GIS與BIM集成在城市建筑規劃中的應用研究

盧 瑾

（成都航空職業技術學院， 四川 成都 610000）

1 項目背景

1.1 研究背景及意義

建筑是一座城市最基本的元素，也是一座城市的標志。城市建筑規劃是城市規劃的不可缺少的一部分，而城市規劃又代表了城市發展的藍圖，即，城市建筑規劃對于城市的經濟進步以及生存環境的改善都有著積極的意義。現階段，在城市建筑規劃中大多使用GIS與BIM集成技術，它們的融合是未來城市發展的方向。

1.2 GIS與BIM技術概述

GIS是“地理信息系統”（Geographic Information System或 Geo-Information system）的英文縮寫，又可稱為“地學信息系統”。而在城市建筑規劃中，GIS 一直以來致力于的是表層的地理信息、外觀信息，包括呈現真實的地理位置、建筑物周遭的環境、建筑物的外觀等，但是它所描述的只是一個空殼，并不能進一步獲得建筑物的內部而構、內部信息、關于建筑物的具體信息等。而在從城市建筑規劃中，只針對城市建筑物的表面外觀信息、地理位置信息、與周遭環境的關系信息等進行整合整理是不夠的，只對這些進行分析會導致在規劃的過程中忽略掉建筑物本身的重要信息，并且GIS技術現在無法對建筑物在施工過程等的本身的信息進行整合處理。

這時，BIM技術，也就是建筑信息模型的加入彌補了這些不足。BIM英文全稱是Buliding Information Modeling，顧名思義，BIM技術指的是在基于建筑工程項目各項信息而建立起來的建筑信息模型，這個數據模型是具有功能特性以及物理設施的。BIM是用來整合和管理建筑物本身所有階段的信息，近年來，在建筑規劃中，得到廣泛使用，它與GIS并非是競爭關系，而是良好的互補關系。與GIS不同的是，BIM技術可以利用三維建模得到建筑物本身在整個建筑階段的所有信息，包括從設計到施工的所有階段，從而有效防止了建筑物信息因為人為的失誤等不慎流失，做到GIS技術做不到的精細化管理，從而使整個建筑規劃得到質量和效率上的極大提升。

GIS與BIM技術的結合順應了時代的改變，它的出現引起了眾多人的追捧有研究。在建筑領域中，GIS與BIM集合技術無疑是走在了前端的，通過整合建筑信息模型參數化描述建筑組件的特性與地理信息系統宏觀的幾何概念，以BIM描述單體建筑物的特性可以通過GIS共同數據的格式拓展至三維層面,實現建筑外在信息與內部結構信息的結合，而建筑物本身的空間信息可以通過三維建模被更加精確的展現出來，并且該技術害可以對建筑的空間信息以及周遭環境條件、自身條件進行分析,所以BIM技術與GIS技術不是競爭的關系，而是互補的關系，通過集成充分結合了各自的優點，為城市的建筑規劃帶來了技術上的革新。從目前來看，GIS-BIM技術在我國并未得到了廣泛的應用，所以就此需要進行討論與研究。

1.3 GIS與BIM集成面對的困難

現階段，GIS與BIM集成面臨的首要問題是兩個領域的數據共享問題。微觀領域與宏觀領域的信息交換和對接，其實也就是三維數據方面的結合，而兩者的三維空間數據都有不同的模型標準技術和格式。BIM數據模型標準是IFC，而GIS數據模型標準是城市地理標記語言，所以融合兩者的三位數據信息時，要經過一定的語義轉換和一系列映射。

2 GIS與BIM集成在城市建筑規劃中的應用探討

GIS與BIM技術可以應用到多個方面，室內定位與導航，智慧城市建設，也可以應用到旅游與娛樂方面、環境模擬、3D地籍圖、災害管理、農林業管理等生活的方方面面，GIS和BIM集成為國土安全以及反抗戰爭中做出了不小的貢獻。本文主要就GIS與BIM集成在城市建筑規劃中的應用進行研究。

2.1 對建筑物進行三維測量

三維測量作為城市建筑規劃最重要的組成部分之一，進行三維測量能夠提高建筑模型的科學性、合理性。對建筑物進行三維測量指的是對其所做全面測量，例如建筑物體積表面積、空間距離、填挖方計算等。當建筑物十分密集的時候，對三維測量帶來的難度也較大，但是GIS和BIM技術的集成使這個難題變得不再是個燙手山芋。只要在圖層上面點擊一下，兩點之間的距離就會在三維的實景窗口中被展示出來，從而反映出建筑物的長寬高等等有關于距離的數據；如果需要測量某個角度，只需要連續點擊三個點，就可以得到以第二個點為頂點的角度值；如果需要測量某個區域的面積，只需要連續的點擊測量區域的各個頂點，便可得到該區域的面積。

2.2 建筑方案的設計對比

建筑方案是建筑規劃的精華所在，也是建筑規劃的基礎。但建筑設計師所設計出來的方案總會與實際的施工流程存在一定的差異，在方案的最初設計到中標的整個過程中,往往都需要設計師對方案進行再三地更改，最終才能達到所需要的要求，而好的設計還需要從多角度、多層次、多方位進行深入分析，所以在設計的時候不能局限于一方面，要從多方面考慮，同時從工程總價、投資規模等多方面考慮因素出發，建筑設計師通常需要準備多個方案以備后用，使得項目具有更強的競爭力與說服力，而且通過多方案對比，結合項目的實際，也就是客戶的要求，更容易得到符合客戶要求且符合實際的方案。傳統的設計都是在二維圖紙上進行設計，但是如果只是在紙上面進行涂涂寫寫，不能夠清晰地展示建筑物本身的很多關鍵性的信息，例如進行施工時所要使用的材料、建筑物的整體結構、周遭環境等。不同于舊時代的設計方式，GIS與BIM集成技術的引入，使得建筑設計師在進行方案設計的過程中，不僅可以獲取建筑物的詳細信息，還可以結合實際的需求，利用 GIS與BIM技術對所設計出來的建筑物以及進行方案改動后或者在不同的方案對比中建筑物的前后變化進行模擬，使得設計師能夠對設計的合理性進行充分檢驗，使建筑方案的設計更具科學性、準確性、合理性。

2.3 對建筑物的日照特點進行分析

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效果。在之前的城市規劃設計方法中,日照分析是在二維圖紙上進行的，同樣因為是在二維空間設計的，很多實際情況不能被得知，很多精細的點不能夠被很好地表達出來，使得日照設計往往比較困難,整個設計是否有不足的地方也很難知道，導致整個建筑規劃不夠科學準確,使得整個建筑物的日照條件不能達到設計時預期的要求。而且隨著人們環保意識的逐漸增強，考慮到光污染等因素，建筑物日照得到了越來越多的關注和重視。

日照分析需要考慮時間、地域、建筑造型等多方面因素，通過在網上的搜索，我們可以得到住宅建筑日照標準是以房屋長邊向陽，朝陽向正南，正午太陽照到后排房屋底層窗臺為依據來進行計算，同時還要對建筑物的高度、體積等進行分析計算，計算出來后通過GIS-BIM技術模擬出三維圖像展示現實光影效果。在運用 GIS與 BIM集成技術進行三維建模時，首先利用BIM技術計算出太陽在各個時間點照到建筑物時的角度、位置等問題，在此條件基礎下模擬出在設計師的設計方案下，不同建筑物之間的日照情況，陽光照進室內的時間等，從而對建筑物之間的間距進行分析，考慮是否符合住宅建筑日照條件,進而對建筑規劃方案進行優化，使得建筑物的日照條件達到設計時所預期的標準。

2.4 室內定位與導航

BIM技術可以對建筑圍觀信息進行高精度描述，但是卻不能對建筑的空間位置分布進行分析，而GIS可以對空間對象進行多種分析，兩者結合可以達到微觀也就是室內的導航和定位，提高資產管理的自動化水平和準確性。還可以進行樓內和地下通道等的三維模擬，設計出危險或者意外發生時最佳的逃生方案，例如樓道內管道破裂、發生火災甚至發生地震的情況，都可以通過該技術設計出最佳的逃生方案，并且在設計的時候，規避一些可能發生的風險，此項技術為居民的生命安全又添了一層保障。

2.5 通風分析

通風設計是建筑設計中極其重要的一個組成部分，通風設計的目的有如下幾種：

（1）排除室內污濁的空氣或者凈化后排至室外，保持屋內居住的適宜度；

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

（3）使得新鮮的空氣能夠進入室內，滿足室內人員對新鮮空氣的需要。

隨著能耗的日益增加和環境條件日益惡化所帶來的壓力，可持續發展策略的實施成為了必然，基于環保因素，自然通風受到越來越多的關注，因為自然通風的增加可以減少對空調以及電風扇的使用，節約用電，節能減排，所以自然通風也成為了設計師所要設計的通風條件之一，并注意與建筑物的有效結合，合理利用自然風源，實現環保理念，實現可持續發展戰略。運用GIS-BIM技術，可直接模擬出建筑物室內外的通風情況，從而找出通風設計中的缺點，沒有滿足的要求，進而優化通風設計，在達到室內居住度適宜的效果的同時實現綠色環保的設計理念。

3 結語

3.1 小結

在城市規劃中，城市建筑規劃對整個城市的建設都有著重要的影響力，但是過去老舊的規劃手段存在技術、理念等方面的問題，二維的圖紙終究容易忽略很多問題，而可持續發展戰略的環保理念又逐漸深入人心，所以GIS-BIM技術融合的出現順應了時代的發展，利用三維模型使得城市建筑設計更科學準確、更加規范。

3.2 對未來的展望

3.2.1 基礎設施的進一步改善

即使GIS-BIM技術已經得到了極大的運用，但在實際操作中還是會遇到很多問題，基礎設施問題都是硬傷，例如施工現場環境太差施工條件落后等，所以需要工作人員對此進行不斷地改革和創新，使得我們的城市建筑工程能夠順利推進，城市設施功能得到進一步的提升。

3.2.2 方案的進一步提升

時代在進步，老一代的建筑規劃思想大多不適用于現代科技，尤其是在環保理念先進的現代，所以更要結合環保理念，堅持可持續發展戰略，通過GIS-BIM的支持，使城市建筑規劃走向更加科學合理、更加規范的道路，使城市的發展更上一層樓。

3.3 GIS-BIM技術其它領域的作用

除了在城市建筑規劃中發光發亮，GIS與BIM技術的融合可以應用到生活的各個方面，小到日常的休閑娛樂活動，對日常環境的模擬；大到可以在國土安全和反恐戰爭中起到不小的作用，在國防方面做出巨大貢獻，保家衛國，并且還可以在災害管理中獻出自己的一份力量，造福全人類；簡單到可以做出3D地圖，為車輛和行人導航；復雜到可以對林業進行科學化的管理，也可以為城市規劃奉獻出自己的一份力量，使得城市規劃更加科學合理，使得人們的生活僅僅有條。

3.4 總結

總之，以上就是我個人見解。本文只是針對GIS-BIM的一部分應用進行了探討，它還有更廣闊的運用領域，等著我們去研究發現，也希望GIS-BIM集成技術能夠更加被重視重用，為人類造福。

GIS-BIM融合技術的出現順應了時代的發展，造福了我們生活的方方面面，所以希望能得到重用，而隨著時代的進步，相信通過我們的學習，能研發出更加適合時代發展腳步的技術，使得人類文明更上一層樓。