耕細作，利用BIM和GIS技術對城市更新各個環節進行智慧化的更新管理，才能在艱難竭蹶的市場困局中取得競爭優勢。

二、深圳城市發展背景下的“城市更新”概念

深圳語境下的城市更新，是對不符合城市規劃要求或土地利用效率低下的城中村、舊屋村、舊住宅區、舊工業區、舊商業區等通過拆除重建、功能改變、綜合整治的方式進行更新改造，盤活存量資產，完善城市功能，促進產業轉型升級。在城市更新項目的實施過程中，深圳主要以拆除重建類為主，且政府、權利主體、市場主體均參與其中，故成為三類城市更新活動中改造面最廣、程序最復雜、改造強度最大，同時也是最具有代表性、最受關注的更新活動。在項目實踐過程中，遵循“政府引導，市場運作”的原則，開發商作為項目實施主體，往往承擔項目前期評估、計劃申報、規劃編制、搬遷補償、土地出讓、開發運營等工作。因此，可以將深圳的城市更新歸為“市場主導類”，從而區別于大多數城市的舊城改造與城市更新(圖1)。

根據深圳城市更新“十三五”規劃要求，“城中村”與舊工業區改造計劃占比九成，尤其要合理地提高“工改工”的比例，將大量舊工業區升級改造為空間形態包括產業用房、配套公寓、小型商業等多元化物業形態的新興產業園。深圳市城市更新自2009年正式實施以來，在諸多項目類型中“工改”計劃立項數量力壓“村改”。而在“工改”類型中，“工改工”項目的計劃立項數量在2019年前始終獨占鰲頭。2019年，隨著“工改工”進入管制階段，“工改綜合”計劃立項數量快速攀升，“工改工”作為推動深圳產業結構轉型升級的重要引擎，在當前面臨著轉型調整難題，開發商唯有轉變發展思路，在城市更新的各個階段推行精細化、智慧化更新，實現房地產開發商到城市運營商的轉變，才能在城市更新的激烈競爭中保持競爭優勢。

三、相關BIM技術和GIS技術概述

（一）國內外主流BIM和GIS軟件介紹

圖1 深圳拆除重建類城市更新基本運作流程圖

BIM技術通過連接建筑生命期（規劃、設計、施工、運行）不同階段的數據、過程和資源，對工程對象進行完整描述，支持建筑生命期動態的工程信息創建、管理和共享，可被建設項目各參與方普遍使用。目前，國內外已經形成了包括Revit系列軟件、Bentley系列軟件、ArchiCAD系列軟件、天寶的Tekla系列軟件、達索的CATIA系列軟件、廣聯達的MagiCAD系列軟件等在內的貫穿建筑全生命周期的BIM生態鏈。

GIS技術是一種特定的空間信息系統，在計算機軟硬件的支持下對地球表層空間的地理分布數據進行采集、儲存、管理、分析和描述。目前，GIS軟件以國外的ArcGIS和國內的MapGIS、SuperMap GIS為主流。其中，ArcGIS和SuperMap在與BIM軟件的交互中具備良好的兼容性，在目前BIM+GIS深度融合的技術浪潮中各領風騷。

（二） BIM+GIS融合管理平臺的發展現狀

BIM被用來整合與管理建筑物全生命周期的信息，GIS則被用來整合及管理建筑外部環境信息，二者具有天然的互補關系。目前，國內外都在加快研發BIM+GIS的融合平臺，其中Esri研發的ArcGIS Pro與國內超圖研發的SuperMap有效克服了跨界融合中遇到的技術難點，走在了BIM+GIS深度融合的技術前沿。Esri和 Autodesk合作建立緊密集成的GIS和BIM工作流程，在ArcGIS系統中捕獲的空間和屬性數據與Autodesk設計軟件中3D BIM模型的信息之間建立聯系，ArcGIS Pro為Autodesk Revit提供直接讀取功能，以便將BIM信息引入GIS平臺的工作流程。起初，ArcGIS Desktop只能使用IFC文件讀取BIM信息，但軟件壁壘和IFC文件格式在數據交換中的局限性導致BIM模型中的大量非結構化數據在傳輸過程中丟失，大大削弱了集成平臺的作用。最新發布ArcGIS Pro 2.2有效補齊了這一短板，利用數據導出插件建立了RVT文件與ArcGIS Pro的傳輸路徑，加強了ArcGIS Pro對Revit模型信息讀取的完整性與穩定性。相較ArcGIS Pro，SuperMap與BIM軟件的交互融合范圍更廣，不僅僅是對接Autodesk的Revit軟件，SuperMap還率先在三維GIS平臺中實現了對全部主流BIM設計軟件(Revit、Bentley、CATIA)的原生無損接入，成功研發了Revit、Bentley、CATIA三款BIM設計軟件的數據導出插件，實現了一鍵式導入RVT、dgn、CATProduct等BIM模型格式數據，研發了BIM與GIS數據接口的跨領域無縫銜接、BIM數據到GIS平臺厘米級精準匹配、超百萬級BIM模型實時繪制等關鍵技術，為BIM+GIS應用提供了有力的技術與平臺支撐，在場地分析、規劃審批、交通分析、既有建筑改造、建筑與外部環境協同設計等方面形成了較大的應用價值。因此，筆者選取SuperMap平臺作為GIS工具與BIM軟件進行深度融合，將BIM、傾斜攝影、地形、影像等各類數據融合匹配，探索兩者的結合功能在深圳城市更新中的實際應用價值(圖2）。

四、城市更新中BIM+GIS技術的應用方法

（一）前期評估與計劃申報階段

前期意愿征集及計劃申報是深圳城市更新必須進行的首要環節。在此階段，除了完成對更新片區權利主體的意愿征集外，還需要對地塊更新的必要性與發展潛力作出科學嚴密的評估測證，并上報區城市更新部門核實審批。根據深圳城市更新“政府引導，市場運作”的原則，房地產開發企業往往在前期評估與計劃立項階段即作為申報主體提前介入，承擔城市更新單元的研判工作。根據深圳城市更新單元的擬定條件，房地產企業需要成立專業的團隊，利用SuperMap的城市設計數字化平臺，對傾斜攝影、地形、影像等多源數據進行匹配融合，集成地上與地下城市要素實體，對擬更新地塊的交通區位、擬拆除面積、建筑風貌、公共設施、生態控制線等土地現狀以及發展潛力進行準確而直觀的分析，向房地產開發企業和權利主體提供重要的參考依據。在向區城市更新部門進行計劃申報時，申報主體可利用城市設計數字化平臺的數字化沙盤系統提供統一的空間基礎，清晰準確地表達土地利用的現狀，輔助編制更新單元范圍圖、建筑物信息圖等申報材料。同時，這也有助于城市更新部門提升審批效率。

圖2 SuperMap BIM 導出插件

（二）城市更新單元規劃編制階段

項目納入城市更新單元計劃后，申報主體需完成更新改造范圍內土地及建筑物核查匯總，結合核查結果，委托規劃設計資質單位開展更新單元的規劃編制工作，并按照相關流程進行申報并獲得審批。城市更新單元規劃需要依據城市總體規劃確定的規劃用地布局、用地現狀、改造需求等確定城市更新的地塊范圍，對改造項目的用地性質、公共設施建設、開發強度控制等內容進行系統深入的研究，為下一層次的開發建設行動提供依據。規劃編制成果包括技術文件和管理文件，技術文件是編制管理文件的技術支撐。其中，技術圖紙作為整個技術文件的理論基礎和依據，直接影響著整個城市更新單元規劃管控體系的功能發揮。基于BIM+GIS的SuperMap城市設計數字化平臺具有城市設計數字化沙盤系統、規劃成果專題圖系統、城市設計輔助決策系統等三大業務系統，可加載BIM、傾斜攝影模型、影像、精模、地下管線、地形、動態水面、場模型等多源數據，提供實用的三維量測及三維空間分析功能，包括距離量測和面積量測、日照分析、剖面分析、坡度分析、可視域分析、天際線分析等三維空間分析功能，可用于繪制拆除與建設用地范圍圖、地塊劃分與指標控制圖、市政工程規劃圖、日照分析圖等16種技術圖紙，增強了規劃編制過程中技術圖紙的科學合理性。在審批階段利用數字化沙盤系統和專題圖展示系統可生動形象地展示規劃成果，能在一定程度上提升規劃審批的效率與成功率，也有利于后續搬遷補償方案的制訂與實施。

（三）建筑物拆除與設計階段

城市更新單元規劃經區城市更新部門審批通過后，房地產開發主體便可著手于搬遷補償協議的達成。在與城市更新單元范圍內所有權利主體達成100%的簽約率后，其便獲得了單一實施主體資格，而后是對更新單元內的建筑物進行拆除以及對建筑方案進行設計。

1.BIM+GIS技術在建筑物拆除中的應用。在城市更新單元內的大型項目拆除過程中，將擬拆除的建筑物BIM模型以及該區域的影像、傾斜攝影模型等GIS信息在SuperMap平臺中加以匹配融合，便可以同時提供BIM模型中的材料信息以及GIS的地理空間分析，藉此輔助爆破點的定位以及廢棄品的數量估算、分類、裝載與運輸，這可大大提升建筑物拆除的速度與安全性。

2.新建工程模型創建。在當前我國BIM技術無法實現正向設計的情況下，BIM團隊一般以設計院提供的施工圖紙作為底圖，利用Revit、Bentley等軟件進行翻模。首先組建專業化的BIM團隊，細化為土建、結構、機電、市政、動畫、內裝等小組。按照項目的技術規范統一軟件版本、命名規則、色彩規則與實施計劃，進行標準化、專業化協同建模。其次，若發現結構構件尺寸及樓面標高錯誤等圖紙問題，應以BIM模型為對象進行錯誤統計，及時生成TQ報告并研究解決方案。第三，在建模過程中，應及時將BIM模型的地下管線導入SuperMap平臺中進行地理空間定位和糾偏。SuperMap具備七參數轉換功能，方便工程坐標系下的BIM模型自動匹配到地理坐標系，可以更直觀地在宏觀場景中設計建筑、道路等。

3.管線綜合及優化。利用Revit進行建筑結構機電全專業建模后，將各專業的BIM模型進行綜合疊加，會發現各專業間以及機電內部的管線有大量重合及碰撞，這是二維CAD圖紙中管線表達的局限性所致。將模型導入Navisworks中進行碰撞檢測，會發現大量復雜管線的碰撞沖突。機電小組根據標注的檢測結果，利用Revit對機電模型進行調整與優化，出具深化設計圖、凈高分析圖和結構流動圖，輔助設計院優化設計，減少設計變更(圖3）。

4.渲染圖及動畫漫游制作。在創建和優化模型后，進入建筑的場景布置及渲染階段。把BIM模型導入即時渲染軟件Lumion中，結合規劃編制階段確定的更新單元規劃要求，在Lumion中創建相應場景和市政設施，并制作渲染圖、VR全景圖以及視頻動畫，必要時借助PS和PR軟件進行剪輯與深加工，最終可以通過AR進行虛擬仿真展示，充分表達設計意圖，這也有益于產品銷售與招租。

圖3 利用Revit進行管線綜合優化

5.工程量統計。項目引入廣聯達鋼筋算量，將設計好的BIM模型通過數據接口導入算量軟件，使用默認的扣減規則，進行工程量統計，并輸出實物工程量、分樓層匯總表。

（四）施工控制階段

SuperMap利用BIM、GIS、物聯網、大數據、智能化等多項關鍵技術，集成項目管理、視頻管理、物聯網平臺等業務系統，整合建筑BIM模型數據、空間數據和結構化數據，構建BIM+ERP的大一統智慧建設平臺，實現對建筑工程的精細化管理和對現場環境、安全、質量、進度等的全方位監控與智能化管理。BIM監管平臺通過前期預判、過程記錄、事后追溯實現全建造過程的管理，其主要功能包括進度管理子系統、勞務子系統、視頻監控子系統、大型設備監控子系統、環境監測子系統等。

（五）運維管理階段

通過城市更新成功改造的新型產業園，可以采用基于SuperMap三維插件客戶端產品和三維移動端產品研制的運維平臺。平臺以運營數據管理服務平臺為數據支撐，通過三維場景展示建筑BIM模型，同時將BIM模型管理、流程管理、設備資產管理、BIM運營維護管理、能源管理、物業管理、應急管理等功能模塊疊加在BIM模型上，通過三維可視化的方式向管理人員提供直觀的管理手段。平臺采用目前最流行的B/S架構結合APP的方式，通過大屏聯動、手機端使用等方式，滿足不同管理角色用戶的使用需求。各應用均基于BIM模型，結合各類業務數據，包括靜態資料及動態監測數據，十分適合城市更新“工改工”項目的資產運營管理。

五、結論

在城市更新全過程貫穿BIM+GIS的智慧化理念，是落實深圳市政府深入推進城市更新工作促進城市高質量發展要求的重要舉措，目前已經在部分更新改造項目中取得了初步的應用成效，但是大部分的BIM+GIS應用方法依然停留在理論構建的層次，無法在城市更新項目實踐層面實現預期的價值，甚至無法落地應用。究其原因，主要存在以下三個方面的技術問題。

1.BIM技術的應用是貫徹實施BIM+GIS智慧化更新方法的基礎工具，然而，目前國內由于BIM技術規范和標準不完善、數據交換受限等原因，BIM暫時無法實現正向設計和“一模多用”，依然沿襲對CAD二維圖紙進行翻模的方式，BIM的絕大部分應用依然是空中樓閣，僅在機電的深化設計方面創造有限的價值，遠遠無法實現全生命周期尤其是運維階段的管理價值。

2.雖然近年來BIM與GIS技術在互相融合層面不斷突破技術瓶頸，在某些工程中創造了真實有效的應用價值，但依然面臨著諸多挑戰，需要進一步完善BIM模型輕量化、BIM模型與GIS平臺匹配度、BIM單體之間的鏈接網絡表示、三維數據坐標轉換、三維空間數據標準完善、多終端支持BIM+GIS等功能。

3.大部分城市更新項目的申報主體與實施主體缺乏智慧化、精細化的更新理念，仍然秉持傳統的舊改手段，沒有意識到新方法、新技術的潛在價值。隨著深圳市政府利用政策工具進行推廣BIM+GIS技術，未來會有更加廣闊的應用前景。