基于“BIM+ GIS”技術(shù)在徐州園博園項(xiàng)目智慧建造應(yīng)用研究

高學(xué)芹

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，徐州 221008）

1 前言

BIM（Building Information Modeling）是建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為這個(gè)模型提供完整的且與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫(kù)[1]。GIS(Geographic Information System)地理信息系統(tǒng)是一種用于捕捉、存儲(chǔ)、分析、管理和展示地理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，GIS允許用戶可視化、解釋和分析空間模式和關(guān)系。BIM與GIS 的集成是從數(shù)字城市向智慧城市轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)之一，是國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者廣泛關(guān)注的問題。

將GIS 與BIM技術(shù)融合，把微觀領(lǐng)域的BIM信息和宏觀領(lǐng)域的GIS 信息進(jìn)行交互，建立三維輔助設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)體系，滿足動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、展示查詢和空間信息分析等功能，克服BIM技術(shù)對(duì)外部宏觀環(huán)境把握不足的缺點(diǎn)[2]。在建筑全生命周期管理中使用BIM+GIS 技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智慧建造的必然趨勢(shì)。

2 全智能化的智慧設(shè)計(jì)體系

徐州園博園選址于徐州呂梁山宕口生態(tài)治理區(qū)域，徐州園博園總體規(guī)劃以“生生不息，大美大舒”為主題。根據(jù)實(shí)地地形、地貌，秉承綠色建造、智能建造理念進(jìn)行場(chǎng)地規(guī)劃設(shè)計(jì)和景觀。

2.1 園區(qū)高精度三維數(shù)字地形模型建立

工程實(shí)施之前，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對(duì)園區(qū)及周邊地形進(jìn)行實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、快速的拍攝，生成還原度高、高精準(zhǔn)的三維模型數(shù)據(jù)，宏觀掌握規(guī)劃區(qū)域周圍全要素的地形地貌特征。采用CASS 軟件將模型中的地理點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)出，生成場(chǎng)地坐標(biāo)點(diǎn)和等高線。該成果把現(xiàn)狀地形數(shù)字化，具有真實(shí)坐標(biāo)和高程，反映山、水、林、田等地形地貌，是對(duì)項(xiàng)目環(huán)境真實(shí)還原。如圖1 所示，為規(guī)劃數(shù)據(jù)分析和綠色設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。

圖1 園博園原地形圖

2.2 規(guī)劃數(shù)據(jù)分析

在數(shù)據(jù)平臺(tái)基礎(chǔ)上，按照規(guī)劃設(shè)計(jì)圖紙導(dǎo)入規(guī)劃場(chǎng)館、景觀、交通設(shè)施的平面位置和標(biāo)高等信息，運(yùn)用GIS技術(shù)對(duì)規(guī)劃信息數(shù)字化。在園林規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，注重考慮生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，合理布局植物、水體、土壤等要素，以提供良好的生態(tài)環(huán)境和景觀效果。注意對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性和生態(tài)功能的保護(hù)和重建。

2.3 規(guī)劃成果BIM制作

該項(xiàng)目實(shí)施過程中各地場(chǎng)館、園林方案變化大，建設(shè)周期較短，預(yù)算成本有限，既要呈現(xiàn)高品質(zhì)景觀效果，又要體現(xiàn)各地文化特色，多元融合，難度較大。因此，首先要收集規(guī)劃成果的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括規(guī)劃圖紙、設(shè)計(jì)方案、土地利用數(shù)據(jù)等，然后使用BIM 軟件，如Revit、Archicad 等，根據(jù)收集到的規(guī)劃成果數(shù)據(jù)建立BIM 模型。并利用BIM軟件的渲染功能，對(duì)BIM模型進(jìn)行渲染，生成真實(shí)的可視化效果。

本項(xiàng)目中首先建立一個(gè)包含各種植物信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括植物的名稱、特征、生長(zhǎng)要求、季節(jié)變化等要素，這些信息可以用于選擇合適的植物，并在BIM模型中進(jìn)行布局。然后通過BIM模型，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)本項(xiàng)目的需求和場(chǎng)地的條件，從植物信息庫(kù)中選擇合適的植物。設(shè)計(jì)師可以考慮植物的尺寸、形狀、顏色、生長(zhǎng)特點(diǎn)等因素，以實(shí)現(xiàn)景觀的美觀性和功能性。在BIM模型中，設(shè)計(jì)師可以將選定的植物放置在適當(dāng)?shù)奈恢茫⑦M(jìn)行布局和組合。通過BIM模型的可視化功能，設(shè)計(jì)師可以預(yù)覽植物的外觀和效果，優(yōu)化植物的位置和密度，以達(dá)到理想的景觀效果。設(shè)計(jì)師還可以將植物的養(yǎng)護(hù)信息和需求與BIM模型集成，包括澆水、施肥、修剪等，這有助于后期園林管理人員進(jìn)行植物的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃和跟蹤，以保持植物的健康和美觀。利用BIM進(jìn)行植物選擇和布局可以提高設(shè)計(jì)效率、減少錯(cuò)誤和沖突，它為園林設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)綜合的數(shù)字化平臺(tái)，將植物信息、設(shè)計(jì)、分析和管理功能集成在一起，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)質(zhì)的園林設(shè)計(jì)和管理。

2.4 方案優(yōu)化，綠色設(shè)計(jì)

利用BIM+GIS 融合技術(shù)園博園總體規(guī)劃通過地形整治工程和植被恢復(fù)工程，將生態(tài)修復(fù)和景觀重建作為“一”，衍生出涅槃重生后的園博園公共園林和特色展園共融的“二”，進(jìn)而聯(lián)動(dòng)周邊，構(gòu)建山水林田湖草形成區(qū)域生命共同體的“三”，最終以園博園為核心，聯(lián)動(dòng)片區(qū)發(fā)展形成徐州全城園博的“萬(wàn)物”，如圖2 和圖3 所示[3]。BIM與GIS 數(shù)據(jù)集成的模型，可幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行項(xiàng)目多方面效能分析以及特定專業(yè)系統(tǒng)的仿真。

圖2 園博園區(qū)域劃分

2.5 精準(zhǔn)控制項(xiàng)目工期和項(xiàng)目成本

通過將時(shí)間維度與BIM模型結(jié)合，可以進(jìn)行4D 建模，即將項(xiàng)目進(jìn)度與三維模型相結(jié)合。通過設(shè)置任務(wù)和工序的時(shí)間軸，可以模擬項(xiàng)目的施工過程，并可視化展示項(xiàng)目的工期安排。這樣可以幫助項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)更好地理解和規(guī)劃施工進(jìn)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在的時(shí)間沖突和瓶頸。在BIM模型中添加成本信息，可以進(jìn)行5D 建模，即將成本維度與三維模型相結(jié)合。通過將材料、人工、設(shè)備等成本信息與模型元素關(guān)聯(lián)，可以實(shí)時(shí)計(jì)算和分析項(xiàng)目的成本，幫助項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)階段就能夠評(píng)估不同設(shè)計(jì)方案的成本，優(yōu)化設(shè)計(jì)以控制項(xiàng)目成本。利用BIM平臺(tái)和云技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)團(tuán)隊(duì)成員之間的模型協(xié)作和信息共享。通過實(shí)時(shí)更新和共享模型，不同專業(yè)的團(tuán)隊(duì)可以更好地協(xié)調(diào)工作，減少?zèng)_突和錯(cuò)誤，提高工作效率，減少項(xiàng)目的重復(fù)工作和修正，從而節(jié)省時(shí)間和成本。

3 全智能化的智慧施工體系

3.1 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)智慧施工體系

智慧施工體系是利用先進(jìn)的信息技術(shù)和管理方法，對(duì)施工過程進(jìn)行智能化和數(shù)字化管理的一種方法。通過智慧施工體系，可以提高施工效率、降低施工風(fēng)險(xiǎn)，并實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的高質(zhì)量和高效率。施工人員可以隨時(shí)隨地獲取項(xiàng)目信息、提交工作報(bào)告、進(jìn)行協(xié)作和溝通。移動(dòng)應(yīng)用可以提供實(shí)時(shí)的施工進(jìn)度、質(zhì)量檢查等功能，施工管理人員通過對(duì)施工過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，可以獲取施工過程的關(guān)鍵信息，如施工進(jìn)度、質(zhì)量問題等。利用人工智能技術(shù)，可以進(jìn)行施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、優(yōu)化施工方案等。利用BIM 技術(shù)可以虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以用于施工過程的模擬和培訓(xùn)，幫助施工人員更好地理解和掌握施工流程。無(wú)人機(jī)和機(jī)器人技術(shù)可以用于施工現(xiàn)場(chǎng)的勘察、監(jiān)測(cè)和施工作業(yè)，無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的航拍和測(cè)量，機(jī)器人可以進(jìn)行施工作業(yè)的自動(dòng)化和智能化。

3.2 高效真實(shí)竣工驗(yàn)收體系

利用BIM模型和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以對(duì)建筑工程進(jìn)行可視化展示。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以進(jìn)行建筑工程的虛擬漫游和模擬驗(yàn)收，幫助驗(yàn)收人員更好地理解和評(píng)估建筑工程的質(zhì)量和性能。園博園項(xiàng)目建設(shè)工程竣工后，利用三維掃描技術(shù)可以快速高效真實(shí)還原工程竣工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行竣工驗(yàn)證。監(jiān)理單位可以直接拿施工單位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，抽樣考核驗(yàn)收，與BIM數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照驗(yàn)證。

在施工過程中，將工程相關(guān)的設(shè)計(jì)變更資料、工程過程文件、質(zhì)量驗(yàn)收資料等以數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)并關(guān)聯(lián)到BIM模型中，竣工驗(yàn)收時(shí)只需根據(jù)交付規(guī)定對(duì)工程信息進(jìn)行過濾篩選，篩除冗余信息，工程資料更客觀、全面、便捷。

4 全智能化的智慧運(yùn)維管理體系

4.1 高效精準(zhǔn)的智慧運(yùn)維體系

園博園采用高效、快速、低成本的傾斜攝影技術(shù)定時(shí)獲取園區(qū)地形地貌數(shù)字信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)更新，為園區(qū)提供更精準(zhǔn)和及時(shí)的服務(wù)。用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障預(yù)測(cè)等信息，還可以通過建立模型和算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的預(yù)測(cè)和優(yōu)化。

4.2 綠色、智能的現(xiàn)代化生態(tài)園林管理體系

利用GIS+BIM技術(shù)構(gòu)建園博園綠色、立體感知、管理、協(xié)同、決策、智能、服務(wù)于一體的現(xiàn)代生態(tài)園林管理體系。通過GIS 技術(shù)及時(shí)收集、分析植物的種植、養(yǎng)護(hù)、修剪和病蟲害防治等信息，保證園林植物的健康生長(zhǎng)和景觀效果。收集湖泊、水池、噴泉等水體的水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水位調(diào)控、水生植物管理等信息，保持水體的清潔和生態(tài)平衡。收集土壤的質(zhì)量檢測(cè)、施肥、改良和保護(hù)等信息，保證土壤的肥力和適宜的生態(tài)環(huán)境。這些數(shù)據(jù)可以被整合和分析，為園林管理者提供決策支持和優(yōu)化養(yǎng)護(hù)的依據(jù)。

5 結(jié)論

園博園項(xiàng)目利用“BIM+GIS”技術(shù)實(shí)時(shí)、全面、快速地拍攝，生成三維地形圖，在三維數(shù)字地形圖中，將規(guī)劃場(chǎng)館、景觀設(shè)計(jì)、交通規(guī)劃用BIM建模，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)劃景觀與實(shí)際環(huán)境結(jié)合的三維實(shí)景展現(xiàn)，并利用BIM虛擬技術(shù)進(jìn)行方案優(yōu)選，節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)成本。利用GIS技術(shù)實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)獲取施工過程中的安全、進(jìn)度、質(zhì)量等信息，收集的數(shù)據(jù)更全面、及時(shí)和可追溯性，通過大數(shù)據(jù)共享和BIM 的虛擬技術(shù)突破傳統(tǒng)信息交流模式中的傳遞和溝通障礙，可以大幅度提高各崗位間的溝通效率，強(qiáng)化信息化管理水平。